CR400BF型動車組運行性能跟蹤分析研究

王恒亮 中國鐵路上海局集團有限公司科研所

經(jīng)過十多年的發(fā)展，我國在和諧號動車組的基礎(chǔ)上設(shè)計開發(fā)了復(fù)興號動車組，根據(jù)中國國家鐵路集團有限公司的要求，自2017年9月21日起在京滬高鐵開行350 km/h速度等級的CR400 系列復(fù)興號動車組，中國動車組開啟了新的發(fā)展歷程。

為了全面掌握復(fù)興號動車組開行300 km/h或350 km/h速度等級的運行服役情況，深入研究動車組疲勞壽命周期性能變化規(guī)律，確保動車組運行安全性與穩(wěn)定性，有必要開展針對CR400型動車組關(guān)鍵部件運用狀態(tài)的長期跟蹤分析研究。

1 研究內(nèi)容

為深入開展CR400 型動車組齒輪箱、軸承、一二系懸掛等關(guān)鍵系統(tǒng)或部件的長期服役性能跟蹤，以及車輪、閘片、碳滑板、研磨子等磨耗件的磨耗規(guī)律研究，選取兩列CR400BF型動車組分別作為300 km/h、350 km/h 速度等級長期跟蹤檢測動車組。

主要研究內(nèi)容如下：

（1）車輪踏面、輪緣磨耗檢測及規(guī)律研究；

（2）制動盤、制動閘片磨耗檢測及規(guī)律研究；

（3）研磨子磨耗檢測及規(guī)律研究；

（4）碳滑條磨耗檢測及規(guī)律研究；

（5）聯(lián)軸節(jié)、齒輪箱、軸箱垂向油壓減振器、二系垂向油壓減振器、二系橫向油壓減振器、抗蛇形油壓減振器等部件狀態(tài)檢測、故障匯總；

（6）軸承、齒輪箱及牽引電機溫度檢測及規(guī)律研究；

（7）運行平穩(wěn)性動態(tài)檢測及規(guī)律研究；

（8）對比分析350 km/h 和300 km/h 速度等級動車組上述（1）至（7）項的服役性能差異。

2 研究方法

（1）檢測大綱

上海動車段配屬的CR400BF 型動車組是中車長客股份新制時速350 km 中國標(biāo)準(zhǔn)動車組批量車，結(jié)構(gòu)形式如圖1 所示，M為動車，T為拖車。

圖1 CR400BF型動車組結(jié)構(gòu)形式

選取CR400BF-5010、CR400BF-5016 分別作為350 km/h、300 km/h 速度等級長期跟蹤檢測車組，開展長期跟蹤檢測。CR400BF 型動車組運行性能跟蹤檢測由上海動車段牽頭，聯(lián)合科學(xué)技術(shù)研究所共同實施，編制了《CR400BF-5010、5016 動車組長期跟蹤檢測大綱》，明確了CR400BF 型動車組長期跟蹤檢測的目的、范圍及要求，制定了相關(guān)檢測內(nèi)容。

（2）檢測周期

檢測周期見表1。

表1 檢測項目及周期

（3）技術(shù)手段

創(chuàng)新性地研制了一套動車組運行性能跟蹤分析軟件，基于LabVIEW 和ACCESS 設(shè)計了開發(fā)架構(gòu)，采用了模塊化的功能設(shè)計方式，界面直觀、清晰，用戶操作簡單、方便，實現(xiàn)了動車組運行性能跟蹤檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析的系統(tǒng)化、規(guī)范化和自動化，提高了動車組運行性能分析的智能化水平。

綜合運用了多種先進的檢測儀器、多種成熟的檢測技術(shù)，自主研發(fā)或外部引進了適用于動車組運行性能跟蹤分析研究的新方法、新技術(shù)、新產(chǎn)品，協(xié)調(diào)整合了科研院校與生產(chǎn)單位各自的資源優(yōu)勢，有效確保了動車組運行性能跟蹤分析研究的準(zhǔn)確性、客觀性與科學(xué)性。

3 研究結(jié)果

歷經(jīng)兩年多的時間，搜集、整理、分析了CR400BF型動車組運行速度等級300 km/h 和350 km/h 的各項關(guān)系到動車組運行技術(shù)性能狀態(tài)的海量數(shù)據(jù)，得到了一些研究結(jié)論和建議：

（1）車輪：①為了更好地維持車輪踏面形狀，在LMB型車輪踏面凹型磨耗處和輪緣根部進行局部優(yōu)化處理，例如借助物理氣相沉積技術(shù)鍍上耐磨涂層，其優(yōu)點在于不影響車輪外形的前提下，可有效提高車輪踏面的耐磨性，可延長車輪鏇修周期，進而延長輪對使用壽命；②動車組研磨子會對車輪踏面進行一定程度修型，但踏面滾動圓處仍然存在較為明顯的凹磨特征，因此，優(yōu)化現(xiàn)有動車組研磨子的使用頻率和效率可對踏面滾動圓處凹磨速率起到一些減緩作用；③依據(jù)軌道-車輛耦合系統(tǒng)的動力學(xué)特性研究，根據(jù)高速輪軌耦合接觸關(guān)系，優(yōu)化設(shè)計LMB 型車輪外形，進一步減輕或避免出現(xiàn)集中磨耗導(dǎo)致踏面凹型，延長新輪或鏇輪后在名義滾動圓附近疲勞裂紋、剝離等損傷的出現(xiàn)時間。

（2）制動盤、制動閘片、研磨子：它們的磨耗規(guī)律研究不能單以運行速度等級或公里數(shù)作為劃分因素，動車組運行交路中列車制動頻次是影響制動盤、制動閘片和研磨子磨耗的主要因素。

（3）碳滑條：從動車組受電弓工作方式和碳滑條磨耗數(shù)據(jù)可以看出，碳滑條是易損件，其日常磨耗測試數(shù)據(jù)因不同人員的人為測量基準(zhǔn)不同使得數(shù)據(jù)的客觀性略有缺乏，因此，上海動車段于2019 年3 月對碳滑條磨耗測量方法和標(biāo)準(zhǔn)進行了修改，將原先的磨耗極限值5 mm 改為25 mm，同時建議研究自動化碳滑條磨耗測量工具。

（4）滾動軸承、齒輪箱、牽引電機：目前尚無更換記錄，處于使用周期的初期階段，還沒有到故障頻發(fā)的節(jié)點。滾動軸承、齒輪箱、牽引電機出現(xiàn)故障，特別是早期潛在故障時，油液溫度監(jiān)控存在較大滯后性，建議加強高速旋轉(zhuǎn)部件的振動檢測監(jiān)測技術(shù)研究。

（5）運行平穩(wěn)性：CR400BF 型動車組在 350 km/h 速度等級及以內(nèi)運行時，車體橫向和垂向平穩(wěn)性指標(biāo)均小于2，比GB5599-1985中規(guī)定的客車運行平穩(wěn)性優(yōu)等限值（2.5）還小，CR400BF型動車組平穩(wěn)性總體來看是很好的。

4 結(jié)束語

動車組是集機械、電氣、控制等先進技術(shù)于一體的大系統(tǒng)，影響動車組運行性能的因素很多。對于CR400BF型動車組疲勞壽命規(guī)律的跟蹤分析，從動車組牽引、制動兩個角度出發(fā)，對車輪、制動盤、研磨子等磨耗件的磨耗進行了跟蹤測試與數(shù)據(jù)分析，對滾動軸承、齒輪箱、牽引電機的車載溫度數(shù)據(jù)進行了下載與分析，對動車組運行平穩(wěn)性進行了長期跟蹤測試。借助開發(fā)的動車組運行性能跟蹤數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析軟件，對采集的數(shù)據(jù)進行逐一分析、對比分析、歸納總結(jié)。研究結(jié)論與指導(dǎo)建議對于掌握復(fù)興號動車組開行300 km/h或350 km/h速度等級的運行服役情況具有重要意義，能夠科學(xué)指導(dǎo)CR400BF型動車組檢修運用、優(yōu)化完善CR400BF型動車組修程修制，對于保障復(fù)興號動車組安全穩(wěn)定運行是重要的技術(shù)支撐，對于提高動車組運維管理水平具有科學(xué)的指導(dǎo)作用。