城市軌道交通車輛檢修工藝研究

賀婷婷 曹 藝 曹炳欣 馮 巍

（中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司，山東 青島 266000）

0 引言

城市化進(jìn)程的推進(jìn)增加了城市交通壓力，為緩解道路交通堵塞問題，城市軌道交通成為近年來城市交通系統(tǒng)發(fā)展的主要方向，據(jù)2020 年城市軌道交通運(yùn)營數(shù)據(jù)顯示，截至2020 年12 月31 日，全國共計44 個城市開通城市軌道交通線路233 條，車站4660 座，為保障城市軌道交通安全化發(fā)展，應(yīng)加大對城市軌道交通車輛檢修工藝的重視，結(jié)合現(xiàn)有檢修制度展開優(yōu)化。

1 現(xiàn)行城市軌道交通車輛檢修制度

城市軌道交通車輛常因振動、摩擦以及腐蝕等原因遭受損傷，且隨著車輛運(yùn)行里程的增加，會造成車輛系統(tǒng)出現(xiàn)疲勞變形、磨損老化問題，提高了發(fā)生運(yùn)行故障的頻率，如果沒有及時處理將引發(fā)安全責(zé)任事故，不利于交通正常運(yùn)行，為避免由車輛問題引發(fā)交通故障，需要對城市軌道交通車輛進(jìn)行檢修及維護(hù)，使車輛始終保持良好運(yùn)行狀態(tài)，提高城市軌道交通可靠性，并提升車輛上線率。在現(xiàn)代化城市交通體系中，城市軌道交通已成為必不可少的部分，但城市軌道交通車輛為滿足各線路運(yùn)行要求而擁有不同配置，設(shè)備供應(yīng)商存在差異，且子系統(tǒng)構(gòu)件復(fù)雜，極大提升了城市軌道交通車輛檢修難度，在檢修期間，須經(jīng)過多個修程，產(chǎn)生較高檢修成本，其檢修管理存在一定難度，須滿足各設(shè)備結(jié)構(gòu)特殊要求，有針對性地配置人力、物力、財力。

城市軌道交通車輛運(yùn)行狀態(tài)可直接決定交通安全，因此為實(shí)現(xiàn)安全化城軌交通運(yùn)營，通常采用預(yù)防性檢修方式，抑制車輛故障問題的產(chǎn)生。現(xiàn)行《地鐵設(shè)計規(guī)范（GB 50157-2013）》中指出，地鐵檢修須以實(shí)際情況為準(zhǔn)，推薦定期檢修、日常維修相結(jié)合的方式，根據(jù)車輛零構(gòu)件質(zhì)量及整體結(jié)構(gòu)性能合理規(guī)劃定期檢修、日常維修周期，并逐漸完善車輛運(yùn)營環(huán)境及技術(shù)條件，根據(jù)城市軌道交通車輛檢修標(biāo)準(zhǔn)提升檢修人員技術(shù)素養(yǎng)。表1 為城市軌道交通車輛檢修周期及檢修修程，由表1 可知，定期檢修與日常維修的檢修周期及檢修修程均有不同，日常維修各修程及定期檢修中的定修均可在車輛段內(nèi)執(zhí)行，但定期檢修中的大修與架修須在專門場地或制造廠內(nèi)展開檢修工作，大修及架修所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)成本較高，時間間隔及運(yùn)行里程具有明確標(biāo)準(zhǔn)。

表1 城市軌道交通車輛檢修周期及檢修修程（GB 50157-2013）

《城市軌道交通工程項目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)（建標(biāo) 104-2008）》適用于新建城市軌道交通項目，如既有線改造、跨座式單軌、改擴(kuò)建項目等均需以該制度為標(biāo)準(zhǔn)，其中指出，城市軌道車輛應(yīng)滿足定期檢修及日常維修業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，并于第68 條規(guī)定中指出車輛檢修周期，如表2 所示[1]。

表2 城市軌道交通車輛檢修周期（建標(biāo) 104-2008）

2 城市軌道交通車輛常規(guī)檢修工藝

2.1 保養(yǎng)工藝

對于城市軌道交通車輛而言，保養(yǎng)工藝主要采取互換修、均衡修2 種方式?；Q修指對于城市軌道交通車輛零構(gòu)件進(jìn)行更換，于更換期間進(jìn)行車輛結(jié)構(gòu)檢修，將檢修結(jié)果整合并集中處理，將零構(gòu)件拆卸后送至車庫逐一檢修，以此降低工程車輛檢修保養(yǎng)期間的?？繒r間，極大提升保養(yǎng)效率，但由于城市軌道交通車輛線路分布復(fù)雜，在車輛零構(gòu)件保養(yǎng)更換期間應(yīng)排查線路管路及線路，若線路間存在安全風(fēng)險，須立即下部細(xì)檢，最大程度地確保乘客安全。除此之外，由于城市軌道交通運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，車輛內(nèi)部環(huán)境及質(zhì)量可直接決定乘客體驗，為給予乘客優(yōu)異交通服務(wù)，應(yīng)于互換修保養(yǎng)期間進(jìn)行城市軌道交通車輛密閉性檢查，定期保養(yǎng)車輛內(nèi)照明、座椅、廣播、空調(diào)等系統(tǒng)裝置，創(chuàng)造舒適的車輛環(huán)境。均衡修指城市軌道交通車輛運(yùn)行結(jié)束后對車輛進(jìn)行保養(yǎng)，停止運(yùn)行期間內(nèi)，在車輛停止運(yùn)行所在位置進(jìn)行保養(yǎng)維護(hù)，以此降低保養(yǎng)工作對車輛運(yùn)行的影響，且可在一定程度上提高保養(yǎng)效率。圖1 為城市軌道交通車輛均衡修示意圖，其中陰影部分為城市軌道交通車輛停止運(yùn)行情況，即車輛均衡修時間，在此期間展開維護(hù)保養(yǎng)不會阻礙城市交通，降低因保養(yǎng)維護(hù)工作造成的交通損失。

圖1 城市軌道交通車輛均衡修示意圖

2.2 定修工藝

相較于城市軌道交通車輛保養(yǎng)工藝，定修工藝更為復(fù)雜，但與廠修、大修等工作難度存在一定差距，在定期檢修中，大修與廠修時間將較長，因此在常規(guī)檢修工藝分析中，主要介紹定修工藝。根據(jù)表1、表2 可知，定修指標(biāo)為運(yùn)行里程為15 萬km 或1.25a，當(dāng)車輛運(yùn)行10km 或運(yùn)行1a 時，須注重車輛定修情況，并開始制定定修計劃，運(yùn)行年數(shù)與里程以先到數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，確保定修效果，單一車輛定修時間為7日，但為保證城市軌道交通正常運(yùn)行，須按定修計劃依次進(jìn)行車輛定修，整體定修時間通常維持1 個月。城市軌道交通車輛定修分為上、中、下3 個部分，定修在保養(yǎng)基礎(chǔ)上更加注重細(xì)節(jié)檢查，例如城市軌道交通車輛牽引逆變器箱在保養(yǎng)階段，通常為檢查密封性，并清理灰塵，以此起到車輛零構(gòu)件保養(yǎng)效果，但在定修階段，須針對牽引逆變器箱內(nèi)各個裝置，檢查熔斷器、接觸器等裝置是否存在燒毀、短路問題，若于定修期間發(fā)現(xiàn)以上故障，須立即更換燒損器件，并逐一全列普查，判斷該問題產(chǎn)生源頭，從源頭進(jìn)行處理解決；此外在車輛制定電阻定修期間，須重點(diǎn)檢查瓷瓶裝置，查看是否在運(yùn)行期間出現(xiàn)裂紋，若瓷瓶裝置裂紋數(shù)量較多，應(yīng)立即更換處理，以此確保城市軌道交通車輛制動性能[2]。

3 城市軌道交通車輛檢修模式優(yōu)化分析

3.1 現(xiàn)有檢修模式

現(xiàn)有城市軌道交通車輛檢修包括日常檢修、月度檢修、架修、大修、返廠檢修、臨時檢修等形式，由以上檢修形式構(gòu)成了檢修模式，為更好地展開檢修模式分析，明確現(xiàn)有檢修模式。1）日常檢修主要包括對城市軌道交通車輛車體、照明系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、電氣裝置、車門系統(tǒng)等系統(tǒng)展開全面檢查，并對車輛運(yùn)行中所發(fā)現(xiàn)的故障進(jìn)行二次檢查與處理維護(hù)，排除故障隱患，確保車輛運(yùn)行質(zhì)量。2）月度檢修與日常檢修類似，均須對核心系統(tǒng)展開全面檢查及保養(yǎng)，并對已達(dá)使用期限的車輛零構(gòu)件進(jìn)行更換處理，對轉(zhuǎn)向架、電氣裝置、制動系統(tǒng)等關(guān)鍵位置設(shè)備進(jìn)行清洗養(yǎng)護(hù)，除此之外，于月度檢修期間，須借助試驗方式檢查城市軌道交通車輛運(yùn)行性能，以此保障車輛安全穩(wěn)定運(yùn)行。3）按上述車輛檢修標(biāo)準(zhǔn)，城市軌道交通車輛運(yùn)行5a 或里程達(dá)到60 萬km 時需要架修，但為做到預(yù)防性檢修，杜絕一切安全隱患，通常于行駛距離超30 萬km 時將逐步準(zhǔn)備架修工作，架修期間，須將車輛轉(zhuǎn)向架部位相關(guān)裝置全部拆除，將零構(gòu)件逐一養(yǎng)護(hù)，并對城市軌道交通車輛所有電路系統(tǒng)全面排查，查明車輛所有功能是否完善，確定無任何運(yùn)行問題后正常啟用。4）大修即對城市軌道交通車輛進(jìn)行整體性、全面性檢查，并展開車輛整體性維護(hù)，判斷是否存在運(yùn)行隱患，除此之外，須結(jié)合車輛運(yùn)行性能及數(shù)量重新規(guī)劃線路，更換車輛內(nèi)部裝置。此外可借助大修契機(jī)，淘汰落后技術(shù)，并引入新材料、新技術(shù)等，通過靜調(diào)試驗、動調(diào)試驗等驗證車輛整體性能，全方位保障車輛安全運(yùn)行。5）返廠檢修主要發(fā)生在各項檢修工作期間，在檢修過程中若發(fā)現(xiàn)無法解決的車輛故障問題，則需返廠檢修。6）臨時檢修主要檢修城市軌道交通車輛在列檢期間發(fā)現(xiàn)的故障問題，問題嚴(yán)重，亟需處理，此時需要進(jìn)行臨時檢修，但通常情況下，該類問題可在短時間內(nèi)完成修復(fù)，并不會對軌道交通造成影響。

3.2 檢修現(xiàn)存問題

現(xiàn)階段城市軌道交通車輛檢修模式主要存在以下問題：1）當(dāng)前車輛檢修周期、檢修內(nèi)容均在規(guī)范指導(dǎo)下展開設(shè)計，但車輛運(yùn)行環(huán)境不同，且各線路車輛所承受到客運(yùn)壓力存在差異，因此造成車輛故障的原因不完全相同，導(dǎo)致統(tǒng)一化的維修規(guī)程并不完全適用不同線路車輛的檢修需求，使車輛部分設(shè)備并未得到及時維護(hù)，出現(xiàn)“小毛病不斷”等產(chǎn)品欠修情況，嚴(yán)重影響乘客交通體驗，降低車輛可用性。2）產(chǎn)品過修是現(xiàn)階段檢修模式最常見問題，為杜絕一切安全隱患，部分零構(gòu)件出現(xiàn)小故障問題時將被更換，產(chǎn)生過修現(xiàn)象，產(chǎn)品過修對車輛性能的改善情況有限，但卻造成極大物力、人力浪費(fèi)，經(jīng)濟(jì)性降低。在城市軌道交通車輛檢修工作長期發(fā)展中，主機(jī)廠、運(yùn)營方已逐步意識到由檢修時間間隔、檢修內(nèi)容造成的產(chǎn)品欠修、產(chǎn)品過修問題，已逐步結(jié)合檢修經(jīng)驗及數(shù)據(jù)積累情況對檢修時間間隔、檢修內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，但城市軌道交通車輛零構(gòu)件眾多，且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及運(yùn)營場景復(fù)雜，須運(yùn)用科學(xué)方式展開檢修優(yōu)化[3]。

3.3 檢修優(yōu)化方式

RCM 檢修理論以可靠性為中心，是當(dāng)前通用的預(yù)防性檢修方法，可將其應(yīng)用到城市軌道交通車輛檢修模式分析與優(yōu)化中。RCM 檢修理論最早用于飛機(jī)檢修工作，并成立維修指導(dǎo)小組驗證各類檢修修程對飛機(jī)檢修的實(shí)用性情況，在重復(fù)性驗證統(tǒng)計中，形成6 種復(fù)雜系統(tǒng)零構(gòu)件失效規(guī)律，結(jié)合其具體情況分2 類，第一種情況：失效率隨時間延長而上升的情況，第二種情況：失效率隨時間延長而未出現(xiàn)明顯上升的情況，經(jīng)系統(tǒng)化分析可得出，第一種情況主要為易產(chǎn)生疲勞磨損問題的零構(gòu)件，對該類零構(gòu)件進(jìn)行檢修優(yōu)化時，可采用定期更換、定期拆修的方式提高零構(gòu)件檢修效率，而第二種情況主要為電子產(chǎn)品構(gòu)件，該類構(gòu)件無明顯的疲勞耗損，因此采用定期更換、定期拆修的方式并不適用、RCM 檢修理論對復(fù)雜系統(tǒng)內(nèi)零構(gòu)件故障規(guī)律進(jìn)行了總結(jié)，可將其運(yùn)用到城市軌道交通車輛檢修模式中，根據(jù)零構(gòu)件具體特征選定檢修方式，采用定性分析方式判斷零構(gòu)件故障特征，選擇出適宜的檢修方式，并在定性分析的基礎(chǔ)上展開定量分析，進(jìn)一步判斷檢修間隔，采用數(shù)理統(tǒng)計工具對檢修規(guī)程進(jìn)行優(yōu)化[4]。

城市軌道交通車輛未運(yùn)行時間段被稱之為車輛運(yùn)行天窗，為保障檢修工藝高效運(yùn)行，須利用好天窗期。根據(jù)車輛檢修需求劃分為24 個修程（X1～X24），每月執(zhí)行2 個修程任務(wù)，合理分配修程任務(wù)時間，避免出現(xiàn)修程任務(wù)過于集中的情況。圖2 為城市軌道交通車輛天窗修程任務(wù)分配情況，可供參考。

圖2 天窗修程任務(wù)分配

3.4 工程案例探討

為進(jìn)一步討論檢修間隔及檢修規(guī)程，以某城市軌道交通車輛齒輪箱故障為工程案例，該車輛齒輪箱內(nèi)輸出軸軸承首次失效時間如圖3 所示，共采集到7 次軸承失效問題，失效里程數(shù)見圖3。對該工程案例中的軸承失效數(shù)據(jù)運(yùn)用威布爾分布擬合，用以描述零構(gòu)件失效規(guī)律，指出形狀參數(shù)不同時，所產(chǎn)生的失效率曲線不同，將表3 中數(shù)據(jù)擬合后，得出形狀參數(shù)（β）、尺度參數(shù)（θ）分別為21560km、4143670km，根據(jù)參數(shù)情況可判斷出該車輛輸出軸軸承為疲勞耗損類零構(gòu)件，此時可采用預(yù)防性檢修方式降低零構(gòu)件失效率，圖3 為軸承失效率隨里程變化曲線，運(yùn)行里程的增加造成了軸承失效率的提升，與形狀參數(shù)β＞1 的擬合特點(diǎn)相吻合圖4 為軸承可靠率隨里程變化曲線，經(jīng)綜合計算，得出該運(yùn)行車輛齒輪箱軸承的平均失效里程為331.236萬km。具體計算如公式（1）所示。

圖3 軸承失效率隨里程變化曲線

圖4 軸承可靠率隨里程變化曲線

式中：MTTF-平均失效里程；θ-威布爾分布尺度參數(shù)；β-威布爾分布形狀參數(shù)；Γ（）-伽瑪函數(shù)。設(shè)定該車輛齒輪箱軸承最低容許失敗率為0.2 FPMK，預(yù)防檢修上限值為181.8 萬km，即當(dāng)車輛運(yùn)行181.8 萬km 后將統(tǒng)一更換齒輪箱軸承。為得出預(yù)防檢修上限值，須按公式（2）進(jìn)行計算。

式中：Tpm-預(yù)防檢修上限值；λ-最低容許失敗率，經(jīng)上述驗算后可看出RCM 檢修理論在城市軌道交通車輛檢修系統(tǒng)中的作用，可將RCM 檢修理論作為優(yōu)化檢修模式的方式之一，但在實(shí)際使用期間，須將運(yùn)維成本考慮在內(nèi)，合理統(tǒng)籌檢修間隔，以此得出科學(xué)且針對性強(qiáng)的檢修模式。

3.5 檢修工藝展望

首先，城市軌道交通車輛維修保養(yǎng)形式應(yīng)趨向均衡發(fā)展，以檢修時期、特點(diǎn)、類型、場合為依據(jù)進(jìn)行檢修工作，對檢修任務(wù)統(tǒng)一管理，以此提高檢修及保養(yǎng)效果；其次，應(yīng)從計劃性檢修轉(zhuǎn)換為狀態(tài)化檢修，將移動通信、物聯(lián)網(wǎng)、傳感器等技術(shù)應(yīng)用到城市軌道交通車輛檢修工作中，運(yùn)用傳感器了解車輛各關(guān)鍵零構(gòu)件的實(shí)時數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)故障預(yù)警功能，采用各類傳感器完成車輛各裝置的線上檢測，以實(shí)際情況為依據(jù)制定某段時間內(nèi)的檢修計劃，不再以固定模式執(zhí)行檢修任務(wù)，降低檢修工作資源消耗情況；最后，引入大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能化檢修，并建立車輛零構(gòu)件生命周期數(shù)據(jù)庫，運(yùn)用傳感器感知車輛運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷，促進(jìn)檢修工作智能化發(fā)展[5]。

4 結(jié)語

綜上所述，城市軌道交通發(fā)展是現(xiàn)代化城市建設(shè)的關(guān)鍵部分，決定著城市交通運(yùn)輸質(zhì)量，車輛檢修及保養(yǎng)工作受到各方關(guān)注，工作人員需要從車輛運(yùn)行質(zhì)量入手，確保軌道交通運(yùn)行安全，采用科學(xué)的方法，在現(xiàn)行制度體系基礎(chǔ)上逐漸完善現(xiàn)有檢修模式，尋找最適宜的城市軌道交通車輛檢修模式，節(jié)省檢修保養(yǎng)資源，提高檢修工作科學(xué)性，確保列車運(yùn)行效果。