CRH5型動(dòng)車組車軸損傷修復(fù)性淺析

蘇寶偉

摘 要： CRH5型動(dòng)車組實(shí)際運(yùn)營(yíng)過程中，列車運(yùn)行額定公里數(shù)時(shí)，須對(duì)其進(jìn)行預(yù)防性、更正性維護(hù)，目的是將車輛的安全性能恢復(fù)到新造車輛的水平，保證車輛的運(yùn)行可靠性。文章介紹在CRH5型動(dòng)車組輪對(duì)高等級(jí)檢修過程中，針對(duì)車軸在規(guī)定損傷限度內(nèi)，可預(yù)見性的拉傷、劃傷等損傷的可修復(fù)性進(jìn)行分析，及對(duì)現(xiàn)有車軸加工工藝改進(jìn)。

關(guān)鍵詞：CRH5型動(dòng)車組車軸；高等級(jí)檢修；可修復(fù)性；工藝改進(jìn)

中圖分類號(hào)：U260.331 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）24-0018-02

1 問題的提出

CRH5型動(dòng)車組車軸是動(dòng)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(dòng)車組進(jìn)行高等級(jí)檢修時(shí)，對(duì)車軸的檢修和狀態(tài)維護(hù)是極重要的工作之一。作為技術(shù)引進(jìn)的高速動(dòng)車組，生產(chǎn)制造、運(yùn)營(yíng)使用、基礎(chǔ)維護(hù)等經(jīng)驗(yàn)正逐步累積中，但在高等級(jí)檢修技術(shù)領(lǐng)域尚存在空白。承載運(yùn)用后的動(dòng)車組車軸，根據(jù)CRH5型動(dòng)車組高等級(jí)檢修修程要求，需進(jìn)行退卸車輪及制動(dòng)盤。在輪對(duì)退卸過程中，可預(yù)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(bào)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(fù)性的判定，及可靠的修復(fù)技術(shù)。針對(duì)上述問題，本文通過理論計(jì)算及實(shí)際檢修的經(jīng)驗(yàn)累積和實(shí)物驗(yàn)證，對(duì)CRH5型動(dòng)車組車軸損傷進(jìn)行修復(fù)性分析，提出動(dòng)車組車軸加工工藝改進(jìn)意見。

2 問題分析

2.1 車軸選型

CRH5型動(dòng)車組輪對(duì)是車軸與車輪過盈配合，采用冷壓方式組裝，它在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中承載整車的質(zhì)量及動(dòng)態(tài)載荷。在保證動(dòng)能經(jīng)濟(jì)性及能效性，兼顧速度要求下，動(dòng)車組車軸大多使用空心車軸。

2.2 車軸運(yùn)行工況

動(dòng)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(xiǎn)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(yùn)行狀態(tài)也相對(duì)惡劣，通過實(shí)際檢修的車軸發(fā)現(xiàn)，最為嚴(yán)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(duì)裝配合格的重要因素，它抑制輪對(duì)承載時(shí)，車軸扭曲形成的輪座與輪轂孔間相對(duì)運(yùn)動(dòng)。相關(guān)試驗(yàn)研究證明， 在其以過盈方式組裝中， 當(dāng)扭轉(zhuǎn)力超過壓裝力的0.6% 時(shí)， 即會(huì)產(chǎn)生微動(dòng)， 兩接觸界面間會(huì)出現(xiàn)波浪形不規(guī)則起伏， 從而有摩擦力產(chǎn)生，導(dǎo)致車軸與車輪之間的配合面出現(xiàn)微損傷趨勢(shì)。

3 可修復(fù)性分析

動(dòng)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(duì)現(xiàn)實(shí)運(yùn)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(yīng)力外，還有兩種基材的表面應(yīng)力，在配合表面的力學(xué)模型中，配合表面損傷受多種復(fù)合應(yīng)力影響。車軸毀損修復(fù)后，必須滿足毀損部位不得進(jìn)一步發(fā)展的要求。

3.1 車軸載荷分析

CRH5型動(dòng)車組輪對(duì)在運(yùn)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(dòng)載荷——因軌道線路高低起伏等原因，引起列車高速通過時(shí)，垂直方向上振動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)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(qiáng)度計(jì)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(jì)較載荷來測(cè)算車軸的運(yùn)用壽命，是利用期內(nèi)車軸變幅載荷的等效強(qiáng)化載荷。車軸載荷原由與車輛活動(dòng)或制動(dòng)有關(guān)。

①對(duì)CRH5型動(dòng)車組列車，運(yùn)動(dòng)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(diǎn)截面的垂直距離。

③由制動(dòng)引發(fā)的彎矩由下式判定：

Mx′=FfΓy，制動(dòng)盤外側(cè)；

Mx′=FfΓ（b-s），制動(dòng)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(yīng)力經(jīng)由合成彎矩MR 計(jì)較而得，合成彎矩為：

MR=■

MX=Mx+Mx′

MZ=Mz′

MY=My′

應(yīng)力計(jì)算：

空心車軸的內(nèi)徑是d′，外徑是d，應(yīng)力計(jì)算公式是：

外表面：σS=■

內(nèi)表面：σb=■

CRH5型動(dòng)車組的車軸材料是30NiCrMoV12，為空心車軸，根據(jù)UIC515-3，動(dòng)車車軸取安全系數(shù)1.5，所以車軸輪座部位的應(yīng)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(fù)性判定

在以往大線鐵路列車輪對(duì)車軸檢修中，車軸基本采用磨削法去除表面劃傷，并對(duì)磨削表面進(jìn)行滾壓硬化處理，以滿足設(shè)計(jì)部門對(duì)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(yīng)力的基礎(chǔ)上的。

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

故CRH5型動(dòng)車組車軸輪座具有可修復(fù)性。并根據(jù)《CRH5A型動(dòng)車組輪對(duì)技術(shù)規(guī)范》、標(biāo)準(zhǔn)UIC 813及EN 13260，對(duì)損壞的車軸按1.2 mm進(jìn)行修復(fù)，然后進(jìn)行反壓試驗(yàn)測(cè)試，壓力曲線結(jié)果符合輪對(duì)反壓條件要求。

4 結(jié) 語

①CRH5型動(dòng)車組車軸輪座具有可修復(fù)性。

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

參考文獻(xiàn)：

[1] 郭志仁.車軸壽命談[J].機(jī)車車輛工藝，1992，（6）：1-9.

[2] 石塚弘道.車軸微振磨損的對(duì)策[J].國(guó)外內(nèi)燃機(jī)車，

1993，（12）：48-52.

[3] 田中真一.車軸疲勞壽命的設(shè)計(jì)和可靠性評(píng)價(jià)[J].國(guó)外 內(nèi)燃機(jī)車，1993，（12）：34-38.

[4] 楊廣雪，謝基龍，周素霞，等.車軸設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)軸轂配合接觸壓力影響的 研究[J].鐵道學(xué)報(bào)，2009（6）：31-35.

[5] 黃夢(mèng)妮.rd<，2>型車軸過盈配合損傷分析研究[D].成都：西南交通大學(xué)，

2010.