跨座式單軌車輛修程及車輛基地設(shè)計規(guī)模研究

周飛虎

(軌道交通工程信息化國家重點實驗室(中鐵一院),西安 710043)

1 單軌車輛現(xiàn)有修程

我國的跨座式單軌交通技術(shù)最早是重慶市從日本引進(jìn)的，由重慶市軌道集團(tuán)主編的GB50458—2008《跨座式單軌交通設(shè)計規(guī)范》參考了日本現(xiàn)有的車輛檢修體制[1-2]，并根據(jù)跨座式單軌(以下簡稱“單軌”)車輛的結(jié)構(gòu)特點和日本運營經(jīng)驗，設(shè)置有5個車輛檢修修程：列檢、三月檢、換輪、重點檢修、全面檢修。其中列檢、三月檢和換輪為運用過程中的日常維護(hù)保養(yǎng)，而重點檢修、全面檢修屬于定期檢修修程。各檢修修程的主要作業(yè)范圍如下[3]。

列檢：第一級檢修規(guī)程(3 d一檢)，重點處理危及運行安全的故障，對車輛的走行部、牽引傳動、制動控制等系統(tǒng)，進(jìn)行外觀檢查[3]，為日常維護(hù)保養(yǎng)。

三月檢：第二級檢修規(guī)程(3月一檢)，主要是對使用壽命期短的部件以及關(guān)鍵部件進(jìn)行檢查、測試和更換[3]。在列檢的基礎(chǔ)上擴(kuò)大檢查范圍，增加了走行部的吹掃、輪胎內(nèi)壓檢查、空調(diào)濾清器清洗和門機(jī)、廣播、蓄電池等設(shè)備的開箱檢查以及清潔維護(hù)工作。

換輪：第三級檢修規(guī)程，單軌車輛走行輪為橡膠輪，其磨耗較大，更換輪胎工藝較復(fù)雜，故在單軌車輛的檢修修程中專門設(shè)置了換輪作業(yè)修程。車輛運行10萬km或1年左右，根據(jù)輪胎磨耗狀態(tài)，對磨耗到限的走行輪、水平輪進(jìn)行更換的作業(yè)，屬于單軌車輛狀態(tài)修。

重點檢修：第四級檢修規(guī)程(30萬km)，主要是對大型部件進(jìn)行解體細(xì)微檢查和故障處理，以檢查為主，根據(jù)需要做互換修。對車輛轉(zhuǎn)向架、空調(diào)、車鉤、制動等關(guān)鍵系統(tǒng)進(jìn)行分解、清洗、檢查、探傷、修復(fù)等工作。完成重點檢修的車輛應(yīng)進(jìn)行靜調(diào)和試車[4]。

全面檢修：第五級檢修規(guī)程(60萬km)，主要是對走行部、牽引電機(jī)和主要電器進(jìn)行分解檢查、更換配件及修理。對車輛各部件和系統(tǒng)進(jìn)行全面的分解、檢查、探傷、更換和修復(fù)，通過全面檢測和試驗，進(jìn)行靜調(diào)和試車[4]。確保全檢后的車輛達(dá)到安全運營標(biāo)準(zhǔn)。

2 單軌車輛大修修程的提出

重慶軌道交通2號線為我國第一條跨座式單軌線路[5]，原首批車輛整車技術(shù)引進(jìn)自日本，這批列車設(shè)計使用壽命為15年，車輛不存在大修修程。但國內(nèi)運營情況與國外有很大不同，重慶軌道交通3號線為世界上最長、最繁忙的單軌，隨著重慶單軌運營的深入(2、3號線已開通十多年)，且國內(nèi)單軌車輛制造技術(shù)逐步成熟，出于對軌道車輛使用及運營理念的不同，為延長單軌車輛使用壽命，經(jīng)過國內(nèi)車輛制造廠商的試驗和技術(shù)論證，后續(xù)采用的單軌車設(shè)計使用壽命為30年。為使車輛部件得到充分的全壽命應(yīng)用，降低維護(hù)成本，參考重慶既有單軌車輛檢修方式，結(jié)合運營經(jīng)驗，提出了大修概念?，F(xiàn)行GB50458—2008《跨座式單軌交通設(shè)計規(guī)范》無大修修程及相關(guān)指標(biāo)。對比地鐵設(shè)計規(guī)范，鋼輪車輛修程規(guī)定在10年或120萬km開展大修工作；并結(jié)合日本單軌車檢修經(jīng)驗，均是在運營130萬km左右期間開展延長壽命修工作(即大修)；由此，根據(jù)單軌車輛的檢修周期及使用年限，大修可考慮在走行里程達(dá)120萬km或12年以上時進(jìn)行，結(jié)合重慶目前檢修水平，大修檢修時間可按照50 d/列來取值。開展單軌車大修工作可確保車輛運營穩(wěn)定，提高設(shè)備利用率?？缱絾诬壾囕v修程及檢修周期見表1[6-7]。

表1 跨座式單軌車輛修程及檢修周期

大修檢修內(nèi)容：車輛全面解體，車體撓度試驗，轉(zhuǎn)向架構(gòu)架探傷、整形，車輛總線絕緣測試，對各設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行全面分解、清洗、檢測、維修或更換，更換功能狀態(tài)不良件，全面測試，重新油漆標(biāo)記，使車輛全面恢復(fù)技術(shù)性能。對車輛的內(nèi)部裝飾、外部油漆或貼膜進(jìn)行翻新。根據(jù)需要及車輛技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r，完成技術(shù)改造。修竣車進(jìn)行靜調(diào)和試車[8-10]。

3 單軌車輛基地設(shè)計規(guī)模計算方法

國內(nèi)跨座式單軌制式線路少[11-12]，相應(yīng)的單軌車輛基地設(shè)計經(jīng)驗匱乏，標(biāo)準(zhǔn)欠缺，針對單軌車輛基地各級檢修修程的規(guī)模計算，在設(shè)計過程中，沒有成熟和較為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠嬎愎?，缺少系統(tǒng)的理論。本文對此進(jìn)行了研究，參考鋼輪制式的經(jīng)驗，提出了跨座式單軌交通車輛基地各級修程檢修設(shè)施規(guī)模的具體計算方法，明確了計算公式中具體參數(shù)的建議取值，可為車輛基地工程建設(shè)規(guī)模計算提供理論支撐。

3.1 配屬車數(shù)計算

配屬車數(shù)應(yīng)取運用車數(shù)、備用車數(shù)、檢修車數(shù)之和。

N配=N運+N備+N修

(1)

式中，N配、N運、N備、N修分別為配屬車、運用車、備用車、檢修車數(shù)量。

備用車數(shù)應(yīng)隨著運營水平的提高，逐漸下降，初、近、遠(yuǎn)期建議分別按照運用車數(shù)的10%，8%，5%選取。

檢修車指的是在修車數(shù)量，根據(jù)規(guī)范中規(guī)定的檢修時間要求，單軌檢修車應(yīng)當(dāng)包括大修、全檢、重檢、換輪和三月檢等修程的在修車數(shù)；其中換輪修程為特有，應(yīng)當(dāng)計入檢修車數(shù)；三月檢檢修時間為3 d，按照規(guī)范要求需要扣車進(jìn)行作業(yè)，也應(yīng)當(dāng)計入檢修車數(shù)。

N修=N大+N全+N重+N輪+N月

(2)

式中，N大、N全、N重、N輪、N月分別為各修程的在修車數(shù)量。

N修數(shù)據(jù)計算過程中向上取整。

3.2 檢修規(guī)模計算

單軌車輛檢修設(shè)施設(shè)計規(guī)模根據(jù)列車全年走行公里及車輛修程、檢修周期進(jìn)行計算[13-16]，可參考下式進(jìn)行計算。

(1)列車全年走行里程數(shù)可按下式計算

S年=(L交×N日×2×1.05)×365/104

(3)

式中S年——列車全年走行里程，104km；

L交——行車交路長度，km；

N日——全日列車行車對數(shù)。

1.05——走行公里不平衡系數(shù)，綜合考慮除正線行車外，出入線走行公里數(shù)、場段走行公里數(shù)、正線折返走行公里數(shù)等。

(2)各修程全年檢修任務(wù)量計算

與地鐵鋼輪鋼軌制式車輛修程不同，單軌車輛高一級修程沒有完全覆蓋低一級修程。換輪修程檢修內(nèi)容不含三月檢、列檢，而大修、全檢、重檢包含換輪內(nèi)容；在計算換輪全年檢修任務(wù)量時，需扣除大修、全重檢的任務(wù)量；在計算三月檢全年檢修任務(wù)量時，只需扣除大修、全重檢的任務(wù)量。各修程全年檢修任務(wù)量(全年檢修列次)可按下式計算

X大=S年/Z大

(4)

X全=S年/Z全-X大

(5)

X重=S年/Z重-X大-X全

(6)

X輪=S年/Z輪-X大-X全-X重

(7)

X月=S年/Z月-X大-X全-X重

(8)

式中，X大、X全、X重、X輪、X月分別為各修程的全年檢修任務(wù)量；Z大、Z全、Z重、Z輪、Z月分別為各修程的檢修公里周期，萬km，按表1取值。

(3)各修程在修車數(shù)量可按下式計算

N大=X大×t大×1.1/250

(9)

N全=X全×t全×1.1/250

(10)

N重=X重×t重×1.1/250

(11)

N輪=X輪×t輪×1.1/250

(12)

N月=X月×t月×1.2/250

(13)

式中，t大、t全、t重、t輪、t月分別為各修程的檢修時間，d，按表取值；250為全年檢修工作日；1.1、1.2為檢修不平衡系數(shù)。

規(guī)范規(guī)定三月檢檢修不平衡系數(shù)，取1.2，定期檢修(大修、全重檢)取1.1，對換輪無明確要求；考慮到換輪檢修周期較長，更加接近于定期檢修，結(jié)合實際運營經(jīng)驗，輪胎磨耗有所降低，換輪間隔在擴(kuò)大，綜上分析，認(rèn)為換輪不平衡系數(shù)暫取1.1較為合適。

計算各修程所需設(shè)置的檢修列位設(shè)計規(guī)模時，全、重檢列位可合設(shè)，將全檢、重檢在修車數(shù)量相加后取整；換輪列位將換輪在修車數(shù)量取整，臨修屬于臨時性故障處理，不根據(jù)走行公里計算，一般取1列位，考慮到一些車輛故障需利用換輪設(shè)備落轉(zhuǎn)向架，建議與換輪庫合設(shè)；三月檢列位將三月檢在修車數(shù)量取整，并建議與吹掃庫合設(shè)。

3.3 停車列檢規(guī)模計算

由于跨座式單軌車輛的特殊構(gòu)造，列檢作業(yè)檢查時需打開車體下部裙板，對股道間距離的要求比停車庫線間距大許多，所以停車庫與列檢庫通常分開設(shè)置，但計算時應(yīng)當(dāng)作為整體先進(jìn)行計算。停車列檢設(shè)計的總列位數(shù)量，應(yīng)按配屬列車數(shù)減去檢修車數(shù)量(保留1位小數(shù))確定，結(jié)果向上取整；與普遍的做法，直接取運用車、備用車之和作為停車列檢的列位數(shù)相比，計算結(jié)果多1個，可以給運營帶來便利，更加合理。

與鋼輪鋼軌制式車輛基地規(guī)模計算不同，單軌車輛基地需對列檢設(shè)計規(guī)模進(jìn)行單獨計算。列檢在實際運營中，實行的是雙班制，通常利用晚上的檢修天窗期和白天退出高峰期運營的回段列車進(jìn)行作業(yè)，不影響當(dāng)天早晚高峰期的運營，所以在當(dāng)天進(jìn)行列檢的車輛應(yīng)當(dāng)算作運用車。列檢作為運用過程中的日常性檢查和維護(hù)，不適宜按照走行公里進(jìn)行計算，規(guī)范也沒有給出里程指標(biāo)數(shù)值，應(yīng)當(dāng)根據(jù)檢修時間周期計算，有以下兩種計算方法。

方法1：列檢全年檢修任務(wù)量按照配屬車除以檢修周期(3 d)進(jìn)行計算，需要扣除大修、全重檢和三月檢(不包含換輪)的檢修任務(wù)量。

列檢全年檢修任務(wù)量

X列=N配/T列-X大-X全-X重-X月

(14)

式中X列——列檢全年檢修任務(wù)量；

T列——列檢檢修時間周期(按照全年檢修工作日365，單位換算為年)。

列檢在修車數(shù)量

N列=X列×t列×1.2/365

(15)

式中t列——列檢檢修時間，d；

365——全年檢修工作日，d；

1.2——檢修不平衡系數(shù)。

規(guī)范規(guī)定列檢檢修時間為4 h，實際運營中1個列檢列位1 d可以檢2列車，則列檢檢修時間t列取值0.5 d。規(guī)范中對列檢檢修不平衡系數(shù)取值無明確規(guī)定，考慮到列檢與三月檢都是日常維修，為了應(yīng)對運營中存在的各種突發(fā)和不確定因素，使運營更加靈活方便，為列檢作業(yè)留出一定的富?？臻g，認(rèn)為列檢不平衡系數(shù)暫取1.2較為合適。

方法2：在計算得到停車列檢總規(guī)模后，按經(jīng)驗比例分配。

1個列檢列位1 d可以檢2列車，則一個周期3 d內(nèi)可以完成6列車的列檢作業(yè)，因此列檢與停車的規(guī)模比例應(yīng)當(dāng)為1:5，考慮列檢檢修不平衡系數(shù)1.2后，1個列檢列位一個周期按照完成5列車列檢作業(yè)進(jìn)行計算，列檢與停車的規(guī)模比例應(yīng)當(dāng)為1∶4。

通過對兩種列檢規(guī)模計算方法的結(jié)果對比發(fā)現(xiàn)，方法1計算的列檢列位數(shù)結(jié)果偏大，比方法2按照經(jīng)驗比例分配的結(jié)果多1～2個列位，考慮到列檢列位可以作為停車使用，并沒有造成設(shè)施的浪費，且從方便利于運營角度出發(fā)，認(rèn)為方法1更合適。

在計算得到列檢規(guī)模后，停車列檢列位總數(shù)扣除列檢列位計算結(jié)果即為停車需求數(shù)量。

4 單軌車輛修程和檢修周期優(yōu)化建議

按照上述車輛修程進(jìn)行計算，檢備率高達(dá)35%～40%，明顯不合理，且與實際運營情況不符；檢修設(shè)施規(guī)模設(shè)置也偏大，造成了工程投資的浪費。應(yīng)結(jié)合國內(nèi)運營實踐生產(chǎn)經(jīng)驗，制定出更加合理的車輛修程和檢修周期，并適當(dāng)提高指標(biāo)。對單軌車輛修程提出如下優(yōu)化建議。

4.1 三月檢實現(xiàn)均衡修

規(guī)范規(guī)定三月檢檢修時間為3 d，需要扣車進(jìn)行作業(yè)，通過將三月檢作業(yè)項目拆分為車上、車下、帶電檢、停電檢4個子項目，利用4個窗口時間，即車輛退出早晚高峰期運營回庫的時間間隔進(jìn)行作業(yè)，實現(xiàn)三月檢檢修不扣車的目標(biāo)，而不影響運營，可使三月檢的車輛當(dāng)作運用車使用，即三月檢可不計入檢修車。從而提高車輛上線率[17]，可使檢備率降低7%～9%。

4.2 提高換輪修程檢修指標(biāo)

換輪就是對磨耗到限的走行輪進(jìn)行更換作業(yè)[18]。隨著國產(chǎn)橡膠輪胎生產(chǎn)技術(shù)的逐步成熟，輪胎更加耐磨，并通過對軌道梁指型板進(jìn)行技術(shù)改造等手段，使走行輪的使用壽命得到了較大提升，實際運營中輪胎使用壽命數(shù)據(jù)為：動力轉(zhuǎn)向架走行輪達(dá)到了18萬km，非動力轉(zhuǎn)向架走行輪達(dá)到25萬km?？梢钥闯鰮Q輪周期間隔在擴(kuò)大。國產(chǎn)新研發(fā)的換輪設(shè)備投入使用后，工作效率獲得較大提升，更換一輛車的走行輪只需1 d，所需的換輪時間大幅減少。建議將換輪修程檢修里程提高到15萬km，檢修周期時間間隔提高到1.25年，檢修時間縮短為10 d。可縮小換輪設(shè)施規(guī)模，節(jié)約工程投資，同時降低了檢備率，使之減少7%～8%。

4.3 整合大修、全面檢修、重點檢修的修程設(shè)置

大修、全面檢修、重點檢修，都存在列車的分解、組裝，各修程檢修內(nèi)容重疊部分較多，且大修間隔與車輛設(shè)計使用壽命不符。大修間隔12年進(jìn)行，單軌車輛設(shè)計使用壽命為30年，期間需要進(jìn)行2次大修，而第二次大修后只有6年的使用時間，互換的新車輛部件不能得到充分利用，跨座式單軌車輛檢修周期示意如圖1所示[19]。

圖1 跨座式單軌車輛檢修周期示意

若將2次大修安排在車輛壽命的1/3和2/3壽命節(jié)點，則更加有利于車輛的合理使用，建議將大修檢修時間周期調(diào)整為10年。根據(jù)重慶單軌相關(guān)運營資料，車輛全年平均走行公里已經(jīng)超過了12萬km，而日本東京單軌現(xiàn)年平均走行公里已達(dá)到16萬km，因此，大修檢修里程指標(biāo)應(yīng)大于120萬km，但出于保守的設(shè)計思想，建議仍暫取120萬km，檢修時間也保持為50 d。

在引入大修修程并對大修周期調(diào)整后，原規(guī)范規(guī)定的重點檢修、全面檢修每隔3年或30萬km進(jìn)行，應(yīng)適當(dāng)提高指標(biāo)，并整合為1個修程。一方面重慶運營現(xiàn)行規(guī)定：新車首次解體檢修，是在運行里程達(dá)到40萬km后進(jìn)行重點檢修，70～80萬km可作首次全面檢修；另一方面，大修周期調(diào)整后，全面檢修周期間隔與大修周期不匹配，間隔也較短，且其檢修內(nèi)容被大修完全覆蓋；因此建議取消全面檢修修程，其檢修內(nèi)容可根據(jù)車輛部件使用狀況調(diào)整至重點檢修和大修修程中進(jìn)行。綜上，建議調(diào)整重點檢修時間周期平均為3.3年，里程指標(biāo)為40萬km，由于檢修內(nèi)容的增加，檢修時間調(diào)整為35 d。

車輛修程調(diào)整后，在單軌車輛全壽命周期內(nèi)車輛拆解由原來的9次減少為8次，對運營安全總體影響不大，而使車輛修程設(shè)置更加簡潔，指標(biāo)的提高與運營實際情況更加契合，避免了對單軌車輛的過度檢修，調(diào)整后的檢修周期示意如圖2所示。

圖2 跨座式單軌車輛檢修周期調(diào)整示意

調(diào)整后的跨座式單軌車輛修程及檢修周期如表2所示。按照調(diào)整后的修程進(jìn)行計算，結(jié)果可使檢備率繼續(xù)降低1%～3%。

表2 跨座式單軌車輛修程及檢修周期調(diào)整建議

通過上述3項調(diào)整，可使檢備率降低至17%～22%，使車輛配屬趨于合理，也更加符合實際運營現(xiàn)狀；并減小了換輪設(shè)施和第四、第五級檢修設(shè)施規(guī)模，節(jié)省了工程投資。

5 結(jié)論

(1)結(jié)合跨座式單軌車輛國內(nèi)實際運營情況及車輛使用壽命，提出了單軌車輛應(yīng)增加大修修程，并給出了大修修程周期指標(biāo)及主要作業(yè)內(nèi)容，提高了車輛設(shè)備利用率。

(2)跨座式單軌交通車輛基地檢修設(shè)施設(shè)計規(guī)模應(yīng)根據(jù)列車全年走行公里及車輛修程、檢修周期進(jìn)行計算，換輪修程檢修內(nèi)容不含三月檢、列檢；列檢規(guī)模計算應(yīng)當(dāng)根據(jù)檢修時間周期計算，考慮雙班制；明確了計算公式中具體參數(shù)的建議取值，換輪檢修不平衡系數(shù)取1.1，列檢不平衡系數(shù)取1.2，檢修時間取0.5 d。跨座式單軌交通車輛基地檢修設(shè)施規(guī)模具體計算方法的提出，為后續(xù)類似工程設(shè)計提供了參考經(jīng)驗和標(biāo)準(zhǔn)。

(3)制訂出了更加合理的跨座式單軌車輛修程和檢修周期指標(biāo)，對三月檢實行均衡修，將換輪修程周期指標(biāo)提高到15萬km，并將大修、全面檢修、重點檢修3個修程整合為大修和重點檢修2個修程，相應(yīng)調(diào)整了檢修周期指標(biāo)。通過對車輛修程和檢修周期的調(diào)整建議，可使單軌車輛的配屬數(shù)量和檢備率更加合理，避免了對單軌車輛的過度檢修，減小了車輛基地檢修設(shè)施設(shè)置規(guī)模。