和諧1型貨運電力機車轉向架全壽命周期探討

曾艷梅, 張文濤, 孫志明, 劉金菊, 李燕慧

（中車株洲電力機車有限公司，湖南株洲 412001）

0 引言

目前，我國有超過5000臺HXD1系列電力機車在祖國各地擔當客運、貨運牽引任務，其中大部分機車已經陸續進入機車最高級修程即C6修，轉向架作為涉及行車安全和運行舒適性的關鍵部件，為了更好地掌握機車轉向架的實際技術狀態，提升機車轉向架后續服役的可靠性和安全性，研究轉向架關鍵零部件及其壽命，優化機車轉向架檢修項點，有效降低機車轉向架維護和檢修成本，對機車轉向架總成及其關鍵零部件開展全面、系統的全壽命周期評估，是十分必要的，也具備了技術基礎。

中國鐵路總公司對和諧型機車的修程設置了C1、C2、C3、C4、C5、C6修6個等級。

C1～C4修為段級修程，和諧型電力機車各段修修程周期（以先到為準）為：Cl修為7×（1±10%）萬km,不超過3個月；C2修為13×（1±10%）萬km, 不超過6個月；C3修為25×（1±10%）萬km, 不超過1 a；C4修為50×（1±10%）萬km,不超過3 a。

C5、C6修為高等級修程，和諧型電力機車各高級修修程周期（以先到為準）為：C5修為100×（1±10%）萬km,不超過6 a；C6修為200×（l±10%）萬km,不超過12 a。

其中C5修指的是機車主要部件分解檢修、性能參數測試、恢復機車可靠質量狀態。C6修指的是機車全面分解檢修，全面性能參數測試，恢復基本性能，可同時進行機車或主要部件的技術提升。在檢修技術規程中，后一級修程包括前一級修程的全部檢修要求。以C2修為例，C2修修程包括了C1修修程的全部檢修要求。

轉向架作為機車的關鍵子系統，有針對性地對轉向架各部件（包括橡膠關節、油壓減振器、結構疲勞部件）開展可靠性、安全性及壽命評估研究至關重要。

1 轉向架可靠性評估研究

隨機抽取回公司進行C6檢修的和諧型機車，在機車設備完整的實際情況下，將機車直接置于機車稱重調簧試驗臺進行稱重試驗。在稱重調簧試驗臺檢測轉向架軸重、輪重分布情況等轉向架參數變化情況，并評估以上參數變化對轉向架性能的影響。

被試機車車號分別為HXD1C0306號、HXD1C0344號和HXD1C0303號，該3臺機車距上一檢修周期的運行里程和運行時間相當，初步判斷機車實際運營時運行工況差異較小，機車稱重試驗結果如表1所示。

表1 機車輪重和軸重檢測

由此可知，機車達到C6修的運行里程/運行時間后，有的機車輪重性能超差，有的機車軸重性能超差，有的機車甚至輪重和軸重均超差。因此，建議接近或達到C6修運行里程/運行時間的機車及時檢修，不再超里程或超時間運行?！禜XD1C型電力機車檢修技術規程》（C6修）要求進行轉向架稱重調簧試驗，研究結果與檢修規程一致。

2 橡膠關節可靠性評估研究

隨機選取運用至C6修的和諧型機車軸箱拉桿橡膠關節、電動機吊桿橡膠關節、連桿橡膠關節各5件，對其進行外觀檢查，進行功能特性、低溫性能及高溫性能試驗，評估長期服役后各橡膠關節的性能變化和疲勞壽命。

產品外觀檢查主要是對關節進行目測，觀察關節產品皺紋等具體外觀情況。從檢查結果可知，隨機選取的所有橡膠關節外觀良好。

各類型橡膠關節的徑向剛度檢測主要的依據是各橡膠產品所承擔的功能及載荷要求，因此連桿橡膠關節徑向以5 mm/min的速度在（0 kN～65 kN～0 kN）的范圍內連續加載3個循環，每個循環之間無時間間隔，在加載階段計算0～65 kN下的徑向剛度；軸箱拉桿橡膠關節徑向以5 mm/min的速度在（0 kN～156 kN～0 kN）的范圍內連續加載3個循環，每個循環之間無時間間隔，在加載階段計算0～72 kN下的徑向剛度；電動機吊桿橡膠關節徑向以5 mm/min的速度在（（0 kN～233 kN～0 kN）的范圍內連續加載3個循環，每個循環之間無時間間隔，在加載階段計算20～233 kN下的徑向剛度。連桿橡膠關節、軸箱拉桿橡膠關節和電動機吊桿橡膠關節的徑向剛度檢測結果如表2～表4所示。

表2 連桿橡膠關節徑向剛度檢測

表3 軸箱拉桿橡膠關節徑向剛度檢測

表4 電動機吊桿橡膠關節徑向剛度檢測

由此可知，軸箱拉桿橡膠關節和電動機吊桿橡膠關節的徑向剛度測試結果都超出了產品的性能要求，連桿橡膠關節也約有一半產品不再符合性能要求。

各類型橡膠關節的低溫性能檢測，將所有橡膠關節樣件依次放置在-25、-40、-50 ℃環境箱中各保溫24 h，然后測試垂向剛度KV2(-25 ℃)、KV2(-40 ℃)、KV2(-50 ℃)，計算徑向低溫剛度系數KLT= KV2/KV1（23 ℃）；各類型橡膠關節的高溫性能檢測，將所有橡膠關節樣件放置在50 ℃環境箱中保溫24 h，然后在環境箱中再測試垂向剛度KV4(50 ℃)，計算徑向高溫剛度系數KHT=KV4/KV1（23 ℃）。連桿橡膠關節、軸箱拉桿橡膠關節和電動機吊桿橡膠關節的高低溫試驗檢測結果如表5～表7所示。

表5 連桿橡膠關節高低溫試驗檢測

表6 軸箱拉桿橡膠關節高低溫試驗檢測

表7 電動機吊桿橡膠關節高低溫試驗檢測

橡膠關節低溫性能和高溫性能試驗后，所有關節的橡膠本體沒有出現裂紋，金屬和橡膠之間也沒有出現撕裂和脫膠等現象。-25 ℃時的低溫剛度系數最大為1.04，小于標準要求的1.5；-40 ℃時的低溫剛度系數最大為1.19，小于標準要求的2.0；-50 ℃時的低溫剛度系數最大1.4；+50 ℃時的高溫剛度系數最小0.92，大于標準要求的0.8。

因此，綜合對橡膠關節的各項性能檢測和試驗結果，建議接近或達到C6修運行里程/運行時間的機車及時檢修，不再超里程或超時間運行?！禜XD1C型電力機車檢修技術規程》（C6修）要求更新橡膠關節，研究結果與檢修規程一致。

3 油壓減振器可靠性評估研究

隨機選取運用至C6修的和諧型機車一系垂向減振器3支、二系垂向減振器2支及二系橫向減振器2支，按TB/T 1491進行阻尼力、不對稱性、示功圖、性能試驗、力-速度特性、泄漏試驗及耐久性試驗，評估長期服役后減振器的性能變化。

經目視檢查，油壓減振器橡膠關節無開裂，也沒有明顯的外觀缺陷。一系垂向油壓減振器（97A-1378）和二系橫向油壓減振器（42130001208）的壓縮阻尼性能超過了要求的15%，已達到解體檢修的要求；除一系垂向油壓減振器（J1C50-94-01）的示功圖曲線形狀不光滑、圖形不飽滿，不再滿足要求外，其他油壓減振器阻尼性能滿足要求。

對選取的油壓減振器進行性能檢測后，放置在工裝上進行泄漏試驗，均無泄漏現象。

對性能符合要求的油壓減振器進行耐久性試驗，油壓減振器的壓縮阻尼性能超差。隨即對其進行拆解，分析認為導致阻尼超差的可能原因為：1）減振器在C5檢修過程中，活塞閥片沒有更換，在油壓的沖擊下，閥片表面再次形成壓痕，與之前壓痕有錯位，造成密封面有泄漏，致使阻尼力超差；2）活塞螺母在緊固過程中沒有涂螺紋緊固膠，在油壓的沖擊下造成活塞與閥片松動，導致密封面有泄漏致使阻尼力超差；3）對于阻尼力較大的減振器，運行120 萬km以后，底閥閥片在高壓油壓不斷沖擊下，密封面呈現不同深淺的磨損痕跡，致使密封性能降低，在活塞壓縮過程中油液從底閥泄漏，造成壓縮阻尼力超差。減振器不滿足繼續使用需求。因此，建議接近或達到C6修運行里程/運行時間的機車及時檢修，不再超里程或超時間運行?！禜XD1C型電力機車檢修技術規程》（C6修）要求更新油壓減振器橡膠件、活塞桿、外罩、密封件、液壓油、緊固件，研究結果與檢修規程相似，但仍存在優化的空間。

4 轉向架性能評估試驗研究

隨機選取運用至C6修的1臺和諧型機車在滾動振動試驗臺上進行轉向架臺架試驗，機車車號為HXD1-10208，機車行駛總里程為2 193 822 km，檢測轉向架臨界速度及平穩性等動力學性能、檢測轉向架振動情況，檢測輪對驅動軸承溫升情況，檢測軸承故障報警情況，并對轉向架性能進行評估。

結果表明，純滾動條件下，120～130 km/h區間有輕微晃動，132 km/h時運行平穩；加秦沈譜激振條件下，80 km/h和100 km/h時均未失穩，120 km/h和132 km/h時加激振前后均有輕微晃動，但不發散失穩；120 km/h時晃動加大，但仍滿足安全性要求。在60、80、100、120 km/h時測試軸承溫升，溫升正常，滿足使用要求。由此可知，雖然機車安全性不存在問題，但舒適性下降較多，建議接近或達到C6修運行里程/運行時間的機車及時檢修。

5 結語

對轉向架總成及部分主要部件開展的性能試驗研究，通過檢測結果知悉各部件的實際服役狀態，從中掌握各部件可靠性隨時間、里程增加的變化規律，因此建議接近或達到C6修運行里程/運行時間的機車及時檢修，不再超里程或超時間運行。試驗及研究成果為機車修程修制優化及運用安全提供了技術支撐，為后續機車設計優化和機車等壽命設計提供了基礎數據。