CRH5G型動車組齒輪箱油樣監測研究

羅玉勝 龐龍 楊梁崇 夏文站 張宏偉

摘要：依據近兩年動車組化驗檢測數據，研究試驗CRH5G動車組延長至40萬公里換油周期，按運行20-40萬公里以5萬公里為取樣周期跟蹤檢測，監控水分含量、粘度值、酸值、閃點、傾點等技術參數值，同時利用WTDS系統對動車組齒輪箱溫度進行監控，統計齒輪箱油樣在不同走行公里數下的鐵含量、銅含量、水分含量、粘度值、酸值、閃點、傾點等技術參數。通過分析油脂性能，開展更換周期延長至40萬公里的跟蹤試驗。

關鍵詞：研究試驗;統計數據;分析油脂性能

中圖分類號：U266 文獻標志碼：A

0引言

目前全路動車組油、脂化驗完全依據：

一是延長車輪傺修周期。CRH5G型車組車輪鎖修走行15萬km后，以3萬km為周期測量分析高階多邊形、等效錐度和振動噪聲等參數，進行齒輪箱換油周期延長至20萬km的跟蹤試驗。

二是延長油品更換周期。CRH5G型車組齒輪箱潤滑油更換后運行20-30萬km以5萬、30-40萬km以3萬km為取樣周期檢測銅鐵含量，分析油脂性能，進行更換周期延長至40萬km的跟蹤試驗。

綜合多年的化驗數據，到公里數換下的廢油各項指標非常可靠，可繼續使用。完善CRH5G平臺動車組二級修延長到高級修項目的可行性分析，進一步細化CRH5G平臺動車組高級修周期延長驗證方案。針對CRH5G型C1-C4修齒輪箱油更換周期延長，需加強日常監測、積累數據、科學論證、審慎推進。

1齒輪箱延長換油周期研究

在國鐵集團、蘭州局集團公司關于高速鐵路動車組運用維修規程的標準和方法的基礎上，研究一套完整滿足延長換油周期油液監測的整體要求，具有必備的技術能力，準確、及時測取動車組齒輪箱的油液檢測數據。

依據摩擦學理論、數理統計方法，綜合油液測得數據，建立數學模型并確定閾值，自動生成動態和靜態的監測判別閾，輸出監測診斷結論，并綜合運用相關多種監測技術，對運用中動車齒輪箱磨損狀態、潤滑油（脂）等油液工作介質性能做出判斷，提出延長建議。

基于油液實測大數據，按照預選數學模型和判別閾值，通過系統相當一段時間的運行，在數學模型和判別閾值進一步修正驗證的基礎上，完善目前動車組齒輪箱換油公里數的合理數值。

對歷史數據進行統計分析，根據摩擦學磨損理論和實踐經驗，擬采用一元線性回歸分析理論擬合油樣檢測數據的規律。

2齒輪箱延長換油周期的原理

經過近些年對高速動車組齒輪箱潤滑油的跟蹤監測發現，在用齒輪油的更換周期評估方法宜采用油品理化性能衰變、污染情況、添加劑消耗和設備磨損情況等4種方法進行。

2.1理化化性能衰變評估法

齒輪油使用過程中，由于受到摩擦剪切、高溫氧化和污染，油品性能會發生變化，使用壽命就會縮短。動車車軸齒輪箱的理化性能衰變主要評價指標為運動黏度、總酸值、閃點、傾點等。

2.2污染情況評估法

高速列車在行駛過程中，齒輪箱的污染源主要是水分和粉塵，水分會加速油品乳化變質，而粉塵等固體顆粒則會引起磨粒磨損。對動車車軸齒輪箱，污染情況評估的主要指標為水分及硅[si]元素。

2.3添加劑消耗評估法

齒輪油中通常添加磷型極壓抗磨添加劑以提高油品的極壓抗磨性能，極壓抗磨劑的消耗會導致油品的極壓性能降低，在高負荷條件下會造成齒面擦傷和燒結。對動車車軸齒輪箱，添加劑消耗評估的主要指標為磷含量。

2.4磨損情況評估法

隨著使用時間的增加，齒輪箱不可避免地存在磨損。磨損量增加，油中的金屬磨損顆粒增多，一方面會加速齒輪、軸承的磨損，另一方面會加速油品的氧化。磨損程度可以通過光譜元素含量進行評價。對于齒輪箱，磨損的主要評價指標有鐵、銅含量，其中鐵元素主要來自齒輪、軸承等部件;銅元素通常來源于銅質的軸保持架。

3齒輪箱延長換油周期油樣軟件系統預判功能

按歷史大數據分析預估壽命周期，對不同監測項目分別建立故障預測數學模型。

動車組油液監測系統可將歷史油樣化驗數據作為理論支撐，同時，在開展動車組齒輪箱潤滑油更換周期延長跟蹤驗證中，對檢測數據進行系統周期監控分析，對動車組運行狀態進行動態跟蹤，及時進行數據判斷，形成數據綜合分析，過程糾偏，做到提前預警。

4參照檢測標準

參考中華人民共和國國家標準，中國國家鐵路集團有限公司機輛部關于規范動車組儀表檢測及油脂化驗相關標準制定參考標準見表1所列。

5評估方案

以一元線性回歸法為理論基礎，通過大樣本數據和換油限值標準，推導出40km換油的理論可行性。CRH5G現有換油周期標準為20萬公里km，以此為基礎，0-20萬km區間每隔5萬km采樣1次，利用一元線性回歸擬合計算出油料40萬km換油的理論可行性和最大運行里程，出具階段性報告（或取新油并檢測和已有20萬km的化驗數據進行擬合推導），如可繼續行駛，20-40萬km則繼續跟蹤采樣，并在每次采樣化驗完成后立即進行方程擬合修正預估換油里程，保證整個試驗的安全性。

6化驗數據統計分析

蘭州局集團公司牽頭成立了油脂更換周期延長跟蹤試驗攻關小組，依據國鐵集團動車組修程修制改革指導意見，開展CRH5G型動車組齒輪箱潤滑油更換周期從20萬km延長至40萬km的跟蹤驗證工作。

自2019年4月，第一階段采用7組實驗車，累計化驗檢測數據2000余項次。

數據超標32項次，整體超標率1.68%。其中鐵含量數據超標6項次，單項占比3.1%;鐵磁顆粒超標12項次，單項占比6.32%;閃點超標1項次（貼近限度值），單項占比0.53%;傾點超標7項次（均貼近限度值），單項占比3.67。

從數據可以看出，超標指標主要為鐵含量、鐵磁顆粒和機械雜質，且位置集中為CRH5G-5177動車組02車1位、2位，04車1位，07車1位齒輪箱;CRH5G-5191動車組01車2位齒輪箱。且因位置集中，已對該幾處齒輪箱狀態重點進行盯控檢測。

2020年4月起，第二階段實驗共投入28組實驗車，至今化驗檢測數據3700余項次，數據僅鐵含量超標1項次，其余各項檢測情況均正常。經過第一階段檢測數據總結，前期取樣時間過長，取樣不均勻造成數據偏大。更改取樣方案，齒輪箱延長至50萬km取樣化驗，結合一級修夜班取樣，取樣時間縮短，大大優化數據結果，檢測數據真實性、可靠性加強。齒輪箱潤滑油化驗指標增加銅片腐蝕性項目，取消機械雜質項目。

7檢測數據分析

7.1解釋概率分析原理

概率分析又稱風險分析，是通過研究和計算各種不確定性因素發生不同變動幅度的概率分布，對項目可行性和風險性以及方案優劣作出判斷的一種不確定性分析法。在項目評價中所用的概率是指各種基本變量出現的頻率。其分析結果的可靠性很大程度上取決于每個變量概率值判斷的準確性。

7.2解釋各曲線

圖1藍色區域代表各線名稱。

7.3線性分析合理性

減去5%最高值和5%最低值形成的如圖1趨勢線。目前50萬km檢測從概率數據可以看出，平行線線性、上趨勢線線性、下趨勢線線性均傾斜向上，也沒有超過限值，代表數據穩定合理。但因為數據量較少暫時還無法準確的判定可延長公里走行數，后期軟件系統對歷史數據會形成監控預判功能。

7.4鐵含量

分析：檢測項目共9項，以鐵含量為例。根據980個樣品數據分析，圖1為20萬km運行至50萬km數據鐵含量變化分析圖示，并未超出檢測限值。

所以CRH5G動車組運行至50萬km鐵含量在正常檢測范圍內驗證可行。

鐵元素的形成及超標影響。

運動中的兩摩擦副表面在正常滑動磨損機理下所產生的磨損會產生鐵元素。所有摩擦副磨損磨損顆粒的累計含量，根據磨損元素的變化率可以判斷摩擦副的磨損趨勢及其嚴重程度。

8結語

CRH5G型動車組齒輪箱油樣監測研究成果：

（1）經過5000余數據積累，油樣化驗數據分析結果，齒輪箱潤滑油運行40萬km各項理化性能良好，銅鐵含量、鐵磁顆粒在運行合理范圍之內，延長期間未發生因潤滑不良導致齒輪箱異常磨耗。閃點、傾點檢測均正常，證明延長期間齒輪箱潤滑油本身理化性能良好。能夠滿足各項齒輪箱潤滑要求，同時未發生由于齒輪箱潤滑油潤滑不良導致的問題。具備延長齒輪箱潤滑油更換周期的條件。

（2）通過WTDS、TEDS監控設備能及時發現齒輪箱問題隱患，同時通過潤滑油走行公里超過20萬km以后，每5萬km取樣化驗能及時發現齒輪箱異常磨損及齒輪箱潤滑油理化問題，發現問題時立即采取對應的控制措施，保障動車組運行安全。

（3）節約成本經濟效益提升全國CRH5G動車組一個CHR5G動車組一個高級修周期（大約2年）內可以節約費用20余萬元，全國CRH5G動車組大約80多組，一個高級修周期（大約2年）可節約1690萬元。國內CRH5G車組檢修和CRH5A檢修周期一致，齒輪箱類似，CRH5G檢修可試驗推廣到CRH5A平臺動車組，按照目前全路CRH5A平臺動車組大約220多組車，一個高級修周期（大約2年）可節約社會資源4506萬元。