和諧型大功率機車牽引電機檢修流水線工藝設計研究

張 偉

（中鐵第四勘察設計院集團有限公司 設備設計處，湖北武漢430063）

隨著我國貨運機車的升級換代，和諧型大功率機車特別是大功率交流傳動電力機車數(shù)量持續(xù)增加，為與新的高效機車運用模式相匹配，規(guī)劃設計了7個和諧型機車檢修基地（哈爾濱、武漢、上海、天津、廣州、成都、西安），負責和諧型大功率機車的2年檢及部分6年檢工作。其中2年檢對應系統(tǒng)全面分解修程，對各主系統(tǒng)進行分解檢修，必要時進行車體噴漆；6年檢對應整車全面分解修程，對全車進行分解檢修，較大范圍更新零部件，并進行車體噴漆。

作為和諧型大功率機車的關鍵部件之一，牽引電機的檢修質量及檢修效率是機車安全、高效運營的前提，傳統(tǒng)定位修的模式已經(jīng)不能滿足日益高漲的貨運需求。借鑒國外先進經(jīng)驗，在武漢、廣州、上海等大功率機車檢修基地牽引電機檢修工藝中采用了流水線工藝設計，開創(chuàng)了國內大功率機車牽引電機檢修流水線設計先例。

1 大功率機車牽引電機介紹

目前我國運營的和諧型機車［1－2］有和諧型電力機車（HXD1、HXD1B、HXD1C、HXD2、HXD2B、HXD3、HXD3B）與和諧型內燃機車（HXN3、HXN5），主型大功率機車牽引電機種類及參數(shù)見表1。

2 和諧型機車檢修基地牽引電機檢修任務

根據(jù)規(guī)劃，7個和諧型大功率機車檢修基地各自主要承擔覆蓋范圍內約1 400臺運用機車的檢修任務。其中2年檢工作需完成467臺機車／年，每臺機車6臺牽引電機共對應電機檢修2 802臺／年；考慮適當余量，按年檢修工作日250天計，各檢修基地設計近期牽引電機日檢修能力12臺（兩臺機車）、年檢修能力3 000臺（500臺機車）即可滿足需求；由于檢修基地還需承擔部分機車6年檢作業(yè)，牽引電機部分的某些工序需要考慮2年檢與6年檢合設。

表1 主型大功率機車牽引電機種類及技術參數(shù)

3 牽引電機檢修流水線設計原則

牽引電機檢修流水線設計在充分分析物流流向的基礎上，以工藝流程為核心，以“工藝流程最短、物流順暢、效率最高”為原則，將電機檢修的解體前檢查、整機解體、部件解體、部件清洗、部件檢測、VPI浸漆、部件組裝、整機總裝、整機試驗、電機收尾等功能區(qū)按工藝流程順序排列，通過自動滑橇輸送系統(tǒng)和AGV（自動導航車，或無人搬運車）輸送車系統(tǒng)，將各功能區(qū)有機地結合成一個整體，實現(xiàn)電機檢修的有序流轉和在線檢修的先進工藝。

在此基礎上，檢修流水線的設計以工藝先進、工序完善、經(jīng)濟合理為原則，采用行業(yè)內先進、成熟、適用的新工藝、新技術、新設備、新材料，充分利用國內外先進技術和工藝，選用先進的生產(chǎn)設備及配套設施，同時考慮環(huán)保一體化設計，建設高水平的電機檢修生產(chǎn)線，力求建成后各項技術指標在國內處于領先水平，達到國外同類設備的同期水平。

4 牽引電機檢修流水線組成

和諧型機車牽引電機檢修作業(yè)流水線呈長方形布置，整條檢修流水線可按功能分為6條線，依次是電機解體線（含解體前登記檢查及轉子部分的解體）、轉子檢修線、定子檢修線、軸承檢修線、端蓋及附件檢修線、電機組裝線。

電機解體線：主要完成定子機殼各部件的在線拆卸及電機傳動端和非傳動端最外端部件的拆卸，實現(xiàn)電機定子和轉子端蓋及軸承的分解等工作。

定子檢修線：主要完成定子的通過式清洗風干、在線通過式真空烘干、通過式絕緣噴漆凈化、干燥緩沖、匝間及對地耐壓試驗等作業(yè)，檢測試驗數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集終端輸入到數(shù)據(jù)中心。

轉子檢修線：主要完成轉子及端蓋清洗風干、干燥緩沖、轉子在線固有頻率檢查工位、磁粉自動探傷、動平衡試驗、通過式噴漆、干燥緩沖等作業(yè)。

軸承檢修線：主要完成軸承的脫脂、清洗吹干、機械尺寸測量、超聲波自動探傷、靜態(tài)檢查試驗和動態(tài)噪聲檢查試驗等作業(yè)，并將試驗測量數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集終端輸入到數(shù)據(jù)中心。

端蓋及零部件檢修線：主要完成各個已清洗的端蓋及零部件的物理尺寸測量、探傷等工作。

電機組裝線：主要完成轉子的組裝、定子的組裝、電機的組裝及電機出廠試驗等工作。

5 工藝設計總體平面布局圖及布局區(qū)域劃分

根據(jù)武漢、廣州、上?；貭恳姍C流水線工藝設計實例，綜合繪制出牽引電機流水線工藝總平面布局圖，并將檢修布局區(qū)域劃分為進廠備品、電機解體前檢查試驗、電機解體、定子檢修、轉子檢修、軸承檢修、端蓋及零部件檢修、電機組裝、電機出廠試驗、出廠備品等10個部分，如圖1所示。

圖1 和諧型大功率機車牽引電機檢修流水線分區(qū)布局圖

檢修區(qū)長×寬為81m×24m，各區(qū)域與6條檢修流水線有序組合排列，功能清晰明確，流水檢修作業(yè)高效，物流順暢。各檢修區(qū)域均有物流及人員作業(yè)通道，各區(qū)設備布置合理，工序間銜接緊湊，人員作業(yè)空間大。設計自動化物流系統(tǒng)、各種輔助工裝以提高檢修效率；設置多個數(shù)據(jù)采集點，以方便各種檢修數(shù)據(jù)的采集和管理；自動化控制可以保證檢修流水線上各種設備的協(xié)調高效運轉；數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)設計與上位機的標準接口，及時上傳、接受數(shù)據(jù)和管理指令。

6 牽引電機檢修流程圖

根據(jù)和諧型大功率機車在我國的修程修制，結合傳統(tǒng)機車牽引電機在機務段的檢修應用，參考國內外電機檢修線工藝［3－4］，總結出和諧型大功率機車牽引電機檢修流程框圖，見圖2。按照和諧型機車牽引電機檢修工藝要求，歸納出和諧型機車牽引電機檢修工藝流程簡圖，如圖3所示，可進一步簡化為4區(qū)3線。

圖2 和諧型大功率機車牽引電機檢修流程框圖

圖3 檢修工藝流程簡圖

解體前試驗區(qū)完成電機解體前的檢查試驗，檢驗是否需要直接返廠。電機解體區(qū)完成電機出線盒、引出線、導線夾、電連接器、電機非傳動端蓋板、速度傳感器、速度傳感器支架、傳動端排風口罩板的拆卸及定轉子分離等工作。定子檢修區(qū)域工藝流程圖如圖4所示，主要完成解體后定子經(jīng)過清洗、烘干、噴漆程序后，進行定子外觀、耐壓檢查，最后進入安裝區(qū)。轉子檢修區(qū)（含軸承測試）工藝流程圖如圖5所示，主要完成解體之后經(jīng)過轉子清洗、吹干作業(yè)后，進行噴漆作業(yè)，干燥后進行自動探傷、固有頻率測試，動平衡等測試，完成后進入待裝區(qū)。需要軸承測試的機型，經(jīng)過軸承脫脂、清洗、物理檢測、自動探傷后進入待裝區(qū)。

圖4 定子檢修區(qū)工藝流程圖

圖5 轉子檢修區(qū)工藝流程圖

端蓋及零部件檢修區(qū)工藝流程如圖6所示，主要完成以下工作內容：端蓋及零部件與轉子一起經(jīng)過清洗作業(yè)、高溫吹干，然后進行自動探傷和物理尺寸檢查，等待安裝。最終，在電機總裝區(qū)完成電機的組裝，在整機檢查試驗區(qū)完成電機的出廠試驗，并對試驗數(shù)據(jù)進行記錄。

圖6 端蓋及零部件檢修區(qū)工藝流程圖

7 檢修流水線設計節(jié)拍及通過能力核算

7.1 生產(chǎn)節(jié)拍計算及設計

（1）2年檢生產(chǎn)節(jié)拍

其中：φ為設備工作負荷率，取值85%；T為設備年時基數(shù)，取值8h／d×250d＝2 000h；K2為2年檢年產(chǎn)量（臺），取值3 000臺。

故取當前設計節(jié)拍為30min／臺。

如考慮遠期預留500臺機車檢修，即3 000臺電機檢修，則生產(chǎn)節(jié)拍為15min／臺。

（2）6年檢生產(chǎn)節(jié)拍（作業(yè)線部分工位具有6年檢能力）

其中K6為6年檢年產(chǎn)量（臺），取值1 200臺。故取當前設計節(jié)拍為80min／臺。

（3）2年檢及6年檢合線生產(chǎn)節(jié)拍

故取設計節(jié)拍為20min／臺。

7.2 檢修作業(yè)流水線設計節(jié)拍

設定年有效工作日為250d，按需求牽引電機檢修工作量為12臺／d（2年檢），3 000臺／a（2年檢），部分工位具有2、6年檢能力，其年檢修能力為4 200臺／a。

經(jīng)過前述計算，設計牽引電機流水線節(jié)拍時間為30min（2年檢），一天8h計算，一天可以完成12臺電機的分解。如部分工位考慮滿足2、6年檢需求，設計節(jié)拍應控制在20min內。

7.3 檢修作業(yè)流水線清洗通過能力

定子、轉子、端蓋通過清洗機清洗，2次清洗最長時間為10min，可同時進行。10min可完成一臺電機的清洗。一天可清洗大量的電機，滿足通過能力要求。

7.4 檢修作業(yè)流水線烘干通過能力

定子烘干是整條流水線的瓶頸工序，因為烘干時間長。通過合理設置烘干設備能力，滿足流水線作業(yè)需要。定子烘干機是定制專門的烘干設備，實現(xiàn)每次可一次性進入8臺定子，設計2臺烘干設備一起進行，則在整個檢修流水線的運行過程中，烘干設備中共有16臺電機定子進行烘干，這樣可使得每臺電機的定子烘干節(jié)點時間降為60×8／16＝30min。

轉子通過吹風方式烘干，每臺最多15min，如此，滿足通過能力要求。

經(jīng)過以上對檢修流水線通過能力以及主要瓶頸工序作業(yè)時間的核算，各流水線、各工位均能滿足通過能力需要。流水線作業(yè)關鍵在于節(jié)拍設計合理，每個節(jié)拍用時包括檢修用時、物流用時、等待間隙用時［5］，當設備能力能夠匹配設計節(jié)拍時，檢修作業(yè)即能夠滿足需要。

8 結束語

工藝分析及通過能力核算表明本文提出的牽引電機檢修流水線工藝及設計，可以滿足和諧型大功率機車檢修基地的相關檢修需求；研究結果可供其他機車檢修基地設計作為參考。

［1］ 楊守君，劉會巖.HXD3型交流傳動電力機車［J］.電力機車與城軌車輛，2007，（4）：9－13，19.

［2］ 張 中，張金平，李國鋒.HXD2型大功率交流傳動貨運電力機車牽引電傳動系統(tǒng)［J］.機車電傳動，2008，（6）：9－12.

［3］ 左藤光正，姚 英.日本大宮工廠新的牽引電機檢修生產(chǎn)線［J］.國外內燃機車，2000，（1）：37－42.

［4］ 淺倉誠治，高魁源.主電動機非分解檢修生產(chǎn)線［J］.國外鐵道車輛，1999，（4）：40－43.

［5］ 黃 迪，韋忠朝，陳時春.鐵路機車牽引電機檢修線的設計與優(yōu)化［J］.湖北工業(yè)大學學報，2010，（1）：55－58.