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

經過十多年的發展，我國在和諧號動車組的基礎上設計開發了復興號動車組，根據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 系列復興號動車組，中國動車組開啟了新的發展歷程。

為了全面掌握復興號動車組開行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律，確保動車組運行安全性與穩定性，有必要開展針對CR400型動車組關鍵部件運用狀態的長期跟蹤分析研究。

1 研究內容

為深入開展CR400 型動車組齒輪箱、軸承、一二系懸掛等關鍵系統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。

主要研究內容如下：

（1）車輪踏面、輪緣磨耗檢測及規律研究；

（2）制動盤、制動閘片磨耗檢測及規律研究；

（3）研磨子磨耗檢測及規律研究；

（4）碳滑條磨耗檢測及規律研究；

（5）聯軸節、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檢測、故障匯總；

（6）軸承、齒輪箱及牽引電機溫度檢測及規律研究；

（7）運行平穩性動態檢測及規律研究；

（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 中國標準動車組批量車，結構形式如圖1 所示，M為動車，T為拖車。

圖1 CR400BF型動車組結構形式

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，聯合科學技術研究所共同實施，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，制定了相關檢測內容。

（2）檢測周期

檢測周期見表1。

表1 檢測項目及周期

（3）技術手段

創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 設計了開發架構，采用了模塊化的功能設計方式，界面直觀、清晰，用戶操作簡單、方便，實現了動車組運行性能跟蹤檢測數據統計與分析的系統化、規范化和自動化，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，自主研發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、新產品，協調整合了科研院校與生產單位各自的資源優勢，有效確保了動車組運行性能跟蹤分析研究的準確性、客觀性與科學性。

3 研究結果

歷經兩年多的時間，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 的各項關系到動車組運行技術性能狀態的海量數據，得到了一些研究結論和建議：

（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化處理，例如借助物理氣相沉積技術鍍上耐磨涂層，其優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，優化現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依據軌道-車輛耦合系統的動力學特性研究，根據高速輪軌耦合接觸關系，優化設計LMB 型車輪外形，進一步減輕或避免出現集中磨耗導致踏面凹型，延長新輪或鏇輪后在名義滾動圓附近疲勞裂紋、剝離等損傷的出現時間。

（2）制動盤、制動閘片、研磨子：它們的磨耗規律研究不能單以運行速度等級或公里數作為劃分因素，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據可以看出，碳滑條是易損件，其日常磨耗測試數據因不同人員的人為測量基準不同使得數據的客觀性略有缺乏，因此，上海動車段于2019 年3 月對碳滑條磨耗測量方法和標準進行了修改，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，還沒有到故障頻發的節點。滾動軸承、齒輪箱、牽引電機出現故障，特別是早期潛在故障時，油液溫度監控存在較大滯后性，建議加強高速旋轉部件的振動檢測監測技術研究。

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

4 結束語

動車組是集機械、電氣、控制等先進技術于一體的大系統，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律的跟蹤分析，從動車組牽引、制動兩個角度出發，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據分析，對滾動軸承、齒輪箱、牽引電機的車載溫度數據進行了下載與分析，對動車組運行平穩性進行了長期跟蹤測試。借助開發的動車組運行性能跟蹤數據統計與分析軟件，對采集的數據進行逐一分析、對比分析、歸納總結。研究結論與指導建議對于掌握復興號動車組開行300 km/h或350 km/h速度等級的運行服役情況具有重要意義，能夠科學指導CR400BF型動車組檢修運用、優化完善CR400BF型動車組修程修制，對于保障復興號動車組安全穩定運行是重要的技術支撐，對于提高動車組運維管理水平具有科學的指導作用。