北京動車段轉向架檢修間擴能改造工藝設計研究

歐陽鵬

(中國鐵路設計集團有限公司,天津 300251)

我國動車組檢修設施按照“檢修集中”的原則,在全路設置了北京、上海、廣州、武漢等7個動車段,承擔全路動車組三、四、五級修作業[1-3],第一批動車段投入運營已接近10年,各動車段對動車組檢修技術的掌握程度愈加熟練[4-8],在后續的動車段擴建工程中,結合實際檢修需求及工藝對動車段高級修設施布局的研究也越發成熟[9-11]。許多學者進行相關研究,王利鋒提出大規模動車組高級修布局方案及檢修能力均衡性分析方法[13];歐陽鵬基于CRH2型動車組轉向架檢修間工藝布局,提出動車組轉向架檢修流水線設計及工藝節拍均衡性理念[14]。以往研究為類似動車段新建及擴建工程提供了參考[15]。

北京動車段占地約120hm2,高級修版塊設有4線8列位三級修庫,3線6列位四五級修庫、10線10臺位油漆庫,2線4列位靜調庫,以及轉向架檢修、零部件倉儲等設施(見圖1)。北京動車段工程于2007年8月開工建設,2009年11月26日動車組三級修率先投入使用,12月28日完成首列動車組三級修。

圖1 北京動車段高級修現狀設施情況

北京動車段既有架車能力:三級修112組/a、四級修36組/a(或五級修31組/a),靜調能力83組/a(僅能滿足三級修),受既有檢修工藝限制和靜調能力、轉向架檢修能力的共同制約,理論上年檢修能力為三級修83組/a,實際完成三級修80～90組/a,現狀能力已經飽和。

隨著高速鐵路運營里程不斷增長,全路新造動車組數量持續增加,2020年,全路配屬達3900標準組,包括北京動車段在內的全路7個動車段高級修工作量均將大幅增加。按照國鐵集團總體規劃,北京動車段需滿足配屬600組動車組(年產生三、四、五級修工作量分別為150組、75組、75組)全部三、四級修及部分五級修的高級修任務,后續結合修程修制改革,進一步預留一定發展空間。因此,亟需對北京動車段進行擴能改造。

擴建工程主要內容包括:建設并配套完善三級修設施、增加四、五級修設施、轉向架檢修間擴能改造、油漆庫和零部件倉儲等設施,以下重點對轉向架檢修間擴能改造工藝設計方案進行研究。

1 既有轉向架檢修間存在的問題

1.1 既有轉向架檢修間介紹

轉向架檢修間是北京動車段的基礎檢修板塊,承擔著高速動車組轉向架檢修任務,位于北京動車段西北角。轉向架車間現有職工249人,設立14個班組。

既有轉向架檢修間長276m、寬99m,建筑面積為28000m2。自南至北設置4跨,跨度分別為18m、27m、27m、27m,內設轉向架清洗、轉向架轉盤、自立式起重機、轉向架舉升機、轉向架立體存放設備、靜載試驗臺、空心軸超聲波探傷、車輪鏇修設備、齒輪箱清洗等設備,用于轉向架及部件的分解、清洗、檢修、檢測、組裝、輸送等。轉向架檢修間平面及工藝流程見圖2。

圖2 現狀轉向架檢修間平面及工藝流程

在既有轉向架檢修間西側,設有CRH-2型動車組轉向架檢修間1處,可以滿足CRH-2型動車組轉向架三級檢修作業需求;轉向架檢修間北側設有大部件存放庫1座,東側設有材料庫1座。CRH-2型動車組轉向架檢修間、大部件存放庫及材料庫與轉向架檢修間位置關系見圖1。

1.2 轉向架檢修間存在的問題

轉向架檢修間存在工位設置不合理、檢修工序倒流等問題,不能滿足動車組檢修需求。對既有轉向架檢修間工藝布局進行合理調整,配套相關檢修、試驗、輪對存放設施,對提升既有轉向架檢修能力很有必要。

具體存在問題如下。

(1)既有轉向架檢修間工藝不暢

既有轉向架檢修間工藝不暢,僅具備CRH3、CRH5 型動車組檢修能力6 個轉向架/d,折合每年僅能完成CRH3、CRH5 型動車組93 組。既有轉向架檢修間工藝不暢體現如下。

①轉向架清洗工位設置不合理

目前,2條構架檢修流水線分別配置有1個轉向架清洗間、1個構架補洗間,該設計按照轉向架預分解、轉向架清洗、轉向架二次分解、構架/輪對補洗的流程設計。隨著動車組高級修工作檢修經驗的積累,為避免轉向架清洗時軸端軸承、轉向架管路及各類傳感器進水發生故障,取消了轉向架清洗工序,目前轉向架清洗間閑置。

另外,由于構架補洗間面積過小,在進行構架/輪對清洗過程中,產生的水汽、塵土、污水等影響整個檢修庫內作業環境,無法保證作業區域內濕度、落塵量的相關指標要求,對轉向架整體檢修質量提升造成嚴重制約。

圖3 轉向架清洗間及構架/輪對清洗間

②北線部分車型轉向架分解、組裝工序倒流

CRH3、CRH5 系動車組轉向架設計復雜,轉向架一系組成須在加壓條件下才能分解,但由于一系加壓分解設備處于構架流轉檢修設備東端下方,設計預留作業高度不足,轉向架在加壓拆除一系垂向止檔后,無法實現輪對、構架分離,須返回轉向架分解工序進行分離,造成分解工序倒流,影響檢修進度。

北線一系加壓組裝設備設置在構架流轉檢修設備西端下方,受預留作業高度不足、吊運小車無法橫移、天車無法配合作業等影響,在檢修CRH3、CRH5系動車組轉向架時,無法滿足轉向架一系加壓組裝的工藝要求。實際作業中,改在轉向架二系組裝位置進行一系組裝,組裝后倒回至一系加壓調整工序進行加壓調整,調整完畢后再次返回二系組裝臺位進行二系組裝作業,造成工序倒流,嚴重影響檢修效率。

③構架流轉檢修設備無法滿足生產需要

現有2條構架檢修流水線中,南線為2013年新建成投產,可基本滿足CRH3、CRH5 系動車組檢修需要;北線為2009 年投產使用,目前不能滿足檢修需要,主要存在以下問題:懸吊及移動方式單一,無法兼顧各種車型;預留作業空間不足,無法滿足檢修需要;設備應變能力差,嚴重影響檢修效率。

④構架檢修緩存區域不足的問題

實際作業中,構架檢修修時較輪對及其它返廠部件檢修修時短,構架檢修完畢后需等待其它配件檢修返回后再進行組裝,同時生產中偶換配件供應遲緩影響轉向架組裝問題時有發生,故構架檢修完畢后必須安排緩存位置存放,但原轉向架庫設計中構架緩存位置不足,目前只能臨時占用2條構架流水檢修設備中間通道,以用于構架緩存。

圖4 構架緩存區域面積不足

(2)輪對存放能力不足

截止2019底,北京動車段備用輪對數量約1150條,受場地限制,所有輪對存放于轉向架車間輪對立體存放庫、轉向架車間輪對線、材料科高價件庫和四、五級修庫轉向架輸送線軌道(現四、五級修檢修任務量少,軌道暫時可存放備用輪對)。

現輪對立體存放庫存放動車組輪對205條、大部件存放庫存放70條、轉向架檢修間輪對緩存線存放除正常檢修外備用輪對105條,另770條備用輪對存放于四、五級修庫等地點,這些備用輪對存放分散、管理不便,且占用四、五級修庫、轉向架檢修間等檢修場地。

由于檢修范圍的擴大和數量增加,輪對儲備數量增加。現狀轉向架檢修間內輪對立體存放庫存儲能力有限,隨著檢修能力的提升,其存儲能力不足,需要相應調劑輪對存放場地及輪對存儲用房。

2 轉向架檢修間擴能改造布局

2.1 基本原則及思路

(1)基本原則

①充分利用既有動車段場地,最大限度的保留現有房屋、設備等,最大化的節約資源。

②充分解決現狀存在的檢修工藝不暢問題,提升輪軸檢修及輪對存儲能力,全面提升轉向架車間整體檢修能力。

③轉向架檢修車間各工序間需保證流暢,各工序能力均衡。

④結合北京動車段擴能工程整體規劃,保證轉向架檢修能力與車體檢修能力匹配。

⑤轉向架車間擴能方案應充分考慮動車段維修車型轉向架檢修工藝需求。

(2)基本思路

針對轉向架間內局部檢修工序倒流且工藝不暢、輪軸檢修能力與轉向架檢修整體能力不匹配、轉向架間輪對存儲能力不足等問題,提出適應性改造方案。將轉向架清洗分解功能調整至五級修庫邊跨,綠色環保且布局合理;庫內倒流工序針對性的進行調整,作業流暢且科學合理;原單方向2條轉向架主流水線調整為雙方向4條主流水線,增加輪軸檢修線及輪對存儲能力。

2.2 擴能改造布局

(1)利用既有四五級修庫邊跨(20～32軸場地)設轉向架分解清洗間,原轉向架檢修間內分解清洗功能均移設至此處,設置轉向架分解(二系、一系加壓、構架部件分解)、構架及輪對清洗、打磨工位。

(2)在既有轉向架檢修間原轉向架分解組裝跨(轉向架檢修間B軸與C軸間)設置轉向架組裝區域,中部設構架交驗緩存區,依次往東、西兩個方向形成4條轉向架組裝線,并設置轉向架落成、一系加壓、二系組裝、靜載試驗、返修、交檢交驗等工位。

(3)對既有轉向架檢修間原小部件檢修跨(轉向架檢修間C軸與D軸間)進行改造,設置構架檢修預組裝區、搖枕檢修區,同時北側新增輪軸檢修線1條,移設及新增部分設備,利用既有電機檢修間位置設置同溫組裝間。

(4)對既有轉向架檢修間輪軸檢修跨(轉向架檢修間D軸與E軸間)進行改造,對部分設備進行移設,同時對輪軸大修區域進行合理規劃,延長既有同溫組裝間。

(5)利用既有轉向架檢修北側配件庫新建齒輪箱檢修間(預留區域)及轉向架周轉件緩存區,利用轉向架檢修間北側空地新建轉向架周轉件存放棚。

(6)重新規劃轉向架檢修間南邊跨,設置小部件檢修間。

(7)利用既有材料庫調整為輪對立體存放庫(暫按1200條輪對存儲量考慮),既有庫內輪對立體存放庫調整為配件倉儲周轉區。

轉向架檢修間擴能改造布局見圖5。

圖5 轉向架檢修間改造平面布置及工藝流程

3 轉向架檢修間擴能改造后能力分析

3.1 能力分析

改造后轉向架檢修間流水線數量:轉向架分解線2線、轉向架組裝線4條、輪軸線3條,輪軸大修線1條。

另外,既有CRH2型轉向架三級修檢修間設計能力為8個轉向架/d,該庫只能承擔CRH2型動車組三級修檢修任務,且只有部分轉向架分解組裝功能,無輪軸檢修功能。結合北京動車段主修車型定位,該庫僅作為北京動車段轉向架檢修能力的局部補充。

結合改造后的轉向架檢修間及既有CRH2型轉向架三級修檢修間能力,檢修節拍約為24個轉向架/d,具體轉向架檢修間關鍵臺位能力分析見表1。按300 d工作制測算,不均衡系數取1.2,折合檢修能力為375組/a。

表1 轉向架檢修間關鍵臺位理論能力(單班8h)

3.2 與其他檢修版塊匹配性

本次北京動車段高級修設施補強工程中,對三級修能力進行適當補強的同時,重點對四、五級修能力進行了補強,充分利用既有四、五級修庫資源。補強后,總體布局布緊湊,新建設施功能齊全,動車組各項作業順暢,各項作業交叉干擾較小,且各檢修分區功能集中,便于管理。

對2020年動車組三、四、五級修能力(修時30d、45d、50d)進行測算,預測檢修能力為三級修150組,四級修120組或五級修60組,可滿足配屬600組動車組全部三、四級修及部分五級修的高級修任務。

2030年,隨動車組檢修經驗的積累以及檢修方式檢修工藝進一步完善,各動車段高級修檢修停時預計逐步縮短,對三、四、五級修(修時15d、25d、30d)能力測算,預測檢修能力為三級修250組,四級修170組或五級修80組,可滿足配屬1000組動車組全部三、四級修及部分五級修的高級修任務。

鑒于國鐵集團機輛部計劃進行動車組定檢公里再 次延長(三級修由120萬km延長至165萬km),北京動車段高級修設施補強工程實施后,可滿足動車組配屬數量(高級修任務),后續結合修程修制的調整亦有增加的空間。

4 結語

轉向架檢修間是動車段最重要的高級修設施之一,其檢修工藝復雜,合理的工藝設計是實現檢修功能、能力和效率的重要因素。從分析北京動車段既有轉向架檢修間工藝及設備設施布局存在的問題入手,對擴能改造的必要性和改造方案進行分析,提出對既有轉向架檢修間擴能改造的原則、思路和改造的方案,并對該車間改造后預計形成的檢修能力進行分析研判,同時也與動車組其他檢修板塊的匹配性進行了分析。結果表明,改造方案調整、優化了轉向架間平面布置,配套設置了相關檢修、試驗、存放設施,提高了北京動車段轉向架檢修間檢修能力,檢修能力可由6個轉向架/d大幅度提升至24個轉向架/d。