CRH380A(L)型動車組輪對壽命及預(yù)測模型的研究

王智勇

(中國鐵路成都局集團有限公司成都動車段 四川 成都 610051)

0 前言

動車組輪對是高速動車組的重要組成部分，同時作為車體與軌道直接接觸并傳導(dǎo)作用力的部分，列車的運行、牽引和制動都通過輪軌關(guān)系來實現(xiàn)。輪軌間長時間地相對運動會導(dǎo)致輪對內(nèi)部出現(xiàn)疲勞、輪緣及輪輞磨損等缺陷，若不及時檢修，會危害列車運行品質(zhì)，嚴(yán)重則危害到動車組的行駛安全[1-4]。一般來說，動車組輪對在運行一定公里數(shù)后，需要對輪對進行大修，但是不同平臺車型、運行線路等因素對檢修間隔存在一定影響。因此需要對動車組輪對服役過程中的檢修公里數(shù)加以預(yù)判，合理制定檢修方案以節(jié)約成本，提高輪對檢修效率，保障列車運營安全[5]。

1 項目背景

CRH380A(L)型動車組使用的輪對原型輪徑為860 mm,最小輪徑為790 mm；原型輪緣厚度為32 mm，最小輪緣厚度為26 mm。每隔25萬km需要進行輪對踏面修型，恢復(fù)踏面的基本形狀。根據(jù)前期針對CRH380A型動車組輪對的磨耗規(guī)律，成都動車段針對CRH380A型動車組輪對制定了經(jīng)濟鏇修的方案(即保證鏇修后輪緣大于27 mm，恢復(fù)踏面基本形狀)，通過該方案每次鏇修輪徑減少量基本保持在3～4 mm以內(nèi)。

2 問題描述

2019年8月成都動車段配屬了5組小輪徑的CRH380AL型動車組長期擔(dān)當(dāng)成都至北京方向交路，通過長達3個月的輪對數(shù)據(jù)跟蹤，結(jié)果發(fā)現(xiàn)CRH380AL型動車組輪對輪緣磨耗較快。

根據(jù)現(xiàn)車測試結(jié)果，CRH380AL型動車組一個鏇修周期25萬km輪緣平均磨耗厚度為1.9 mm(而同樣由重聯(lián)的CRH380A型動車組擔(dān)當(dāng)成都至北京方向交路的運行過程中，其在鏇修周期25萬km內(nèi)輪緣的平均磨耗厚度僅為0.5 mm)。由此可見，CRH380AL型動車組輪緣的磨耗速度接近CRH380A型動車組輪緣的磨耗速度的4倍。

前期針對CRH380A型動車組輪對踏面經(jīng)濟型鏇修的方式不再適用于CRH380AL型動車組。故研究針對CRH380AL型動車組的輪對經(jīng)濟鏇修方式和輪對壽命預(yù)測模型，以解決以下2個問題：(1)盡量保障在一個鏇修周期內(nèi)列車不出現(xiàn)因為輪徑或者輪緣到限而產(chǎn)生的臨鏇或臨時換輪；(2)充分考慮輪緣和輪徑之間的關(guān)系，建立數(shù)學(xué)模型預(yù)測出每一條輪對的使用壽命，對即將到限的輪對進行計劃性集中更換，在節(jié)約成本的同時將換輪風(fēng)險控制到最低。

3 同平臺車型輪緣磨耗的初步分析及初步鏇修方式研究

針對同平臺車型輪緣磨耗差異進行分析：

(1)車輛動力學(xué)性能差異，造成輪緣厚度磨耗過快。CRH380AL型動車組和CRH380A型動車組的車體、轉(zhuǎn)向架、輪對完全一致，唯一不同的是CRH380AL型動車組是16輛編組，CRH380A型動車組是8輛編組，所以CRH380AL型動車組與重聯(lián)的CRH380A型動車組唯一不同的是CRH380AL型動車組所有車廂之間的連接是半永久性車鉤；兩組CRH380A型動車組重聯(lián)是自動車鉤連接。兩者之間的差異在于半永久性車鉤的水平偏轉(zhuǎn)角度與自動車鉤的水平偏轉(zhuǎn)角度不同，進而導(dǎo)致CRH380AL型動車組相對重聯(lián)CRH380A型動車組剛度更大，導(dǎo)致列車在運行過程中，尤其是在過彎道時輪緣厚度磨耗更快。

(2)由于CRH380AL型動車組和CRH380A型動車組的輪對磨耗差異主要體現(xiàn)在輪緣厚度上，而輪輞磨耗速度一樣，所以在借鑒CRH380A型動車組的輪對經(jīng)濟鏇的基礎(chǔ)上，制定CRH380AL型動車組的輪對經(jīng)濟鏇標(biāo)準(zhǔn)(即保證鏇修后輪緣大于28 mm，輪徑大于791 mm，恢復(fù)踏面基本形狀)并執(zhí)行，保證鏇修周期內(nèi)不會產(chǎn)生臨鏇或換輪。

4 壽命預(yù)測模型

雖然CRH380AL動車組和CRH380A型動車組在每個鏇修周期內(nèi)輪徑磨耗一樣(都為1 mm)，但由于輪緣磨耗差異導(dǎo)致CRH380AL型動車組鏇修不能借鑒CRH380A型動車組輪對經(jīng)濟鏇修標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，否則會導(dǎo)致運用中輪緣厚度超標(biāo)而扣車鏇修；也不能盲目提高輪緣厚度卡控標(biāo)準(zhǔn)，降低輪對使用壽命，并且該批次CRH380AL型動車組小輪徑輪對占了80%,造成運用中無計劃地大量換輪。為此，必須研究如何將CRH380AL型動車組輪對使用壽命盡可能延長(即輪對壽命到限時，輪徑接近790 mm；輪緣厚度接近26 mm),并指導(dǎo)進行踏面修型。

建立數(shù)學(xué)模型如下：

當(dāng)前輪緣厚度A(mm)；輪徑值B(mm)；25萬km輪緣厚度磨耗系數(shù)C，每25萬km輪徑磨耗量為4 mm；每次鏇修后恢復(fù)踏面形狀的最低鏇修量為1.5 mm。

(1)暫時不考慮輪徑到限，只考慮輪緣到限的情況下，輪剩余最大走行公里數(shù)位X1(萬km)。

剩余可消耗輪徑=B-790;

以最低鏇修量考慮，剩余壽命周期內(nèi)自然磨耗消耗的輪徑=1.5×X1/25;

可用于鏇修恢復(fù)輪緣厚度的輪徑=B-790-1.5×X1/25;

理論剩余可消耗輪緣厚度=(B-790-1.5×X1/25)/7+(A-26);

在剩余壽命周期內(nèi)實際消耗輪緣厚度=C×X1/25;

根據(jù)理論剩余消耗輪緣厚度=實際消耗輪緣厚度的原則，建立方程，得(B-790-1.5×X1/25)/7+(A-26)=C×X1/25

即：X1=[(B-790)/7+A-26]×25/(3/14+C)

(2)暫時不考慮輪緣到限，只考慮輪徑到限(最大磨耗)的情況下，輪剩余最大走行公里數(shù)位X2(萬km)，剩余可消耗輪徑=B-790;實際消耗輪徑為4×X2/25。

根據(jù)剩余可消耗輪徑=實際消耗輪徑,建立方程：B-790=4×X2/25

即：X2=(B-790)/4×25

(3)由于輪對實際的剩余最大走行公里數(shù)X(萬km)，既要考慮輪徑又要考慮輪緣，所以X=min(X1,X2)。

5 輪對壽命預(yù)測模型應(yīng)用

一方面，根據(jù)以上數(shù)學(xué)模型，可以準(zhǔn)確預(yù)計CRH380AL型動車組輪對的使用壽命(即還可以使用的走行公里數(shù))。同時根據(jù)預(yù)測壽命情況，并結(jié)合用車情況和備用輪對儲存情況，按壽命的長短分批次有計劃性地進行輪對集中更換，在對運用檢修干擾最小的情況最大限度地降低輪對臨時更換風(fēng)險。

以部分CRH380AL-2918動車組數(shù)據(jù)為例，圖1所示為01、02、04車的輪對使用情況。可以看出其輪對的實際換輪剩余走行公里數(shù)與模型預(yù)測的換輪剩余走行公里相近?，F(xiàn)車實際情況與預(yù)測模型基本一致，相差±10%以內(nèi)。該模型方便實用。實際運行過程中，通過優(yōu)化車輛的交路擔(dān)當(dāng)任務(wù)、重新制定檢修標(biāo)準(zhǔn)及檢修計劃，CRH380AL型動車組輪對臨時鏇修任務(wù)降低60%，大大提高了其檢修計劃的穩(wěn)定性及經(jīng)濟性，降低輪對更換的潛在風(fēng)險。

圖1 CHR380AL-2918動車組輪對更換情況

另一方面，考慮到CRH380A型動車組及CRH380AL型動車組在相同運行區(qū)間上輪緣磨耗的較大差異，后續(xù)新造車輛建議結(jié)合配屬地點、運行交路等合理選擇車輛編組(16編組或8編組)；除此之外，運用部門結(jié)合同平臺、不同運行交路下的輪緣磨耗差異，優(yōu)化CRH380A/AL系列動車組的線路擔(dān)當(dāng)安排，線路磨耗較快的交路優(yōu)先安排重連車輛運行，延長輪對使用壽命，降低車輛產(chǎn)生臨鏇或臨時換輪的概率，提高檢修的經(jīng)濟性。

6 總結(jié)

(1)動車組車鉤的連接方式對輪緣磨耗有很大影響，相較于自動車鉤，半永久車鉤水平剛度更大，轉(zhuǎn)彎時對輪緣磨耗更加明顯。相同技術(shù)平臺車型編組形式對列車影響較大，后續(xù)新造列車可考慮其運營區(qū)間對其進行合理編組，同時運用部門合理安排不同編組形式車輛的擔(dān)當(dāng)交路，延長輪對使用壽命，進而提升檢修標(biāo)準(zhǔn)的合理性及經(jīng)濟性。

(2)根據(jù)輪對直徑、輪緣磨耗等建立數(shù)學(xué)模型，可以快速預(yù)測出輪對使用壽命，提高檢修/更換輪對效率。

(3)該模型方便簡單，后續(xù)可在其他型號動車組上進行應(yīng)用。