全壽命管理在城市軌道交通車輛檢修中的應用

馬輝 王明超 張曉杰

摘 要：城市軌道交通已經成為現代城市交通體系的重要組成部分，并且正在逐步融入我國的各個大中城市。根據行業相關數據統計，截止2020年底，國內共有45個城市開通城市軌道交通線路244條，運營線路總長度7969.7公里。為了保證城軌車輛穩定、安全運行，需要對車輛進行定期維護保養，同時車輛維修的成本隨著運行時間的推移，也持續攀升。本文結合對城市軌道交通維修經驗，對城市軌道交通車輛全壽命周期的階段進行陳述，并對城市軌道交通車輛部件使用過程中全壽命周期進行了分析，優化部件使用周期，降低車輛維修成本。

關鍵詞：全壽命管理;軌道交通;車輛檢修;應用

1部件全壽命研究的意義

據統計，車輛購置成本約占車輛全壽命周期成本的50%，因此在城市軌道交通車輛選型時應充分考慮車輛全壽命周期。目前地鐵車輛的設計壽命一般為30年，車輛在使用過程中需要定期維護。年檢以下維修件更換率低，成本低，主要為檢修工人的人工成本。在卸車檢修（廠修）的維修周期中，需要更換大量的必要的、有故障的零部件，導致維修成本高。按列車30年的使用壽命計算，壽命期內需進行3次架修和2次大修，總費用基本等于車輛采購費用。因此，研究城軌整車零部件的全壽命管理對于控制運營成本和安全性具有十分重要的意義。

城軌車輛的壽命管理主要是對在用設備的運行維護管理。其出發點是從設備可靠性的角度出發。它具有維護管理的相關內涵，以保證設備的穩定可靠運行，包括設備資產的物質運動形式，即設備的安裝、使用、維護和更換，反映設備的物質運動狀態。

2部件壽命分析基礎

2.1車輛制造廠提供的維修手冊

對于大多數有地鐵的城市來說，城市軌道交通正處于發展的初級階段，在車輛維修方面經驗很少。在車輛維修過程中，維修程序主要以車輛制造廠提供的維修手冊為依據。車輛部件供應商往往考慮極端的運行環境，給出相對保守的部件使用壽命值，車輛在正線上運行的環境是不同的。按照維修手冊中的更換時間，零部件達不到使用壽命，會導致過度維修和資源浪費。另一方面，車輛維修手冊中給出的部件使用壽命有時與維修部門的維修計劃不一致，這往往導致早修或失修的問題。例如，按照維修手冊提供的維修時間，西安地鐵2號線空調機組離心風機、冷凝風機需要4年更換，整臺風機需要8年更換。車輛整體保養計劃為5年架修、10年大修，與風機建議保養時間不同。如果完全按照維修手冊中推薦的維修時間制定維修計劃，會給維修帶來不便，大大增加車輛的留庫檢修時間，降低車輛的正線運營利用率。

2.2在用部件故障率

維修手冊對大部分部件沒有明確的壽命要求。因此，根據車輛的日常使用情況，對部件故障進行統計，對于故障率高的部件可以在相應的維修過程中進行更換。如西安地鐵2號線客室變幅風機維修手冊中，要求每4年更換一次風機軸承，每1.5萬小時更換一次擺動電機。對風機的整體更換周期沒有明確要求。但從日常使用中發現，變幅風機的故障率隨著使用壽命的增加而逐漸增加，在架修過程中，90%以上的風機故障被發現。架修過程中，故障率高的葉輪端部需要修復，大修時需要更換或改造。

2.3同行業內該部件的維修情況

國內一些城市的軌道交通發展較早（如廣州、北京、上海等），目前具有較為豐富的維修經驗。車輛的維修方法可供參考。對于同一系統的部件，特別是同一廠家的部件，必須充分參考同行業的維修程序，結合自身情況制定。例如，根據維修手冊，在5年架修過程中，未要求進行車鉤部件的探傷作業，但是前期在車鉤架修調研的過程中，發現廣州地鐵、深圳地鐵等國內架修成熟地鐵公司，部分線路使用的電客車車鉤與西安地鐵相同。兩公司在車鉤維修過程中，都對車鉤的關鍵部位進行了探傷，在維修過程中也發現了關鍵部位的裂紋。最后，經過國內地鐵專家的評審討論，確定在西安地鐵電動客車車架維修過程中，車鉤關鍵部位發現鉤舌裂紋、壓潰管裂紋、連接卡環裂紋等不同程度的探傷裂紋。

3影響部件壽命的原因分析

3.1使用環境對部件壽命的影響

部件規定的使用壽命僅為在特定環境下設定的使用壽命。日常使用環境不同，也會對零部件的使用壽命產生很大影響。中國地域遼闊，南北環境差異大。同一部件在深圳和廣州的使用壽命可能與西安不同。主要因素包括線路、溫度、濕度、灰塵、海拔、人為因素等。

線路條件：運營線路的情況，對車輛運行磨損情況會造成直接影響。如運營線路的彎道情況，對輪緣磨耗影響較大;線路的鋼軌波磨情況，對車下部件的機械疲勞影響較大;段廠線路最小曲線半徑的大小，對貫通道等車間連接部件造成影響。

溫度效應：如果元件在運行中溫度過高或過低，超過允許極限時可能導致失效。

濕度影響：一般情況，運行環境濕度增加，會提高多種部件故障率。

粉塵影響：粉塵影響列車部件的機械配合、電氣設備控制系統等電子部件的可靠性，縮短設備使用壽命，降低部件質量。

海拔效應：海拔1000米為常規條件。

人為因素：人為因素是指由于各種原因，使人對部件沒有概念而引起的設備故障。

3.2日常維護對部件壽命的影響

在日常維護中，對部件壽命的主要影響如下：（1）拆卸或維修零件時，會導致零件磨損。（2）由于不同維修人員的維修技能和習慣不同，必然會對零件造成不同程度的損壞。

4部件運行狀態系統的建立

4.1常態下跟蹤統計部件使用情況

建立車輛部件履歷，對車輛主要部件的進行跟蹤。定期檢查其使用狀態，結合部件運行的數據統計，對部件的狀態進行分析，掌握部件的質量情況。

4.2部件故障率的統計（故障數據庫）

建立部件故障數據庫，對部件的故障的數據進行統計，在相應規程制定前，對故障數據進行分析，根據車輛的故障點、數量等制定合理的檢修規程。

5 各系統部件維修規程的確定

5.1專項檢查和普查工作

車輛大修時，需要維修的零部件很多，因此有必要根據實際專項檢查和普查情況酌情考察大修的必換件。例如，某些組件的使用與季節有關?？照{僅用于夏季制冷，客室電采暖用于冬季。因此，有必要根據季節制定相應的檢查計劃。例如，車輛的傳動裝置主要承受整車的重量。估計可能出現大客流時，要重點檢查車輛的走行機構。

5.2修程的確定

目前，修程主要包括列檢、月修、定（年）修、架修、大修等，還有用半月檢、月檢代替列檢、月修的檢修模式，在制定相應的維修程序時，除維修手冊外，還應根據同行業的維修情況、部件狀態評估、部件的使用壽命，確定相應的維修方案，最終確定修程，及各修程內狀態檢查部件、必換件、偶換件清單。

6結論

6.1維修模式初步制定：以維修手冊為主要依據，結合行業內其他城市軌道交通車輛的維修經驗。同時，考慮運行工況對部件使用壽命的影響。

6.2根據實際檢修情況進行修程修訂。在保證零部件安全運行的前提下，充分發揮其內在特性，利用其自身的可靠性，最大限度地發揮其使用價值，做到不失修、不欠修、不提前修，減少維修工作量，達到節約維修成本的目的。

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