CR200J動車組動力車走行部故障應急搶修裝置研究

沈軍 中國鐵路上海局集團有限公司上海機輛段

1 背景

目前CR200J動車組動力車輪對驅動軸箱軸承故障時，只能采用使用大型救援列車進行起吊移位或走行部故障救援專用懸輪裝置（俗稱“溜冰鞋”）進行救援，耗費人力、救援工作量較大，對運輸造成巨大影響。上海機輛段現有一套用于機車軸箱軸承拆卸和安裝的維修裝備，由于體積重量巨大、安裝接線復雜、場地使用受限以及設備攜帶不方便等原因不適用于機動調配和現場進行應急救援，為此研制一套動力集中動車組動力車輪對驅動軸箱軸承故障專用救援設備，以解決CR200J動車組動力車在運行途中發生走行部軸箱軸承故障后的現場應急救援，進一步提升機務系統相關機型走行部故障時的應急搶修能力，以降低發生故障對鐵路運輸秩序影響。

2 原理

應急搶修裝置的固定裝置預緊后能保證軸承處于固定中心上，通過液壓機帶動液壓油缸產生拉力和壓力，保證軸承直線運動，從而實現軸承受力均勻的壓入或拉出而不會因為偏移導致軸承或者軸的損傷。液壓裝置可以遙控控制，保證油缸在行程內以均勻的速度將軸承壓入或者拉出安裝軸。

2.1 安裝方式

根據CR200J動車組動力車輪對驅動軸箱軸承固死故障處置分析，救援主要涉及軸承的拆卸和安裝，輪對驅動軸箱軸承實際采用過盈配合，涉及過盈配合安裝方式分為三種。

2.2 靜力壓入法

機械零部件過盈配合中的靜力壓入法，是根據聯軸器的不同特點，來選擇最合適的使用方式，靜力壓入法主要應用于軸與連軸承之間，幫助其更好地進行配合，并且借助一定的工具，如虎鉗、千斤頂等，然后采用人工輔助、機械輔助、液壓等方式為其提供動力源，達到實現零部件的過盈連接。

2.3 動力壓入法

動力壓入法主要是在過盈量較小的狀態。若運用動力壓入法，還需要沖擊工具的配合。沖擊工具的種類沒有限制，可以采用手動沖擊或機械沖擊等工具對中遠程進行裝配與敲擊。動力壓入法的特點就是在工具與零部件接觸的過程中，運用動力壓入法，需要找一個緩沖物，如沖子、墊木等作為介質，這種方式操作方便。

2.4 溫差配裝法

溫差配裝法的主要工作原理是由于零部件的制作材料不同，所以使得零部件的熱脹冷縮率不同，因此，對機械零部件進行配裝時，可以利用溫度使零部件進行熱脹或者冷縮的特性，使零部件達到機械裝配所需要的“容易裝配值”，使零部件在安裝過程中，不需要再借助機械的作用，只需要較小的力，就可以將零部件安裝到機械中，提高機械零部件的裝配效率。

通過查詢圖紙和實際測量，160 km/h動車組的軸承公差完全可以選擇壓裝的方式。

3 理論計算

壓裝方式裝配需要計算出壓裝時的壓力大小以此作為詳細設計的技術指標。現場測量軸承相關數據作為計算依據：

數據計算表1所示，根據計算數據：軸承裝配時最大壓力要求為288 kN。

表1 壓力大小計算

在軸承拆卸時壓力會隨著軸承拔出的越多至完全拔出，壓力從288 kN逐漸下降到零。軸承壓入時壓力從零到完全裝入升高到288 kN。鑒于以上我們選擇的液壓裝置產生壓力需要≥288 kN。

4 詳細設計

4.1 拉拔裝備設計

拉拔裝置由液壓機，液壓油缸和固定裝置三部分組成，如圖1所示。液壓機采用小型遙控式液壓機，最大壓力可達450 kN。液壓油缸采用自主研發小型高強度油缸，重量輕，可承壓力大。固定裝置為鋁合金和高強度合金鋼加工而成，經過強度仿真，最大承受壓力為500 kN。滿足使用要求，保證設計冗余，同時設備本身總重量控制在50 kg，方便安裝搬運。

圖1 拉拔裝置

4.2 吊車設計

吊車采用可折疊式吊車，能夠快速折疊和展開，用于軸承座拆卸和安裝時的吊裝。承重要求200 kg。

4.3 運輸小車設計

運輸小車設計可以承重5 t，尺寸控制在皮卡車廂尺寸范圍內，自身重量20 kg以內。運輸小車輪子采用高強度聚四氟乙烯，具有良好絕緣性能，可以同時用于公路和鐵路鐵軌上行駛。

5 技術特點

5.1 熱裝變為冷裝

將原先熱裝工序改為冷裝工序，工序得到縮減，簡化了操作難度，減少了救援時間，避免了加熱等危險工序環節。

5.2 輕量化設計

整套拆卸裝備總重量控制在50 kg以內，每個零部件重量控制在30 kg以內，方便現場人員安裝和使用。行走救援裝備在2人配合情況下即可使用，安裝方便簡易，對人員操作要求降低且能將應急搶修時間控制在1 h～2 h以內完成故障軸承的拆卸和新軸承的替換安裝。

5.3 設備安全性高

要求設備有較高安全性，無危險性設備和裝置，提高人員操作時的安全，保障人員人身安全。

5.4 設備環保，可重復使用

設備內部無滴漏拋灑等或者使用殘留物等對環境產生污染的物質，同時要求設備無電磁等人體產生輻射物質。設備材料采用鋼鋁結合材料，結構強度遠大于使用要求，可以多次重復使用，節約成本，減少設備浪費。

5.5 設備效率高

目前全局對于機車輪對故障的處理方式為現場割除輪對彈簧，吊裝使輪對離地，緩慢行駛至機輛段后，拆卸出輪對，更換軸承。采用救援裝備后即可現場更換軸承，更換后即可正常運轉。對鐵路運輸效率有極大提升，同時節約維修時間和成本。

6 現場應用

2020年7 月及2022年8月分別在上海機車檢修段、上海機輛段進行了兩次機車軸箱軸承的拆卸組裝演練試用，該搶修設備能滿足設計需求，其操作使用方便、快捷、安全，且不損壞機車其他配件。還配備了運輸小車，可根據工作需要隨意移動工作位置，既可在檢修庫內作業，又可在庫外、整備線作業，如有事故救援需要，還可到達事故現場開展救援工作。該裝置在機務系統檢修部門和救援部門的推廣應用，具有巨大的實用價值。

7 結束語

隨著CR200J動車組在我段投入運用的實際情況，該搶修裝置投入使用后，解決了現有技術條件下CR200J動車組動力車救援工作難題，相關設備不受救援場地、天氣情況等條件限制，確保列車運行途中發生CR200J動車組動力車輪對驅動軸箱軸承故障后應急有備、搶修迅速、處置得當，實現營運線路以最短時間開通。該裝置的研發填補了國內動力集中動車組動力車走行部軸箱軸承固死等故障后應急救援設備的空白，提升運用應急安全管理水平，經濟效益和社會效益明顯，推廣應用前景良好。