動車組綜合落成設備研究與應用*

胡 平

（中鐵第一勘察設計院集團有限公司 環境與設備設計院，西安 710043）

隨著高鐵線網的不斷擴充以及動車組配屬量的大規模增加，為滿足動車組的運用檢修需求，全路已建成多個動車段、動車運用所以及存車場，其中北京、上海、廣州、武漢、西安、成都、沈陽共7個動車段具備動車組高級修能力，主要承擔全路動車組的三、四、五級檢修任務。

動車組高級修過程中單節車輛在架車組裝后需要進行稱重試驗及尺寸測量。常規設計中將車輛架車組裝、稱重試驗與尺寸測量工位布置于不同庫房或者同一庫房不同位置。車輛架車組裝后經移車運送到稱重工位，如稱重試驗不合格時需將車輛回送至組裝工位進行調簧或加墊作業，之后再返回到稱重工位，即稱重測量、調整、再稱重測量，如此反復直到稱重達到要求為止。該作業方式車輛轉運距離長，作業環節往復頻繁，作業流程的連續性和協同性差，不利于檢修作業效率的提升［1-5］。

車輛架車組裝工位目前廣泛運用地坑式架車機組，其主要功能是為完成車輛轉向架與車體的組裝作業。地坑式架車機組由2臺單坑架車組裝裝置組成，每臺單坑架車組裝裝置由車體舉升單元、轉向架舉升單元等部分組成［6-9］。

車輛稱重試驗工位設置稱重設備，其主要功能為完成車輛的輪重、輪重差、軸重、軸重差及總重等測試工作。車輛稱重試驗設備主要由稱重單元、支撐軌道、稱重傳感器、工作軟件等組成［10-12］。

尺寸測量工位目前主要采用人工手持測量工具的作業方式，在車輛自重負荷前提下對車體及轉向架關鍵零部件的相對高度與間距進行測量，測量值不得超出檢修規程規定的公差標準。對影響尺寸不合格的零部件作必要調整，使其測量值滿足相應檢修標準［4-5］。

1 動車組綜合落成設備設計研究

單節車輛架車組裝、稱重試驗、尺寸測量之間作業工序緊密銜接，基于地坑式架車機的作業方式，提出一種融合“架車、稱重、測量”功能于一體的動車組綜合落成設備，實現在架車組裝工位一并完成稱重試驗、尺寸測量作業。

1.1 基于動車組綜合落成設備的檢修工藝流程

以CRH2與CRH3型動車組原3項獨立工位為例，檢修工藝流程如圖1、圖2所示，整個作業過程車輛要反復在3處工位間移動，且多為人力推車，檢修作業效率較低。

圖1 CRH2型動車組原檢修工藝流程

圖2 CRH3型動車組原檢修工藝流程

現研發的動車組綜合落成設備提供了一種新型的檢修工藝流程，如圖3所示，實現在同一工位上完成車輛架車、稱重試驗、尺寸測量作業，減少了車輛轉運移動距離，避免了工位間的流轉，簡化了工藝流程，提高了檢修作業效率，同時優化了廠房內工藝設備布局。動車組綜合落成設備主要作業場景如圖4所示。

圖3 基于動車組綜合落成設備的檢修工藝流程

圖4 動車組綜合落成設備主要作業場景

1.2 動車組綜合落成設備的結構及功能原理

動車組綜合落成設備由2組單坑架車組裝裝置和1套電控系統組成，如圖5所示。

圖5 動車組綜合落成設備總成

每套單坑架車組裝裝置基于地坑式架車機技術，并集成稱重試驗以及尺寸測量作業升降平臺等裝置融合于一體，包括車體舉升單元、轉向架舉升單元、稱重試驗裝置、升降平臺、伸縮平臺等，如圖6所示。根據功能原理，動車組綜合落成設備主要劃分為架車組裝裝置、車輛稱重試驗裝置、車輛尺寸測量配套作業平臺3部分。

圖6 動車組綜合落成設備單坑架車組裝裝置設備組成

1.2.1架車組裝裝置

架車組裝裝置由車體舉升單元、轉向架舉升單元、主機架3部分組成，如圖7所示。主機架由過橋梁、支撐立柱、支撐橫梁等組成。車體舉升單元的導向軌、轉向架舉升單元驅動裝置的安裝梁均依靠主機架進行固定安裝。

圖7 架車組裝裝置組成

車體舉升單元的作業過程包括車體舉升單元整體移動、舉升柱升降、托頭伸出3組動作。車體舉升單元整體移動采用電動推桿作為驅動力，導向機構設計避免車輛傾覆的危險；車體舉升采用減速電機直接驅動絲杠螺母機構，絲杠具有自鎖功能，保證在行程范圍內的任意高度內均可停機，并且采用PLC控制各絲杠的同步性；托頭伸縮行程為410 mm，兼容各型動車組的架車作業，傳動采用絲杠螺母方式，空載時高速就位，負載狀態通過變頻器調整低速運轉。

轉向架舉升單元的每根舉升軌由立柱托舉，立柱底端與舉升框架固定連接，并通過絲杠螺母傳動機構支撐。舉升轉向架時，每根舉升軌支撐轉向架同側2個車輪，整套架車機組的4根舉升軌同步作業完成單節車輛的舉升。根據地坑式架車機組的結構特點及使用功能，車輪與舉升軌之間以踏面為接觸受力點，以此支撐車輛的重量，經舉升軌、立柱、舉升框架、絲杠螺母傳動機構傳遞至主機架。舉升軌具備升降功能，當軌頂標高與檢修庫地面平齊時，舉升軌與地坑式架車機組以外的庫內地面軌道貫通［6-8］。

1.2.2車輛稱重試驗裝置

稱重標準執行TB/T 2782-1997《鐵道機車車輛稱重臺技術條件》，針對動車組單節車輛8個車輪單獨設置稱重單元，每個稱重單元稱重軌面的水平偏差不大于0.5 mm，8個稱重單元任意2個稱重軌面的水平偏差不大于0.8 mm，稱重軌距偏差不大于±1 mm［9-10］。

動車組輪對轉動過程中同時隨著車輛運動產生橫向偏移，致使車輪踏面與鋼軌的接觸點在一段范圍內處于變化狀態，輪對重心相對鋼軌中心會出現偏移。因此，若采用傳統車輪踏面稱重方式，雖然不會影響車輛總質量的準確度，但是對于輪重測量將產生較大誤差［12］。

為避免踏面稱重方式存在的不足，依據鐵道部運輸局運裝管驗［2010］816號《JWLZ動車組輪重檢測裝置技術評審意見》，滿足車輛稱重作業對輪重、輪重差、軸重、軸重差及總重等數據的測試要求，研究基于架車組裝裝置結構特點提出的稱重裝置選擇車輪輪緣稱重方式［12-15］。

車體與轉向架組裝完成以后，為滿足在同一工位進行車輛稱重試驗，由于轉向架舉升軌與車輪之間為踏面接觸，不滿足以輪緣為受力點進行稱重，因此需另外尋找8處輪緣支撐點作為稱重單元。車輪輪緣位于輪對中心線內側，基于該位置關系，并依托架車組裝裝置的結構特點，在每根轉向架舉升軌內側對應各車輪位置分別設置一段稱重軌，且稱重軌經主機架的過橋梁進行固定安裝，稱重軌和過橋梁之間設置稱重傳感器，以此相對轉向架舉升軌，形成一種具備稱重功能的半軌式稱重裝置，如圖8所示。

圖8 半軌式稱重裝置布置圖

車輛稱重試驗裝置采用輪緣稱重作業方式，基于架車組裝裝置結構解決了轉向架舉升軌和稱重軌不能并排在同一直線上的問題，舉升軌具備升降功能并承擔架車作業，稱重軌只參與稱重作業，兩者功能相互獨立。由于稱重軌只在稱重時承受壓力，其余作業過程與車輪處于非接觸狀態，避免了稱重軌被車輪頻繁碾壓而產生的變形問題，可以有效保障稱重數據的準確度和精度，并且使用壽命得到延長。

1.2.3車輛尺寸測量配套作業平臺

基于動車組綜合落成設備中架車組裝裝置的特點，適應車輛尺寸測量采用人工手持工具測量的方式，動車組綜合落成設備在軌道之間和軌道外側均設置升降作業平臺，便于為測量人員提供合適且安全的立體作業面，如圖9所示。

圖9 尺寸測量配套作業平臺

測量作業時，平臺下降后為作業人員提供尺寸測量操作空間；不做尺寸測量期間，平臺面與檢修庫地面平齊。股道外側升降平臺設置有階梯型的升降平臺通道；中間升降平臺通道自地面經股道兩側作業平臺空間后，從軌道下方進入中間作業空間。

1.3 動車組綜合落成設備的兼容性設計

伴隨著我國高速鐵路的快速發展，動力分散型電動車組不斷迭代升級，目前形成了CRH和諧系列和CR復興號系列譜系化動車組。各型動車組結構尺寸有所區別，其中與檢修架車作業有關的架車點中心距、車輛定距、轉向架軸距均有所差異，僅針對國鐵主型動車組進行分析研究［16-19］。當前投入使用的各動車段均需兼顧多種車型的檢修任務，因此需對動車組綜合落成設備的兼容性進行研究。各型動車組架車點中心距、車輛定距、轉向架軸距統計數據詳見表1。

表1 各型動車組架車點中心距、車輛定距、轉向架軸距統計表 單位：mm

動車組綜合落成設備的車體舉升單元采用可調間距設計，伸縮托頭可沿軌道方向在一定范圍內移動；轉向架舉升單元的舉升軌為條狀布置，綜合各型動車組車體的架車點中心距、車輛定距、轉向架軸距，通過合理確定動車組綜合落成設備單坑裝置的結構尺寸以及2單坑裝置之間的距離，使其具備兼容各型動車組落車作業的需求。

基于架車組裝裝置的結構特點，結合各型動車組的車輛定距、轉向架軸距，通過車輪分布區域范圍統計，按照極限邊界條件綜合分析，同一轉向架同側兩輪對相應的兩段稱重軌長度分別按1.1 m、1.3 m設置，其間隔為1.4 m，并且2單坑架車組裝裝置之間最近稱重軌按14.49 m間隔，以此確定稱重試驗裝置稱重軌的整體布置方案。車體舉升托頭、轉向架舉升軌和稱重軌布置方案如圖10所示。

圖10 車體舉升托頭、轉向架舉升軌和稱重軌布置方案圖（單位:mm）

根據圖10檢算，以稱重軌兩端100 mm以內確定為稱重傳感器的有效范圍。車體架車點中心距兼容范圍14.80~19.20 m；轉向架定距兼容范圍17.19~18.99 m（適應2.5 m軸距）或17.39~19.19 m（適應2.7 m軸距）。對照表1可知，各型動車組實際車體架車點、轉向架定距均分布在以上檢算范圍內，故動車組綜合落成設備總體方案可兼容各型動車組的作業要求。

尺寸測量作業為人工手持測量工具進行測量，操作人員工作位置在轉向架中間及兩側部位、車體四角及車鉤附近。動車組綜合落成設備兩側升降平臺（6 180 mm×1 940 mm）及中間升降平臺（6 180 mm×990 mm）涵蓋了所有車型轉向架尺寸測量調整、軸簧空簧調整所需作業區域。根據已知車型的四角高度的測量，作業區域集中在平臺進出通道附近；車鉤的測量調整均在固定平臺及外側區域，故兼容現有車型的測量作業。

2 動車組綜合落成設備的工程應用

西安動車段作為西北地區唯一動車組高級修檢修基地，其設計規模按照四、五級修，每天4輛單節車的檢修能力，配套相應作業流程以及生產節拍，從優化檢修工藝流程、提高作業效率等多方面進行研究，在檢修組合庫的車體組裝庫內設置32個組裝落車臺位，其中成功應用動車組綜合落成設備4個臺位，形成的總體技術方案在總圖上緊湊布局，并實現工藝順暢、功能完善等目標［20-21］。動車組綜合落成設備相對架車組裝、稱重試驗、尺寸測量獨立工位方案的優缺點分析見表2。

表2 動車組綜合落成設備的優點分析

西安動車段高級修工程檢修組合庫局部設備平面布置如圖11所示。西安動車段高級修工程已于2020年8月建成投產，工程投產以后西安動車段形成運用維修和高級修2部分，其中運用維修部分主要承擔西安樞紐西安北站始發動車組一、二級修、臨修、運用整備、存放任務，高級修部分主要承擔西北地區配屬動車組的三、四、五級高級修任務。

圖11 西安動車段高級修工程檢修庫局部平面布置圖

3 結束語

結合動車組高級修單節車輛的檢修工藝流程及作業要求，動車組綜合落成設備具有架車組裝、稱重試驗和尺寸測量的綜合功能，實現了將常規運用中車輛組裝、稱重試驗和測量調整3種工位的集中合并，可達到優化檢修工藝流程、縮短檢修作業時間、提高生產效率、減小檢修廠房面積等目的。同時，系統具有較強的兼容性與適用性，可滿足多種車型動車組一體化作業要求，除在動車組高級修應用以外，還可為鐵路機車車輛、城軌車輛檢修提供技術參考。