状态修检修技术在神华重载铁路货车上的应用探讨
发布时间：2022-02-16
摘 要：在国内外铁路货车检修技术现状的基础上，阐述了状态修检修技术的重要意义，分析了神华铁路货车状态修技术应用所具备的前提条件和基础，探讨了状态修检修模式下应重点研究解决的关键技术。
关键词：铁路;重载货车;状态修;应用;探讨
状态修可快速准确地恢复车辆性能，具有检修效率高、安全可靠、经济效益优等特点，美国、澳大利亚、加拿大和南非等国家的铁路货车检修均采用状态修。国外铁路货车状态修主要模式为定期检查状态修，依据车轮的磨耗状态制定检查周期，车轮定期集中检修时，对寿命管理零部件、易损易耗件等进行状态检查，依据部件状态实施换件修、集中修，以保证下一个状态检查周期内车辆的安全运行。
近年来，为进一步提高车辆可靠性、可用性、安全性和可维护 性，降 低 车 辆 检 修 成 本，提高车辆使用效率，神华铁路装备有限责任公司结合自身的车辆运用、检修、管理等特点，积极探索研究状态修检修技术在铁路货车上的应用，提出了状态修技术研究总体思路和要求。本文基于国家能源集团科技创新项目神华重载铁路货车状态修成套技术研究及装备研制———状态修工艺规程研究，对神华重载铁路货车状态修检修技术进行探讨，开展相关关键技术的研究，以 期 为 修 程 设置、检修规程、检修工艺的制定奠定良好的基础。
1 国外铁路货车检修技术现状
1.1 美国
美国是采用状态修较早的国家，早期实行“日常检查、状态修”模式，存在车辆频繁解编、扣修、重新编组、技术经济性差等问题，后来逐步与定期检查相结合，实行“定期检查状态修”模式。《北美铁路协会联运货车现场维护手册》是美国铁路货车实施状态修的基础，各车辆拥有者根据自己车辆特点可制定合适的维修策略，但不能违 背《北 美 铁 路 协 会 联 运 货 车 现 场 维 护 手册》的要求。
采用转向架性能检测、声学轴承故障探测、热轴探测、车轮裂纹自动检测、动态图像检测等先进的5T 系统，实现对车辆状态的准确监测诊断，通过大数据分析对故障进行预判，优化检修方式。
1.2 澳大利亚
RioTinto、BHP、FMG 三 大 矿 业 公 司 的 铁 路 货 车以矿石车为主，轴重35.7～40t，车辆采用固定编组、定点装卸、循环使用的运输组织管理模式和定期检查状态修的检修模式。日常运用中监测车辆运行性能的设备有4种：WILD 车轮冲击载荷探测器(检测车轮擦伤及剥离)、RailBAM 轴承声音探测器(通过声音判定轴承早期故障)、HBD 热轴探测器(通过轴承温升判定轴承质量 状 态)、VideoImaging 高 速 摄 像 装 置(检 测车辆关键配件组装状态)。三大矿业公司的检修模式分别是：
(1)FMG 矿 石 车。18 个 月 进 一 次 检 修 车 间，除车轮必须旋修外，其他部件实行状态检查，需修理的部件以换件修为主。
(2)RioTinto矿石车。车轮2年 旋 修 一 次(车 轮寿命基本在10年 左 右);轴 承4年 更 换 新 品(仅 K 级轴承);弹性旁承体和心盘磨耗垫6年更换新品;10～12年进行一次车辆大修。
(3)BHP矿石 车。实行状态修的零部件主要包括转向架和钩缓装置中的车钩、钩尾框、钩舌。车辆运行220个往返(约运行14～15个月或18.7万 km)后进检修车间，主 要 进 行 车 轮 旋 修(可 以 不 拆 卸 车 轮 旋修)，车钩、钩尾框、钩舌进行不分解探伤，制动试验(单车试验)等工作。轴承约1200个往返(约102万 km)后进行更换，制动阀、钩缓装置5.5年分解检修。
1.3 加拿大
加拿大太平洋铁路公司货车主要以运煤和矿石为主，铁路货车实行“日常检查状态修”与“定期检查状态修”并存的检修制度。规定运煤铁路货车每运行1个往返后对空车进行一次日常检查 (相 当 于 我 国 的 列检)，发现磨耗到限或裂纹、破损的零部件，采用更换的方法代替修理，主要是更换到限闸瓦等，同时进行制动试验和检查货车状况等工作。对矿石车每年定期送检修厂进行检修，重点检修转向架、车钩、缓冲器、制动系统，除车轮外上述零部件若磨耗到限或裂纹或破损也必须更换。
1.4 南非
南非铁路每4个月要对运用铁路货车进行一般性外观检查，判定能否继续正常运行;每30个月要进检修厂，重点对转向架、车钩、缓冲器、制动系统进行一次全面检查，除车轮外上述其他零部件若磨耗到限或裂纹或破损则更换;车钩、尾框使用48个月后更换，缓冲器使用60个月后更换。定期检查发现问题时即更换新件;关键配件需送到有资质的工厂进行专业化集中检修。
综上所述，国外铁路货车状态修技术特点如下：
(1)车辆技术状态良好是前提。利用监测系统准确识别运用车辆的状态以保证车辆运用安全，通过定期检查集中识别配件状态以确定需要修理的部位。
(2)零部件 寿 命 管 理 是 依 托。零 部 件 使 用 可 靠、性能稳定是实施状态修的基础，以零部件的良好性能保证车辆运用性能。
(3)换件修是核心。到达使用寿命的部件及状态不良的配件进行换件修，快速修复车辆，缩短修理时间。
(4)专业化集中修是保障。对转向架、钩缓装置、制动系统关键零部件实行专业化集中修，保证修复质量。
(5)信息系统是支撑。通过车辆运用状态数据的自动收集和不良状态自动预警，对车辆健康状态实时掌握，不断优化修理程序。
2 神华铁路货车检修技术现状
神华铁路货车采用的检修制度与我国国铁货车相同，即实施“日常检查、定期检修”的预防性计划修检修制度。日常检查包括列检、运用维修和站修，执行既有的《铁路货车运用维修规程》《铁路货车站修规程》和相关技术文件;定期检修包括段修、厂修，执行既有的《铁路货车段修规程》《铁路货车厂修规程》《铁路货车轮轴组装检修及管理规则》《铁路货车制动装置检修规则》和相关技术文件[1]。车辆检修周期以运行年限为主，兼顾运行里程，如车辆运用频率较高、年运行里程数较多，则适当缩短检修周期。定期检修对保证车辆的检修质量、行车安全发挥了重要作用。表1为神华铁路货车检修周期[2]。
3 神华铁路货车状态修的可行性
神华铁路装备有限责任公司已经具备了铁路货车状态修的前提条件和基础。
(1)特有的运用管理模式。
神华铁路装备有限责任公司拥有包神线、神朔线、朔黄线三大 主 体 煤 炭 运 输 线 路，均 为 煤 炭 运 输 专 线。C80型敞车施行固定编组、定 点 装 卸、循环使用的运输组织管理模 式。以 C80型 敞 车 为 对 象，具 备 研 究 状 态修检修模式、形成神华铁路货车状态修标准体系、降低车辆检修成本的条件。
(2)车辆技术性能稳定。
近年来 先 后 完 成 了 C62、C64型 敞 车 换 装 转 K2型转向架的技术改造升级，同 时 研 发 应 用 了 23t轴 重C70A、C70E型敞车和25t轴 重 C80、C80B型 运 煤 敞 车，这些车均应用了我国铁路货车最新技术成果，车辆技术性能稳定，使用可靠，检修维护工作量明显减少。
(3)车辆检修能力不断提升。
神华铁路装备有限责任公司各检修单位已具备车辆厂修和段修能力，设置了比较完整的工艺布局，采用了大量先进工装设备，维修能力较强。可对车辆零部件状态进行准确识别以及采用换件修和专业化集中修的模式，保证关键部件性能得到迅速有效恢复和车辆技术状态稳定。
(4)车辆运用状态监测手段不断完善。
广泛采用红外线、摄像、声控、电控等先进技术，使车辆运用技术状态得到有效监测，为状态修的研究应用提供了 重 要 支 撑。近 年 来 “4T”系 统(TPDS、TADS、TFDS、THDS)在神华铁路货车分公司线路上逐步推广应用，此外，IFTS、车轮轮辋缺陷及几何参数自动化检测系统等监控检测系统的研发与试运行，使车辆状态的准确识别和运用安全保障能力逐步提升[3]。
(5)信息管理技术不断升级。
目前神华铁路装备有限责任公司初步建立了科学、综合、智能化的信息集中收集管理系统，广泛应用车号自动 识 别 系 统(ATIS)、铁路货车技术管理系统(HMIS)、铁路 运 输 信 息 管 理 系 统(TMIS)、货 车 检 修及列车数据库等，实现了车辆信息快速储存和传递，为建立信息集中收集管理系统奠定良好基础[4]。
(6)开展多个科技创新项目研究。
神华铁路装备有限责任公司联合车辆造修企业、高校、科研院所等单位开展了车辆载荷谱测试、整车疲劳试验、延长车钩及附属件检修周期、延长制动系统检修周期、轮对服役可靠性与安全性、基于4G 网络的无线 ECP电空制动技术等一系列研究工作，进一步提高了车辆性能和可靠性。
(7)状态修技术研究应用符合神华铁路发展要求。
研究应用状态修的检修模式，积极探索建立具有集团特色、高效运营的货车检修标准体系，提高车辆可靠性、可用性、安全性和可维护性，实现全寿命周期内系统评价和体系保障，降低车辆检修成本，提高车辆使用效率，适应经济“新常态”发展趋势符合神华铁路装备有限责任公司发展要求。
4 铁路货车状态修的关键技术
虽然美国、澳大利亚等国家铁路货车状态修技术具有一定的参考价值。但由于车辆技术、运输组织模式、监测手段、信息化管理以及检修要求等方面均存在较大差异，因此仍需要对以下状态修关键技术进行深入研究。
(1)既有检修规程适应性研究。
车辆状态修与计划修是2种不同的检修制度，存在一定差异，需对现行各级检修规程和检修规则进行深入研究，结合状态修检修要求，从修程设置、检修模式、检修范围、检修工艺、检测方法、信息化管理等方面找出不相符、不匹配的内容，并在状态修中予以解决。
(2)零部件失效阈值研究。
针对零部件磨耗、裂损、腐蚀、变质、疲劳断裂、形变、松动、脱落等失效形式，研究各零部件缺陷、退化数据与运行里程对应关系，综合考虑各零部件机械性能、结构关系、工况状态、缺陷成因等因素，确定合理的失效阈值，同步开展关键零部件剩余寿命预测研究[2]。
(3)零部件检修限度研究。
对影响车辆性能稳定和运行安全的转向架和钩缓系统零部件的检修限度进行深入研究，主要包括车轮踏面垂 直 磨 耗、轮 缘 厚 度 、轮 径 差 的 检 修 限 度，橡 胶垫、弹性旁承体、弹簧等性能参数变化对车辆运行性能的影响，钩舌、钩体、钩尾框等零部件的磨损限度对运用安全的影响。
(4)建立零部件寿命管理体系。
在零部件失效阈值和检修限度研究基础上，对各车型的所有零部件按全寿命、使用寿命和易损零部件进行分类，对关键匹配因素进行深入研究，建立状态修模式下各零部件寿命管理、检修时机和质量保证与运用里程的对应关系，包括零部件的配件属性和状态属性与零部件检修周期的匹配一致[3]。
(5)车辆状态监测技术研究。
对既有“4T”监测设备的技术进行完善和升级，研究车轮磨耗、踏面形状、轮对尺寸、闸瓦厚度、车门和墙板破损、撑杆折断、钩舌和钩体裂损等地面监测设备的应用，研究制动缸压力、空气制动机和闸调器性能状态等车载监测设备的应用，实现有效的状态监测，确保车辆运用安全[3]。
(6)车辆信息化管理技术研究。
编制状态修数据编码规范，制定数据采集、交换、分析方案，研究相关检修记录数据接口，检测、试验和测试设备自动上传接口的建设以及数据检索、查询功能的建设，满足各级修程下零部件信息的记录、采集、上传、存储、追踪、统计及分析等要求，实现大数据的应用与管理。
(7)车辆状态诊断决策技术研究。
状态修模式下依据列车健康状态进行扣修，并根据健康状态分值大小确定相应施修范围，因此需对列车扣修判定标准、零部件分值权重、评分准则等进行深入研究，依据《列车 诊 断 报 告》判 定 修 程，依 据《车 辆 诊 断 报告》明确零部件具体施修范围，开展针对性修理。
(8)搭建生产指挥系统研究。
搭建状态修模式下的生产指挥系统，明确列车扣修、修竣办理交接流程及要求，明确补轴车辆与摘车修理车辆的管理、应急处置方案、处置指令下达、处置结果闭环反馈、统计分析查询等内容，同时将诊断报告和故障信息及时提供给各级修程作业人员，实现快速、精准施修。
(9)车辆检修布局及检修工艺研究。
合理规划检修工艺布局，以满足车列存放、检修台位、检修能力等要求。同时对车辆及零部件的检修进行深入研究，明确零部件检修方式、检修工艺、检修流程、信息数据采集与管理等要求，研究应用可实现快速拆、探、检、换、修的工装设备，提高检修效率。
(10)制定检修工艺规程研究。
根据状态修总体框架和修程设置要求，制定在线修、状态一修、状态二修、状态三修和状态四修检修规程和工艺文件，明确车辆检修的基本原则、总体要求、寿命管理、质量保证、作业流程、检修范围、质量标准、检修限度、数据采集、信息化管理、检修标记、管理制度等内容。
(11)建立生产管理体系研究。
检修模式的变化将带来修程体系、生产格局、工艺布局等根本性变化，因此需要对生产组织、技术管理、质量管理、物资管理、设备管理、成本管理、安全管理、班组管理、信息化管理等进行研究，建立全新的状态修模式下的生产管理体系。
(12)线路运行试验研究。
组织开行试验列车，明确试验目标、试验车型、试验区间、试验环境、管理办法等要求，充分验证各项关键技术研究 成 果，并 及 时、准 确 地 反 馈 需 要 修 改 的 数据、指标和参数等，保证各关键技术研究满足状态修检修需要。
5 结束语
神华重载铁路货车技术性能稳定，磨耗轻，可靠性高，车辆固定编组，定点运行，循环使用，为状态修技术研究应用奠定了良好基础。通过对无人值守的动态智能监测系统、状态精准辨识的综合评判专家系统、自动量化指标的快速精准维修系统、自动调度指挥的智能生产管理系统、大数据智能自我学习等关键技术的深入研究，搭建管理网络化、信息集成化、决策科学化、诊断精准化的状态修技术平台，建立历史信息可追踪、修理信息可预测、综合安全可评估的全新车辆检修维护体系，有望降低车辆全寿命周期检修成本，从而大幅提高车辆使用效率和综合经济效益。——论文作者：李权福1，邵文东2，王洪昆1，周国东3，王 蒙1，杨亚军3
参考文献：
[1] 陈雷.从铁路货车技术演变历程谈其检修制度的发展趋势[J].铁道车辆，2013，51(12)：12-18.
[2] 陈雷，孙蕾.从铁路货车修程设置谈检修制度的发展趋势[J].中国铁路，2009(9)：9-13.
[3] 辛民，杨巨平.神华铁路货车检修制度探究[J].神华科技，2013，11(5)：84-86.
[4] 闫颖.大数据技术在神华铁路货车状态修研究中的探索[J].神 华科技，2015，13(6)：79-83.
