肯尼亞蒙內(nèi)鐵路項(xiàng)目車輛設(shè)備設(shè)計(jì)研究

張富強(qiáng),孫妍婷,戴臣龍

(中交鐵道設(shè)計(jì)研究總院有限公司,北京 100088)

1 概述

從20世紀(jì)70年代的非洲坦贊鐵路開始，中國鐵路建設(shè)者開始走向海外，特別是近年來在“一帶一路”政策的引領(lǐng)下，海外鐵路項(xiàng)目更是呈井噴式爆發(fā)，其中比較著名的有尼日利亞阿卡鐵路、埃塞吉布提鐵路、肯尼亞蒙內(nèi)鐵路、中老鐵路、中泰鐵路、匈塞鐵路、雅萬鐵路以及近期的馬來西亞東部鐵路等。在海外項(xiàng)目中，車輛設(shè)備設(shè)計(jì)如果一味按照國內(nèi)模式考慮，容易帶來資源的浪費(fèi)和閑置，如坦贊鐵路項(xiàng)目至今已運(yùn)營40余年，但車輛段中仍有部分機(jī)床、設(shè)備處于塵封狀態(tài)。如何在滿足功能的前提下，合理進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，最大化地利用各種設(shè)備和當(dāng)?shù)刭Y源，減少不必要的浪費(fèi)，是海外項(xiàng)目中車輛設(shè)備設(shè)計(jì)應(yīng)該特別關(guān)注的問題[1-2]。

蒙內(nèi)鐵路為內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)客運(yùn)時(shí)速120 km、貨運(yùn)時(shí)速80 km，單線，采用中國國鐵I級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)[3-4]、施工。根據(jù)經(jīng)行資料及蒙內(nèi)項(xiàng)目實(shí)際情況，在內(nèi)羅畢設(shè)客貨車輛段1處，在內(nèi)羅畢南站及蒙巴薩港站各設(shè)列檢1處，在裝卸量較大的阿西河站和蒙巴薩西站各設(shè)裝卸檢修作業(yè)場1處，同時(shí)配套必須的5T系統(tǒng)及車輛綜合管理系統(tǒng)。本文結(jié)合蒙內(nèi)鐵路項(xiàng)目車輛設(shè)備設(shè)計(jì)，對海外項(xiàng)目中客貨車檢修、5T系統(tǒng)、管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)、研究。

2 客貨車輛檢修

2.1 客貨共庫兼修

根據(jù)國內(nèi)車輛段修常規(guī)做法[5-6]，客車車輛段修與貨車車輛段修需要分別在專用客、貨車輛段進(jìn)行，其檢修設(shè)備[7]、流水線應(yīng)分別配備，配套的房屋、用電、給排水設(shè)備等也相互獨(dú)立。設(shè)計(jì)人員根據(jù)蒙內(nèi)項(xiàng)目客車車輛較少，客貨檢修時(shí)間不同等特點(diǎn)，提出了客貨共庫兼修的檢修工藝設(shè)計(jì)。在內(nèi)羅畢車輛段設(shè)置客、貨修車庫共5股道，其中客車臨修和段修共2股道4臺位，貨車臨修1股道6臺位、段修2股道12臺位。分線設(shè)置客、貨車輛檢修臺位有利于提高檢修效率和臺位利用率[8-9]，庫內(nèi)客、貨檢修設(shè)備互不干涉。檢修庫內(nèi)鉤緩間[10]、制動(dòng)間[11-12]、轉(zhuǎn)向架間[13]、輪軸間[14]、同溫組裝間等段修設(shè)備、流水線采取客貨共用，同時(shí)保留客車部件檢修區(qū)、電子電器檢修區(qū)、水閥門窗檢修區(qū)、大庫試風(fēng)控制間等客車、貨車專用檢修車間。這樣既增加了設(shè)備利用率，又滿足了客車、貨車的檢修要求，大大節(jié)約了資源。組合車庫布局詳見圖1。

圖1 客貨修車庫布局平面

2.2 充分利用當(dāng)?shù)刭Y源

部分不容易損壞設(shè)備及檢修量較大設(shè)備，可以結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際，委托當(dāng)?shù)毓緳z修。如蒙內(nèi)鐵路共配備發(fā)電車3臺，均采用300 kW康明斯柴油發(fā)電機(jī)組。按照《鐵路客車電氣裝置檢修規(guī)則》：修程分為D、E、F三級修程，其中檢修周期最短的為D級修，標(biāo)準(zhǔn)為機(jī)組工作時(shí)間(4 500±500) h，根據(jù)推算運(yùn)行2年半至3年時(shí)間即達(dá)到5 000 h左右，柴油發(fā)電機(jī)組需要下車進(jìn)行檢修并使用該試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行功能試驗(yàn)。根據(jù)國內(nèi)經(jīng)驗(yàn)[15]，柴油發(fā)電機(jī)組檢修需要配備燃油/機(jī)油供給裝置、可調(diào)放電阻、柴油發(fā)電機(jī)組試驗(yàn)控制臺、試驗(yàn)機(jī)架等設(shè)備，同時(shí)還應(yīng)增加冷卻水系統(tǒng)，柴油機(jī)進(jìn)氣、排煙、排風(fēng)系統(tǒng)，負(fù)載調(diào)控?cái)?shù)據(jù)測試系統(tǒng)，水阻水汽排放系統(tǒng)等配套系統(tǒng)，此外發(fā)電機(jī)組檢修試驗(yàn)產(chǎn)生噪聲較大，對房屋建筑要求也比較高。柴油發(fā)電機(jī)組檢修試驗(yàn)系統(tǒng)造價(jià)不菲，還產(chǎn)生高溫、煙霧、噪聲等環(huán)境污染因素。此外，不熟練工人操作柴油發(fā)電機(jī)組試驗(yàn)還極易產(chǎn)生安全事故，存在安全隱患。

針對以上問題，車輛設(shè)備設(shè)計(jì)人員在肯尼亞當(dāng)?shù)剡M(jìn)行了詳細(xì)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)肯尼亞首都內(nèi)羅畢當(dāng)?shù)赜锌得魉故酆?S店。經(jīng)與當(dāng)?shù)乜得魉故酆笤敿?xì)溝通，康明斯售后同意增加部分設(shè)備，以滿足車輛段發(fā)電機(jī)組的試驗(yàn)、檢修、維護(hù)需求，車輛段發(fā)電機(jī)組統(tǒng)一委托當(dāng)?shù)厥酆髾z修。為滿足發(fā)電機(jī)組檢查、裝車試驗(yàn)，車輛段只配備簡單的發(fā)電機(jī)組翻轉(zhuǎn)試驗(yàn)臺、可調(diào)放電阻等設(shè)備，一方面降低了設(shè)備費(fèi)用，另一方面減少了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)大大降低了發(fā)電機(jī)組檢修試驗(yàn)帶來的高溫、廢氣、煙霧污染。

2.3 換件替代檢修

對于部分車輛部件較少且不宜損壞，但檢修相對復(fù)雜，而部件本身成本較低，根據(jù)國外項(xiàng)目情況可以統(tǒng)一采取換件修，如門窗檢修等。根據(jù)國內(nèi)運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)，機(jī)車車輛門窗檢修維護(hù)一般委托當(dāng)?shù)貜S家進(jìn)行，但蒙內(nèi)項(xiàng)目當(dāng)?shù)責(zé)o法滿足車輛門窗的檢修維護(hù)且沒有合格的機(jī)車車輛門窗生產(chǎn)廠家，無法滿足門窗的檢修維護(hù)。

該部分部件如單獨(dú)配置檢修設(shè)備，設(shè)備使用率較低且對人員操作要求較高。結(jié)合國內(nèi)經(jīng)驗(yàn)，把設(shè)備購置費(fèi)用來購買完好的備品備件，經(jīng)計(jì)算可以滿足運(yùn)營使用20年左右。

3 車輛運(yùn)行安全監(jiān)控系統(tǒng)(5T)

車輛運(yùn)行安全監(jiān)控系統(tǒng)主要包括車輛軸溫探測系統(tǒng)(THDS)，車輛運(yùn)行品質(zhì)軌邊監(jiān)測系統(tǒng)(TPDS)，車輛滾動(dòng)軸承故障軌邊聲學(xué)診斷系統(tǒng)(TADS)，貨車故障軌邊圖像檢測系統(tǒng)(TFDS)，客車運(yùn)行安全監(jiān)控系統(tǒng)(TCDS)以及車號地面自動(dòng)識別系統(tǒng)(AEI)[16]。

車輛軸溫探測系統(tǒng)(THDS)，主要是通過紅外線探頭對通過列車軸承溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，智能跟蹤，實(shí)時(shí)報(bào)警，從而防范熱切軸現(xiàn)象。探測站間距30 km左右。

車輛運(yùn)行品質(zhì)軌邊監(jiān)測系統(tǒng)(TPDS)，主要是通過對輪重和橫向力的連續(xù)檢測和分析，建立綜合評價(jià)方法，能識別車輛運(yùn)行狀態(tài)，并兼有對車輛超載、偏載、運(yùn)行狀態(tài)如脫軌系數(shù)、輪重減載率和車輪踏面擦傷的檢測功能，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向架的運(yùn)行狀態(tài)檢測和輪對踏面損傷報(bào)警。探測站間距500～800 km。

車輛滾動(dòng)軸承故障軌邊聲學(xué)診斷系統(tǒng)(TADS)，主要通過軌邊噪聲采集陣列，實(shí)時(shí)監(jiān)控貨車滾動(dòng)軸承噪聲，自動(dòng)建立全路車輛滾動(dòng)軸承運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)庫和各種軸承故障檔案數(shù)據(jù)庫，通過收集大量的數(shù)據(jù)，建立滾動(dòng)軸承早期故障診斷專家系統(tǒng)，自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)判別模型，綜合評價(jià)各種軸承運(yùn)行狀態(tài)和質(zhì)量，從而提前預(yù)防切軸現(xiàn)象。探測站間距500～800 km。

貨車故障軌邊圖像檢測系統(tǒng)(TFDS)，主要通過自動(dòng)拍攝篩選出車輛轉(zhuǎn)向架、基礎(chǔ)制動(dòng)裝置、車鉤緩沖裝置等車輛關(guān)鍵部位圖像，通過人機(jī)結(jié)合的方式對圖像分析，從而部分替代列檢中人工檢車作業(yè)，主要是為了解決長交路貨物列車途中人工無法進(jìn)行技術(shù)檢查的問題。探測站間距500～800 km。

客車運(yùn)行安全監(jiān)控系統(tǒng)(TCDS)，通過車載系統(tǒng)對客車運(yùn)行安全關(guān)鍵部分進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和診斷，數(shù)據(jù)傳輸匯總，從而形成列車運(yùn)行安全監(jiān)控圖，主要針對160 km/h及以上客車。

車號地面自動(dòng)識別系統(tǒng)(AEI)，主要是車次車號信息采集，實(shí)現(xiàn)車輛實(shí)時(shí)跟蹤管理。探測站主要設(shè)置在分管段分界處或地方鐵路、專用線與國鐵交界處。

肯尼亞蒙內(nèi)鐵路(蒙巴薩港-內(nèi)羅畢)為內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)客運(yùn)時(shí)速120 km、貨運(yùn)時(shí)速80 km，線路全長487 km。根據(jù)蒙內(nèi)鐵路現(xiàn)場實(shí)際情況，考慮肯尼亞當(dāng)?shù)罔F路運(yùn)營能力及當(dāng)?shù)丶脊つ芰Γ?T系統(tǒng)中TPDS、TADS、TFDS、TCDS、AEI系統(tǒng)均未配置。蒙內(nèi)鐵路項(xiàng)目車輛軸溫探測系統(tǒng)(THDS)在18個(gè)車站共設(shè)置了34處探測站，在各列檢所、裝卸所設(shè)置復(fù)示終端，在內(nèi)羅畢車輛段設(shè)置紅外線監(jiān)測中心和維修中心并復(fù)示至行車調(diào)度中心，滿足車輛運(yùn)行安全監(jiān)控要求。車輛軸溫探測系統(tǒng)布局如圖2所示。

圖2 車輛軸溫探測系統(tǒng)布局

4 車輛綜合管理系統(tǒng)

結(jié)合蒙內(nèi)鐵路車輛檢修“客車、貨車運(yùn)用檢修”一體化實(shí)際情況和特點(diǎn)，車輛綜合管理系統(tǒng)按照生產(chǎn)、管理包含以下模塊：(1)貨車內(nèi)容包括“貨車運(yùn)用子系統(tǒng)、貨車檢修子系統(tǒng)、輪軸管理子系統(tǒng)、配件管理子系統(tǒng)”；(2)客車內(nèi)容包括“客車運(yùn)用子系統(tǒng)、客車檢修子系統(tǒng)、輪軸管理子系統(tǒng)、柴油發(fā)電機(jī)子系統(tǒng)、配件管理子系統(tǒng)”；(3)管理內(nèi)容包括“生產(chǎn)調(diào)度子系統(tǒng)、技術(shù)管理子系統(tǒng)、設(shè)備管理子系統(tǒng)”。

4.1 技術(shù)架構(gòu)策略及具體策略[17]

根據(jù)蒙內(nèi)項(xiàng)目特點(diǎn)，設(shè)計(jì)人員在設(shè)備招標(biāo)后與中標(biāo)廠家進(jìn)行了深入的溝通和交流，不斷對車輛段綜合管理系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，最終滿足系統(tǒng)一致性、可擴(kuò)展性、可配置性、實(shí)用性等要求。

4.1.1 一致性

系統(tǒng)需嚴(yán)格按照蒙內(nèi)鐵路的實(shí)際使用需求，統(tǒng)一設(shè)計(jì)、開發(fā)。在基礎(chǔ)編碼管理、信息共享管理、數(shù)據(jù)傳輸管理和通信安全管理等方面按照部機(jī)務(wù)管理信息的統(tǒng)一平臺進(jìn)行建設(shè)。從而保證所有使用部門相關(guān)信息系統(tǒng)的一致性。

4.1.2 可擴(kuò)展性

系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)化架構(gòu)和接口標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)、開發(fā)，在軟件結(jié)構(gòu)上保證良好的可擴(kuò)展性。同時(shí)在計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備部署上，也給將來系統(tǒng)擴(kuò)展留有足夠的空間。

4.1.3 可配置性

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，充分考慮可配置性。使檢修業(yè)務(wù)按照系統(tǒng)配置來運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)檢修過程的統(tǒng)一管理，也可滿足個(gè)性化管理的需要。

4.1.4 實(shí)用性

系統(tǒng)緊緊圍繞蒙內(nèi)鐵路車輛檢修業(yè)務(wù)來設(shè)計(jì)、開發(fā)，充分考慮系統(tǒng)實(shí)用性，使系統(tǒng)在蒙內(nèi)鐵路車輛檢修及日常管理上真正發(fā)揮作用，保證蒙內(nèi)鐵路車輛檢修高效、高質(zhì)，管理現(xiàn)代化。

4.2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)圖

車輛綜合信息管理系統(tǒng)的核心[17]關(guān)注點(diǎn)是：進(jìn)度、質(zhì)量和成本。系統(tǒng)按照車輛換件修和主要零部件專業(yè)化集中修的要求，實(shí)現(xiàn)客車運(yùn)用檢修、貨車運(yùn)用檢修的信息化、網(wǎng)絡(luò)化管理，對記名檢修、車輛部件(輪軸配件)檢測試驗(yàn)進(jìn)行重點(diǎn)卡控，保證合格輪軸配件上車，為恢復(fù)車輛基本質(zhì)量提供保障。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 車輛綜合管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)車輛信息管理系統(tǒng)功能要求及技術(shù)構(gòu)架，硬件方面配備了數(shù)據(jù)服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器(含雙機(jī)熱備軟件)、存儲(chǔ)陣列服務(wù)器、數(shù)據(jù)傳輸終端、無線網(wǎng)絡(luò)AP交換機(jī)(PDA)、手持無線接收設(shè)備、顯示大屏及配套的交換機(jī)、打印機(jī)、不間斷電源(UPS)、二維碼掃描槍、讀卡器等設(shè)備。軟件方面配置了貨車運(yùn)用子系統(tǒng)，貨車檢修子系統(tǒng)，貨、客車輪軸管理子系統(tǒng)，貨、客車配件管理子系統(tǒng)，客車運(yùn)用子系統(tǒng)，客車檢修子系統(tǒng)，客車柴油發(fā)電機(jī)子系統(tǒng)，生產(chǎn)調(diào)度子系統(tǒng)，技術(shù)管理子系統(tǒng)，設(shè)備管理子系統(tǒng)等系統(tǒng)。

5 結(jié)語

通過不斷實(shí)地調(diào)研和考察，結(jié)合海外項(xiàng)目特點(diǎn)，設(shè)計(jì)人員在客貨車輛檢修方面提出了客貨共庫兼修、充分利用當(dāng)?shù)刭Y源、換件替代檢修等措施，不僅滿足車輛檢修運(yùn)用要求，還大大減少了設(shè)備的閑置浪費(fèi)，減輕了當(dāng)?shù)貑T工的勞動(dòng)強(qiáng)度。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際，車輛運(yùn)行安全監(jiān)控系統(tǒng)配置了國內(nèi)較為成熟實(shí)用的紅外線探測系統(tǒng)，滿足列車運(yùn)行安全監(jiān)控的要求，同時(shí)提出了車輛綜合管理系統(tǒng)的概念，車輛綜合管理系統(tǒng)集成了客貨車輛檢修、運(yùn)用、管理等功能。蒙內(nèi)項(xiàng)目已于2017年6月1日正式開通，經(jīng)現(xiàn)場反饋，蒙內(nèi)項(xiàng)目車輛設(shè)備設(shè)計(jì)滿足現(xiàn)場實(shí)際需要，得到了運(yùn)營單位的認(rèn)可。建議在其他海外項(xiàng)目中，車輛設(shè)備設(shè)計(jì)應(yīng)充分調(diào)查當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，結(jié)合當(dāng)?shù)靥攸c(diǎn)并充分利用當(dāng)?shù)刭Y源，充分與業(yè)主溝通，在滿足需求的前提下盡量減少不必要設(shè)備的配置，參照國內(nèi)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)合理優(yōu)化設(shè)計(jì)。

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