狀態(tài)修檢修技術在神華重載鐵路貨車上的應用探討

李權福，邵文東，王洪昆，周國東，王 蒙，楊亞軍

(1.神華鐵路裝備有限責任公司，北京 100120；2.中車齊齊哈爾車輛有限公司，黑龍江 齊齊哈爾 161002； 3.中車齊齊哈爾車輛有限公司 大連研發(fā)中心，遼寧 大連 116052)

狀態(tài)修可快速準確地恢復車輛性能，具有檢修效率高、安全可靠、經(jīng)濟效益優(yōu)等特點，美國、澳大利亞、加拿大和南非等國家的鐵路貨車檢修均采用狀態(tài)修。國外鐵路貨車狀態(tài)修主要模式為定期檢查狀態(tài)修，依據(jù)車輪的磨耗狀態(tài)制定檢查周期，車輪定期集中檢修時，對壽命管理零部件、易損易耗件等進行狀態(tài)檢查，依據(jù)部件狀態(tài)實施換件修、集中修，以保證下一個狀態(tài)檢查周期內車輛的安全運行。

近年來，為進一步提高車輛可靠性、可用性、安全性和可維護性，降低車輛檢修成本，提高車輛使用效率，神華鐵路裝備有限責任公司結合自身的車輛運用、檢修、管理等特點，積極探索研究狀態(tài)修檢修技術在鐵路貨車上的應用，提出了狀態(tài)修技術研究總體思路和要求。本文基于國家能源集團科技創(chuàng)新項目神華重載鐵路貨車狀態(tài)修成套技術研究及裝備研制——狀態(tài)修工藝規(guī)程研究，對神華重載鐵路貨車狀態(tài)修檢修技術進行探討，開展相關關鍵技術的研究，以期為修程設置、檢修規(guī)程、檢修工藝的制定奠定良好的基礎。

1 國外鐵路貨車檢修技術現(xiàn)狀

1.1 美國

美國是采用狀態(tài)修較早的國家，早期實行“日常檢查、狀態(tài)修”模式，存在車輛頻繁解編、扣修、重新編組、技術經(jīng)濟性差等問題，后來逐步與定期檢查相結合，實行“定期檢查狀態(tài)修”模式?！侗泵黎F路協(xié)會聯(lián)運貨車現(xiàn)場維護手冊》是美國鐵路貨車實施狀態(tài)修的基礎，各車輛擁有者根據(jù)自己車輛特點可制定合適的維修策略，但不能違背《北美鐵路協(xié)會聯(lián)運貨車現(xiàn)場維護手冊》的要求。

采用轉向架性能檢測、聲學軸承故障探測、熱軸探測、車輪裂紋自動檢測、動態(tài)圖像檢測等先進的5T系統(tǒng)，實現(xiàn)對車輛狀態(tài)的準確監(jiān)測診斷，通過大數(shù)據(jù)分析對故障進行預判，優(yōu)化檢修方式。

1.2 澳大利亞

RioTinto、BHP、FMG三大礦業(yè)公司的鐵路貨車以礦石車為主，軸重35.7～40 t，車輛采用固定編組、定點裝卸、循環(huán)使用的運輸組織管理模式和定期檢查狀態(tài)修的檢修模式。日常運用中監(jiān)測車輛運行性能的設備有4種：WILD 車輪沖擊載荷探測器(檢測車輪擦傷及剝離)、RailBAM 軸承聲音探測器(通過聲音判定軸承早期故障)、HBD 熱軸探測器(通過軸承溫升判定軸承質量狀態(tài))、Video Imaging 高速攝像裝置(檢測車輛關鍵配件組裝狀態(tài))。三大礦業(yè)公司的檢修模式分別是：

(1) FMG礦石車。18個月進一次檢修車間，除車輪必須旋修外，其他部件實行狀態(tài)檢查，需修理的部件以換件修為主。

(2) RioTinto礦石車。車輪2年旋修一次(車輪壽命基本在10年左右)；軸承4年更換新品(僅K級軸承)；彈性旁承體和心盤磨耗墊6年更換新品；10～12年進行一次車輛大修。

(3) BHP礦石車。實行狀態(tài)修的零部件主要包括轉向架和鉤緩裝置中的車鉤、鉤尾框、鉤舌。車輛運行220個往返(約運行14～15個月或18.7萬 km)后進檢修車間，主要進行車輪旋修(可以不拆卸車輪旋修)，車鉤、鉤尾框、鉤舌進行不分解探傷，制動試驗(單車試驗)等工作。軸承約1 200個往返(約102萬 km)后進行更換，制動閥、鉤緩裝置5.5年分解檢修。

1.3 加拿大

加拿大太平洋鐵路公司貨車主要以運煤和礦石為主，鐵路貨車實行“日常檢查狀態(tài)修”與“定期檢查狀態(tài)修”并存的檢修制度。規(guī)定運煤鐵路貨車每運行1個往返后對空車進行一次日常檢查(相當于我國的列檢)，發(fā)現(xiàn)磨耗到限或裂紋、破損的零部件，采用更換的方法代替修理，主要是更換到限閘瓦等，同時進行制動試驗和檢查貨車狀況等工作。對礦石車每年定期送檢修廠進行檢修，重點檢修轉向架、車鉤、緩沖器、制動系統(tǒng)，除車輪外上述零部件若磨耗到限或裂紋或破損也必須更換。

1.4 南非

南非鐵路每4個月要對運用鐵路貨車進行一般性外觀檢查，判定能否繼續(xù)正常運行；每30個月要進檢修廠，重點對轉向架、車鉤、緩沖器、制動系統(tǒng)進行一次全面檢查，除車輪外上述其他零部件若磨耗到限或裂紋或破損則更換；車鉤、尾框使用48個月后更換，緩沖器使用60個月后更換。定期檢查發(fā)現(xiàn)問題時即更換新件；關鍵配件需送到有資質的工廠進行專業(yè)化集中檢修。

綜上所述，國外鐵路貨車狀態(tài)修技術特點如下：

(1) 車輛技術狀態(tài)良好是前提。利用監(jiān)測系統(tǒng)準確識別運用車輛的狀態(tài)以保證車輛運用安全，通過定期檢查集中識別配件狀態(tài)以確定需要修理的部位。

(2) 零部件壽命管理是依托。零部件使用可靠、性能穩(wěn)定是實施狀態(tài)修的基礎，以零部件的良好性能保證車輛運用性能。

(3) 換件修是核心。到達使用壽命的部件及狀態(tài)不良的配件進行換件修，快速修復車輛，縮短修理時間。

(4) 專業(yè)化集中修是保障。對轉向架、鉤緩裝置、制動系統(tǒng)關鍵零部件實行專業(yè)化集中修，保證修復質量。

(5) 信息系統(tǒng)是支撐。通過車輛運用狀態(tài)數(shù)據(jù)的自動收集和不良狀態(tài)自動預警，對車輛健康狀態(tài)實時掌握，不斷優(yōu)化修理程序。

2 神華鐵路貨車檢修技術現(xiàn)狀

神華鐵路貨車采用的檢修制度與我國國鐵貨車相同，即實施“日常檢查、定期檢修”的預防性計劃修檢修制度。日常檢查包括列檢、運用維修和站修，執(zhí)行既有的《鐵路貨車運用維修規(guī)程》《鐵路貨車站修規(guī)程》和相關技術文件；定期檢修包括段修、廠修，執(zhí)行既有的《鐵路貨車段修規(guī)程》《鐵路貨車廠修規(guī)程》《鐵路貨車輪軸組裝檢修及管理規(guī)則》《鐵路貨車制動裝置檢修規(guī)則》和相關技術文件[1]。車輛檢修周期以運行年限為主，兼顧運行里程，如車輛運用頻率較高、年運行里程數(shù)較多，則適當縮短檢修周期。定期檢修對保證車輛的檢修質量、行車安全發(fā)揮了重要作用。表1為神華鐵路貨車檢修周期[2]。

表1 神華鐵路貨車檢修周期統(tǒng)計表

3 神華鐵路貨車狀態(tài)修的可行性

神華鐵路裝備有限責任公司已經(jīng)具備了鐵路貨車狀態(tài)修的前提條件和基礎。

(1) 特有的運用管理模式。

神華鐵路裝備有限責任公司擁有包神線、神朔線、朔黃線三大主體煤炭運輸線路，均為煤炭運輸專線。C80型敞車施行固定編組、定點裝卸、循環(huán)使用的運輸組織管理模式。以C80型敞車為對象，具備研究狀態(tài)修檢修模式、形成神華鐵路貨車狀態(tài)修標準體系、降低車輛檢修成本的條件。

(2) 車輛技術性能穩(wěn)定。

近年來先后完成了C62、C64型敞車換裝轉K2型轉向架的技術改造升級，同時研發(fā)應用了23 t軸重C70A、C70E型敞車和25 t軸重C80、C80B型運煤敞車，這些車均應用了我國鐵路貨車最新技術成果，車輛技術性能穩(wěn)定，使用可靠，檢修維護工作量明顯減少。

(3) 車輛檢修能力不斷提升。

神華鐵路裝備有限責任公司各檢修單位已具備車輛廠修和段修能力，設置了比較完整的工藝布局，采用了大量先進工裝設備，維修能力較強?？蓪囕v零部件狀態(tài)進行準確識別以及采用換件修和專業(yè)化集中修的模式，保證關鍵部件性能得到迅速有效恢復和車輛技術狀態(tài)穩(wěn)定。

(4) 車輛運用狀態(tài)監(jiān)測手段不斷完善。

廣泛采用紅外線、攝像、聲控、電控等先進技術，使車輛運用技術狀態(tài)得到有效監(jiān)測，為狀態(tài)修的研究應用提供了重要支撐。近年來 “4T”系統(tǒng)(TPDS、TADS、TFDS、THDS)在神華鐵路貨車分公司線路上逐步推廣應用，此外，IFTS、車輪輪輞缺陷及幾何參數(shù)自動化檢測系統(tǒng)等監(jiān)控檢測系統(tǒng)的研發(fā)與試運行，使車輛狀態(tài)的準確識別和運用安全保障能力逐步提升[3]。

(5) 信息管理技術不斷升級。

目前神華鐵路裝備有限責任公司初步建立了科學、綜合、智能化的信息集中收集管理系統(tǒng)，廣泛應用車號自動識別系統(tǒng)(ATIS)、鐵路貨車技術管理系統(tǒng)(HMIS)、鐵路運輸信息管理系統(tǒng)(TMIS)、貨車檢修及列車數(shù)據(jù)庫等，實現(xiàn)了車輛信息快速儲存和傳遞，為建立信息集中收集管理系統(tǒng)奠定良好基礎[4]。

(6) 開展多個科技創(chuàng)新項目研究。

神華鐵路裝備有限責任公司聯(lián)合車輛造修企業(yè)、高校、科研院所等單位開展了車輛載荷譜測試、整車疲勞試驗、延長車鉤及附屬件檢修周期、延長制動系統(tǒng)檢修周期、輪對服役可靠性與安全性、基于4G網(wǎng)絡的無線ECP電空制動技術等一系列研究工作，進一步提高了車輛性能和可靠性。

(7) 狀態(tài)修技術研究應用符合神華鐵路發(fā)展要求。

研究應用狀態(tài)修的檢修模式，積極探索建立具有集團特色、高效運營的貨車檢修標準體系，提高車輛可靠性、可用性、安全性和可維護性，實現(xiàn)全壽命周期內系統(tǒng)評價和體系保障，降低車輛檢修成本，提高車輛使用效率，適應經(jīng)濟“新常態(tài)”發(fā)展趨勢符合神華鐵路裝備有限責任公司發(fā)展要求。

4 鐵路貨車狀態(tài)修的關鍵技術

雖然美國、澳大利亞等國家鐵路貨車狀態(tài)修技術具有一定的參考價值。但由于車輛技術、運輸組織模式、監(jiān)測手段、信息化管理以及檢修要求等方面均存在較大差異，因此仍需要對以下狀態(tài)修關鍵技術進行深入研究。

(1) 既有檢修規(guī)程適應性研究。

車輛狀態(tài)修與計劃修是2種不同的檢修制度，存在一定差異，需對現(xiàn)行各級檢修規(guī)程和檢修規(guī)則進行深入研究，結合狀態(tài)修檢修要求，從修程設置、檢修模式、檢修范圍、檢修工藝、檢測方法、信息化管理等方面找出不相符、不匹配的內容，并在狀態(tài)修中予以解決。

(2) 零部件失效閾值研究。

針對零部件磨耗、裂損、腐蝕、變質、疲勞斷裂、形變、松動、脫落等失效形式，研究各零部件缺陷、退化數(shù)據(jù)與運行里程對應關系，綜合考慮各零部件機械性能、結構關系、工況狀態(tài)、缺陷成因等因素，確定合理的失效閾值，同步開展關鍵零部件剩余壽命預測研究[2]。

(3) 零部件檢修限度研究。

對影響車輛性能穩(wěn)定和運行安全的轉向架和鉤緩系統(tǒng)零部件的檢修限度進行深入研究，主要包括車輪踏面垂直磨耗、輪緣厚度 、輪徑差的檢修限度，橡膠墊、彈性旁承體、彈簧等性能參數(shù)變化對車輛運行性能的影響，鉤舌、鉤體、鉤尾框等零部件的磨損限度對運用安全的影響。

(4) 建立零部件壽命管理體系。

在零部件失效閾值和檢修限度研究基礎上，對各車型的所有零部件按全壽命、使用壽命和易損零部件進行分類，對關鍵匹配因素進行深入研究，建立狀態(tài)修模式下各零部件壽命管理、檢修時機和質量保證與運用里程的對應關系，包括零部件的配件屬性和狀態(tài)屬性與零部件檢修周期的匹配一致[3]。

(5) 車輛狀態(tài)監(jiān)測技術研究。

對既有“4T”監(jiān)測設備的技術進行完善和升級，研究車輪磨耗、踏面形狀、輪對尺寸、閘瓦厚度、車門和墻板破損、撐桿折斷、鉤舌和鉤體裂損等地面監(jiān)測設備的應用，研究制動缸壓力、空氣制動機和閘調器性能狀態(tài)等車載監(jiān)測設備的應用，實現(xiàn)有效的狀態(tài)監(jiān)測，確保車輛運用安全[3]。

(6) 車輛信息化管理技術研究。

編制狀態(tài)修數(shù)據(jù)編碼規(guī)范，制定數(shù)據(jù)采集、交換、分析方案，研究相關檢修記錄數(shù)據(jù)接口，檢測、試驗和測試設備自動上傳接口的建設以及數(shù)據(jù)檢索、查詢功能的建設，滿足各級修程下零部件信息的記錄、采集、上傳、存儲、追蹤、統(tǒng)計及分析等要求，實現(xiàn)大數(shù)據(jù)的應用與管理。

(7) 車輛狀態(tài)診斷決策技術研究。

狀態(tài)修模式下依據(jù)列車健康狀態(tài)進行扣修，并根據(jù)健康狀態(tài)分值大小確定相應施修范圍，因此需對列車扣修判定標準、零部件分值權重、評分準則等進行深入研究，依據(jù)《列車診斷報告》判定修程，依據(jù)《車輛診斷報告》明確零部件具體施修范圍，開展針對性修理。

(8) 搭建生產(chǎn)指揮系統(tǒng)研究。

搭建狀態(tài)修模式下的生產(chǎn)指揮系統(tǒng)，明確列車扣修、修竣辦理交接流程及要求，明確補軸車輛與摘車修理車輛的管理、應急處置方案、處置指令下達、處置結果閉環(huán)反饋、統(tǒng)計分析查詢等內容，同時將診斷報告和故障信息及時提供給各級修程作業(yè)人員，實現(xiàn)快速、精準施修。

(9) 車輛檢修布局及檢修工藝研究。

合理規(guī)劃檢修工藝布局，以滿足車列存放、檢修臺位、檢修能力等要求。同時對車輛及零部件的檢修進行深入研究，明確零部件檢修方式、檢修工藝、檢修流程、信息數(shù)據(jù)采集與管理等要求，研究應用可實現(xiàn)快速拆、探、檢、換、修的工裝設備，提高檢修效率。

(10) 制定檢修工藝規(guī)程研究。

根據(jù)狀態(tài)修總體框架和修程設置要求，制定在線修、狀態(tài)一修、狀態(tài)二修、狀態(tài)三修和狀態(tài)四修檢修規(guī)程和工藝文件，明確車輛檢修的基本原則、總體要求、壽命管理、質量保證、作業(yè)流程、檢修范圍、質量標準、檢修限度、數(shù)據(jù)采集、信息化管理、檢修標記、管理制度等內容。

(11) 建立生產(chǎn)管理體系研究。

檢修模式的變化將帶來修程體系、生產(chǎn)格局、工藝布局等根本性變化，因此需要對生產(chǎn)組織、技術管理、質量管理、物資管理、設備管理、成本管理、安全管理、班組管理、信息化管理等進行研究，建立全新的狀態(tài)修模式下的生產(chǎn)管理體系。

(12) 線路運行試驗研究。

組織開行試驗列車，明確試驗目標、試驗車型、試驗區(qū)間、試驗環(huán)境、管理辦法等要求，充分驗證各項關鍵技術研究成果，并及時、準確地反饋需要修改的數(shù)據(jù)、指標和參數(shù)等，保證各關鍵技術研究滿足狀態(tài)修檢修需要。

5 結束語

神華重載鐵路貨車技術性能穩(wěn)定，磨耗輕，可靠性高，車輛固定編組，定點運行，循環(huán)使用，為狀態(tài)修技術研究應用奠定了良好基礎。通過對無人值守的動態(tài)智能監(jiān)測系統(tǒng)、狀態(tài)精準辨識的綜合評判專家系統(tǒng)、自動量化指標的快速精準維修系統(tǒng)、自動調度指揮的智能生產(chǎn)管理系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)智能自我學習等關鍵技術的深入研究，搭建管理網(wǎng)絡化、信息集成化、決策科學化、診斷精準化的狀態(tài)修技術平臺，建立歷史信息可追蹤、修理信息可預測、綜合安全可評估的全新車輛檢修維護體系，有望降低車輛全壽命周期檢修成本，從而大幅提高車輛使用效率和綜合經(jīng)濟效益。