寧友波， 寇樹仁， 淡紅升， 李忠厚， 文 禮， 曹增璽

(1 中國鐵路總公司 運輸局， 北京 100844；2 中國鐵道科學(xué)研究院 機車車輛研究所， 北京 100081；3 西安鐵路局 西安大功率機車檢修段， 陜西西安 710027)

延長和諧型電力機車高級修周期的可行性分析*

寧友波1， 寇樹仁1， 淡紅升1， 李忠厚2， 文 禮2， 曹增璽3

(1 中國鐵路總公司 運輸局， 北京 100844；2 中國鐵道科學(xué)研究院 機車車輛研究所， 北京 100081；3 西安鐵路局 西安大功率機車檢修段， 陜西西安 710027)

分析和諧型電力機車高級修面臨的問題，進行機車主要部件的質(zhì)量情況調(diào)研統(tǒng)計分析，以及對車輪磨耗進行的現(xiàn)場調(diào)研，從安全性、可靠性、經(jīng)濟性方面進行延長高級修周期的可行性分析。分析表明和諧型電力機車高級修周期延長到100萬km是可行的。

和諧型電力機車； 高級修； 周期

和諧型機車自2003年開始技術(shù)引進和生產(chǎn)設(shè)計，到2006年第一批生產(chǎn)投入使用，到目前完全自主技術(shù)批量生產(chǎn)，機車新造探索出了一條“引進、消化、吸收、再創(chuàng)新”的成功道路。與直流機車相比，和諧型機車的制造水平和工藝水平有了長足的進步。一流的機車制造技術(shù)平臺需要一流的機車檢修平臺來傳承和發(fā)展。但在引進和諧型機車技術(shù)時，沒有同步引進機車的維修技術(shù)，為此，原鐵道部運輸局裝備部借鑒引進國外原型車或相近機車的修程修制經(jīng)驗，參考我們直流機車的維修經(jīng)驗，考慮我國鐵路運輸重載、長交路、整備區(qū)域分割等實際因素，堅持“以可靠性為中心的維修”理論，確定了和諧型機車高級修修程的結(jié)構(gòu)為“2年檢-2年檢-6年檢”，也就是我們簡稱的“226”結(jié)構(gòu)。和諧型電力機車高級修周期及要求如下：2年檢運行45萬～60萬km或2～3年，機車主要部件性能參數(shù)測試、檢查修理，恢復(fù)機車可靠質(zhì)量狀態(tài)；6年檢運行140萬～180萬km或6～9年，機車全面分解檢修，進行全面性能參數(shù)測試，恢復(fù)基本性能，可同時進行機車或主要部件的技術(shù)提升。

1 和諧型電力機車高級修修程面臨的問題

通過近年來和諧型電力機車檢修和運用實踐證明，機車高級修修程基本保證了機車質(zhì)量安全，滿足鐵路運輸?shù)男枨蟆５?，通過分析研究發(fā)現(xiàn)，和諧型電力機車高級修修程存在以下問題，需進一步探討：

1.1 修程結(jié)構(gòu)設(shè)置有待均衡

按照修程結(jié)構(gòu)設(shè)置原則，高級修程應(yīng)包含低級修程，根據(jù)部件供應(yīng)商提供的維保手冊，現(xiàn)行“226”修程結(jié)構(gòu)中，部分部件按第2輪2年檢要求更新，接下來的六年檢按要求同樣更新，連續(xù)2次更新，造成過剩修。

1.2 2年檢檢修范圍需進一步優(yōu)化

由于和諧型機車技術(shù)引進時未同步引進維修技術(shù)，機車高級修檢修規(guī)程處于摸索階段，2年檢范圍由主機廠提出，2年檢試修主要由主機廠承擔。主機廠為了驗證設(shè)計、驗證規(guī)程，加大了2年檢部件拆解范圍；為了彌補設(shè)計及制造缺陷，將部分質(zhì)量整治問題納入規(guī)程之中，人為加大了檢修范圍。另外，同類部件在不同機型中檢修范圍不同現(xiàn)象普遍存在。2年檢的檢修范圍需要進一步優(yōu)化。

1.3 部件質(zhì)保期有待充分利用

和諧型電力機車高級修實行“226”結(jié)構(gòu)，2年檢檢修周期為45萬～60萬km，而機車走行部軸承、主變壓器、主輔變流器、機車控制系統(tǒng)、真空主斷路器等大部件質(zhì)保期均為100萬km，檢修周期與質(zhì)保期未完全匹配。和諧型機車2年檢檢修周期與部分部件設(shè)計的質(zhì)保期錯位，有些部件超質(zhì)保期檢修，而有些部件不到質(zhì)保期檢修，存在部分部件失修、過剩修問題，造成質(zhì)保期未充分利用。

和諧型機車高級修存在的以上問題，不但影響了機車的運用效率，也給企業(yè)的經(jīng)營帶來了巨大的壓力，有必要通過延長高級修周期，對高級修修程設(shè)置進行優(yōu)化和調(diào)整。

2 和諧型電力機車主要部件質(zhì)量調(diào)研與分析

2.1 質(zhì)量調(diào)研說明

經(jīng)過初步可靠性分析，確定和諧型電力機車主要部件運用質(zhì)量調(diào)研范圍為：抱軸承、軸箱軸承、牽引電機軸承、牽引裝置橡膠件、制動機模塊、牽引電機、主變壓器、高壓電器、主輔變流器動作部件、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中低壓電器動作部件、輔助機組。另外，考慮到車輪磨耗是制約高級修修程的主要因素之一，對相關(guān)鐵路局和諧型電力機車不同線路條件下的車輪磨耗情況進行現(xiàn)場調(diào)研。

運用質(zhì)量統(tǒng)計樣本情況：書面調(diào)查了5 237臺和諧型電力機車質(zhì)量情況，由于2013年新采購機車投入運用時間短、部分調(diào)撥機車數(shù)據(jù)不連貫，剔除后的有效樣本共3 527臺，各走行里程區(qū)間的機車樣本數(shù)見表1。

表1 各走行里程區(qū)間的機車樣本數(shù)

備注：機車樣本數(shù)是指走行里程在此10萬km區(qū)間內(nèi)和諧型電力機車有效樣本臺數(shù)。

2.2 主要部件質(zhì)量數(shù)據(jù)分析情況

(1) 抱軸承

圖1所示為抱軸承故障率，最高故障率為0.74件/百臺機車，因此，抱軸承運用質(zhì)量總體穩(wěn)定。

圖1 抱軸承故障率

(2) 軸箱軸承

圖2所示為軸箱軸承故障率，90萬～100萬km區(qū)間故障率達到4.34件/百臺機車，50萬～60萬km區(qū)間故障率達到4.23件/百臺機車，總體來講，故障率偏高。進一步調(diào)研分析，HXD1系列的故障率明顯高于其他機車，其中90萬～100萬km區(qū)間故障樣本全部為HXD1機車，HXD1B型機車軸箱軸承故障143件，占總件數(shù)的比例高達36.7%(多由江岸機務(wù)段頂輪檢測時發(fā)現(xiàn))。

剔除HXD1系列的軸箱軸承故障率如圖3所示，最高故障率為0.52件/百臺機車，因此，其他系列機車軸箱軸承運用質(zhì)量總體穩(wěn)定。

圖2 軸箱軸承故障率

圖3 軸箱軸承故障率(不含HXD1系列)

(3) 牽引電機軸承

圖4所示為牽引電機軸承故障率，40萬～50萬km區(qū)間故障率達到1.94件/百臺機車。進一步對數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，僅HXD1C型牽引電機軸承就發(fā)生故障114件，占總件數(shù)的63.7%，集中在40萬～50萬km間。原因為該型機車牽引電機風道設(shè)計缺陷所致。采取整改措施后，故障明顯減少，并趨于穩(wěn)定，本次統(tǒng)計運行60萬km以上的308臺HXD1C型機車再未發(fā)生該故障。剔除HXD1C機車，牽引電機軸承故障率如圖5所示，最高故障率為0.58件/百臺機車，運用質(zhì)量總體穩(wěn)定。

圖4 牽引電機軸承故障率

圖5 牽引電機軸承故障率(不含HXD1C)

(4) 牽引裝置橡膠件

圖6所示為牽引裝置橡膠件故障率，40萬～50萬km區(qū)間故障率高達5.49件/百臺機車，50萬～60萬km區(qū)間故障率高達3.25件/百臺機車。對數(shù)據(jù)進一步分析得知，牽引裝置橡膠件集中故障集中在濟南西機務(wù)段HXD3型機車在40萬～50萬km時牽引電機吊桿橡膠關(guān)節(jié)龜裂109件，湖東段HXD2型機車牽引桿橡膠關(guān)節(jié)裂紋90件，兩單位合計占總件數(shù)的45.8%?，F(xiàn)場調(diào)研確認，當時現(xiàn)象是橡膠球關(guān)節(jié)存在不同程度的細小龜裂裂紋，屬于表面正常老化現(xiàn)象，經(jīng)廠家確認可以正常運用，其他運用段沒有該類問題的發(fā)生，不應(yīng)計入故障數(shù)據(jù)。剔除HXD3及HXD2機車，牽引裝置橡膠件故障率如圖7所示，最高故障率為1.76件/百臺機車，運用質(zhì)量總體穩(wěn)定。

圖6 牽引電機裝置橡膠件故障率

圖7 牽引電機裝置橡膠件故障率

(5) 牽引電機

圖8所示為牽引電機故障率，各機型電力機車牽引電機均有故障發(fā)生，40萬～50萬km區(qū)間故障率高達4.76件/百臺機車，50萬～60萬km區(qū)間故障率高達3.49件/百臺機車，60萬～70萬km區(qū)間故障率高達3.44件/百臺機車。這3個區(qū)間內(nèi)故障率明顯升高。進一步分析發(fā)現(xiàn)，在40萬～50萬km區(qū)間內(nèi)，僅HXD1C型牽引電機就發(fā)生故障74件，占該區(qū)間總件數(shù)的54%。原因為該型機車設(shè)計缺陷所致，采取整改措施后，故障明顯減少，并趨于穩(wěn)定。在50萬～60萬km及60萬～70萬km區(qū)間內(nèi)，HXD3B機車故障率超過27件/百臺機車，大幅提高了總體故障率。剔除HXD1C及HXD3B機車，其余機型牽引電機故障率如圖9所示，最高故障率為3.01件/百臺機車，故障率基本可以接受。

圖8 牽引電機故障率

圖9 牽引電機故障率(不含HXD1C及HXD3B)

(6) 制動機模塊

圖10所示為制動機模塊故障率，各型機車制動機模塊故障率都一直較高，尤其是HXD2機車制動機模塊故障率明顯高于其他機型。剔出HXD2機車，其他機型制動機模塊故障率如圖11所示，在10萬～90萬km區(qū)間內(nèi)，制動機模塊故障率維持在13-21件/百臺機車之間，故障率沒有隨著走行里程的增加而升高的趨勢。進入90萬～100萬km區(qū)間，故障率急劇飆升到31件/百臺機車。因此，走行里程達到90萬km以上時，有必要對制動機模塊進行拆解檢修。

圖10 制動機模塊故障率

圖11 制動機模塊故障率(不含HXD2)

(7) 高壓電器

圖12所示為機車高壓電器故障率，除了20萬～30萬km區(qū)間內(nèi)表現(xiàn)出的早期故障外，其他區(qū)間內(nèi)故障率基本維持在11件/百臺機車以內(nèi)，故障率沒有隨著走行里程的增加而升高的趨勢。

圖12 機車高壓電器故障率

(8) 主變壓器

圖13所示為機車主變壓器故障率，除了30萬km以內(nèi)表現(xiàn)出的早期故障外，在90萬km以內(nèi)的其他區(qū)間內(nèi)故障率基本維持在1件/百臺機車以內(nèi)，運用質(zhì)量總體穩(wěn)定，故障率沒有隨著走行里程的增加而升高的趨勢。在90萬～100萬km區(qū)間，故障率略有上升，達到1.3件/百臺機車。

圖13 主變壓器故障率

(9) 主輔變流器動作部件

圖14所示為機車主輔變流器動作部件故障率，故障率總體偏高。進一步分析發(fā)現(xiàn)，HXD1及HXD2故障率遠高于其他機車。剔除HXD1及HXD2機車，其余機型主輔變流器動作部件故障率如圖15所示。除了40萬km以內(nèi)表現(xiàn)出的早期故障外，其他區(qū)間內(nèi)故障率基本維持在10件/百臺機車以內(nèi)，故障率沒有隨著走行里程的增加而升高的趨勢。

圖14 主輔變流器動作部件故障率

圖15 主輔變流器動作部件故障率

(10) 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中低壓電器動作部件

圖16所示為機車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中低壓電器動作部件故障率，故障率總體偏高。各區(qū)間故障率圍繞10件/百臺機車波動，沒有隨著走行里程的增加而升高的趨勢。

圖16 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中低壓

(11) 輔助機組

圖17所示為機車輔助機組故障率，故障率總體偏高。各區(qū)間故障率在10～17件/百臺機車之間波動，沒有隨著走行里程的增加而升高的趨勢。

圖17 輔助機組故障率

(12) 機車車輪磨耗情況

在調(diào)查全路和諧型電力機車車輪磨耗情況的基礎(chǔ)上，現(xiàn)場調(diào)研了具有代表性的山區(qū)小曲線半徑線路(鄭州局洛陽段，西安局新豐鎮(zhèn)、安康段，蘭州局蘭西段，成都局重慶段)、平原線路(武漢局江岸段)和重載線路(大秦公司湖東段)的車輪使用情況。按六軸7 200 kW、六軸9 600 kW和八軸9 600 kW 3種情況分析如下：

①山區(qū)小曲線半徑線路六軸7 200 kW系列機車

目前，在山區(qū)小曲線線路運行主要為六軸7 200 kW系列機車，車輪以輪緣磨耗為主。不同輪緣潤滑方式對車輪預(yù)期使用壽命的影響較大。洛陽、新豐鎮(zhèn)、安康三個機務(wù)段機車配屬初期均采用原設(shè)計的干式潤滑，輪緣磨耗一度高達0.7～0.8 mm/萬km，改進潤滑方式后，輪緣磨耗下降至0.3 mm/萬km左右。統(tǒng)計分析上述三個機務(wù)段293臺入2年檢HXD3機車的走行里程和輪徑數(shù)據(jù)，其中247臺機車(占總數(shù)的84.3%)輪徑在1 180 mm以上，預(yù)期使用壽命可達90萬 km。如果按采用濕式潤滑方式新輪和磨耗情況推算，預(yù)期使用壽命可達100萬km。

重慶、株洲、長沙、廣州機務(wù)段HXD1C、HXD3C機車一直采用干式輪緣潤滑，統(tǒng)計該4個機務(wù)段278臺入2年檢機車的輪對數(shù)據(jù)，車輪在2年檢或之前全部更新。以株州機務(wù)段HXD1C型機車為例，輪緣磨耗0.6 mm/萬km，139臺HXD1C型機車入2年檢平均走行53.7萬km，其中108臺(占總數(shù)的78%)車輪輪徑低于1 170 mm，預(yù)期使用壽命60萬km左右。

② 平原線路六軸9 600 kW系列機車

在平原線路運行的六軸9 600 kW系列機車，車輪以踏面磨耗為主。以武漢局江岸段HXD1B型機車為代表，統(tǒng)計分析了124臺機車入2年檢時的輪徑及入修平均里程，入2年檢平均走行66 萬km，其中，120臺機車(占入修總數(shù)的97%)輪徑在1 220 mm以上，按照這樣的磨耗速率推算，車輪預(yù)期使用壽命可達200 萬km。

③八軸9 600 kW系列機車

在重載線路運行的八軸9 600 kW系列機車，車輪以踏面磨耗為主，兼有輪緣磨耗。以大秦公司湖東段HXD1、HXD2型機車為代表，統(tǒng)計分析了396臺機車入2年檢時的平均里程和輪徑、磨耗率等數(shù)據(jù)，其中，HXD1型機車入2年檢平均走行75.6 萬km、磨耗率0.33 mm/萬km；HXD2型機車入2年檢平均走行79萬km、磨耗率0.32 mm/萬km。根據(jù)輪徑及磨耗率推算，348臺機車(占入修總臺數(shù)的90%)預(yù)期使用壽命可達100萬km。

3 延長和諧型電力機車高級修周期的可行性分析

3.1 安全性分析

本次調(diào)研在安全性方面重點關(guān)注抱軸承、軸箱軸承、牽引電機軸承、牽引裝置橡膠件及制動機模塊。根據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù)分析可知：

(1) 抱軸承：運用質(zhì)量總體穩(wěn)定，運行到100萬km是可行的。

(2) 軸箱軸承：除HXD1系列，其他機型運用質(zhì)量總體穩(wěn)定，運行到100 萬km是可行的。對于HXD1系列機車，需配備軸承實時監(jiān)測系統(tǒng)，以保證軸承質(zhì)量可控。

(3) 牽引電機軸承：運用質(zhì)量總體穩(wěn)定，運行到100 萬km是可行的。需要說明的是：部分機車牽引電機軸承進入二年檢時，進行了分解檢修或更新，本次調(diào)研數(shù)據(jù)不能完全說明牽引電機軸承的無維修周期；如果設(shè)定牽引電機軸承檢修周期為100 萬km，需配備軸承實時監(jiān)測系統(tǒng)，以保證軸承質(zhì)量可控。

(4) 牽引裝置橡膠件：運用質(zhì)量總體穩(wěn)定，運行到100 萬km是可行的。需要說明的是：由于二年檢時，牽引裝置部分進行了更換，本次調(diào)研數(shù)據(jù)不能充分說明牽引裝置橡膠件的使用壽命。

(5)制動機模塊：各型機車制動機模塊故障率普遍較高，但是總體來講與走行里程的關(guān)聯(lián)度不高，進入90萬～100萬km區(qū)間，故障率明顯提高。制動機模塊故障率高的問題要從新造車源頭解決。設(shè)定機車制動機模塊檢修周期為100萬車km，對實際故障率影響不大，基本可行。

3.2 可靠性分析

本次調(diào)研可靠性方面重點關(guān)注牽引電機、高壓電器、主變壓器、主輔變流器動作部件、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)系統(tǒng)中低壓電器動作部件、輔助機組。根據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù)分析可知：

(1)各部件的故障率有所不同，表現(xiàn)形態(tài)大致相同，呈初期故障率普遍較高，整治后在各個統(tǒng)計區(qū)間內(nèi)的故障率上下波動，但都沒有隨走行里程增長的趨勢性變化。相關(guān)部件運行100 萬km質(zhì)量基本可靠。

(2)輔助機組軸承在二年檢時已全部更新，根據(jù)調(diào)研情況，輔助機組軸承壽命達不到100 萬km的要求。如果機車高級修修程設(shè)定為100 萬km，輔助機組軸承仍需中途(50 萬km左右)更新。

(3)HXD3B型機車牽引電機從50 萬km以上故障率大增，故障率由3件/百臺機車左右，猛增到(50萬～60萬及60萬～70 萬km區(qū)間)27件/百臺機車以上，需要進一步確定原因。

3.3 經(jīng)濟性分析

由于抱軸承、軸箱軸承、牽引電機軸承新造質(zhì)保期大多為100 萬km，因此，將相關(guān)軸承拆解檢修的周期規(guī)定為100 萬km，可以充分利用質(zhì)保期，減少過剩維修。對設(shè)計、制造原因而造成實際運用達不到100 萬km的，建議督促新造廠提高、改進。

車輪預(yù)期使用壽命分析：通過對小曲線半徑線路、平原線路、重載線路運用的機車入2年檢時車輪磨耗情況分析，預(yù)測車輪使用壽命：小曲線半徑線路運行的六軸7 200 kW系列機車，采取必要的減磨措施后，85%以上機車的車輪預(yù)期壽命可以達到90 萬km；重載線路運行的八軸9 600 kW系列，90%以上的機車車輪預(yù)期壽命可以達到100 萬km；平原線路運行的六軸9 600 kW系列機車，97%的車輪預(yù)期壽命可以達到200 萬km。上述三個系列機車車輪預(yù)期使用壽命超過90 萬km的占總量90%以上。若小曲線半徑線路區(qū)段的機車車輪使用由60 萬km延長至90 萬km，使用壽命延長50%，不僅可以充分利用車輪壽命，減少過剩維修，大大降低更換車輪費用支出。

4 結(jié)束語

抱軸承、軸箱軸承、牽引電機軸承、制動系統(tǒng)模塊及牽引裝置橡膠件等安全性相關(guān)部件的檢修周期確定在100 萬km是可行的；牽引電機、高壓電器、主變壓器、主輔變流器動作部件、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)系統(tǒng)中低壓電器動作部件、輔助機組等重要部件在100萬km進行高級修是可行的；絕大部分機車車輪磨耗預(yù)期壽命可以達到100 萬km；結(jié)合多數(shù)主要部件質(zhì)保期為100 萬km，和諧型電力機車高級修周期由原來2年檢運行45萬～60 萬km延長到100 萬km，無論是在安全性、可靠性方面，還是在經(jīng)濟性方面都是可行的。通過延長高級修周期，對高級修修程設(shè)置進行優(yōu)化和調(diào)整，可以解決和諧型電力機車高級修修程所面臨的問題。

[1] 中國鐵路總公司.TG/JW149-2014，機車段修管理規(guī)則[S].北京：中國鐵道出版社，2014.

[2] 中國鐵路總公司運輸局機務(wù)部.關(guān)于和諧型機車修程修制的調(diào)研報告[Z]，2014.

The Feasibility Analysis About the Senior Maintenance Cycle Extension of the Harmonious Electric Locomotive

NINGYoubo1,KOUShuren1,DANhongsheng1,LIZhonghou2,WENLi2,CAOZengxi3

(1 Transport Bureau, China Railway, Beijing 100844, China;2 Locomotive and Car Research Institute, China Academy of Railway Sciences, Beijing 100081, China;3 Xi'an High-power Locomotive Repair Depot, Xi'an Railway Bureau , Xi’an 710027 Shaanxi, China)

Analysis of harmonious electric locomotive senior maintenance in facing the problem, statistical analysis of the quality of the main parts of the locomotive, and the wheel wear field research, the feasibility analysis about senior maintenance cycle extension from the aspects of safety, reliability and economy have been done. The analysis shows that the senior maintenance cycle of the harmonious electric locomotive is feasible for 1 000 000 km.

harmonious electric locomotive; senior maintenance; cycle

1008-7842 (2015) 06-0077-05

*中國鐵路總公司科技研究開發(fā)計劃課題(2013J006-A)

)男，高級工程師(

2014-06-19)

U269.1

A

10.3969/j.issn.1008-7842.2015.06.20