神華貨車狀態修檢修模式模擬試驗方案設計*

宋宗瑩，苗曉雨，丁 勇，熊 芯

（1 中國神華能源股份有限公司，北京100120；2 中國鐵道科學研究院集團有限公司 機車車輛研究所，北京100081）

不同于傳統的計劃修檢修模式，神華鐵路貨車狀態修檢修模式是以鐵路貨車使用可靠性為前提，列車運用狀態有效監控為基礎，實現鐵路貨車狀態綜合判別和精準維修的檢修體系，是一種針對性修程與針對性修理相結合的檢修模式。通過對列車運行過程中車輛及零部件規律性和離散性故障的研究，完成不同批量失效零部件修程周期的合理匹配，采用不同的針對性修程對整列車進行針對性修理是依托于檢修歷史數據，通過大數據分析及診斷模型等科學手段，對固定編組的整車列及車列中的個體車輛進行有效狀態判定，從而給出對應檢修修程的預測。通過HCCBM 系統（鐵路貨車狀態監測維修系統）對運用中的故障進行分級推送及預報，是預測修和預報修相結合的一種檢修模式；另一方面，狀態修的檢修體系，也是一種固定修和彈性修有效結合的檢修模式，在不同狀態修程固定的同時留有一定的彈性，以應對突發的預警預報故障。總之，與計劃修相比，狀態修的修制模式更加簡單、靈活，更加具有針對性，以追求整體檢修系統成本的明顯降低。

1 模擬試驗的必要性分析

狀態修檢修模式模擬試驗，是狀態檢修系統工程成套技術從理論走向實踐的關鍵一環，是神華鐵路貨車“狀態修”創新機制的一次初步實踐和驗證。作為全新建立的科學試驗平臺，模擬狀態修試驗設計在有限的試驗樣本下進行實車的模擬線路運行試驗，以期通過試驗，對零部件失效規律、零部件壽命管理體系和狀態修工藝規程等基礎性研究成果進行適應性驗證。通過試驗，建立零部件失效演變過程與里程的關系，驗證零部件失效規律模型的準確性；明確狀態修模式下的零部件壽命管理劃分，對零部件延長檢修周期、調整檢修限度的準確性、合理性進行試驗驗證；設計不同檢修模式下的對比試驗，對狀態修模式與既有計劃修模式的試驗數據進行對比研究，對狀態修檢修范圍、檢修工藝和質量標準制定的合理性進行驗證。

然而，我國的鐵路機車車輛長期實行預防性計劃修，鐵路貨車狀態修在我國還未有任何的實踐經驗，模擬狀態修試驗是一項具有挑戰性和開拓性的試驗工作。模擬狀態修試驗涉及整個狀態修體系的各個環節，比如運輸組織、調度指揮、貨車檢修工藝與布局、貨車運用及檢修、地面監測等，相互交織、相互關聯、情況復雜，試驗順暢實施會面臨較大困難，因此建立嚴密的試驗組織領導下有效運轉的試驗平臺，是試驗正常有序運轉、數據可靠獲得的有力保證。為此，從試驗方案設計思路、試驗方法、試驗方案、試驗組織結構、試驗列車選擇、跟蹤檢測、數據匯總分析等多方面進行了深入的分析與研究。

2 試驗設計思路及方法

2.1 試驗設計思路

（1）為達到試驗目的且不影響神華正常運輸工作，最大程度模擬真實情況，因此，設定試驗期間模擬狀態修試驗列車將在神華鐵路線路上正常進行貨物運輸試驗。由于試驗列車與以往計劃修列車在運行及檢修模式上會發生很大變化，特別是試驗中會有部分車輛采取特殊設置，突破部件原有檢修限度或使用檢修年限，所以需要銜接日常運輸及檢修工作進行方案設計，并且建立試驗監測應急反饋機制，達到有指揮系統、有組織章程、有細則流程、有人員設備、有風險監控的試驗列車開行條件，有序推進各項驗證試驗實施。

（2）在應對各種復雜實際狀態修場景的同時，試驗設計需要統籌安排試驗，優化所需試驗項點，以滿足各項研究的需求，實現多因素、多目標課題條件下的同步推進及總體實施過程的互不影響，達到少量的試驗次數。有限的試驗車列，縮短的試驗周期，獲得最優的技術方案與結果，從而提高試驗效率。在試驗進程中，根據研究工作的進展和某些實際情況，可靈活增加一定試驗項點，具備高效的試驗控制能力及擴展能力。

（3）試驗數據包括通過HMIS 查詢的初始數據、試驗運行技術檢查記錄數據及試驗列車回送檢測數據、運行監測數據等。因需求和驗證目的不同，關鍵指標的呈現形式不同，數據和結果的表示方式也不同，需通過分類梳理甄別，分析和統一試驗過程中的各類數據，實現數據及時獲取、共享交換、方便使用。

2.2 試驗方法

狀態修模擬試驗首先通過對神華下屬涉及鐵路貨車及零部件維修業務分公司的現場調研，收集各分公司情況、各級檢修現狀，以及現有的運用、檢修、列車運行相關的管理制度、應急預案、運用車間的管理制度等，并對HMIS 系統和4T 數據情況進行詳細了解。同時充分研究零部件失效規律、壽命管理體系、狀態修工藝規程等各項試驗目標，從試驗的實施方案設計入手完成研究的總體勾畫，通過結合既有的機構與管理制度，建立適應模擬狀態修運行試驗需求的組織管理機構，及完備的模擬狀態修試驗配套管理制度，形成有組織、有管理和有技術支持的試驗平臺。采用設置車輛配件參數及試驗工況的方式，模擬不同狀態下車輛的運行，采取不同的檢修規程或檢修工藝技術要求，模擬2 種不同模式下試驗列車的運行；采取試驗列車的運行實時監控及定期跟蹤測試，完成試驗數據的采集與積累。通過試驗數據的階段統計、對比及綜合的匯總分析，達到試驗的預期目標、并最終確立試驗成果。試驗方法流程如圖1所示。

圖1 試驗方法示意圖

3 試驗方案

3.1 建立試驗領導機構與管理辦法

狀態修模擬試驗需在嚴密高效的組織與管理下開展，并在試驗過程中不斷完善提高。高效嚴密的組織與管理是列車安全運行、試驗順利進行、數據準確可靠的保證。

設計建立模擬試驗工作領導小組與試驗管理辦公室，制定狀態修模擬運行試驗綜合管理辦法。試驗工作領導小組為試驗的決策機構，負責審批試驗有關管理制度與工作標準，審批試驗大綱與具體試驗計劃，協調試驗有關重大事項與應急處置總體指揮。下設試驗管理辦公室作為模擬試驗的日常管理機構，負責協調處理試驗列車在整備、日常運用、定期檢測與維修、復型等各項工作，并在滄州維修分公司建立現場辦公室；同時建立試驗列車整備協調會機制、建立月度例會機制、建立運行信息定期反饋機制，并對故障配件存放、列車編組及臨修處置、定期檢查與測量提出具體要求。

3.2 試驗制度及培訓

根據前期調研結果并結合試驗目標，制定綜合管理辦法、試驗大綱、運用試驗細則、每小列試驗整備細則、貨車定位追蹤設備實施細則等一系列試驗制度和現場指導性文件。

結合試驗關于狀態修修程設置方案、各級修程檢修作業重點內容、模擬試驗對運用工作中涉及技檢作業、故障記錄與反饋等有關要求，對運用部門人員進行現場培訓。

3.3 試驗列車的選取

狀態修模擬試驗方案設計，充分考慮狀態修研究的總體試驗需求，對試驗項點參數設置的必要性、科學性以及可操作性進行梳理和研判，合理選擇不同生產時期及不同檢修時段的試驗列車樣本，分階段組織開展試驗，使每列試驗列車承載的試驗任務既有交叉又不相互影響，保證試驗結果的有效性。

因C80、C70A型敞車是目前神華鐵路運輸的主力車型，占軸重23 t 及以上車型車輛總數的近七成，是主要納入狀態修體制的車型，因此選取C80、C70A型車作為裝車模擬試驗車型。充分考慮試驗目標要求，選定代表不同服役期特點的列車。首先從列車編組和貨車檢修信息中，對檢修分布進行研究，然后進行各種組合，最終篩選出適合試驗需求的推薦小列號，對于符合扣車條件、但數量較少的車輛安排提前預扣。

試驗列共計18 列試驗單元小列，988 輛車；No9～No14 列設置有對應的計劃修比較列車共6輛，332 輛車，見表1。

表1 試驗列車編號及扣車要求對應列表

（1）零部件失效規律研究試驗列

通過模擬試驗深入研究零部件失效形式與失效規律，建立零部件失效演變過程與里程的關系，驗證零部件失效規律模型的準確性。

制定No1～No4 列試驗細則，在試驗列初始整備時，對轉向架、鉤緩、制動及落成信息進行檢測記錄，通過人工及機器設備測量的方式記錄試驗列零部件起始數值，形成初始數據庫文件，以便于在回送檢測時再對零部件進行跟蹤測量，從而獲得相應的磨耗趨勢及失效規律。

（2）零部件壽命管理研究試驗列

通過模擬試驗對部分零部件延長檢修周期、調整檢修限度的準確性、合理性進行試驗驗證。試驗列同時搭載振動性能測試和柔性標簽試驗。

制定的No5～No8 列試驗細則，開展輪徑差檢修限度從1 mm 調整到2 mm 的試驗驗證；通過設置15 種磨耗件36 個不同工況，開展磨耗件磨耗速率、裂損、脫出、丟失故障率，檢修限值及延長檢修周期合理性的試驗研究；開展橡膠件裂紋擴展速率、剛度變化和永久變形速率等試驗研究，驗證延長檢修周期的可行性；開展車鉤托梁腐蝕件突破腐蝕限度3～4 mm 繼續使用的試驗驗證；開展第1次廠修車按段修檢修，試驗驗證延長檢修周期的合理性；開展制動部件風缸、塞門、組合式集塵器通過漏泄試驗及閘調器性能試驗，確認作用性能良好，進行不分解檢修，延長檢修周期可行性的試驗驗證。

（3）工藝規程研究試驗列

通過模擬試驗研究狀態修各級修暫行技術要求執行操作的可行性，初步驗證狀態修檢修工藝規程（初稿）的準確性與合理性。

按試驗大綱和試驗細則及狀態修一修、二修、三修和四修技術要求，開展C80型、C70A型敞車的狀態一修（Z1 修）、狀態二修（Z2 修）、狀態三修（Z3修）和狀態四修（Z4 修）的狀態修模擬試驗列整備工作及試驗列開行，并對應開行計劃修的比較列。

Z1 修：針對整列車閘瓦批量磨耗到限的狀態，對全列車進行全面檢查，并對個別技術狀態不良車輛檢查確認并處理。

Z2 修：針對輪軸、鉤舌、制動閥等部分關鍵零部件磨耗到限、壽命集中到期的狀態，對全列車進行全面檢查，進行批量更換和檢修。

Z3 修：針對關鍵零部件壽命集中到期的狀態，對全列車進行全面檢查，對鉤緩、轉向架等進行分解檢查、批量更換和檢修。

Z4 修：針對整列車主要大部件壽命及探傷集中到期的狀態，對車輛及各部位進行全面分解、除銹、探傷、檢測、試驗等，以全面恢復車輛技術性能。

3.4 試驗列車運行跟蹤

狀態修模擬試驗對試驗列車實施全程跟蹤，運行跟蹤如圖2 所示。包括運行里程跟蹤、運行軌跡、列車技術檢查及車輛故障跟蹤、4T 監測數據跟蹤等，實時掌握試驗列車的運行軌跡及運行里程，定期匯總試驗列車的檢測數據和故障及處理數據。

圖2 列車運行跟蹤圖

結合車載北斗設備和分公司匯總的人工記錄數據對試驗列車進行運行試驗跟蹤，實時掌握試驗列車的運行軌跡及實時里程，形成試驗列車運行循環跟蹤數據表，掌握試驗列的主要運行線路、運行軌跡、到站及發車時刻及卸載與裝載區間等，累計計算空重車運行里程與運行時間、累計計算總運行里程及運行時間、總裝載時間和周轉時間等。各列檢作業場對試驗列車進行常規列檢，并建立專門試驗列車記錄臺賬，各運用車間記錄運用技檢作業及試驗貨車的故障統計情況，匯總形成試驗列車車輛故障跟蹤記錄表。

3.5 試驗列車回送檢測及動態檢測

對各試驗列車的運行里程進行實時跟蹤，回送檢測流程如圖3 所示，試驗列車在運行達到檢測間隔里程時安排停輪進行相應檢測。當試驗列車臨近扣車里程3 000 km 時，屆時提前提出停輪計劃和檢測要求，并將停輪計劃通報試驗管理辦公室，由貨車公司生產調度指揮中心安排試驗列運輸回送到黃驊港卸載，再由滄州分公司或黃驊港列檢所負責進行試驗列車的停輪扣檢。

圖3 列車回送檢測流程圖

檢測工作由試驗組人員與滄州分公司或黃驊港列檢所現場工作人員共同完成。根據試驗大綱要求，試驗檢測間隔為每5 萬km，停輪扣車進滄州分公司車間檢測，對于輪對、閘瓦的測量適當加密到每2.5 萬km，停輪在黃驊港港前列檢所檢測。

針對研究零部件失效規律，各列定期回送時，對指定位次的24 輛車進行集中測量檢查，每2.5萬km 對車輪和閘瓦進行檢測，每5 萬km 除對車輪和閘瓦進行檢測外，還對鉤緩裝置進行檢測，檢測內容為：按段修標準檢查緩沖器，對車鉤進行分解檢查檢測，并對鉤體、鉤舌、牽引桿進行探傷。

針對研究零部件壽命各列定期回送時，對指定位次的46 輛車進行集中測量檢查，每2.5 萬km對閘瓦和車輪進行檢測，每5 萬km 對閘瓦、車輪和關鍵非金屬件進行檢測，最后1 次復型檢測時對閘瓦、車輪、關鍵非金屬件和關鍵金屬件進行檢測。

針對研究工藝規程的試驗列車，是否進入相應級別的整備，則依據工藝規程課題組提供的各級整備修暫行技術要求的初步指導文件執行。

3.6 試驗數據匯總整合

狀態修模擬試驗對試驗列車及車輛進行完備和準確的試驗數據跟蹤檢測和記錄，建立以試驗扣車初始數據信息、編組數據信息、整備及回送數據信息、運行跟蹤數據信息和結束復型檢測數據信息的全過程數據檔案，以及數據統計分析檔案，見表2。

表2 試驗列車及車輛檔案

4 結束語

神華狀態修的檢修模式模擬試驗已于2018 年11 月啟動，按照方案設計搭建了高效嚴密的組織管理試驗平臺，到2020 年3 月已累計安全、順利運行12 個月，累計完成完整往返運行1 300 個，總運行里程達210 萬km，通過方案有效有序的實施推進開展工作，為故障統計分析、可靠性分析、壽命預測等基礎研究提供了充分的數據支撐，將初步研究成果通過線路實際運行試驗予以驗證，并用試驗結果查找需要重點突破解決的瓶頸難題，推進研究結果的不斷修正和完善，對比不同檢修模式下的試驗結果，從而為狀態檢修運輸組織模式、檢修整體布局與工藝布局、運用整體布局以及監控檢測系統布局等優化與完善提供數據支撐。隨著鐵路貨車信息化檢測設備的功能不斷拓展應用和模擬試驗對各項研究成果的研究驗證，狀態修會逐步實現判別指導與檢修流程結合，實現綜合評判，后期有待進行狀態修綜合驗證試驗對狀態修檢修模式的安全性、可靠性、經濟性等內容和初期的研究成果進行進一步修正完善。