CRH5型動車組車軸損傷修復性淺析

蘇寶偉

摘 要： CRH5型動車組實際運營過程中，列車運行額定公里數(shù)時，須對其進行預防性、更正性維護，目的是將車輛的安全性能恢復到新造車輛的水平，保證車輛的運行可靠性。文章介紹在CRH5型動車組輪對高等級檢修過程中，針對車軸在規(guī)定損傷限度內(nèi)，可預見性的拉傷、劃傷等損傷的可修復性進行分析，及對現(xiàn)有車軸加工工藝改進。

關鍵詞：CRH5型動車組車軸；高等級檢修；可修復性；工藝改進

中圖分類號：U260.331 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）24-0018-02

1 問題的提出

CRH5型動車組車軸是動車組轉(zhuǎn)向架組成中重要部件，也是影響行車安全的重要管控零部件。在動車組進行高等級檢修時，對車軸的檢修和狀態(tài)維護是極重要的工作之一。作為技術引進的高速動車組，生產(chǎn)制造、運營使用、基礎維護等經(jīng)驗正逐步累積中，但在高等級檢修技術領域尚存在空白。承載運用后的動車組車軸，根據(jù)CRH5型動車組高等級檢修修程要求，需進行退卸車輪及制動盤。在輪對退卸過程中，可預見的將出現(xiàn)不同程度的拉痕、戧軸等損壞。為避免非必要性（低損傷度）的報廢造成檢修成本增高，需要一套完整的判定依據(jù)作為車軸損傷修復性的判定，及可靠的修復技術。針對上述問題，本文通過理論計算及實際檢修的經(jīng)驗累積和實物驗證，對CRH5型動車組車軸損傷進行修復性分析，提出動車組車軸加工工藝改進意見。

2 問題分析

2.1 車軸選型

CRH5型動車組輪對是車軸與車輪過盈配合，采用冷壓方式組裝，它在實際運營中承載整車的質(zhì)量及動態(tài)載荷。在保證動能經(jīng)濟性及能效性，兼顧速度要求下，動車組車軸大多使用空心車軸。

2.2 車軸運行工況

動車組車軸壓力配合部位為軸頸、輪座、盤座，均是載荷受力區(qū)，同樣也是疲勞累積易發(fā)生危險的部位。在檢修退卸過程中，上述部位均出現(xiàn)過拉傷、劃傷等損傷。其中，又以輪座受壓裝力最大，運行狀態(tài)也相對惡劣，通過實際檢修的車軸發(fā)現(xiàn)，最為嚴重的損傷均出現(xiàn)在車輪退卸中。

2.3 車軸壓裝力

壓裝力是判斷輪對裝配合格的重要因素，它抑制輪對承載時，車軸扭曲形成的輪座與輪轂孔間相對運動。相關試驗研究證明， 在其以過盈方式組裝中， 當扭轉(zhuǎn)力超過壓裝力的0.6% 時， 即會產(chǎn)生微動， 兩接觸界面間會出現(xiàn)波浪形不規(guī)則起伏， 從而有摩擦力產(chǎn)生，導致車軸與車輪之間的配合面出現(xiàn)微損傷趨勢。

3 可修復性分析

動車組車軸維修的基本原理是防止軸身輪廓面毀傷的發(fā)展。即在輪對現(xiàn)實運用過程中，其所承受的有效載荷小于許用載荷。輪座與車輪過盈配合，在壓裝接觸外輪廓表面，除承載彎曲應力外，還有兩種基材的表面應力，在配合表面的力學模型中，配合表面損傷受多種復合應力影響。車軸毀損修復后，必須滿足毀損部位不得進一步發(fā)展的要求。

3.1 車軸載荷分析

CRH5型動車組輪對在運用過程中，車軸承受的載荷主要包括以下幾種：

①垂向靜載——列車本身質(zhì)量及作用在車軸軸頸上承載的重量引起的垂向靜載荷，kN。

②垂向動載荷——因軌道線路高低起伏等原因，引起列車高速通過時，垂直方向上振動產(chǎn)生的動載荷，kN。

③垂向外載荷——水平方向載荷的力在車軸端部的分力，作用車軸處的垂向額外附加載荷，kN。

3.2 輪座強度計算

車軸使用壽命，需要載荷分布、S-N曲線及疲勞損傷法則。恒幅交變載荷作為計較載荷來測算車軸的運用壽命，是利用期內(nèi)車軸變幅載荷的等效強化載荷。車軸載荷原由與車輛活動或制動有關。

①對CRH5型動車組列車，運動引起的力由下式確定：

P1=（0.625+0.0875h1/b）m1g

P2=（0.625-0.0875h1/b）m1g

Y=0.35m1g

Y=0.175m1g

Q1=[P1（b+s）-P2（b-s）+（Y1-Y2）R-Fi（2S-yi）]/2s

Q2=[P2（b+s）-P1（b-s）-（Y1-Y2）R-Fiyi]/2s

式中，m1約為軸箱彈簧上質(zhì)量，F(xiàn)i約為軸上齒輪箱載荷。見表1。

②由行駛引發(fā)的彎矩由下式判定：

MxP1y = ，車輪外側(cè)；

M=Py-Q1（y-b+s）+Y1R-Fi （y-b+s-yi），車輪內(nèi)側(cè)；

式中，y為軸頸到彎矩點截面的垂直距離。

③由制動引發(fā)的彎矩由下式判定：

Mx′=FfΓy，制動盤外側(cè)；

Mx′=FfΓ（b-s），制動盤內(nèi)側(cè)；

Mz′=0

My′=0，車輪外側(cè)；

My′= 0.3P′R，車輪內(nèi)側(cè)。

④合成彎矩：

在車軸各截面，應力經(jīng)由合成彎矩MR 計較而得，合成彎矩為：

MR=■

MX=Mx+Mx′

MZ=Mz′

MY=My′

應力計算：

空心車軸的內(nèi)徑是d′，外徑是d，應力計算公式是：

外表面：σS=■

內(nèi)表面：σb=■

CRH5型動車組的車軸材料是30NiCrMoV12，為空心車軸，根據(jù)UIC515-3，動車車軸取安全系數(shù)1.5，所以車軸輪座部位的應力疲勞極限是：116 MPa。見表2。

Mx，Mx′，Mz′，My′和MR的單位是kN·mm；

σs和σb的單位是MP；

σs是車軸外輪廓表面的力；

σb是車軸內(nèi)輪廓面的力。

3.3 可修復性判定

在以往大線鐵路列車輪對車軸檢修中，車軸基本采用磨削法去除表面劃傷，并對磨削表面進行滾壓硬化處理，以滿足設計部門對劃傷深度要求。但該方式須建立在磨削后輪座直徑符合許用應力的基礎上的。

通過上述計算，已經(jīng)得出CRH5型動車組車軸輪座的需用應力為116 MPa。則通過反向計算得出，在滿足UIC515-3標準下，CRH5型動車組車軸輪座最小直徑為189.40 mm，與與圖紙比力得出修復余量為2.8 mm，并考慮去除實際精磨、選配加工的一般直徑范圍，則輪座實際（車軸半徑方向）可修復余量約為1.2 m。

故CRH5型動車組車軸輪座具有可修復性。并根據(jù)《CRH5A型動車組輪對技術規(guī)范》、標準UIC 813及EN 13260，對損壞的車軸按1.2 mm進行修復，然后進行反壓試驗測試，壓力曲線結(jié)果符合輪對反壓條件要求。

4 結(jié) 語

①CRH5型動車組車軸輪座具有可修復性。

②在后續(xù)車軸加工過程中，為盡量增大修復余量，在滿足圖紙要求直徑及壓裝過盈量要求的前提下，進量選取尺寸上差進行加工，以便增大其可重復使用性，降低CRH5型動車組高級修檢修成本。

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