CRH380A(L)型動(dòng)車組輪對(duì)壽命及預(yù)測(cè)模型的研究

王智勇

(中國(guó)鐵路成都局集團(tuán)有限公司成都動(dòng)車段 四川 成都 610051)

0 前言

動(dòng)車組輪對(duì)是高速動(dòng)車組的重要組成部分，同時(shí)作為車體與軌道直接接觸并傳導(dǎo)作用力的部分，列車的運(yùn)行、牽引和制動(dòng)都通過輪軌關(guān)系來實(shí)現(xiàn)。輪軌間長(zhǎng)時(shí)間地相對(duì)運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致輪對(duì)內(nèi)部出現(xiàn)疲勞、輪緣及輪輞磨損等缺陷，若不及時(shí)檢修，會(huì)危害列車運(yùn)行品質(zhì)，嚴(yán)重則危害到動(dòng)車組的行駛安全[1-4]。一般來說，動(dòng)車組輪對(duì)在運(yùn)行一定公里數(shù)后，需要對(duì)輪對(duì)進(jìn)行大修，但是不同平臺(tái)車型、運(yùn)行線路等因素對(duì)檢修間隔存在一定影響。因此需要對(duì)動(dòng)車組輪對(duì)服役過程中的檢修公里數(shù)加以預(yù)判，合理制定檢修方案以節(jié)約成本，提高輪對(duì)檢修效率，保障列車運(yùn)營(yíng)安全[5]。

1 項(xiàng)目背景

CRH380A(L)型動(dòng)車組使用的輪對(duì)原型輪徑為860 mm,最小輪徑為790 mm；原型輪緣厚度為32 mm，最小輪緣厚度為26 mm。每隔25萬km需要進(jìn)行輪對(duì)踏面修型，恢復(fù)踏面的基本形狀。根據(jù)前期針對(duì)CRH380A型動(dòng)車組輪對(duì)的磨耗規(guī)律，成都動(dòng)車段針對(duì)CRH380A型動(dòng)車組輪對(duì)制定了經(jīng)濟(jì)鏇修的方案(即保證鏇修后輪緣大于27 mm，恢復(fù)踏面基本形狀)，通過該方案每次鏇修輪徑減少量基本保持在3～4 mm以內(nèi)。

2 問題描述

2019年8月成都動(dòng)車段配屬了5組小輪徑的CRH380AL型動(dòng)車組長(zhǎng)期擔(dān)當(dāng)成都至北京方向交路，通過長(zhǎng)達(dá)3個(gè)月的輪對(duì)數(shù)據(jù)跟蹤，結(jié)果發(fā)現(xiàn)CRH380AL型動(dòng)車組輪對(duì)輪緣磨耗較快。

根據(jù)現(xiàn)車測(cè)試結(jié)果，CRH380AL型動(dòng)車組一個(gè)鏇修周期25萬km輪緣平均磨耗厚度為1.9 mm(而同樣由重聯(lián)的CRH380A型動(dòng)車組擔(dān)當(dāng)成都至北京方向交路的運(yùn)行過程中，其在鏇修周期25萬km內(nèi)輪緣的平均磨耗厚度僅為0.5 mm)。由此可見，CRH380AL型動(dòng)車組輪緣的磨耗速度接近CRH380A型動(dòng)車組輪緣的磨耗速度的4倍。

前期針對(duì)CRH380A型動(dòng)車組輪對(duì)踏面經(jīng)濟(jì)型鏇修的方式不再適用于CRH380AL型動(dòng)車組。故研究針對(duì)CRH380AL型動(dòng)車組的輪對(duì)經(jīng)濟(jì)鏇修方式和輪對(duì)壽命預(yù)測(cè)模型，以解決以下2個(gè)問題：(1)盡量保障在一個(gè)鏇修周期內(nèi)列車不出現(xiàn)因?yàn)檩啅交蛘咻喚壍较薅a(chǎn)生的臨鏇或臨時(shí)換輪；(2)充分考慮輪緣和輪徑之間的關(guān)系，建立數(shù)學(xué)模型預(yù)測(cè)出每一條輪對(duì)的使用壽命，對(duì)即將到限的輪對(duì)進(jìn)行計(jì)劃性集中更換，在節(jié)約成本的同時(shí)將換輪風(fēng)險(xiǎn)控制到最低。

3 同平臺(tái)車型輪緣磨耗的初步分析及初步鏇修方式研究

針對(duì)同平臺(tái)車型輪緣磨耗差異進(jìn)行分析：

(1)車輛動(dòng)力學(xué)性能差異，造成輪緣厚度磨耗過快。CRH380AL型動(dòng)車組和CRH380A型動(dòng)車組的車體、轉(zhuǎn)向架、輪對(duì)完全一致，唯一不同的是CRH380AL型動(dòng)車組是16輛編組，CRH380A型動(dòng)車組是8輛編組，所以CRH380AL型動(dòng)車組與重聯(lián)的CRH380A型動(dòng)車組唯一不同的是CRH380AL型動(dòng)車組所有車廂之間的連接是半永久性車鉤；兩組CRH380A型動(dòng)車組重聯(lián)是自動(dòng)車鉤連接。兩者之間的差異在于半永久性車鉤的水平偏轉(zhuǎn)角度與自動(dòng)車鉤的水平偏轉(zhuǎn)角度不同，進(jìn)而導(dǎo)致CRH380AL型動(dòng)車組相對(duì)重聯(lián)CRH380A型動(dòng)車組剛度更大，導(dǎo)致列車在運(yùn)行過程中，尤其是在過彎道時(shí)輪緣厚度磨耗更快。

(2)由于CRH380AL型動(dòng)車組和CRH380A型動(dòng)車組的輪對(duì)磨耗差異主要體現(xiàn)在輪緣厚度上，而輪輞磨耗速度一樣，所以在借鑒CRH380A型動(dòng)車組的輪對(duì)經(jīng)濟(jì)鏇的基礎(chǔ)上，制定CRH380AL型動(dòng)車組的輪對(duì)經(jīng)濟(jì)鏇標(biāo)準(zhǔn)(即保證鏇修后輪緣大于28 mm，輪徑大于791 mm，恢復(fù)踏面基本形狀)并執(zhí)行，保證鏇修周期內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生臨鏇或換輪。

4 壽命預(yù)測(cè)模型

雖然CRH380AL動(dòng)車組和CRH380A型動(dòng)車組在每個(gè)鏇修周期內(nèi)輪徑磨耗一樣(都為1 mm)，但由于輪緣磨耗差異導(dǎo)致CRH380AL型動(dòng)車組鏇修不能借鑒CRH380A型動(dòng)車組輪對(duì)經(jīng)濟(jì)鏇修標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，否則會(huì)導(dǎo)致運(yùn)用中輪緣厚度超標(biāo)而扣車鏇修；也不能盲目提高輪緣厚度卡控標(biāo)準(zhǔn)，降低輪對(duì)使用壽命，并且該批次CRH380AL型動(dòng)車組小輪徑輪對(duì)占了80%,造成運(yùn)用中無計(jì)劃地大量換輪。為此，必須研究如何將CRH380AL型動(dòng)車組輪對(duì)使用壽命盡可能延長(zhǎng)(即輪對(duì)壽命到限時(shí)，輪徑接近790 mm；輪緣厚度接近26 mm),并指導(dǎo)進(jìn)行踏面修型。

建立數(shù)學(xué)模型如下：

當(dāng)前輪緣厚度A(mm)；輪徑值B(mm)；25萬km輪緣厚度磨耗系數(shù)C，每25萬km輪徑磨耗量為4 mm；每次鏇修后恢復(fù)踏面形狀的最低鏇修量為1.5 mm。

(1)暫時(shí)不考慮輪徑到限，只考慮輪緣到限的情況下，輪剩余最大走行公里數(shù)位X1(萬km)。

剩余可消耗輪徑=B-790;

以最低鏇修量考慮，剩余壽命周期內(nèi)自然磨耗消耗的輪徑=1.5×X1/25;

可用于鏇修恢復(fù)輪緣厚度的輪徑=B-790-1.5×X1/25;

理論剩余可消耗輪緣厚度=(B-790-1.5×X1/25)/7+(A-26);

在剩余壽命周期內(nèi)實(shí)際消耗輪緣厚度=C×X1/25;

根據(jù)理論剩余消耗輪緣厚度=實(shí)際消耗輪緣厚度的原則，建立方程，得(B-790-1.5×X1/25)/7+(A-26)=C×X1/25

即：X1=[(B-790)/7+A-26]×25/(3/14+C)

(2)暫時(shí)不考慮輪緣到限，只考慮輪徑到限(最大磨耗)的情況下，輪剩余最大走行公里數(shù)位X2(萬km)，剩余可消耗輪徑=B-790;實(shí)際消耗輪徑為4×X2/25。

根據(jù)剩余可消耗輪徑=實(shí)際消耗輪徑,建立方程：B-790=4×X2/25

即：X2=(B-790)/4×25

(3)由于輪對(duì)實(shí)際的剩余最大走行公里數(shù)X(萬km)，既要考慮輪徑又要考慮輪緣，所以X=min(X1,X2)。

5 輪對(duì)壽命預(yù)測(cè)模型應(yīng)用

一方面，根據(jù)以上數(shù)學(xué)模型，可以準(zhǔn)確預(yù)計(jì)CRH380AL型動(dòng)車組輪對(duì)的使用壽命(即還可以使用的走行公里數(shù))。同時(shí)根據(jù)預(yù)測(cè)壽命情況，并結(jié)合用車情況和備用輪對(duì)儲(chǔ)存情況，按壽命的長(zhǎng)短分批次有計(jì)劃性地進(jìn)行輪對(duì)集中更換，在對(duì)運(yùn)用檢修干擾最小的情況最大限度地降低輪對(duì)臨時(shí)更換風(fēng)險(xiǎn)。

以部分CRH380AL-2918動(dòng)車組數(shù)據(jù)為例，圖1所示為01、02、04車的輪對(duì)使用情況。可以看出其輪對(duì)的實(shí)際換輪剩余走行公里數(shù)與模型預(yù)測(cè)的換輪剩余走行公里相近。現(xiàn)車實(shí)際情況與預(yù)測(cè)模型基本一致，相差±10%以內(nèi)。該模型方便實(shí)用。實(shí)際運(yùn)行過程中，通過優(yōu)化車輛的交路擔(dān)當(dāng)任務(wù)、重新制定檢修標(biāo)準(zhǔn)及檢修計(jì)劃，CRH380AL型動(dòng)車組輪對(duì)臨時(shí)鏇修任務(wù)降低60%，大大提高了其檢修計(jì)劃的穩(wěn)定性及經(jīng)濟(jì)性，降低輪對(duì)更換的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

圖1 CHR380AL-2918動(dòng)車組輪對(duì)更換情況

另一方面，考慮到CRH380A型動(dòng)車組及CRH380AL型動(dòng)車組在相同運(yùn)行區(qū)間上輪緣磨耗的較大差異，后續(xù)新造車輛建議結(jié)合配屬地點(diǎn)、運(yùn)行交路等合理選擇車輛編組(16編組或8編組)；除此之外，運(yùn)用部門結(jié)合同平臺(tái)、不同運(yùn)行交路下的輪緣磨耗差異，優(yōu)化CRH380A/AL系列動(dòng)車組的線路擔(dān)當(dāng)安排，線路磨耗較快的交路優(yōu)先安排重連車輛運(yùn)行，延長(zhǎng)輪對(duì)使用壽命，降低車輛產(chǎn)生臨鏇或臨時(shí)換輪的概率，提高檢修的經(jīng)濟(jì)性。

6 總結(jié)

(1)動(dòng)車組車鉤的連接方式對(duì)輪緣磨耗有很大影響，相較于自動(dòng)車鉤，半永久車鉤水平剛度更大，轉(zhuǎn)彎時(shí)對(duì)輪緣磨耗更加明顯。相同技術(shù)平臺(tái)車型編組形式對(duì)列車影響較大，后續(xù)新造列車可考慮其運(yùn)營(yíng)區(qū)間對(duì)其進(jìn)行合理編組，同時(shí)運(yùn)用部門合理安排不同編組形式車輛的擔(dān)當(dāng)交路，延長(zhǎng)輪對(duì)使用壽命，進(jìn)而提升檢修標(biāo)準(zhǔn)的合理性及經(jīng)濟(jì)性。

(2)根據(jù)輪對(duì)直徑、輪緣磨耗等建立數(shù)學(xué)模型，可以快速預(yù)測(cè)出輪對(duì)使用壽命，提高檢修/更換輪對(duì)效率。

(3)該模型方便簡(jiǎn)單，后續(xù)可在其他型號(hào)動(dòng)車組上進(jìn)行應(yīng)用。