機車大修采用廠內(nèi)專用線替代正線試運可行性研究

容長生，袁寒梅，郭樹祥

（1 中國鐵道科學(xué)研究院 研究生部，北京100081；2 南車洛陽機車有限公司，洛陽471002）

機車大修是機車進行全面檢查修理，恢復(fù)機車基本性能的修程［1］。機車大修時，在完成部件檢修、總體組裝、性能調(diào)試、廠線走行后必須進行正線試運，以檢驗機車牽引、制動、軸重轉(zhuǎn)移補償?shù)忍匦?，試驗電氣系統(tǒng)性能參數(shù)及安全保護功能，檢驗機車走行部運行及軸承溫度變化是否符合要求。隨著鐵路運輸模式的變化、大修工廠生產(chǎn)任務(wù)的增加，正線試運對鐵路運輸計劃的干擾，以及對驗證項目的限制，使大修工廠對正線試運的替代方案提出迫切的需求。

本文通過分析機車大修試運行的管理和技術(shù)規(guī)定，以某機車大修工廠廠內(nèi)3.1km專用線為實例，內(nèi)燃機車以DF4D型機車，電力機車以SS8型機車為分析對象，論證了采用廠內(nèi)專用線替代正線試運的可行性，并與目前的另一種方案——機車負(fù)載定置試驗裝置進行了對比，提出了進一步優(yōu)化和完善的建議。

1 機車大修后正線試運的基本要求

1.1 制度及管理要求

（1）機車大修規(guī)程有關(guān)規(guī)定

機車大修規(guī)程是鐵道部制定的檢修規(guī)范性文件，我國鐵路機車檢修周期和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)［2］。各型機車大修規(guī)程中均要求機車大修檢修過程中必須進行正線試驗。

鐵道部2008年發(fā)布的新版內(nèi)燃機車大修規(guī)程［3］的第11.4條對正線試運行做出了具體規(guī)定。對正線試運行距離及試運行方式規(guī)定為：內(nèi)燃機車試運行往返里程不少于200km，往返試運行中允許有一次單機運行，允許掛帶有電阻制動裝置的機車在運行中實行電阻制動考核被試機車的牽引性能［4］。同時規(guī)定；"在具備條件的工廠，允許取消正線試運，取消正線試運后的機車不再執(zhí)行規(guī)程中正線試運的有關(guān)條款，相應(yīng)的技術(shù)條件經(jīng)報鐵道部批準(zhǔn)后實施［4］。

2008年發(fā)布的新版電力機車大修規(guī)程［5］規(guī)定：電力機車試運走行公里不少于100km；其中牽引負(fù)荷運行不少于20km，電制動負(fù)荷運行不少于20km，以線路允許的最高速度運行不少于45km［6］。

（2）中華人民共和國鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)規(guī)定

TB／T 2381-93《內(nèi)燃機車線路運行試驗》要求：關(guān)于試驗線路和牽引方式，“5.3.1一般應(yīng)在鐵路干線上進行牽引試驗，裝有動力制動裝置的機車可以采用多機連掛模擬牽引試驗而不牽引列車”。關(guān)于運行里程，“5.3.2牽引試驗的里程應(yīng)為100km左右，在長于100km的路程中允許其中一個單程不牽引列車”。

電力機車尚無類似內(nèi)燃機車專門的線路試運行標(biāo)準(zhǔn)，只有GB／T 3318-2006《電力機車制成后投入使用前的試驗方法》，規(guī)定了電力機車制成后投入使用前的試驗方法，對試驗線路和試驗里程沒有具體要求。

1.2 主要技術(shù)驗證項目

按照機車大修規(guī)程正線試運行的規(guī)定，內(nèi)燃和電力機車正線試運行的主要驗證項目見表1～表2。

以上分析表明，機車大修后開展正線試運的主要目的是驗證機車牽引工況和制動工況負(fù)載運行技術(shù)性能，走行部各關(guān)鍵部件負(fù)載運行技術(shù)性能是否符合設(shè)計要求，是機車投入運用前的安全性和可靠性試驗環(huán)節(jié)。

表1 DF4D型內(nèi)燃機車大修正線試運行主要技術(shù)驗證項目

表2 韶山系列電力機車正線牽引試運行主要技術(shù)驗證項目

2 正線試運行的現(xiàn)狀及困境

2.1 正線試運行現(xiàn)狀

（1）內(nèi)燃機車

試運行區(qū)段為焦枝線某區(qū)間，附掛在貨物列車的補機位，往返200km，牽引運行約100km。受貨物列車限速80km／h的制約，最高運行速度為70～75km／h。DF4D型機車的磁場削弱過渡點無法驗證，最高速度100～120km／h無法運行。

（2）電力機車

試運行區(qū)段為隴海線某區(qū)間，附掛在貨物列車補機位，運行里程近300km，滿負(fù)荷運行約100km。受線路限速要求的制約，試運機車最高運行速度為70～75 km／h。受線路影響，電力機車的牽引、電制動工況驗證部分級位，SS4，SS8，SS9型機車部分磁場削弱項目難以驗證。

2.2 目前面臨的困境

（1）運輸組織困難

運輸組織方式不利于組織大修機車正線試運。鐵路長交路運營模式的推廣，使機務(wù)、調(diào)度部門難以對大修機車100，50km（單程）交路的正線試運行做出合理的交路安排。

（2）試運行工作量不斷增加

該工廠機車產(chǎn)量的增加，對正線試運行的需求日趨旺盛，日均正線試運機車1.5臺，而且有繼續(xù)上升的趨勢。

（3）試運行時間難掌控

試運行時間難以掌控，試運行成本不斷上升。在交路計劃順暢情況下，電力機車廠外正線試運行平均需要2天，內(nèi)燃機車平均需要3天，而且正線試運行需要鐵路機務(wù)部門的乘務(wù)員擔(dān)當(dāng)帶道，需要支付勞務(wù)費用。

（4）安全隱患難以消除

安全隱患難以消除。試運行機車畢竟是檢修總裝后的第一趟上線運行，整車的性能處于驗證階段，而且由于試運行時間過長，要單機出入鐵路站場，若發(fā)生質(zhì)量故障或其他問題，影響鐵路運輸秩序。

（5）驗證項目有限

驗證項目不能完全覆蓋。如2.1（1）所述，即使開展正線試運行，仍受制于線路和列車運行速度限制，并不能對所有驗證項目全面驗證。

因此繼續(xù)研究一種更為適合管理要求和現(xiàn)場需要的試運行方式替代目前的正線試運行，是我國鐵路運輸部門及所有機車工廠面臨的共同課題。

3 采用廠內(nèi)專用線試運行的可行性分析

3.1 某工廠廠內(nèi)專用線簡介

某工廠利用業(yè)務(wù)擴展時機，在廠區(qū)內(nèi)建成了3.1 km的電氣化鐵路專用線。線路等級為國鐵II級標(biāo)準(zhǔn)，其中直線段2.4km，設(shè)計速度100km／h，最小曲線半徑1 000m（試運線始端R=270m小曲線半徑處，作為加速區(qū)段）為試運行專用線。該線路經(jīng)過鐵路專業(yè)部門驗收合格，準(zhǔn)予使用。專用線布置如圖1所示。

圖1 某廠內(nèi)專用線布置圖

3.2 廠內(nèi)專用線替代正線試運行的試驗方法

廠線試運行合格的機車采用雙機連掛方式在廠內(nèi)專用線上進行試運行，在試運行機車后附掛一臺配有電阻制動裝置的機車，作為陪試機車，互為牽引或負(fù)載，往返運行。加掛陪試機車的目的：調(diào)整試運行機車實現(xiàn)負(fù)荷工況的持續(xù)時間，驗證試運行機車制動工況性能、控制機車運行速度，保證行車安全。

被試機車先作為牽引機車牽引陪試機車進行單向牽引試驗，此時陪試機車實施電阻制動，根據(jù)限速要求調(diào)節(jié)手柄，調(diào)整柴油機轉(zhuǎn)速或機車級位，控制機車速度，從而進行被試機車牽引工況的各項參數(shù)指標(biāo)檢查驗證。當(dāng)被試機車運行到終點時，陪試機車作為牽引機車反方向進行牽引運行，被試機車實施電阻制動，從而對被試機車進行電阻制動工況的各項參數(shù)指標(biāo)檢查驗證。

3.3 廠內(nèi)專用線替代正線試運行里程和速度控制

專用線總長3.1km，考慮安全因素單程試驗區(qū)段控制在2.2km內(nèi)（機車加速點和機車折返點間）。機車廠內(nèi)專線試運行最高速度75km／h（達到正線貨物列車運行最高速度）。電力機車試運行里程115km（往返運行25次），符合電力機車大修規(guī)程規(guī)定100km，內(nèi)燃機車試運行里程202km，符合內(nèi)燃機車大修規(guī)程規(guī)定200km（往返運行42次）。

3.4 安全性分析

（1）專用線試運行安全保證措施

整條試運專線全線封閉，分別在起點、終點兩端設(shè)置多個安全距離警示標(biāo)志和限速標(biāo)志（如圖2所示），并有土檔裝置。并同國內(nèi)專業(yè)機車安全控制企業(yè)合作開發(fā)了適合專用線試運的機車安全防控裝置。試運機車配有通訊設(shè)備，保持試運操作人員信息及時有效溝通。

試運行人員均具有相關(guān)操縱資質(zhì)，并經(jīng)專業(yè)培訓(xùn)。

（2）專運線試運行的安全驗證

為保證安全，對主型內(nèi)燃機車DF4D、DF8B和電力機車SS4、SS8機車按照TB／T1407-1998《列車牽引計算規(guī)程》，分別計算了單機試運行的加速距離、制動距離、恒速距離（計算過程略）。計算結(jié)論表明：

（1）從0～80km／h，加速需要的最長距離：DF4D是520m。

（2）從80～0km／h，制動需要的最長距離：SS4是745m。

（3）加速及制動最長為520+745=1 265m，可勻速行駛1 108m，以75km／h的限速可持續(xù)運行53.2 s，并留有727m的安全距離，可滿足單機試運行要求。

為確認(rèn)在專用線雙機連掛試運行的安全制動距離，以SS8機車和SS9機車雙機連掛為例，實施了雙機連掛試運行減速和制動距離測試，測試表明，雙機連掛機車實施電阻制動是有效的減速方式，從75km／h速度減速至停車的制動距離在270m，小于線路設(shè)置的安全距離700m。

以上計算和試驗情況表明，在廠內(nèi)專用線進行模擬正線試運行可以保證安全性。

圖2 安全距離警示標(biāo)志和限速標(biāo)志

3.5 技術(shù)性能指標(biāo)符合性分析

該工廠積累了內(nèi)燃、電力機車雙機連掛廠內(nèi)專用線試運行和正線試運行項目和數(shù)據(jù)，綜合分析、對比如表3、表4。

通過詳細(xì)對比正線試運行和專運線技術(shù)驗證項目情況，由于廠內(nèi)專用線試運行非連續(xù)加載或持續(xù)運行，除“走行部溫升”的數(shù)值低于正線試運行外，其余驗證項點均與正線試運行效果相同或優(yōu)于正線。

表3 內(nèi)燃機車鐵路正線附掛試運行與廠內(nèi)試運行專線雙機連掛試運行考核項點對比

表4 SS8電力機車鐵路干線附掛試運行與廠內(nèi)專線雙機連掛試運行考核項點對比

3.6 技術(shù)補強措施

經(jīng)對廠內(nèi)、外試運行技術(shù)驗證項目的對比分析，除“走行部軸承溫升”的驗證結(jié)果與正線略有差異外（溫升低于正線8～10℃），其余各項均可在廠內(nèi)專用線上得到驗證。為彌補此項不足，可以采用機車輪對驅(qū)動裝置地面試驗監(jiān)測診斷設(shè)備（如圖3所示），適當(dāng)延長磨合時間，對走行部各軸承進行在線檢測，不斷修訂和完善軸承振動門限值，提前診斷并發(fā)現(xiàn)走行部軸承組裝不良或自身缺陷的問題。通過長期試驗，采用該設(shè)備后磨合試驗時預(yù)警的軸承故障信息甚至多于2010年和2011年同期通過正線試運行發(fā)現(xiàn)的軸承故障信息，可以有效彌補專用線試運行難以模擬正線持續(xù)加載模式下走行部軸承溫升的不足。

3.7 廠內(nèi)專用線替代正線試運行優(yōu)勢和不足

（1）優(yōu)點

①減少了對鐵路運輸組織的干擾，臨近機車工廠的車站和貨運組織完全不用考慮鐵路機車試運行的特殊交路安排。

②機車工廠生產(chǎn)組織不受外界限制，可有效壓縮機車大修停時（按平均壓縮1.5天計，2012年全鐵路可多提供2 625臺日的機車供給）。

③節(jié)約生產(chǎn)成本，試運行成本將大幅下降。

圖3 機車輪對驅(qū)動裝置地面試驗監(jiān)測診斷設(shè)備

④安全隱患大幅降低，不再對鐵路正線運輸生產(chǎn)構(gòu)成質(zhì)量和安全隱患。

⑤提高試運行效率，可一次完成兩臺大修機車的試運行項目驗證。

⑥基本可以驗證目前正線試運行可以試驗的所有項目，部分項目試驗條件和效果優(yōu)于正線試運行。

（2）不足

①無法模擬正線持續(xù)負(fù)載運行，走行部軸承溫升的考核與正線試運行略有差異。

②受線路長度限制，試驗最高速度為75km／h，難以驗證機車按設(shè)計速度運行的技術(shù)狀況（正線試運行也不能做到）。

③目前廠內(nèi)專線無安全監(jiān)控裝置，完全依靠乘務(wù)員操控，不利于保證安全。

④作業(yè)人員工作簡單反復(fù)，易疲勞和厭倦。

3.8 可行性分析

機車工廠利用3.1km廠內(nèi)專用線替代鐵路正線試運行，在保證線路達標(biāo)、操縱安全、技術(shù)補強措施的情況下，可以驗證最高速度75km／h以下的所有正線試運行驗證的技術(shù)項目。鑒于目前機車檢修后的正線試運行主要為附掛貨物列車，其最高限速為80km／h，實際運行最高速度在75km／h以下。因此利用3.1km廠內(nèi)專用線替代鐵路正線試運行在當(dāng)前形勢下是可行的。

4 下一步研究方向和有關(guān)建議

（1）為更好滿足試運行要求，應(yīng)進一步研究廠內(nèi)專運線試運行最佳線路長度及線路布置方式，試運行效果和投資規(guī)模要同時兼顧。

（2）研究線路的安全防護措施和標(biāo)準(zhǔn)。

（3）研究試運行數(shù)據(jù)自動采集和傳輸辦法，減少試運行數(shù)據(jù)人工記錄。

（4）研究運行專用線試運行自動操縱和安全防護設(shè)備，解決專運線試運行勞動方式單一，作業(yè)人員易疲勞、厭倦的問題。

（5）建議采用機車整車試驗動態(tài)檢測裝置和廠內(nèi)試運行專用線相結(jié)合的方式完全取代正線試運行。

機車整車試驗動態(tài)檢測裝置（如圖4所示）基本原理是用軌道輪將機車輪對支撐起來，機車輪對在軌道輪對上滾動，模擬機車在線路上運行。改變測功發(fā)電機的勵磁電流，相當(dāng)于調(diào)節(jié)機車的速度和牽引力［7］。該裝置的優(yōu)點是：①具備機車滿功率負(fù)載試驗功能。②該裝置設(shè)計試驗速度可達200km／h，可模擬機車最高速度下的運行。該裝置的不足是：①機車空氣制動及電阻制動試驗困難［7］。②試驗車型相對單一，一套設(shè)備難以滿足多種車型不同軸距的需求（否則結(jié)構(gòu)將過于復(fù)雜）。

圖4 機車整車試驗動態(tài)檢測裝置

該裝置可以彌補專用線試運行無法持續(xù)負(fù)載運行，以及專用線和正線試運行均難以驗證機車按照設(shè)計速度運行時技術(shù)參數(shù)的不足。若兩者結(jié)合，則可以全面驗證機車技術(shù)和安全性能，提升機車試運行水平。

5 結(jié)束語

在現(xiàn)有的鐵路運輸形勢下，在已有的保障措施下，利用3.1km以上的廠內(nèi)專用線可實現(xiàn)與正線相同的試運行效果。因此在機車工廠專用線滿足一定的安全長度、制定了完善的技術(shù)和安全措施的前提下，可以替代正線試運行。若條件容許，采用廠內(nèi)專用線結(jié)合機車整車試驗動態(tài)檢測裝置的復(fù)合方案可完全替代正線試運行，而且在驗證實際速度運行方面優(yōu)于正線試運行效果。

［1］運裝機檢〔2008〕558號.機車大修管理辦法［S］.

［2］鐵道部令第29號.鐵路技術(shù)管理規(guī)程［S］.

［3］鐵運〔2008〕215號.關(guān)于重新發(fā)布東風(fēng)4B型等12種內(nèi)燃機車大修（輕大修）規(guī)程的通知［S］.

［4］內(nèi)燃機車大修規(guī)程匯編［M］.北京：中國鐵道部出版社，2011.

［5］鐵運〔2008〕211號.關(guān)于重新發(fā)布韶山3型等9種電力機車大修（輕大修）規(guī)程的通知［S］.

［6］電力機車大修規(guī)程匯編［M］.北京：中國鐵道部出版社，2011.

［7］張 浩，等.鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《機車整車試驗動態(tài)檢測裝置技術(shù)條件》介紹［J］.鐵道技術(shù)監(jiān)督，2009，37（5）：5-6.