鐵路貨車狀態(tài)修模式下檢修工藝裝備的發(fā)展方向

丁 源，李 冰

（1 國能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）

狀態(tài)修由于在檢修規(guī)程上變化較大，因此需要有新的檢修工藝裝備做為支撐。通過對現(xiàn)有的檢修工藝裝備進行適應性分析，以滿足“快檢、快換、快修”為目標，要提出新型檢修設備的需求，并研究新型檢修設備功能及配置，以保證狀態(tài)修的實施效果。

1 鐵路貨車狀態(tài)修的主要內(nèi)容及對檢修工藝裝備的要求

狀態(tài)修規(guī)程是根據(jù)車輛及零部件可以滿足運行要求的基本條件，合理劃分維護級別，科學制定各維護級別的檢測項目和修理標準。狀態(tài)修的實質(zhì)就是依據(jù)車輛的狀態(tài)進行不定時和有針對性的修理，不僅需要隨時掌握車輛的狀態(tài)，還要預測車輛的狀態(tài)［1］。狀態(tài)修檢修工藝是依據(jù)狀態(tài)修規(guī)程對鐵路貨車進行及時準確的檢修，快速修復車輛缺陷及故障，減少不必要的測、拆、修，降低檢修維護成本，提高車輛使用效率，實現(xiàn)經(jīng)濟效益最大化。

1.1 狀態(tài)修的內(nèi)涵及主要內(nèi)容

狀態(tài)修是以車輛服役里程為基礎(chǔ)，充分利用地面和車載設備進行實時監(jiān)測，采用信息化和大數(shù)據(jù)技術(shù)手段，實現(xiàn)準確識別和預測車輛及關(guān)鍵零部件的使用及安全狀態(tài)，通過科學換件修和數(shù)次重造來保持車輛在整個壽命期內(nèi)的運行穩(wěn)定和可靠，從而提高車輛檢修質(zhì)量和使用效率，最終實現(xiàn)運輸效率、運輸安全和檢修成本3 者之間的平衡［2］。狀態(tài)修是采用判別系統(tǒng)對運行數(shù)據(jù)、檢測數(shù)據(jù)、檢修數(shù)據(jù)進行綜合判定，從而制定出合理的檢修內(nèi)容，具體流程如圖1 所示。

圖1 狀態(tài)修判別系統(tǒng)模型

狀態(tài)修除在檢修限度、檢修范圍等方面進行了優(yōu)化外，在作業(yè)方式上較現(xiàn)有模式也有較大的變化。在線路運用方面采用自動機檢的方式，僅對極個別影響安全的車輛進行處理。當主要探傷大部件集中到期時，就對車輛的各部位裝置進行分解檢查和恢復功能。在車輛重造之前，根據(jù)車輛各零部件的磨耗和損耗規(guī)律，分別進行幾次集中換件檢修：當閘瓦磨耗到限時，在線路條件下?lián)Q瓦并對技術(shù)狀態(tài)不良的車輛進行處理；當輪對踏面磨耗到限時，在修車庫內(nèi)更換并修理輪對、鉤舌和制動閥；當橡膠類零件壽命到期時，到檢修基地內(nèi)的各作業(yè)區(qū)進行分解和更換，并修理轉(zhuǎn)向架和鉤緩裝置中關(guān)鍵零部件。

1.2 狀態(tài)修檢修工藝的主要內(nèi)容及特點

檢修工藝要符合狀態(tài)修的內(nèi)涵，提高車輛使用率，降低維修成本，在檢修效率和檢修質(zhì)量2 方面都得到保證。狀態(tài)修檢修過程較計劃修流程大為減化，對檢修效率要求更高，狀態(tài)修與計劃修工藝流程對比如圖2 所示。為了保證檢修的效率，需要采用快檢、快換、快修的工藝方法。而為了保證檢修的效果一致性，對車輛采用換件修，對零部件采用集中修是主要的解決措施［3］。檢修工藝主要包括檢測和修理2 部分，檢測除了發(fā)現(xiàn)故障外，更重要的是監(jiān)控并能預測車輛狀態(tài)；修理分為整車和零部件這2 類，方法分為現(xiàn)車修理和更換新品或修竣2 種，檢修工藝制定需要考慮效率和成本的平衡。

圖2 計劃修與狀態(tài)修工藝流程對比

狀態(tài)修的車輛和零部件檢修過程可歸納為分解組裝工藝過程和零部件檢修工藝過程，分解組裝工藝過程是指整車、轉(zhuǎn)向架、制動裝置及鉤緩裝置由于檢測或換件的需要，進行全部或部分的分解和檢測，然后用原件或新件或修竣件重新組裝試驗的過程；零部件檢修工藝過程是指車體或零部件在集中修現(xiàn)場，按統(tǒng)一標準進行清理、檢查、修復或報廢的過程。

狀態(tài)修檢修工藝在整車方面以快速換件、迅速恢復列車性能為特點，采用“檢修分開，檢查為主，換件修理，集中加修”的檢修模式，同時通過運輸全過程的監(jiān)控，提前做好意外損傷的處理，避免意外情況對檢修工作的影響。

（1）狀態(tài)修由過去的被動式安全監(jiān)控變?yōu)橹鲃邮桨踩u估，需要增加新型實時監(jiān)測裝備做為支撐，同時要保證修理零部件質(zhì)量一致性。

（2）狀態(tài)修以車輛狀態(tài)為檢修依據(jù)，要求檢修工藝要有層次性，以適應車輛多樣的運用狀態(tài)，充分利用設備，在人員配備最少的情況下，保持作業(yè)秩序的穩(wěn)定。

（3）狀態(tài)修的修程將會隨著車輛技術(shù)的發(fā)展、運用條件的改善而及時調(diào)整優(yōu)化，要求狀態(tài)修工藝需預留調(diào)整空間，用于增減工序和作業(yè)內(nèi)容。

2 鐵路貨車狀態(tài)修模式下檢修工藝裝備的研究方向

狀態(tài)修是一種直接面向運輸?shù)蔫F路貨車質(zhì)量保證體系，運用和檢修成為了一個整體，改變了過去各修程間的條塊分割，有利于制定方法經(jīng)濟、管理簡單、流程明晰的檢修工藝。根據(jù)狀態(tài)修的檢修內(nèi)容，狀態(tài)修檢修工藝大致可分為運用監(jiān)控、在線整備、狀態(tài)維護、車輛恢復4 個部分。其中運用監(jiān)控是通過在線和車載檢測設備對列車安全狀態(tài)進行監(jiān)控，并為檢修提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；在線整備是在列車不解編的情況下快速處理車體、制動故障，對轉(zhuǎn)向架、輪軸和鉤緩進行換件修；狀態(tài)維護分為不同的級別對車輛的損傷和磨耗及時進行修理，保持車輛的運行品質(zhì)；車輛恢復是將車輛分解，對零部件進行檢修，然后重新組裝，恢復車輛狀態(tài)。

檢修工藝能力設定的總體原則是：運用監(jiān)控時處理影響安全的故障；在線整備時處理重要故障；狀態(tài)維護時保持車輛運行性能；車輛恢復時系統(tǒng)恢復車輛初始性能。具體工藝設置為強化檢測，集中修理，取消實用性差的修理工序。為了便于狀態(tài)修的推廣，在制定檢修工藝時要充分考慮現(xiàn)有的條件，立足于現(xiàn)有作業(yè)場所，不對既有工藝流程做大的調(diào)整，避免增加工序，以便能充分利用既有設備工裝。

2.1 既有檢修工藝裝備的特點

既有檢修工藝裝備是在多年實踐中逐步填充和完善的，具有作業(yè)難度低，保證質(zhì)量措施多的優(yōu)點，但在狀態(tài)修模式下，存在著工藝流程長、檢修效率低的缺點，具體如下：

（1）車輛和零部件檢修線均是按逐級分解或組裝設計的。需更換任何零部件均是按整車分解、大部件分解、小部件分解的次序進行，組裝時反之。這樣作業(yè)簡單，不容易丟落件，但效率太低，靈活性差。

（2）配置工藝線上的設備時不預設零部件狀態(tài)，按照最復雜的情況進行設計，基本都包括預處理、檢測、修復和交驗等，這樣在檢修中不容易漏項，但流程長且固定，會造成過度檢。

（3）工藝設計思路是以設備保工藝。在車輛和零部件的修復和檢查中配備的設備多，質(zhì)量保證能力很強。但由于設備功能都很齊全，占地面積大。車輛和零部件檢修作業(yè)需要較大的作業(yè)面積，并要劃分成不同的區(qū)域，需要較長的運輸距離，檢修效率不高。

（4）各工藝線都設置了檢查工序，重點部位多次檢測，以多層次的檢驗來保證質(zhì)量，但大多以人工檢測為主，需要較長的時間，降低了檢修效率。

2.2 狀態(tài)修下檢修工藝裝備的設計原則

現(xiàn)有的檢修工藝特點是檢修不分、人檢為主、側(cè)重于修理，在狀態(tài)修下改為檢修分開、自動檢、換件修。

（1）創(chuàng)新檢測方法，不僅要研究在線路上的實時檢測方法，還要研究在不分解的情況下檢測零部件性能的方法和裝備。

（2）為適應車輛換件修、零部件集中修的檢修工藝，對原有的車輛檢修與零部件檢修一體的工藝裝備進行升級或改造，更換零部件無需再按產(chǎn)品結(jié)構(gòu)層級全部分解，解決零部件與車輛檢修互相影響造成的效率低下、檢修質(zhì)量監(jiān)控不可靠的問題。

（3）非磨耗零部件研發(fā)以檢測為主的流水線，磨耗零部件研發(fā)偏重修理的工藝線，能夠利用運用故障推送數(shù)據(jù)的不再設計檢測工位，以提高檢修效率。

（4）加強在線路上不分解車輛工況下的檢修工藝裝備的研發(fā)力度，實現(xiàn)車體和制動故障在線路上快速修復，并可更換鉤緩和輪軸發(fā)生故障的零部件，以便通過在線整備就可恢復列車的技術(shù)狀態(tài)。

2.3 狀態(tài)修下需配備的檢修工藝裝備

運用監(jiān)控主要是對檢測系統(tǒng)提報的故障進行人工確認，進行摘車或放行處理。由于減少了過去人工檢查的過程，因此需配備全面且可靠的在線檢測設備，如閘瓦磨耗監(jiān)測系統(tǒng)、車輪踏面監(jiān)測系統(tǒng)、車體損傷圖像識別系統(tǒng)等。

在線整備是在列車線路條件和不解編的情況下，同步進行檢查車輛技術(shù)狀態(tài)、更換閘瓦、處理制動關(guān)門車和車體破損車輛修復等工作。作業(yè)點增加了在線路上處理車體、車門故障的設備，在線邊配置了風和電等動能設備、車輛運輸通道等。也可建設專用的整備線，配套通過臨修庫完成輪軸和轉(zhuǎn)向架的換件修。

狀態(tài)維護時針對輪對磨耗和集中到期的其他零部件進行批量更換，如批量更換輪對、制動閥、鉤緩組成等，轉(zhuǎn)向架需為了更換橡膠到期件而進行分解，同時檢查轉(zhuǎn)向架各零部件狀態(tài)，減振裝置及彈簧不需分解。轉(zhuǎn)向架快速檢測臺架可實現(xiàn)不分解狀態(tài)對各零部件進行檢測，然后根據(jù)檢測結(jié)果分別進入快速換輪臺位、制動件換裝臺位等專用臺位進行換件。

車輛恢復的作業(yè)范圍主要是對全列車進行全面檢查和分解，制動裝置按模塊化方式快速分解。鉤緩裝置、轉(zhuǎn)向架全部分解，對貨車的各零部件進行集中修。采用符合要求的零部件進行輪軸、轉(zhuǎn)向架、制動及鉤緩組裝，需檢修的零部件進行集中修。有整車拋丸、涂漆工藝、轉(zhuǎn)向架分解工藝、枕架拋丸探傷工藝等。零部件在各自的檢測線上進行檢測。整車檢修需采用流水化作業(yè)方式，實現(xiàn)輕重修分開。

3 鐵路貨車狀態(tài)修下新型檢修工藝設備需求研究

狀態(tài)修下的新型檢修工藝設備要改變?nèi)藱z效率低的問題，同時適應檢測為主、換件檢修的發(fā)展方向，分為快速檢、快速換和快速修等3 類設備。其中重點是快速檢測設備中的在線監(jiān)測部分，包括軌邊式和實時式，研發(fā)對不合格的原因分析有輔助作用的檢測設備，快速找到故障原因，以提高檢修效率。

我國既有鐵路貨車的運用實際情況，以及狀態(tài)修的要求，應重點從制動故障、軸承質(zhì)量、輪對磨耗、轉(zhuǎn)向架技術(shù)狀態(tài)等方面加強檢測能力，優(yōu)先對以下幾種設備進行研究。

3.1 快速檢測工藝裝備方面

（1）接觸式軸溫實時探測裝置。采用實時接觸式的測量方式，較現(xiàn)有的間斷非接觸式測量提高了檢測效果，還可區(qū)分熱軸、熱輪2 種故障類型。在輪軸檢修時，可利用整個運行期間的溫度曲線，綜合判定軸承的狀態(tài)，提高檢修時判定的準確度。在列車運行過程中，由地面設備接收測量的軸溫信息，并上傳到數(shù)據(jù)處理中心。

（2）鐵路貨車轉(zhuǎn)向架狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。設備無需外接電源，數(shù)據(jù)為無線傳輸，可安裝于轉(zhuǎn)向架上，具備與地面接收裝置相互傳輸數(shù)據(jù)的能力。此系統(tǒng)可收集車輪與軸承等部位的振動信息，并將車載振動信息下載至地面裝置服務器。通過建立振動診斷分析模型，實現(xiàn)對轉(zhuǎn)向架的有效監(jiān)測，實現(xiàn)對各類故障的早期預判，保障行車安全。通過帶有自學習功能的專家系統(tǒng)，還可判斷出失效零部件，為轉(zhuǎn)向架精準換件修提供依據(jù)，提高檢修效率。

（3）鐵路貨車空氣制動裝置技術(shù)狀態(tài)實時在線監(jiān)測系統(tǒng)。實現(xiàn)空氣制動機故障預測和預警，在數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上，運用人工智能技術(shù)完成對采集數(shù)據(jù)的分析和處理，實現(xiàn)鐵路貨車車輛空氣制動機性能的診斷，并提供故障預警、狀態(tài)提示等功能。系統(tǒng)需要診斷出制動不良、緩解不良、自然制動、自然緩解、制動缸漏泄等空氣制動機常見故障。

（4）鐵路貨車定位追蹤管理系統(tǒng)。目前車號自動識別系統(tǒng)只能實現(xiàn)節(jié)點式管理，貨車位置不精確、軌跡不完整［4］。狀態(tài)修下貨車管理需要高效便捷的獲取位置信息，從而計算運行里程、獲取具體運行工況，為自動判定修程提供數(shù)據(jù)準備。

（5）閘瓦磨耗自動檢測及預警系統(tǒng)。該系統(tǒng)可對線上貨車閘瓦進行高速拍照和精確測量，通過測量值與基準值的比較進行自動報警；還可對閘瓦剩余尺寸、磨損規(guī)律進行統(tǒng)計分析，并結(jié)合制動次數(shù)等運用工況對每個閘瓦的壽命做出實時預測。列車入線前閘瓦信息傳送到信息化系統(tǒng)，可提前對換瓦的料件準備和人員配備進行安排，改變了需在列車入線后并經(jīng)人工檢測后才能開始安排換瓦的現(xiàn)狀，極大地提高了檢修效率。

（6）車輪尺寸在線檢測系統(tǒng)。在列車運行情況下，對通過的貨車輪對進行自動掃描，能夠計算出在運用和檢修中需重點關(guān)注的尺寸，如輪緣厚度和高度、輪緣垂直磨耗、踏面圓周磨耗和踏面擦傷等。不僅可減輕人工檢查勞動強度，提高檢測精度外，還可對輪對故障進行預警，提高車輛安全性。車輪尺寸在線檢測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)還可與傳輸?shù)捷唽嚧仓?，用于編制加工程序，為精準旋修提供基礎(chǔ)，延長車輪使用時間。

（7）研制車輛外觀可視自動檢測系統(tǒng)。布置在易對貨車產(chǎn)生損傷的裝卸作業(yè)點處，以代替運用中的人工檢查。通過全方位安裝部署適應全天候的圖像采集設備，對車底部、車體側(cè)部、車體側(cè)下部、車頂以及端墻等準確定位并采集圖像，能夠?qū)ω涇囓囕v表面可視部分出現(xiàn)的部件破損、丟失等錯誤進行自動識別并提供預警功能，并立即傳輸至中心服務器，由信息化系統(tǒng)判定是否需維修，并將作業(yè)內(nèi)容提前傳送到維修單位，以便提前做好生產(chǎn)安排。

3.2 快速換件工藝裝備方面

（1）車鉤緩沖裝置快速更換裝置?？稍谠摍z修臺完成狀態(tài)修用鉤舌、鉤體、緩沖器、鉤尾框更換檢修。取消天車等輔助吊裝作業(yè)，無需鉤緩裝置全部拆卸、無需異地檢修。對需要檢修部位進行檢修，不需要的部分可以不分解。車體可以在車體移動架車裝置上橫向移動，移動到鉤舌更換裝置、鉤體更換裝置、緩沖器更換裝置，完成相應檢修。

（2）轉(zhuǎn)向架快速檢測臺架。主要功能是實現(xiàn)轉(zhuǎn)向架快速檢測、輪對快速更換，此外還起到了一個甄選樞紐的作用，即在該工位通過檢測判定轉(zhuǎn)向架下一步的行走路線，通過檢測若轉(zhuǎn)向架無故障，直接組裝新輪，進入下道交車工序；若發(fā)現(xiàn)故障則進入進行檢修、更換、探傷、裝配等工序。

（3）配件智能倉儲系統(tǒng)。實現(xiàn)無人化管理，自動配貨，對入庫、出庫配件的種類、時間進行智能管理。此外，還能夠依據(jù)在線檢測和檢修過程的數(shù)據(jù)進行配件需求預測，制定合理的采購計劃，并分各檢修單位間的庫存。

3.3 快速修理工藝裝備方面

（1）鐵路貨車多功能檢修專用線。在保持隊列完整的前提下，能快速恢復列車安全，信息化系統(tǒng)可提前獲取車輛故障信息，實現(xiàn)精準換瓦、換輪和換鉤，并對檢修內(nèi)容進行預判。專用線有運輸通道和配套公用工程，研發(fā)自行式車體檢修機，能快速修復車體和車門破損車輛，外觀檢查采用機械人方式。采用檢修專用線后，可以減少甚至取代列檢和站修所。

（2）檢修工藝信息化系統(tǒng)。狀態(tài)修時需要收集檢修時的相關(guān)數(shù)據(jù)，作為對車輛性能進行自動評價診斷的依據(jù)，以便修制能夠不斷優(yōu)化［5］。因此需建設一個檢修工藝信息化系統(tǒng)，將主要的檢修工藝裝備接入系統(tǒng)中，并利用標簽轉(zhuǎn)移零部件的信息，實現(xiàn)以共享方式進行數(shù)據(jù)采集，盡量避免人工錄入，保證數(shù)據(jù)的準確性。

（3）車體轉(zhuǎn)序輸送線。研發(fā)可橫縱向移動的車體運輸車進行車體的搗運工作，解決固定臺位式占用時間長無法形成流水，需要運輸通道寬等問題。在檢修庫房內(nèi)分別設置車輛分解檢查臺位、架落車臺位、配備專業(yè)設備的檢修臺位。車體運輸車運行區(qū)在臺位中間，無固定軌道，地面設有運輸車可自動識別的定位網(wǎng)絡，由計算機系統(tǒng)根據(jù)所需檢修信息，控制車體運輸車將車體運送至各相應臺位。通過轉(zhuǎn)序輸送線的使用，避免了由于單車檢修時間差異造成的整體節(jié)拍的放緩。

（4）鉤舌自動探傷設備。采用搬運機械手鉤舌上下料，并可模仿人的手部動作，通過手柄控制鉤舌旋轉(zhuǎn)人工檢查裂紋；或者按給定程序、軌跡，配合圖像識別技術(shù)自動完成探傷，從而減輕操作者勞動強度，提高探傷效率。

4 結(jié) 論

鐵路貨車狀態(tài)修檢修工藝是建立在車輛具體運用特點的基礎(chǔ)上，通過在線檢測方法應用、新型檢修設備研制、工藝措施提升及管理創(chuàng)新等進行支撐，實現(xiàn)了車輛檢修的快檢快換和精準施修。在狀態(tài)修下，研發(fā)具備分析故障原因的檢測設備，關(guān)鍵零部件實現(xiàn)自動檢測，檢修工藝裝備能充分利用監(jiān)測設備的故障預報信息，在零部件施修前就可掌握其狀態(tài)，實現(xiàn)快速和精準檢修。