某型和諧號(hào)動(dòng)車(chē)組高級(jí)修周期延長(zhǎng)后性能狀態(tài)跟蹤

錢(qián)小磊，李志國(guó)，王靖，蔡兩，張啟航

（1 北京縱橫機(jī)電科技有限公司，北京 100094；2 中車(chē)唐山機(jī)車(chē)車(chē)輛有限公司，河北唐山 063035；3 中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 機(jī)車(chē)車(chē)輛研究所，北京 100081）

國(guó)外高鐵列車(chē)開(kāi)行較早的國(guó)家基于多年運(yùn)用檢修經(jīng)驗(yàn)的積累，通過(guò)持續(xù)開(kāi)展修程修制優(yōu)化，在動(dòng)車(chē)組檢修周期延長(zhǎng)、檢修方式優(yōu)化等方面取得了顯著成效，如德國(guó)鐵路公司（DB，Deutsche Bahn AG）將ICE3 型動(dòng)車(chē)組IS100、IS600、IS700 級(jí)檢修周期間隔由初期的4 000 km、120 萬(wàn)km、240 萬(wàn)km分別延長(zhǎng)至8 000 km、165 萬(wàn)km 和330 萬(wàn)km，動(dòng)車(chē)組可用性得到大幅提升［1］。與世界先進(jìn)水平相比，我國(guó)動(dòng)車(chē)組整車(chē)和部件檢修仍部分存在檢修周期間隔偏低、全壽命周期內(nèi)檢修頻次偏高，檢修項(xiàng)目和標(biāo)準(zhǔn)制定存在過(guò)度檢修的問(wèn)題［2］。近年來(lái)，我國(guó)動(dòng)車(chē)組也開(kāi)展了動(dòng)車(chē)組檢修周期延長(zhǎng)、檢修方式優(yōu)化等方面的探索，選取了一定數(shù)量的動(dòng)車(chē)組進(jìn)行實(shí)車(chē)試驗(yàn)驗(yàn)證，通過(guò)對(duì)驗(yàn)證車(chē)組檢修周期延長(zhǎng)期間和延長(zhǎng)進(jìn)入高級(jí)修后的性能狀態(tài)進(jìn)行跟蹤，搜集相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)行技術(shù)分析和評(píng)估，獲得了寶貴的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和相應(yīng)的驗(yàn)證結(jié)論。

1 技術(shù)路線(xiàn)

借鑒以可靠性為中心的維修理論（RCM，Reliability Centered Maintenance）在決策、失效模式及影響分析、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等方面的方法和既有動(dòng)車(chē)組修程修制優(yōu)化實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)［3-5］，文獻(xiàn)［6］提出了動(dòng)車(chē)組高級(jí)修周期延長(zhǎng)可行性分析及驗(yàn)證方法。通過(guò)對(duì)動(dòng)車(chē)組各部件檢修內(nèi)容、檢修方式進(jìn)行梳理劃分，分析部件故障增加或性能劣化趨勢(shì)與運(yùn)用時(shí)間或里程的相關(guān)性，評(píng)估部件本身和檢修周期延長(zhǎng)導(dǎo)致的失效模式、產(chǎn)生的影響，結(jié)合車(chē)載監(jiān)控、地面監(jiān)測(cè)、一二級(jí)修和應(yīng)急處理等方面的應(yīng)對(duì)措施，評(píng)估各部件檢修周期延長(zhǎng)的可行性，對(duì)于評(píng)估可行需跟蹤的部件，制定跟蹤驗(yàn)證方案，如圖1 所示。

圖1 動(dòng)車(chē)組高級(jí)修周期延長(zhǎng)可行性分析技術(shù)路線(xiàn)

2 跟蹤驗(yàn)證方案

以某型和諧號(hào)動(dòng)車(chē)組高級(jí)修周期間隔上限由132 萬(wàn)km 延長(zhǎng)至145 萬(wàn)km（時(shí)間周期間隔維持3 年不變）為例，經(jīng)可行性分析和評(píng)估，需對(duì)轉(zhuǎn)向架、制動(dòng)系統(tǒng)和牽引系統(tǒng)的軸箱軸承、齒輪箱、聯(lián)軸節(jié)、油壓減振器、軸箱定位節(jié)點(diǎn)及轉(zhuǎn)向架主要橡膠件、高度閥、天線(xiàn)梁及輔助安裝裝置、主供風(fēng)單元、制動(dòng)控制裝置、防滑排風(fēng)閥、牽引電機(jī)、受電弓共12項(xiàng)部件開(kāi)展延長(zhǎng)運(yùn)用和高級(jí)修期間的跟蹤驗(yàn)證。具體跟蹤驗(yàn)證方案如下：

（1）軸箱軸承：監(jiān)控軸承運(yùn)行溫度，運(yùn)用中定期通過(guò)軌邊聲學(xué)診斷系統(tǒng)（TADS，Trackside Acoustic Detection System）檢測(cè)軸承狀態(tài)，結(jié)合空心軸探傷檢查軸承有無(wú)潤(rùn)滑脂泄漏；高級(jí)修常規(guī)分解檢查，抽樣進(jìn)行精密調(diào)查和潤(rùn)滑脂檢驗(yàn)。

（2）齒輪箱：監(jiān)控齒輪箱軸承運(yùn)行溫度，結(jié)合運(yùn)用修檢查齒輪箱滲油狀態(tài)、潤(rùn)滑油顏色；齒輪箱軸承常規(guī)分解檢查，抽樣精密調(diào)查。

（3）聯(lián)軸節(jié)：粘貼溫度試紙，記錄聯(lián)軸節(jié)運(yùn)行溫度，結(jié)合二級(jí)修對(duì)聯(lián)軸節(jié)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)檢查；高級(jí)修分解檢查，進(jìn)行關(guān)鍵尺寸測(cè)量和潤(rùn)滑脂（油）檢驗(yàn)。

（4）油壓減振器：結(jié)合運(yùn)用修檢查油壓減振器狀態(tài)；高級(jí)修分解修或更新之前進(jìn)行性能檢測(cè)，分解修后檢測(cè)減振器內(nèi)部關(guān)鍵零部件狀態(tài)。

（5）軸箱定位節(jié)點(diǎn)及轉(zhuǎn)向架主要橡膠件：結(jié)合運(yùn)用修檢查節(jié)點(diǎn)及橡膠件狀態(tài)；高級(jí)修進(jìn)行節(jié)點(diǎn)及橡膠件狀態(tài)檢查和性能測(cè)試。

（6）高度閥：結(jié)合運(yùn)用修檢查高度閥狀態(tài)；高級(jí)修分解前性能測(cè)試，分解后評(píng)估內(nèi)部零部件狀態(tài)。

（7）天線(xiàn)梁/輔助安裝裝置：結(jié)合運(yùn)用修對(duì)關(guān)鍵焊縫目視檢查；高級(jí)修對(duì)關(guān)鍵焊縫脫漆探傷檢查。

（8）主供風(fēng)單元：結(jié)合M1 修排油作業(yè)檢測(cè)主空壓機(jī)百小時(shí)排油量。

（9）～（10）制動(dòng)控制裝置、防滑排風(fēng)閥：跟蹤統(tǒng)計(jì)運(yùn)用故障數(shù)據(jù)；高級(jí)修分解檢修時(shí)評(píng)估內(nèi)部零部件狀態(tài)。

（11）牽引電機(jī)：監(jiān)控電機(jī)軸承運(yùn)行溫度；高級(jí)修對(duì)電機(jī)軸承分解檢查，抽樣進(jìn)行精密調(diào)查、油脂檢驗(yàn)、理化性能檢驗(yàn)。

（12）受電弓：跟蹤統(tǒng)計(jì)運(yùn)用故障數(shù)據(jù)；高級(jí)修進(jìn)行受電弓彈簧盒壓縮性能測(cè)試和下拉桿軸承精密檢查。

上述12 項(xiàng)部件延長(zhǎng)運(yùn)用和高級(jí)修期間的跟蹤驗(yàn)證項(xiàng)目見(jiàn)表1。

3 延長(zhǎng)驗(yàn)證結(jié)果

選取某型和諧號(hào)動(dòng)車(chē)組開(kāi)展高級(jí)修周期上限由132 萬(wàn)km 延長(zhǎng)到145 萬(wàn)km（時(shí)間周期不變）的試驗(yàn)驗(yàn)證，按照跟蹤方案對(duì)表1 中的12 項(xiàng)部件進(jìn)行運(yùn)用和高級(jí)修跟蹤，累計(jì)驗(yàn)證188 列/217 標(biāo)準(zhǔn)組（每8 輛為1 標(biāo)準(zhǔn)組），得到了延長(zhǎng)運(yùn)用期間和延長(zhǎng)入修后的跟蹤統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

3.1 延長(zhǎng)運(yùn)用期間狀態(tài)及故障

3.1.1 整車(chē)故障率

統(tǒng)計(jì)檢修周期延長(zhǎng)驗(yàn)證車(chē)組距上次高級(jí)修75萬(wàn)km后，75 萬(wàn)～85 萬(wàn)km、85 萬(wàn)～95 萬(wàn)km、95 萬(wàn)～105 萬(wàn)km、105 萬(wàn)～115 萬(wàn)km、115 萬(wàn)～125 萬(wàn)km、125 萬(wàn)～135 萬(wàn)km、135 萬(wàn)～145 萬(wàn)km 共7 個(gè)區(qū)間 段的百萬(wàn)公里故障件數(shù)與故障率，如圖2 所示。結(jié)果表明，驗(yàn)證車(chē)組在延長(zhǎng)區(qū)間的百萬(wàn)公里故障率出現(xiàn)了一定波動(dòng)，在125 萬(wàn)～135 萬(wàn)km 區(qū)間段有所上升，到135 萬(wàn)～145 萬(wàn)km 區(qū)間段又呈下降趨勢(shì)，但整體故障率水平與延長(zhǎng)前基本相當(dāng)，未發(fā)生因檢修周期延長(zhǎng)導(dǎo)致的故障率明顯上升的情況。

圖2 高級(jí)修周期延長(zhǎng)前后百萬(wàn)公里故障率

3.1.2 部件狀態(tài)及故障

（1）轉(zhuǎn)向架

按照跟蹤方案，轉(zhuǎn)向架共選取軸箱軸承、齒輪箱、聯(lián)軸節(jié)、油壓減振器、軸箱定位節(jié)點(diǎn)及轉(zhuǎn)向架主要橡膠件、高度閥、天線(xiàn)梁/輔助安裝裝置等7 項(xiàng)部件進(jìn)行跟蹤。跟蹤結(jié)果表明，217 組驗(yàn)證車(chē)組在里程延長(zhǎng)區(qū)間（上次高級(jí)修后132 萬(wàn)～145 萬(wàn)km 期間），某型軸箱軸承共發(fā)生2 起軸溫溫差報(bào)警、8 起TADS 報(bào)警故障（軸承分解后均存在滾道面剝離），其余運(yùn)行狀態(tài)下軸箱軸承最高絕對(duì)溫度均低于90 ℃（預(yù)警溫度120 ℃、報(bào)警溫度140 ℃），同軸的軸承最大溫差均低于20 ℃。在里程延長(zhǎng)區(qū)間，所有驗(yàn)證車(chē)組的齒輪箱軸承溫度最高峰值均在100 ℃以下，絕大部分運(yùn)行狀態(tài)下在40～85 ℃之間；驗(yàn)證車(chē)組齒輪箱潤(rùn)滑油的化驗(yàn)結(jié)果顯示，黏度、水分、PQ 指數(shù)、酸值、鐵含量、銅含量等指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。聯(lián)軸節(jié)、油壓減振器、軸箱定位節(jié)點(diǎn)及轉(zhuǎn)向架主要橡膠件、高度閥、天線(xiàn)梁/輔助安裝裝置等5 項(xiàng)部件在里程延長(zhǎng)區(qū)間運(yùn)用狀態(tài)正常，未出現(xiàn)異常情況。

（2）制動(dòng)系統(tǒng)

按照跟蹤方案，制動(dòng)系統(tǒng)選取主供風(fēng)單元、制動(dòng)控制裝置、防滑排風(fēng)閥共3 項(xiàng)部件進(jìn)行跟蹤。跟蹤結(jié)果表明，217 組驗(yàn)證車(chē)組在里程延長(zhǎng)區(qū)間（上次高級(jí)修后132 萬(wàn)～145 萬(wàn)km 期間），主供風(fēng)單元排油量檢測(cè)共發(fā)現(xiàn)3 列/6 組驗(yàn)證車(chē)組的8 臺(tái)主空壓機(jī)百小時(shí)排油量超標(biāo)，分析導(dǎo)致超標(biāo)的原因?yàn)榭諌簷C(jī)加入潤(rùn)滑油過(guò)量。制動(dòng)控制裝置和防滑排風(fēng)閥在里程延長(zhǎng)區(qū)間均未發(fā)生故障或異常狀況。

（3）牽引系統(tǒng)

按照跟蹤方案，牽引系統(tǒng)選取牽引電機(jī)、受電弓共2 項(xiàng)部件進(jìn)行跟蹤。跟蹤結(jié)果表明，217 組驗(yàn)證車(chē)組在里程延長(zhǎng)區(qū)間（上次高級(jí)修后132 萬(wàn)～145萬(wàn)km 期間），牽引電機(jī)共發(fā)生8 起驅(qū)動(dòng)端軸承超溫報(bào)警故障，均為頭車(chē)牽引電機(jī)的3 軸或4軸，非延長(zhǎng)車(chē)組也存在此故障，原因與長(zhǎng)期負(fù)載分配不均有關(guān)，已采取整治措施；其余運(yùn)行狀態(tài)下的牽引電機(jī)軸承溫度均在正常范圍內(nèi)，未表現(xiàn)出隨檢修周期延長(zhǎng)的上升趨勢(shì)。受電弓在里程延長(zhǎng)區(qū)間均未發(fā)生運(yùn)用故障或異常狀況。

3.2 延長(zhǎng)入修后性能及狀態(tài)

3.2.1 轉(zhuǎn)向架

（1）軸箱軸承

驗(yàn)證車(chē)組檢修周期延長(zhǎng)進(jìn)入高級(jí)修后，軸箱軸承常規(guī)分解檢查、精密調(diào)查和潤(rùn)滑脂檢驗(yàn)結(jié)果表明：145 萬(wàn)km 分解檢修軸承的報(bào)廢率與132 萬(wàn)km分解檢修軸承相當(dāng)；服役277 萬(wàn)km 軸箱軸承的內(nèi)部零件未見(jiàn)異常磨耗，硬度符合標(biāo)準(zhǔn)，顯微組織無(wú)異常，與服役240 萬(wàn)km 軸箱軸承相比，軸承剩余油脂量無(wú)明顯差異，唯一有所不同的是油脂中Fe 含量有所增加，應(yīng)與里程周期延長(zhǎng)有一定關(guān)聯(lián)，鐵含量超標(biāo)軸承拆解后各部件外觀未見(jiàn)損傷，如繼續(xù)服役存在磨損加速的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）齒輪箱

除油位觀察窗、傳感器及緊固件等個(gè)別偶發(fā)故障外，驗(yàn)證車(chē)組齒輪箱分解檢修過(guò)程中，齒輪箱軸承未見(jiàn)異常損傷；研究性分解檢查結(jié)果表明，齒輪箱軸承內(nèi)部各零件尺寸正常，套圈、滾子硬度未見(jiàn)異常，軸承工作面及心部顯微組織均無(wú)異常。

（3）聯(lián)軸節(jié)

驗(yàn)證車(chē)組進(jìn)入高級(jí)修后，聯(lián)軸節(jié)分解檢查、關(guān)鍵尺寸測(cè)量、油脂化驗(yàn)的結(jié)果表明，各零部件外觀無(wú)異常損傷，鼓形齒公法線(xiàn)尺寸均正常，檢修周期延長(zhǎng)發(fā)現(xiàn)部分聯(lián)軸節(jié)油脂變黑，油脂中Fe 含量及PQ 指數(shù)偏高，如圖3 所示。

圖3 聯(lián)軸節(jié)顏色發(fā)黑油脂、Fe 含量、PQ 指數(shù)

（4）油壓減振器

高級(jí)修后分別運(yùn)用120 萬(wàn)km 和145 萬(wàn)km的油壓減振器的阻尼力對(duì)比發(fā)現(xiàn)，檢修周期延長(zhǎng)至145萬(wàn)km后，抗蛇行減振器的阻尼力超限比例略有增加，如圖4 所示，其余類(lèi)型減振器（一系垂向、二系垂向、二系橫向、電機(jī)減振器）的阻尼力超限比例與檢修周期延長(zhǎng)前相比無(wú)明顯差異。此外，驗(yàn)證車(chē)組進(jìn)入高級(jí)修后，減振器示功圖基本正常，液壓油的黏度、酸值未現(xiàn)明顯變化，油封直徑、閥彈簧的自由高度和剛度均在極限使用范圍內(nèi)。實(shí)際抽檢的運(yùn)用145 萬(wàn)km 抗蛇行減振器樣本相對(duì)較多。

圖4 運(yùn)用120 萬(wàn)km 與145 萬(wàn)km 抗蛇行減振器阻尼力對(duì)比

（5）軸箱定位節(jié)點(diǎn)及轉(zhuǎn)向架主要橡膠件

驗(yàn)證車(chē)組軸箱定位節(jié)點(diǎn)、疊層彈簧、橫向緩沖器、抗側(cè)滾扭桿襯套、板簧節(jié)點(diǎn)、牽引拉桿節(jié)點(diǎn)、中心銷(xiāo)套等轉(zhuǎn)向架主要橡膠件的檢修偶換率較非延長(zhǎng)車(chē)組無(wú)明顯差異，橡膠節(jié)點(diǎn)剛度較非延長(zhǎng)車(chē)組均出現(xiàn)不同程度增大（如圖5 所示，驗(yàn)證車(chē)組牽引拉桿節(jié)點(diǎn)的剛度較非延長(zhǎng)車(chē)組偏大），是橡膠老化引起硬化后造成的，未對(duì)車(chē)組運(yùn)行造成影響。

圖5 延長(zhǎng)車(chē)組與非延長(zhǎng)車(chē)組牽引拉桿節(jié)點(diǎn)剛度對(duì)比

（6）高度閥

驗(yàn)證車(chē)組高度閥氣密性、流量特性曲線(xiàn)、死區(qū)范圍測(cè)試結(jié)果存在輕微超限，是閥內(nèi)零部件磨損及老化造成。閥內(nèi)部驅(qū)動(dòng)軸超差有所升高，閥頭存在老化現(xiàn)象。與非延長(zhǎng)車(chē)組相比，高度閥整體性能狀態(tài)未見(jiàn)明顯衰退。

（7）天線(xiàn)梁/輔助安裝裝置

驗(yàn)證車(chē)組天線(xiàn)梁/輔助安裝裝置檢修狀態(tài)正常，抽檢的天線(xiàn)梁/輔助安裝裝置探傷未出現(xiàn)疲勞裂紋。

3.2.2 制動(dòng)系統(tǒng)

按照跟蹤方案，制動(dòng)系統(tǒng)選取主供風(fēng)單元、制動(dòng)控制裝置、防滑排風(fēng)閥共3 項(xiàng)部件進(jìn)行跟蹤。驗(yàn)證車(chē)組主供風(fēng)單元高級(jí)修分解檢修時(shí)，對(duì)內(nèi)部零部件進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估發(fā)現(xiàn)，部分溫度繼電器動(dòng)作范圍超限，但超限范圍較小，對(duì)主供風(fēng)單元基本無(wú)影響；制動(dòng)控制裝置內(nèi)緊急制動(dòng)電磁閥、中繼閥等關(guān)鍵零部件的外觀狀態(tài)、性能測(cè)試結(jié)果良好，與非延長(zhǎng)車(chē)組相比未見(jiàn)異常；防滑排風(fēng)閥檢修狀態(tài)良好，性能測(cè)試結(jié)果正常。

3.2.3 牽引系統(tǒng)

按照跟蹤方案，牽引系統(tǒng)選取牽引電機(jī)、受電弓共2 項(xiàng)部件進(jìn)行跟蹤。驗(yàn)證車(chē)組牽引電機(jī)軸承常規(guī)性分解檢查、研究性分解檢查、油脂化驗(yàn)的結(jié)果表明，軸承存在一定比例的剝離故障，潤(rùn)滑脂狀態(tài)總體良好，頭車(chē)（1 車(chē)和8車(chē)，或1 車(chē)和16 車(chē)）的3、4 軸電機(jī)軸承位油脂中Fe、Cu 元素含量偏高，原因與電機(jī)軸承發(fā)生磨損、剝落、電蝕等相關(guān)。驗(yàn)證車(chē)組受電弓主體結(jié)構(gòu)良好，各部件功能正常，與非延長(zhǎng)車(chē)組相比，約21.9%的彈簧盒在施加較大接觸力時(shí)（加18 kg 重物）出現(xiàn)壓縮量超標(biāo)；下拉桿軸承狀態(tài)稍差；風(fēng)管和氣囊裂紋情況較多，裂紋處未發(fā)現(xiàn)漏氣，功能正常。

4 結(jié)論

某型和諧號(hào)動(dòng)車(chē)組高級(jí)修周期上限由132 萬(wàn)km延長(zhǎng)到145 萬(wàn)km的跟蹤驗(yàn)證結(jié)果表明，檢修周期延長(zhǎng)后，驗(yàn)證車(chē)組整體運(yùn)行狀態(tài)平穩(wěn)，整體故障率水平與延長(zhǎng)前基本相當(dāng)。各跟蹤部件延長(zhǎng)運(yùn)用期間總體狀態(tài)良好，出現(xiàn)的個(gè)別軸箱軸承溫差報(bào)警、主空壓機(jī)排油量超標(biāo)情況，為偶發(fā)故障或非產(chǎn)品原因故障。各跟蹤部件延長(zhǎng)進(jìn)入高級(jí)修后的性能和狀態(tài)基本良好，同時(shí)也出現(xiàn)了因檢修周期延長(zhǎng)導(dǎo)致的性能或狀態(tài)變化，如軸承、聯(lián)軸節(jié)油脂金屬含量增加，抗蛇行減振器阻尼力超限比例增多，轉(zhuǎn)向架橡膠節(jié)點(diǎn)剛度增大等，上述性能或狀態(tài)變化未對(duì)部件功能造成影響。和諧號(hào)整車(chē)高級(jí)修周期上限由132 萬(wàn)km 延長(zhǎng)至145 萬(wàn)km，經(jīng)驗(yàn)證基本可行。