王智勇

(中国铁路成都局集团有限公司成都动车段 四川 成都 610051)

0 前言

动车组轮对是高速动车组的重要组成部分，同时作为车体与轨道直接接触并传导作用力的部分，列车的运行、牵引和制动都通过轮轨关系来实现。轮轨间长时间地相对运动会导致轮对内部出现疲劳、轮缘及轮辋磨损等缺陷，若不及时检修，会危害列车运行品质，严重则危害到动车组的行驶安全[1-4]。一般来说，动车组轮对在运行一定公里数后，需要对轮对进行大修，但是不同平台车型、运行线路等因素对检修间隔存在一定影响。因此需要对动车组轮对服役过程中的检修公里数加以预判，合理制定检修方案以节约成本，提高轮对检修效率，保障列车运营安全[5]。

1 项目背景

CRH380A(L)型动车组使用的轮对原型轮径为860 mm,最小轮径为790 mm；原型轮缘厚度为32 mm，最小轮缘厚度为26 mm。每隔25万km需要进行轮对踏面修型，恢复踏面的基本形状。根据前期针对CRH380A型动车组轮对的磨耗规律，成都动车段针对CRH380A型动车组轮对制定了经济镟修的方案(即保证镟修后轮缘大于27 mm，恢复踏面基本形状)，通过该方案每次镟修轮径减少量基本保持在3～4 mm以内。

2 问题描述

2019年8月成都动车段配属了5组小轮径的CRH380AL型动车组长期担当成都至北京方向交路，通过长达3个月的轮对数据跟踪，结果发现CRH380AL型动车组轮对轮缘磨耗较快。

根据现车测试结果，CRH380AL型动车组一个镟修周期25万km轮缘平均磨耗厚度为1.9 mm(而同样由重联的CRH380A型动车组担当成都至北京方向交路的运行过程中，其在镟修周期25万km内轮缘的平均磨耗厚度仅为0.5 mm)。由此可见，CRH380AL型动车组轮缘的磨耗速度接近CRH380A型动车组轮缘的磨耗速度的4倍。

前期针对CRH380A型动车组轮对踏面经济型镟修的方式不再适用于CRH380AL型动车组。故研究针对CRH380AL型动车组的轮对经济镟修方式和轮对寿命预测模型，以解决以下2个问题：(1)尽量保障在一个镟修周期内列车不出现因为轮径或者轮缘到限而产生的临镟或临时换轮；(2)充分考虑轮缘和轮径之间的关系，建立数学模型预测出每一条轮对的使用寿命，对即将到限的轮对进行计划性集中更换，在节约成本的同时将换轮风险控制到最低。

3 同平台车型轮缘磨耗的初步分析及初步镟修方式研究

针对同平台车型轮缘磨耗差异进行分析：

(1)车辆动力学性能差异，造成轮缘厚度磨耗过快。CRH380AL型动车组和CRH380A型动车组的车体、转向架、轮对完全一致，唯一不同的是CRH380AL型动车组是16辆编组，CRH380A型动车组是8辆编组，所以CRH380AL型动车组与重联的CRH380A型动车组唯一不同的是CRH380AL型动车组所有车厢之间的连接是半永久性车钩；两组CRH380A型动车组重联是自动车钩连接。两者之间的差异在于半永久性车钩的水平偏转角度与自动车钩的水平偏转角度不同，进而导致CRH380AL型动车组相对重联CRH380A型动车组刚度更大，导致列车在运行过程中，尤其是在过弯道时轮缘厚度磨耗更快。

(2)由于CRH380AL型动车组和CRH380A型动车组的轮对磨耗差异主要体现在轮缘厚度上，而轮辋磨耗速度一样，所以在借鉴CRH380A型动车组的轮对经济镟的基础上，制定CRH380AL型动车组的轮对经济镟标准(即保证镟修后轮缘大于28 mm，轮径大于791 mm，恢复踏面基本形状)并执行，保证镟修周期内不会产生临镟或换轮。

4 寿命预测模型

虽然CRH380AL动车组和CRH380A型动车组在每个镟修周期内轮径磨耗一样(都为1 mm)，但由于轮缘磨耗差异导致CRH380AL型动车组镟修不能借鉴CRH380A型动车组轮对经济镟修标准执行，否则会导致运用中轮缘厚度超标而扣车镟修；也不能盲目提高轮缘厚度卡控标准，降低轮对使用寿命，并且该批次CRH380AL型动车组小轮径轮对占了80%,造成运用中无计划地大量换轮。为此，必须研究如何将CRH380AL型动车组轮对使用寿命尽可能延长(即轮对寿命到限时，轮径接近790 mm；轮缘厚度接近26 mm),并指导进行踏面修型。

建立数学模型如下：

当前轮缘厚度A(mm)；轮径值B(mm)；25万km轮缘厚度磨耗系数C，每25万km轮径磨耗量为4 mm；每次镟修后恢复踏面形状的最低镟修量为1.5 mm。

(1)暂时不考虑轮径到限，只考虑轮缘到限的情况下，轮剩余最大走行公里数位X1(万km)。

剩余可消耗轮径=B-790;

以最低镟修量考虑，剩余寿命周期内自然磨耗消耗的轮径=1.5×X1/25;

可用于镟修恢复轮缘厚度的轮径=B-790-1.5×X1/25;

理论剩余可消耗轮缘厚度=(B-790-1.5×X1/25)/7+(A-26);

在剩余寿命周期内实际消耗轮缘厚度=C×X1/25;

根据理论剩余消耗轮缘厚度=实际消耗轮缘厚度的原则，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)暂时不考虑轮缘到限，只考虑轮径到限(最大磨耗)的情况下，轮剩余最大走行公里数位X2(万km)，剩余可消耗轮径=B-790;实际消耗轮径为4×X2/25。

根据剩余可消耗轮径=实际消耗轮径,建立方程：B-790=4×X2/25

即：X2=(B-790)/4×25

(3)由于轮对实际的剩余最大走行公里数X(万km)，既要考虑轮径又要考虑轮缘，所以X=min(X1,X2)。

5 轮对寿命预测模型应用

一方面，根据以上数学模型，可以准确预计CRH380AL型动车组轮对的使用寿命(即还可以使用的走行公里数)。同时根据预测寿命情况，并结合用车情况和备用轮对储存情况，按寿命的长短分批次有计划性地进行轮对集中更换，在对运用检修干扰最小的情况最大限度地降低轮对临时更换风险。

以部分CRH380AL-2918动车组数据为例，图1所示为01、02、04车的轮对使用情况。可以看出其轮对的实际换轮剩余走行公里数与模型预测的换轮剩余走行公里相近。现车实际情况与预测模型基本一致，相差±10%以内。该模型方便实用。实际运行过程中，通过优化车辆的交路担当任务、重新制定检修标准及检修计划，CRH380AL型动车组轮对临时镟修任务降低60%，大大提高了其检修计划的稳定性及经济性，降低轮对更换的潜在风险。

图1 CHR380AL-2918动车组轮对更换情况

另一方面，考虑到CRH380A型动车组及CRH380AL型动车组在相同运行区间上轮缘磨耗的较大差异，后续新造车辆建议结合配属地点、运行交路等合理选择车辆编组(16编组或8编组)；除此之外，运用部门结合同平台、不同运行交路下的轮缘磨耗差异，优化CRH380A/AL系列动车组的线路担当安排，线路磨耗较快的交路优先安排重连车辆运行，延长轮对使用寿命，降低车辆产生临镟或临时换轮的概率，提高检修的经济性。

6 总结

(1)动车组车钩的连接方式对轮缘磨耗有很大影响，相较于自动车钩，半永久车钩水平刚度更大，转弯时对轮缘磨耗更加明显。相同技术平台车型编组形式对列车影响较大，后续新造列车可考虑其运营区间对其进行合理编组，同时运用部门合理安排不同编组形式车辆的担当交路，延长轮对使用寿命，进而提升检修标准的合理性及经济性。

(2)根据轮对直径、轮缘磨耗等建立数学模型，可以快速预测出轮对使用寿命，提高检修/更换轮对效率。

(3)该模型方便简单，后续可在其他型号动车组上进行应用。