CRH5型动车组车轴损伤修复性浅析

苏宝伟

摘 要： CRH5型动车组实际运营过程中，列车运行额定公里数时，须对其进行预防性、更正性维护，目的是将车辆的安全性能恢复到新造车辆的水平，保证车辆的运行可靠性。文章介绍在CRH5型动车组轮对高等级检修过程中，针对车轴在规定损伤限度内，可预见性的拉伤、划伤等损伤的可修复性进行分析，及对现有车轴加工工艺改进。

关键词：CRH5型动车组车轴；高等级检修；可修复性；工艺改进

中图分类号：U260.331 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）24-0018-02

1 问题的提出

CRH5型动车组车轴是动车组转向架组成中重要部件，也是影响行车安全的重要管控零部件。在动车组进行高等级检修时，对车轴的检修和状态维护是极重要的工作之一。作为技术引进的高速动车组，生产制造、运营使用、基础维护等经验正逐步累积中，但在高等级检修技术领域尚存在空白。承载运用后的动车组车轴，根据CRH5型动车组高等级检修修程要求，需进行退卸车轮及制动盘。在轮对退卸过程中，可预见的将出现不同程度的拉痕、戗轴等损坏。为避免非必要性（低损伤度）的报废造成检修成本增高，需要一套完整的判定依据作为车轴损伤修复性的判定，及可靠的修复技术。针对上述问题，本文通过理论计算及实际检修的经验累积和实物验证，对CRH5型动车组车轴损伤进行修复性分析，提出动车组车轴加工工艺改进意见。

2 问题分析

2.1 車轴选型

CRH5型动车组轮对是车轴与车轮过盈配合，采用冷压方式组装，它在实际运营中承载整车的质量及动态载荷。在保证动能经济性及能效性，兼顾速度要求下，动车组车轴大多使用空心车轴。

2.2 车轴运行工况

动车组车轴压力配合部位为轴颈、轮座、盘座，均是载荷受力区，同样也是疲劳累积易发生危险的部位。在检修退卸过程中，上述部位均出现过拉伤、划伤等损伤。其中，又以轮座受压装力最大，运行状态也相对恶劣，通过实际检修的车轴发现，最为严重的损伤均出现在车轮退卸中。

2.3 车轴压装力

压装力是判断轮对装配合格的重要因素，它抑制轮对承载时，车轴扭曲形成的轮座与轮毂孔间相对运动。相关试验研究证明， 在其以过盈方式组装中， 当扭转力超过压装力的0.6% 时， 即会产生微动， 两接触界面间会出现波浪形不规则起伏， 从而有摩擦力产生，导致车轴与车轮之间的配合面出现微损伤趋势。

3 可修复性分析

动车组车轴维修的基本原理是防止轴身轮廓面毁伤的发展。即在轮对现实运用过程中，其所承受的有效载荷小于许用载荷。轮座与车轮过盈配合，在压装接触外轮廓表面，除承载弯曲应力外，还有两种基材的表面应力，在配合表面的力学模型中，配合表面损伤受多种复合应力影响。车轴毁损修复后，必须满足毁损部位不得进一步发展的要求。

3.1 车轴载荷分析

CRH5型动车组轮对在运用过程中，车轴承受的载荷主要包括以下几种：

①垂向静载——列车本身质量及作用在车轴轴颈上承载的重量引起的垂向静载荷，kN。

②垂向动载荷——因轨道线路高低起伏等原因，引起列车高速通过时，垂直方向上振动产生的动载荷，kN。

③垂向外载荷——水平方向载荷的力在车轴端部的分力，作用车轴处的垂向额外附加载荷，kN。

3.2 轮座强度计算

车轴使用寿命，需要载荷分布、S-N曲线及疲劳损伤法则。恒幅交变载荷作为计较载荷来测算车轴的运用寿命，是利用期内车轴变幅载荷的等效强化载荷。车轴载荷原由与车辆活动或制动有关。

①对CRH5型动车组列车，运动引起的力由下式确定：

P1=（0.625+0.0875h1/b）m1g

P2=（0.625-0.0875h1/b）m1g

Y=0.35m1g

Y=0.175m1g

Q1=[P1（b+s）-P2（b-s）+（Y1-Y2）R-Fi（2S-yi）]/2s

Q2=[P2（b+s）-P1（b-s）-（Y1-Y2）R-Fiyi]/2s

式中，m1约为轴箱弹簧上质量，Fi约为轴上齿轮箱载荷。见表1。

②由行驶引发的弯矩由下式判定：

MxP1y = ，车轮外侧；

M=Py-Q1（y-b+s）+Y1R-Fi （y-b+s-yi），车轮内侧；

式中，y为轴颈到弯矩点截面的垂直距离。

③由制动引发的弯矩由下式判定：

Mx′=FfΓy，制动盘外侧；

Mx′=FfΓ（b-s），制动盘内侧；

Mz′=0

My′=0，车轮外侧；

My′= 0.3P′R，车轮内侧。

④合成弯矩：

在车轴各截面，应力经由合成弯矩MR 计较而得，合成弯矩为：

MR=■

MX=Mx+Mx′

MZ=Mz′

MY=My′

应力计算：

空心车轴的内径是d′，外径是d，应力计算公式是：

外表面：σS=■

内表面：σb=■

CRH5型动车组的车轴材料是30NiCrMoV12，为空心车轴，根据UIC515-3，动车车轴取安全系数1.5，所以车轴轮座部位的应力疲劳极限是：116 MPa。见表2。

Mx，Mx′，Mz′，My′和MR的单位是kN·mm；

σs和σb的单位是MP；

σs是车轴外轮廓表面的力；

σb是车轴内轮廓面的力。

3.3 可修复性判定

在以往大线铁路列车轮对车轴检修中，车轴基本采用磨削法去除表面划伤，并对磨削表面进行滚压硬化处理，以满足设计部门对划伤深度要求。但该方式须建立在磨削后轮座直径符合许用应力的基础上的。

通过上述计算，已经得出CRH5型动车组车轴轮座的需用应力为116 MPa。则通过反向计算得出，在满足UIC515-3标准下，CRH5型动车组车轴轮座最小直径为189.40 mm，与与图纸比力得出修复余量为2.8 mm，并考虑去除实际精磨、选配加工的一般直径范围，则轮座实际（车轴半径方向）可修复余量约为1.2 m。

故CRH5型动车组车轴轮座具有可修复性。并根据《CRH5A型动车组轮对技术规范》、标准UIC 813及EN 13260，对损坏的车轴按1.2 mm进行修复，然后进行反压试验测试，压力曲线结果符合轮对反压条件要求。

4 结 语

①CRH5型动车组车轴轮座具有可修复性。

②在后续车轴加工过程中，为尽量增大修复余量，在满足图纸要求直径及压装过盈量要求的前提下，进量选取尺寸上差进行加工，以便增大其可重复使用性，降低CRH5型动车组高级修检修成本。

参考文献：

[1] 郭志仁.车轴寿命谈[J].机车车辆工艺，1992，（6）：1-9.

[2] 石塚弘道.车轴微振磨损的对策[J].国外内燃机车，

1993，（12）：48-52.

[3] 田中真一.车轴疲劳寿命的设计和可靠性评价[J].国外 内燃机车，1993，（12）：34-38.

[4] 杨广雪，谢基龙，周素霞，等.车轴设计参数对轴毂配合接触压力影响的 研究[J].铁道学报，2009（6）：31-35.

[5] 黄梦妮.rd<，2>型车轴过盈配合损伤分析研究[D].成都：西南交通大学，

2010.