和諧1型貨運電力機車轉(zhuǎn)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?fù)?dān)當(dāng)客運、貨運牽引任務(wù)，其中大部分機車已經(jīng)陸續(xù)進入機車最高級修程即C6修，轉(zhuǎn)向架作為涉及行車安全和運行舒適性的關(guān)鍵部件，為了更好地掌握機車轉(zhuǎn)向架的實際技術(shù)狀態(tài)，提升機車轉(zhuǎn)向架后續(xù)服役的可靠性和安全性，研究轉(zhuǎn)向架關(guān)鍵零部件及其壽命，優(yōu)化機車轉(zhuǎn)向架檢修項點，有效降低機車轉(zhuǎn)向架維護和檢修成本，對機車轉(zhuǎn)向架總成及其關(guān)鍵零部件開展全面、系統(tǒng)的全壽命周期評估，是十分必要的，也具備了技術(shù)基礎(chǔ)。

中國鐵路總公司對和諧型機車的修程設(shè)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(zhǔn)）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(zhǔn)）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(shù)測試、恢復(fù)機車可靠質(zhì)量狀態(tài)。C6修指的是機車全面分解檢修，全面性能參數(shù)測試，恢復(fù)基本性能，可同時進行機車或主要部件的技術(shù)提升。在檢修技術(shù)規(guī)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(zhuǎn)向架作為機車的關(guān)鍵子系統(tǒng)，有針對性地對轉(zhuǎn)向架各部件（包括橡膠關(guān)節(jié)、油壓減振器、結(jié)構(gòu)疲勞部件）開展可靠性、安全性及壽命評估研究至關(guān)重要。

1 轉(zhuǎn)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(shè)備完整的實際情況下，將機車直接置于機車稱重調(diào)簧試驗臺進行稱重試驗。在稱重調(diào)簧試驗臺檢測轉(zhuǎn)向架軸重、輪重分布情況等轉(zhuǎn)向架參數(shù)變化情況，并評估以上參數(shù)變化對轉(zhuǎn)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(dāng)，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(jié)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(shù)規(guī)程》（C6修）要求進行轉(zhuǎn)向架稱重調(diào)簧試驗，研究結(jié)果與檢修規(guī)程一致。

2 橡膠關(guān)節(jié)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(guān)節(jié)、電動機吊桿橡膠關(guān)節(jié)、連桿橡膠關(guān)節(jié)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(guān)節(jié)的性能變化和疲勞壽命。

產(chǎn)品外觀檢查主要是對關(guān)節(jié)進行目測，觀察關(guān)節(jié)產(chǎn)品皺紋等具體外觀情況。從檢查結(jié)果可知，隨機選取的所有橡膠關(guān)節(jié)外觀良好。

各類型橡膠關(guān)節(jié)的徑向剛度檢測主要的依據(jù)是各橡膠產(chǎn)品所承擔(dān)的功能及載荷要求，因此連桿橡膠關(guān)節(jié)徑向以5 mm/min的速度在（0 kN～65 kN～0 kN）的范圍內(nèi)連續(xù)加載3個循環(huán)，每個循環(huán)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(guān)節(jié)徑向以5 mm/min的速度在（0 kN～156 kN～0 kN）的范圍內(nèi)連續(xù)加載3個循環(huán)，每個循環(huán)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(guān)節(jié)徑向以5 mm/min的速度在（（0 kN～233 kN～0 kN）的范圍內(nèi)連續(xù)加載3個循環(huán)，每個循環(huán)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(guān)節(jié)、軸箱拉桿橡膠關(guān)節(jié)和電動機吊桿橡膠關(guān)節(jié)的徑向剛度檢測結(jié)果如表2～表4所示。

表2 連桿橡膠關(guān)節(jié)徑向剛度檢測

表3 軸箱拉桿橡膠關(guān)節(jié)徑向剛度檢測

表4 電動機吊桿橡膠關(guān)節(jié)徑向剛度檢測

由此可知，軸箱拉桿橡膠關(guān)節(jié)和電動機吊桿橡膠關(guān)節(jié)的徑向剛度測試結(jié)果都超出了產(chǎn)品的性能要求，連桿橡膠關(guān)節(jié)也約有一半產(chǎn)品不再符合性能要求。

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

表5 連桿橡膠關(guān)節(jié)高低溫試驗檢測

表6 軸箱拉桿橡膠關(guān)節(jié)高低溫試驗檢測

表7 電動機吊桿橡膠關(guān)節(jié)高低溫試驗檢測

橡膠關(guān)節(jié)低溫性能和高溫性能試驗后，所有關(guān)節(jié)的橡膠本體沒有出現(xiàn)裂紋，金屬和橡膠之間也沒有出現(xiàn)撕裂和脫膠等現(xiàn)象。-25 ℃時的低溫剛度系數(shù)最大為1.04，小于標(biāo)準(zhǔn)要求的1.5；-40 ℃時的低溫剛度系數(shù)最大為1.19，小于標(biāo)準(zhǔn)要求的2.0；-50 ℃時的低溫剛度系數(shù)最大1.4；+50 ℃時的高溫剛度系數(shù)最小0.92，大于標(biāo)準(zhǔn)要求的0.8。

因此，綜合對橡膠關(guān)節(jié)的各項性能檢測和試驗結(jié)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(shù)規(guī)程》（C6修）要求更新橡膠關(guān)節(jié)，研究結(jié)果與檢修規(guī)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(jīng)目視檢查，油壓減振器橡膠關(guān)節(jié)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(xiàn)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(rèn)為導(dǎo)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(dǎo)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(xiàn)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(xù)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(shù)規(guī)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(jié)果與檢修規(guī)程相似，但仍存在優(yōu)化的空間。

4 轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)向架臨界速度及平穩(wěn)性等動力學(xué)性能、檢測轉(zhuǎn)向架振動情況，檢測輪對驅(qū)動軸承溫升情況，檢測軸承故障報警情況，并對轉(zhuǎn)向架性能進行評估。

結(jié)果表明，純滾動條件下，120～130 km/h區(qū)間有輕微晃動，132 km/h時運行平穩(wěn)；加秦沈譜激振條件下，80 km/h和100 km/h時均未失穩(wěn)，120 km/h和132 km/h時加激振前后均有輕微晃動，但不發(fā)散失穩(wěn)；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(jié)語

對轉(zhuǎn)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(jié)果知悉各部件的實際服役狀態(tài)，從中掌握各部件可靠性隨時間、里程增加的變化規(guī)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(yōu)化及運用安全提供了技術(shù)支撐，為后續(xù)機車設(shè)計優(yōu)化和機車等壽命設(shè)計提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。