CRH380B型动车组横向加速报警问题浅析

CRH380B型动车组横向加速报警问题浅析

郑云龙,李维泰中国铁路济南局集团有限公司青岛动车段,山东省青岛市,266000

摘要：运营中的高速动车组必须连续长时间的运行，以满足高速铁路多样化、长途运输的需求。但随着动车组行驶里程的增加，车轮磨损会逐渐显现。车轮磨损会导致轮轨几何尺寸偏离初始设计值，影响车辆系统的振动特性，降低动车组的稳定性，同时也会影响乘客乘坐的舒适度。近年来动车组轮轨关系匹配不良导致的转向架横向加速度超限报警问题明显增加。动车组转向架横向加速度报警将造成运营动车组降速运行或停车，对正常的高铁运输秩序造成较大影响，甚至会影响动车组运行安全。

关键词：CRH380B型；动车组横向加速；报警问题；

前言：CRH380B 型动车组在运行过程中频繁报出横向加速度预警故障。本文对横向加速度报警故障的产生原因进行分析。根据 CRH380B 型动车组报出横向加速度报警的逻辑关系。对在检修中如何避免横向加速度报警作出阐述。

一、CRH380B型动车组横向加速报警逻辑

动车组在运行过程中，过大的横向加速度不仅会使旅客产生不舒适的感觉，还会威胁列车运行安全。因此，动车组安装了构架横向加速度传感器以监测横向加速度，并设置了相应的报警条件，在必要时采取降速等控制措施以保证动车组运行安全。在动车组运行过程中，具体条件是在人机显示接口(HMI屏)提示报警信息和相应的故障代码，这与欧洲铁路所采用的衡量指标基本一致，当发生第一次横向加速度报警时，列车自动限速280km/h，在短暂限速后自行恢复正常运行。

若在300 km距离内发生2次横向加速度报警，列车自动限速280 km／h，不再允许恢复；如果最高运行速度被持续限制在280 km／h后，运行300 km距离内又发生2次新的报警，列车永久限速200 km／h到本次运行结束。

二、CRH380B型动车组横向加速报警问题

有分析认为，动车组构架横向加速度报警的原因为：轨道几何尺寸不良、钢轨轮廓状态不良、动车车辆状况不良等。本文认为可以归纳为3点：一是钢轨的几何尺寸和形状恶化，二是动车组技术状态不良，三是钢轨和动车组轮对匹配状态不佳。根据实际情况，主要从运用和检修的角度针对动车组技术状态对构架横向加速度的影响展开探讨。所谓影响构架横向加速度的动车组技术状态不良主要是针对转向架而言。转向架悬挂参数对横向加速度影响主要包括转向架的刚度、挠度和几何尺寸，决定其刚度、挠度的包括构架和轮轴金属材料的选择、一系和二系悬挂中钢弹簧、空气弹簧、橡胶节点、液压减振器的选择等。其服役周期内使用寿命尚未达到设计寿命的一半，且均按照动车组运用和检修规程进行了相应维修，各种悬挂部件的参数、性能都在正常设计的范围，因此可以排除是由于此类问题引起的构架横向加速度集中报警。此外，在转向架几何尺寸变化方面，在动车组运营过程中转向架各项几何参数有明显变化的主要是轮对几何尺寸，由轮轨接触所引起的磨耗会造成轮对直径、轮缘厚度、轮缘高度等发生变化，这些尺寸的变化使得轮对踏面形状逐步变化，偏离原始的设计形状。此外，在动车组运营中也发生了钢轨形状尺寸和轮对形状尺寸都符合各自技术要求，但依然产生构架横向加速度报警的情况。这就属于上述提及的轮轨匹配状态不佳。在长期的实践中人们总结出：衡量轮对与钢轨匹配的一个关键指标是等效锥度。对我国多条线路上的动车组振动状态及车轮磨耗跟踪研究的结果表明，轮轨匹配等效锥度的大小与动车组运行过程中的动态响应密切相关。在等效锥度过大时容易发生动车组构架横向加速度报警。动车组长时间固定在同一个交路中使用，缺少其他线路运行中和或者长距离的直线段运行，造成动车组一侧轮对轮缘较快的磨损，使得同一条轮对左右两个车轮产生了明显的轮缘厚度差值。动车组故障车转向架轮对轮缘偏磨不明显外，其余发生报警的转向架均有接近或超过1 mm的轮缘差值，最大的达到1．5 mm。通过以上分析可以确定CRH380B型动车组运营中轮对尺寸发生了较大的变化，主要表现为轮缘厚度的变化，且这种变化在同一轮对的左右两个车轮是不均衡的。

三、控制措施

1.提出动车组轮对轮缘厚度差值控制标准。也即对同一轮对左右车轮的轮缘厚度差值进行定期测量，提出控制目标，达到限度值时进行轮对踏面镟修。将轮对镟修从完全的计划预防修，改变为结合实际技术状态的状态修与计划修相结合。对于轮对技术状态良好的动车组，逐步恢复到25万km的镟修周期上限，甚至可以进行镟修周期的延长探索。这样不仅能节约检修成本，也能避免轮对频繁镟修造成轮对到限后更换轮对的安全风险。在技术手段上，可以对动车组轮对踏面诊断系统进行软件的升级，增加轮缘厚度差值一项报表，可以直观的进行控制，不必增加人工测量成本。若仅从本文分析几次报警的轮对尺寸考虑这一限度应该设置为1 mm，但考虑到横向加速度报警还有线路激扰的因素，而此前也没有对这项限度的考评经验，为了减少对轮对的不必要镟修，根据前述现场统计数据的分析结果，建议此项标准的限度暂定为1．5 mm；结合前述从轮轨匹配角度出发对轮对尺寸及等效锥度变化对横向稳定性的影响分析，动车组构架横向加速度报警是动车组与钢轨动态匹配状态恶化的表征，运行在较小半径曲线线路上时车轮将出现轮缘磨耗，曲线线路所占比例越大轮缘磨耗也越严重；当车轮出现轮缘磨耗时，踏面磨耗一般比较均匀。具有均匀踏面磨耗的车轮等效锥度相对较小，而车轮一旦出现踏面凹磨则等效锥度迅速增加。所以从控制手段上也可以从两个方面综合考虑。可以看出，不同的踏面型面匹配不同的钢轨，因其轮轨接触点及滚动圆半径差不同，均会对等效锥度值有所影响。目前许多计算中往往是设定一种不变的钢轨轮廓形状，再取值计算。当然，等效锥度的计算还有不同的方法，而且在随着计算机技术的进步不断丰富，轮缘能对轮对的横向移动起到限制作用，轮对轮缘磨耗量越大，这种限制作用就越差，特别是在通过曲线地段时，轮对的横移量向薄轮缘侧增加，同时薄轮缘侧的车轮滚动圆半径增大，厚轮缘侧车轮滚动圆半径减小，等效锥度迅速上升。

2.在轮对镟修时采取恢复踏面原始形状的镟修方式。由于在轮对镟修过程中，根据实际的镟修比，每恢复l mm的轮缘厚度，相应要镟修去的轮对直径在5 mm左右。在之前的镟修过程中，为了减少轮对消耗，一般采用经济镟修，轮缘厚度一般要求恢复到不少于28 mm。但这样的弊端是在镟修完毕的初期轮对的横向可移动量就较大，在运行一段时间后由于横向移动量增大，势必造成等效锥度的上升。所以，建议在镟修时，采取恢复轮对原型的镟修方式，对轮缘厚度的恢复标准提高到不小于32 mm。

3.组织动车组定期换向运行。通过前述分析可知，在3个月的轮对轮缘磨耗急剧恶化前进行动车组换向，例如奇数月以1号车厢为主控端从济南西站发车，偶数月以8号车厢为主控端从济南西站发车，这样可以有效缓解轮对轮缘厚度磨耗差值，从而抑制动车组过大的横向移动，减少构架横向加速度报警的可能性。该项措施在部分地区已经积累了初步经验，形成了相对固定的工作流程，对于防止构架横向加速度报警产生了不错的效果。对发生横向加速度报警集中的区段钢轨进行检查，必要时进行打磨。通过打磨钢轨，修整钢轨轮廓几何尺寸，能够提高线路质量，间接的通过改善轮轨匹配来减少构架横向加速度报警。

4结束语

从动车组的构架横向加速度报警现象入手，从轮对几何尺寸变化和轮轨匹配角度分析了故障产生的原因，提出了更为直观和便于操作的控制措施建议，在保证动车组的安全运行前提下为进一步提高维修和运输效率提供了参考价值。

参考文献

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