某型和諧號動車組高級修周期延長后性能狀態跟蹤

錢小磊，李志國，王靖，蔡兩，張啟航

（1 北京縱橫機電科技有限公司，北京 100094；2 中車唐山機車車輛有限公司，河北唐山 063035；3 中國鐵道科學研究院集團有限公司 機車車輛研究所，北京 100081）

國外高鐵列車開行較早的國家基于多年運用檢修經驗的積累，通過持續開展修程修制優化，在動車組檢修周期延長、檢修方式優化等方面取得了顯著成效，如德國鐵路公司（DB，Deutsche Bahn AG）將ICE3 型動車組IS100、IS600、IS700 級檢修周期間隔由初期的4 000 km、120 萬km、240 萬km分別延長至8 000 km、165 萬km 和330 萬km，動車組可用性得到大幅提升［1］。與世界先進水平相比，我國動車組整車和部件檢修仍部分存在檢修周期間隔偏低、全壽命周期內檢修頻次偏高，檢修項目和標準制定存在過度檢修的問題［2］。近年來，我國動車組也開展了動車組檢修周期延長、檢修方式優化等方面的探索，選取了一定數量的動車組進行實車試驗驗證，通過對驗證車組檢修周期延長期間和延長進入高級修后的性能狀態進行跟蹤，搜集相關數據，進行技術分析和評估，獲得了寶貴的試驗數據和相應的驗證結論。

1 技術路線

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、風險評估等方面的方法和既有動車組修程修制優化實踐經驗［3-5］，文獻［6］提出了動車組高級修周期延長可行性分析及驗證方法。通過對動車組各部件檢修內容、檢修方式進行梳理劃分，分析部件故障增加或性能劣化趨勢與運用時間或里程的相關性，評估部件本身和檢修周期延長導致的失效模式、產生的影響，結合車載監控、地面監測、一二級修和應急處理等方面的應對措施，評估各部件檢修周期延長的可行性，對于評估可行需跟蹤的部件，制定跟蹤驗證方案，如圖1 所示。

圖1 動車組高級修周期延長可行性分析技術路線

2 跟蹤驗證方案

以某型和諧號動車組高級修周期間隔上限由132 萬km 延長至145 萬km（時間周期間隔維持3 年不變）為例，經可行性分析和評估，需對轉向架、制動系統和牽引系統的軸箱軸承、齒輪箱、聯軸節、油壓減振器、軸箱定位節點及轉向架主要橡膠件、高度閥、天線梁及輔助安裝裝置、主供風單元、制動控制裝置、防滑排風閥、牽引電機、受電弓共12項部件開展延長運用和高級修期間的跟蹤驗證。具體跟蹤驗證方案如下：

（1）軸箱軸承：監控軸承運行溫度，運用中定期通過軌邊聲學診斷系統（TADS，Trackside Acoustic Detection System）檢測軸承狀態，結合空心軸探傷檢查軸承有無潤滑脂泄漏；高級修常規分解檢查，抽樣進行精密調查和潤滑脂檢驗。

（2）齒輪箱：監控齒輪箱軸承運行溫度，結合運用修檢查齒輪箱滲油狀態、潤滑油顏色；齒輪箱軸承常規分解檢查，抽樣精密調查。

（3）聯軸節：粘貼溫度試紙，記錄聯軸節運行溫度，結合二級修對聯軸節進行轉動檢查；高級修分解檢查，進行關鍵尺寸測量和潤滑脂（油）檢驗。

（4）油壓減振器：結合運用修檢查油壓減振器狀態；高級修分解修或更新之前進行性能檢測，分解修后檢測減振器內部關鍵零部件狀態。

（5）軸箱定位節點及轉向架主要橡膠件：結合運用修檢查節點及橡膠件狀態；高級修進行節點及橡膠件狀態檢查和性能測試。

（6）高度閥：結合運用修檢查高度閥狀態；高級修分解前性能測試，分解后評估內部零部件狀態。

（7）天線梁/輔助安裝裝置：結合運用修對關鍵焊縫目視檢查；高級修對關鍵焊縫脫漆探傷檢查。

（8）主供風單元：結合M1 修排油作業檢測主空壓機百小時排油量。

（9）～（10）制動控制裝置、防滑排風閥：跟蹤統計運用故障數據；高級修分解檢修時評估內部零部件狀態。

（11）牽引電機：監控電機軸承運行溫度；高級修對電機軸承分解檢查，抽樣進行精密調查、油脂檢驗、理化性能檢驗。

（12）受電弓：跟蹤統計運用故障數據；高級修進行受電弓彈簧盒壓縮性能測試和下拉桿軸承精密檢查。

上述12 項部件延長運用和高級修期間的跟蹤驗證項目見表1。

3 延長驗證結果

選取某型和諧號動車組開展高級修周期上限由132 萬km 延長到145 萬km（時間周期不變）的試驗驗證，按照跟蹤方案對表1 中的12 項部件進行運用和高級修跟蹤，累計驗證188 列/217 標準組（每8 輛為1 標準組），得到了延長運用期間和延長入修后的跟蹤統計結果。

3.1 延長運用期間狀態及故障

3.1.1 整車故障率

統計檢修周期延長驗證車組距上次高級修75萬km后，75 萬～85 萬km、85 萬～95 萬km、95 萬～105 萬km、105 萬～115 萬km、115 萬～125 萬km、125 萬～135 萬km、135 萬～145 萬km 共7 個區間 段的百萬公里故障件數與故障率，如圖2 所示。結果表明，驗證車組在延長區間的百萬公里故障率出現了一定波動，在125 萬～135 萬km 區間段有所上升，到135 萬～145 萬km 區間段又呈下降趨勢，但整體故障率水平與延長前基本相當，未發生因檢修周期延長導致的故障率明顯上升的情況。

圖2 高級修周期延長前后百萬公里故障率

3.1.2 部件狀態及故障

（1）轉向架

按照跟蹤方案，轉向架共選取軸箱軸承、齒輪箱、聯軸節、油壓減振器、軸箱定位節點及轉向架主要橡膠件、高度閥、天線梁/輔助安裝裝置等7 項部件進行跟蹤。跟蹤結果表明，217 組驗證車組在里程延長區間（上次高級修后132 萬～145 萬km 期間），某型軸箱軸承共發生2 起軸溫溫差報警、8 起TADS 報警故障（軸承分解后均存在滾道面剝離），其余運行狀態下軸箱軸承最高絕對溫度均低于90 ℃（預警溫度120 ℃、報警溫度140 ℃），同軸的軸承最大溫差均低于20 ℃。在里程延長區間，所有驗證車組的齒輪箱軸承溫度最高峰值均在100 ℃以下，絕大部分運行狀態下在40～85 ℃之間；驗證車組齒輪箱潤滑油的化驗結果顯示，黏度、水分、PQ 指數、酸值、鐵含量、銅含量等指標均符合標準要求。聯軸節、油壓減振器、軸箱定位節點及轉向架主要橡膠件、高度閥、天線梁/輔助安裝裝置等5 項部件在里程延長區間運用狀態正常，未出現異常情況。

（2）制動系統

按照跟蹤方案，制動系統選取主供風單元、制動控制裝置、防滑排風閥共3 項部件進行跟蹤。跟蹤結果表明，217 組驗證車組在里程延長區間（上次高級修后132 萬～145 萬km 期間），主供風單元排油量檢測共發現3 列/6 組驗證車組的8 臺主空壓機百小時排油量超標，分析導致超標的原因為空壓機加入潤滑油過量。制動控制裝置和防滑排風閥在里程延長區間均未發生故障或異常狀況。

（3）牽引系統

按照跟蹤方案，牽引系統選取牽引電機、受電弓共2 項部件進行跟蹤。跟蹤結果表明，217 組驗證車組在里程延長區間（上次高級修后132 萬～145萬km 期間），牽引電機共發生8 起驅動端軸承超溫報警故障，均為頭車牽引電機的3 軸或4軸，非延長車組也存在此故障，原因與長期負載分配不均有關，已采取整治措施；其余運行狀態下的牽引電機軸承溫度均在正常范圍內，未表現出隨檢修周期延長的上升趨勢。受電弓在里程延長區間均未發生運用故障或異常狀況。

3.2 延長入修后性能及狀態

3.2.1 轉向架

（1）軸箱軸承

驗證車組檢修周期延長進入高級修后，軸箱軸承常規分解檢查、精密調查和潤滑脂檢驗結果表明：145 萬km 分解檢修軸承的報廢率與132 萬km分解檢修軸承相當；服役277 萬km 軸箱軸承的內部零件未見異常磨耗，硬度符合標準，顯微組織無異常，與服役240 萬km 軸箱軸承相比，軸承剩余油脂量無明顯差異，唯一有所不同的是油脂中Fe 含量有所增加，應與里程周期延長有一定關聯，鐵含量超標軸承拆解后各部件外觀未見損傷，如繼續服役存在磨損加速的風險。

（2）齒輪箱

除油位觀察窗、傳感器及緊固件等個別偶發故障外，驗證車組齒輪箱分解檢修過程中，齒輪箱軸承未見異常損傷；研究性分解檢查結果表明，齒輪箱軸承內部各零件尺寸正常，套圈、滾子硬度未見異常，軸承工作面及心部顯微組織均無異常。

（3）聯軸節

驗證車組進入高級修后，聯軸節分解檢查、關鍵尺寸測量、油脂化驗的結果表明，各零部件外觀無異常損傷，鼓形齒公法線尺寸均正常，檢修周期延長發現部分聯軸節油脂變黑，油脂中Fe 含量及PQ 指數偏高，如圖3 所示。

圖3 聯軸節顏色發黑油脂、Fe 含量、PQ 指數

（4）油壓減振器

高級修后分別運用120 萬km 和145 萬km的油壓減振器的阻尼力對比發現，檢修周期延長至145萬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，其余類型減振器（一系垂向、二系垂向、二系橫向、電機減振器）的阻尼力超限比例與檢修周期延長前相比無明顯差異。此外，驗證車組進入高級修后，減振器示功圖基本正常，液壓油的黏度、酸值未現明顯變化，油封直徑、閥彈簧的自由高度和剛度均在極限使用范圍內。實際抽檢的運用145 萬km 抗蛇行減振器樣本相對較多。

圖4 運用120 萬km 與145 萬km 抗蛇行減振器阻尼力對比

（5）軸箱定位節點及轉向架主要橡膠件

驗證車組軸箱定位節點、疊層彈簧、橫向緩沖器、抗側滾扭桿襯套、板簧節點、牽引拉桿節點、中心銷套等轉向架主要橡膠件的檢修偶換率較非延長車組無明顯差異，橡膠節點剛度較非延長車組均出現不同程度增大（如圖5 所示，驗證車組牽引拉桿節點的剛度較非延長車組偏大），是橡膠老化引起硬化后造成的，未對車組運行造成影響。

圖5 延長車組與非延長車組牽引拉桿節點剛度對比

（6）高度閥

驗證車組高度閥氣密性、流量特性曲線、死區范圍測試結果存在輕微超限，是閥內零部件磨損及老化造成。閥內部驅動軸超差有所升高，閥頭存在老化現象。與非延長車組相比，高度閥整體性能狀態未見明顯衰退。

（7）天線梁/輔助安裝裝置

驗證車組天線梁/輔助安裝裝置檢修狀態正常，抽檢的天線梁/輔助安裝裝置探傷未出現疲勞裂紋。

3.2.2 制動系統

按照跟蹤方案，制動系統選取主供風單元、制動控制裝置、防滑排風閥共3 項部件進行跟蹤。驗證車組主供風單元高級修分解檢修時，對內部零部件進行狀態評估發現，部分溫度繼電器動作范圍超限，但超限范圍較小，對主供風單元基本無影響；制動控制裝置內緊急制動電磁閥、中繼閥等關鍵零部件的外觀狀態、性能測試結果良好，與非延長車組相比未見異常；防滑排風閥檢修狀態良好，性能測試結果正常。

3.2.3 牽引系統

按照跟蹤方案，牽引系統選取牽引電機、受電弓共2 項部件進行跟蹤。驗證車組牽引電機軸承常規性分解檢查、研究性分解檢查、油脂化驗的結果表明，軸承存在一定比例的剝離故障，潤滑脂狀態總體良好，頭車（1 車和8車，或1 車和16 車）的3、4 軸電機軸承位油脂中Fe、Cu 元素含量偏高，原因與電機軸承發生磨損、剝落、電蝕等相關。驗證車組受電弓主體結構良好，各部件功能正常，與非延長車組相比，約21.9%的彈簧盒在施加較大接觸力時（加18 kg 重物）出現壓縮量超標；下拉桿軸承狀態稍差；風管和氣囊裂紋情況較多，裂紋處未發現漏氣，功能正常。

4 結論

某型和諧號動車組高級修周期上限由132 萬km延長到145 萬km的跟蹤驗證結果表明，檢修周期延長后，驗證車組整體運行狀態平穩，整體故障率水平與延長前基本相當。各跟蹤部件延長運用期間總體狀態良好，出現的個別軸箱軸承溫差報警、主空壓機排油量超標情況，為偶發故障或非產品原因故障。各跟蹤部件延長進入高級修后的性能和狀態基本良好，同時也出現了因檢修周期延長導致的性能或狀態變化，如軸承、聯軸節油脂金屬含量增加，抗蛇行減振器阻尼力超限比例增多，轉向架橡膠節點剛度增大等，上述性能或狀態變化未對部件功能造成影響。和諧號整車高級修周期上限由132 萬km 延長至145 萬km，經驗證基本可行。