CRH5G型動車組齒輪箱油樣監(jiān)測研究

羅玉勝 龐龍 楊梁崇 夏文站 張宏偉

摘要：依據(jù)近兩年動車組化驗(yàn)檢測數(shù)據(jù)，研究試驗(yàn)CRH5G動車組延長至40萬公里換油周期，按運(yùn)行20-40萬公里以5萬公里為取樣周期跟蹤檢測，監(jiān)控水分含量、粘度值、酸值、閃點(diǎn)、傾點(diǎn)等技術(shù)參數(shù)值，同時利用WTDS系統(tǒng)對動車組齒輪箱溫度進(jìn)行監(jiān)控，統(tǒng)計(jì)齒輪箱油樣在不同走行公里數(shù)下的鐵含量、銅含量、水分含量、粘度值、酸值、閃點(diǎn)、傾點(diǎn)等技術(shù)參數(shù)。通過分析油脂性能，開展更換周期延長至40萬公里的跟蹤試驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：研究試驗(yàn);統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù);分析油脂性能

中圖分類號：U266 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0引言

目前全路動車組油、脂化驗(yàn)完全依據(jù)：

一是延長車輪傺修周期。CRH5G型車組車輪鎖修走行15萬km后，以3萬km為周期測量分析高階多邊形、等效錐度和振動噪聲等參數(shù)，進(jìn)行齒輪箱換油周期延長至20萬km的跟蹤試驗(yàn)。

二是延長油品更換周期。CRH5G型車組齒輪箱潤滑油更換后運(yùn)行20-30萬km以5萬、30-40萬km以3萬km為取樣周期檢測銅鐵含量，分析油脂性能，進(jìn)行更換周期延長至40萬km的跟蹤試驗(yàn)。

綜合多年的化驗(yàn)數(shù)據(jù)，到公里數(shù)換下的廢油各項(xiàng)指標(biāo)非常可靠，可繼續(xù)使用。完善CRH5G平臺動車組二級修延長到高級修項(xiàng)目的可行性分析，進(jìn)一步細(xì)化CRH5G平臺動車組高級修周期延長驗(yàn)證方案。針對CRH5G型C1-C4修齒輪箱油更換周期延長，需加強(qiáng)日常監(jiān)測、積累數(shù)據(jù)、科學(xué)論證、審慎推進(jìn)。

1齒輪箱延長換油周期研究

在國鐵集團(tuán)、蘭州局集團(tuán)公司關(guān)于高速鐵路動車組運(yùn)用維修規(guī)程的標(biāo)準(zhǔn)和方法的基礎(chǔ)上，研究一套完整滿足延長換油周期油液監(jiān)測的整體要求，具有必備的技術(shù)能力，準(zhǔn)確、及時測取動車組齒輪箱的油液檢測數(shù)據(jù)。

依據(jù)摩擦學(xué)理論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，綜合油液測得數(shù)據(jù)，建立數(shù)學(xué)模型并確定閾值，自動生成動態(tài)和靜態(tài)的監(jiān)測判別閾，輸出監(jiān)測診斷結(jié)論，并綜合運(yùn)用相關(guān)多種監(jiān)測技術(shù)，對運(yùn)用中動車齒輪箱磨損狀態(tài)、潤滑油（脂）等油液工作介質(zhì)性能做出判斷，提出延長建議。

基于油液實(shí)測大數(shù)據(jù)，按照預(yù)選數(shù)學(xué)模型和判別閾值，通過系統(tǒng)相當(dāng)一段時間的運(yùn)行，在數(shù)學(xué)模型和判別閾值進(jìn)一步修正驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，完善目前動車組齒輪箱換油公里數(shù)的合理數(shù)值。

對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，根據(jù)摩擦學(xué)磨損理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，擬采用一元線性回歸分析理論擬合油樣檢測數(shù)據(jù)的規(guī)律。

2齒輪箱延長換油周期的原理

經(jīng)過近些年對高速動車組齒輪箱潤滑油的跟蹤監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，在用齒輪油的更換周期評估方法宜采用油品理化性能衰變、污染情況、添加劑消耗和設(shè)備磨損情況等4種方法進(jìn)行。

2.1理化化性能衰變評估法

齒輪油使用過程中，由于受到摩擦剪切、高溫氧化和污染，油品性能會發(fā)生變化，使用壽命就會縮短。動車車軸齒輪箱的理化性能衰變主要評價指標(biāo)為運(yùn)動黏度、總酸值、閃點(diǎn)、傾點(diǎn)等。

2.2污染情況評估法

高速列車在行駛過程中，齒輪箱的污染源主要是水分和粉塵，水分會加速油品乳化變質(zhì)，而粉塵等固體顆粒則會引起磨粒磨損。對動車車軸齒輪箱，污染情況評估的主要指標(biāo)為水分及硅[si]元素。

2.3添加劑消耗評估法

齒輪油中通常添加磷型極壓抗磨添加劑以提高油品的極壓抗磨性能，極壓抗磨劑的消耗會導(dǎo)致油品的極壓性能降低，在高負(fù)荷條件下會造成齒面擦傷和燒結(jié)。對動車車軸齒輪箱，添加劑消耗評估的主要指標(biāo)為磷含量。

2.4磨損情況評估法

隨著使用時間的增加，齒輪箱不可避免地存在磨損。磨損量增加，油中的金屬磨損顆粒增多，一方面會加速齒輪、軸承的磨損，另一方面會加速油品的氧化。磨損程度可以通過光譜元素含量進(jìn)行評價。對于齒輪箱，磨損的主要評價指標(biāo)有鐵、銅含量，其中鐵元素主要來自齒輪、軸承等部件;銅元素通常來源于銅質(zhì)的軸保持架。

3齒輪箱延長換油周期油樣軟件系統(tǒng)預(yù)判功能

按歷史大數(shù)據(jù)分析預(yù)估壽命周期，對不同監(jiān)測項(xiàng)目分別建立故障預(yù)測數(shù)學(xué)模型。

動車組油液監(jiān)測系統(tǒng)可將歷史油樣化驗(yàn)數(shù)據(jù)作為理論支撐，同時，在開展動車組齒輪箱潤滑油更換周期延長跟蹤驗(yàn)證中，對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)周期監(jiān)控分析，對動車組運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行動態(tài)跟蹤，及時進(jìn)行數(shù)據(jù)判斷，形成數(shù)據(jù)綜合分析，過程糾偏，做到提前預(yù)警。

4參照檢測標(biāo)準(zhǔn)

參考中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)，中國國家鐵路集團(tuán)有限公司機(jī)輛部關(guān)于規(guī)范動車組儀表檢測及油脂化驗(yàn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定參考標(biāo)準(zhǔn)見表1所列。

5評估方案

以一元線性回歸法為理論基礎(chǔ)，通過大樣本數(shù)據(jù)和換油限值標(biāo)準(zhǔn)，推導(dǎo)出40km換油的理論可行性。CRH5G現(xiàn)有換油周期標(biāo)準(zhǔn)為20萬公里km，以此為基礎(chǔ)，0-20萬km區(qū)間每隔5萬km采樣1次，利用一元線性回歸擬合計(jì)算出油料40萬km換油的理論可行性和最大運(yùn)行里程，出具階段性報告（或取新油并檢測和已有20萬km的化驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合推導(dǎo)），如可繼續(xù)行駛，20-40萬km則繼續(xù)跟蹤采樣，并在每次采樣化驗(yàn)完成后立即進(jìn)行方程擬合修正預(yù)估換油里程，保證整個試驗(yàn)的安全性。

6化驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

蘭州局集團(tuán)公司牽頭成立了油脂更換周期延長跟蹤試驗(yàn)攻關(guān)小組，依據(jù)國鐵集團(tuán)動車組修程修制改革指導(dǎo)意見，開展CRH5G型動車組齒輪箱潤滑油更換周期從20萬km延長至40萬km的跟蹤驗(yàn)證工作。

自2019年4月，第一階段采用7組實(shí)驗(yàn)車，累計(jì)化驗(yàn)檢測數(shù)據(jù)2000余項(xiàng)次。

數(shù)據(jù)超標(biāo)32項(xiàng)次，整體超標(biāo)率1.68%。其中鐵含量數(shù)據(jù)超標(biāo)6項(xiàng)次，單項(xiàng)占比3.1%;鐵磁顆粒超標(biāo)12項(xiàng)次，單項(xiàng)占比6.32%;閃點(diǎn)超標(biāo)1項(xiàng)次（貼近限度值），單項(xiàng)占比0.53%;傾點(diǎn)超標(biāo)7項(xiàng)次（均貼近限度值），單項(xiàng)占比3.67。

從數(shù)據(jù)可以看出，超標(biāo)指標(biāo)主要為鐵含量、鐵磁顆粒和機(jī)械雜質(zhì)，且位置集中為CRH5G-5177動車組02車1位、2位，04車1位，07車1位齒輪箱;CRH5G-5191動車組01車2位齒輪箱。且因位置集中，已對該幾處齒輪箱狀態(tài)重點(diǎn)進(jìn)行盯控檢測。

2020年4月起，第二階段實(shí)驗(yàn)共投入28組實(shí)驗(yàn)車，至今化驗(yàn)檢測數(shù)據(jù)3700余項(xiàng)次，數(shù)據(jù)僅鐵含量超標(biāo)1項(xiàng)次，其余各項(xiàng)檢測情況均正常。經(jīng)過第一階段檢測數(shù)據(jù)總結(jié)，前期取樣時間過長，取樣不均勻造成數(shù)據(jù)偏大。更改取樣方案，齒輪箱延長至50萬km取樣化驗(yàn)，結(jié)合一級修夜班取樣，取樣時間縮短，大大優(yōu)化數(shù)據(jù)結(jié)果，檢測數(shù)據(jù)真實(shí)性、可靠性加強(qiáng)。齒輪箱潤滑油化驗(yàn)指標(biāo)增加銅片腐蝕性項(xiàng)目，取消機(jī)械雜質(zhì)項(xiàng)目。

7檢測數(shù)據(jù)分析

7.1解釋概率分析原理

概率分析又稱風(fēng)險分析，是通過研究和計(jì)算各種不確定性因素發(fā)生不同變動幅度的概率分布，對項(xiàng)目可行性和風(fēng)險性以及方案優(yōu)劣作出判斷的一種不確定性分析法。在項(xiàng)目評價中所用的概率是指各種基本變量出現(xiàn)的頻率。其分析結(jié)果的可靠性很大程度上取決于每個變量概率值判斷的準(zhǔn)確性。

7.2解釋各曲線

圖1藍(lán)色區(qū)域代表各線名稱。

7.3線性分析合理性

減去5%最高值和5%最低值形成的如圖1趨勢線。目前50萬km檢測從概率數(shù)據(jù)可以看出，平行線線性、上趨勢線線性、下趨勢線線性均傾斜向上，也沒有超過限值，代表數(shù)據(jù)穩(wěn)定合理。但因?yàn)閿?shù)據(jù)量較少暫時還無法準(zhǔn)確的判定可延長公里走行數(shù)，后期軟件系統(tǒng)對歷史數(shù)據(jù)會形成監(jiān)控預(yù)判功能。

7.4鐵含量

分析：檢測項(xiàng)目共9項(xiàng)，以鐵含量為例。根據(jù)980個樣品數(shù)據(jù)分析，圖1為20萬km運(yùn)行至50萬km數(shù)據(jù)鐵含量變化分析圖示，并未超出檢測限值。

所以CRH5G動車組運(yùn)行至50萬km鐵含量在正常檢測范圍內(nèi)驗(yàn)證可行。

鐵元素的形成及超標(biāo)影響。

運(yùn)動中的兩摩擦副表面在正?；瑒幽p機(jī)理下所產(chǎn)生的磨損會產(chǎn)生鐵元素。所有摩擦副磨損磨損顆粒的累計(jì)含量，根據(jù)磨損元素的變化率可以判斷摩擦副的磨損趨勢及其嚴(yán)重程度。

8結(jié)語

CRH5G型動車組齒輪箱油樣監(jiān)測研究成果：

（1）經(jīng)過5000余數(shù)據(jù)積累，油樣化驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，齒輪箱潤滑油運(yùn)行40萬km各項(xiàng)理化性能良好，銅鐵含量、鐵磁顆粒在運(yùn)行合理范圍之內(nèi)，延長期間未發(fā)生因潤滑不良導(dǎo)致齒輪箱異常磨耗。閃點(diǎn)、傾點(diǎn)檢測均正常，證明延長期間齒輪箱潤滑油本身理化性能良好。能夠滿足各項(xiàng)齒輪箱潤滑要求，同時未發(fā)生由于齒輪箱潤滑油潤滑不良導(dǎo)致的問題。具備延長齒輪箱潤滑油更換周期的條件。

（2）通過WTDS、TEDS監(jiān)控設(shè)備能及時發(fā)現(xiàn)齒輪箱問題隱患，同時通過潤滑油走行公里超過20萬km以后，每5萬km取樣化驗(yàn)?zāi)芗皶r發(fā)現(xiàn)齒輪箱異常磨損及齒輪箱潤滑油理化問題，發(fā)現(xiàn)問題時立即采取對應(yīng)的控制措施，保障動車組運(yùn)行安全。

（3）節(jié)約成本經(jīng)濟(jì)效益提升全國CRH5G動車組一個CHR5G動車組一個高級修周期（大約2年）內(nèi)可以節(jié)約費(fèi)用20余萬元，全國CRH5G動車組大約80多組，一個高級修周期（大約2年）可節(jié)約1690萬元。國內(nèi)CRH5G車組檢修和CRH5A檢修周期一致，齒輪箱類似，CRH5G檢修可試驗(yàn)推廣到CRH5A平臺動車組，按照目前全路CRH5A平臺動車組大約220多組車，一個高級修周期（大約2年）可節(jié)約社會資源4506萬元。