北京动车段三级修检修库工艺设计研究

王永强

(中国铁路设计集团有限公司，天津 300308)

北京动车段作为全路七大检修基地之一，主要覆盖范围包括华北及东北地区，既可以满足近、远期北京枢纽京沪、京哈方向的本线、跨线动车组以及京津城际动车组高级修程的检修需求，还兼顾承担派驻天津、济南枢纽动车组的高级修的检修任务。 北京动车段的近、远期设计规模同时考虑了哈大客运专线动车组的高级修以及既有京哈客运通道动车组高级修的部分检修工作量[1]。

北京动车段作为动车组运用检修基地，从功能角度划分，可分为三大板块，即运用板块、检修板块、大修板块。其中，运用板块包括存车场、检查库、外皮洗刷、临修及不落轮镟库、轮对踏面诊断装置等设施。检修板块包括三、四级检修库、转向架检修间等，大修板块包括五级修检修库、试车线、静调库及配套检修设施等。

本文将着重介绍北京动车段三级修检修库工艺设计理念，以期为相关专业从业人员提供参考。

1 动车组修程简介

动车组的修程分为一级修至五级修共5个级别[2]。其中一、二级修主要为动车组的检查维护，利用动车组运用间隔时间，主要通过人工目视检查和车载安全诊断系统对动车组技术状态进行检查与检测，及时消除各类设备故障，在动车运用所进行；三级修是动车组处于停运状态下在基地内进行，一般不进行解编，在二级修的基础上对转向架及主要零部件进行分解检修，其他部件进行状态修；四级修是动车组处于停运状态下在检修基地内进行，需要解编作业，在三级修的基础上对各主系统进行分解检修并进行特性试验；五级修是在动车组停运状态下在检修基地内进行，在四级修项目的基础上，对动车组整车各系统和各主要零部件进行分解检修，更新零部件，并进行相关试验及调试，最后对车体进行涂漆[3]。

2 动车组三级修作业内容及工艺流程

动车组三级修主要作业内容及流程如下。

进入检修列位→整列车内外清洁→整列架车→转向架拆卸送修→车体其他部件检测检修→转向架回送组装→落车→称重→保压试验→静态调试→出库→动态调试→试运行→交车[4-6]。

动车组三级修主要作业特点为动车组整列架车检修，一般不进行解编；转向架下车解体检修；其他部件实行状态修，以检查检测为主。

3 动车组三级修检修库工艺尺寸确定

三级检修库主要功能为动车组整列架车、车体与转向架分解及组装、转向架缓存及运输，车顶、车下、车内部件的检查、检测以及整列车的清扫、维护等作业，偶尔产生车顶、车下、车内部件的拆卸及安装(个别部件临修)，三级检修库尺寸的确定应考虑以上因素[7]。

3.1 三级检修库长度的确定

检修库长度应考虑以下5方面因素。

(1)每股道列位数：按8辆编组动车组1线2列位考虑。

(2)动车组检修列位长度(L检)：检修库应适应不同车型动车组检修作业需要，取整车长度最大者，8辆编组L车=213.5 m，另考虑动车组头部距离横向通道边沿安全距离L安，取L安=2.0 m，则检修列位长度L检=2 m+213.5 m+2.0 m=217.5 m，取整数为218 m。

(3)横向物流通道(L物)：在库两端及中间共设置3处横向物流通道，供部件、材料运输及人员通行，每处物流通道宽度为9 m，物流通道总计L物=9 m+9 m+9 m=27 m。

(4)转向架缓存区(L1架)：每股道考虑设置8个转向架的缓存区，以提高转向架的拆装作业效率，包括安全间距在内每个转向架长6 m，L1架=8×6 m=48 m。

(5)转向架横向通道(L2架)：通往转向架车间设置专用通道2处，每处宽5 m，L2架=2×5 m=10 m。

综上所述，动车组三级检修库长度为

L总=L检+L检+L物+L1架+L2架=521 m

检修库结构立柱柱网间距按一跨9m布置考虑，则总长58跨，取为L总=522 m。

3.2 三级修检修库线间距及宽度的确定

三级修库的宽度由库线数量及库线间距决定，其中库线间距考虑架车机基础、三层作业平台、物流通道、人员作业场地、设备尺寸等因素，线间距分为股道与股道间距(M1)及股道与侧墙间距(M2)。

(1)库线间距(M1)的确定

影响库线间距宽度的主要因素为架车机基础、三层平台、纵向物流通道，其他因素可以兼顾，其中三层作业平台与架车机基础投影区域重合，以宽者计。架车机基础宽度为M架=2.25 m，三层作业平台宽度为M台=1.0 m，只考虑架车机基础因素，架车机基础外边沿至股道中心线距离为0.75 m+2.25 m=3.0 m；物流通道宽度按库内配置运输车辆最大宽度考虑，M物=2.0 m，考虑物流通道与架车机基础间、双向物流通道间各设0.3 m安全距离，则库线间距M1宽度为

M1=M架+0.75 m+0.3 m+M物+0.3 m+M物+0.3 m+0.75 m+M架=10.9 m

取M1=11.0 m

(2)库线至侧墙间距(M2)的确定

由于侧墙紧邻边跨各车间，库线至侧墙间的宽度除考虑架车机基础、三层平台、纵向物流通道等因素之外，尚应考虑人员及运输车辆进出边跨的因素，其中关键因素为运输车辆的转弯半径，库内运输车辆转弯半径R一般不大于2.0 m，取R=2.0 m，因此库线间距M2宽度为

M2=M架+0.75 m+0.3 m+M物+R=7.3 m

取M2=7.5 m

北京动车段三级检修库设计为4线库，总宽度为

M总=3×M1+2×M2=48 m

3.3 三级修检修库起重机走行轨高度H的确定

由于动车组三级修的重点检修内容为转向架的更换、检修，其他部件实行状态修，三级修库内关键作业为转向架与车体的分解、组装，其他作业在架车后进行。因此，三级检修库起重机走行轨高度的确定应考虑下面3个方面的因素：

(1)架车后动车组高度；

(2)吊装部件高度；

(3)吊具高度。

动车组高度为3.8 m，轨顶至车体底面高度约为0.9 m，架车后走行部作业面适宜高度为1.6～2.0 m，取1.8 m，因此架车高度宜为0.9 m，则架车后动车组顶面高4.7 m；考虑吊车顶部件空调及受电弓的条件，部件高度按1 m考虑，吊具高度为1.5 m，起重机吊钩至起重机走行轨面高为0.8 m，考虑安全距离0.3 m，合计为

4.7 m+1.0 m+1.5 m+0.8 m+0.3 m=8.3 m

三级修库起重机走行轨高程H取8.4 m。

因此，北京动车段4线三级检修库的最终尺寸确定为：522 m(长)×48 m(宽)×8.4 m(高)，其平面和剖面分别如图1、图2所示。

图1 三级检修库平面(单位：m)

图2 三级检修库剖面(单位：m)

4 动车组三级修检修库内关键设备设置

根据动车组三级修作业内容特点，动车组三级修配备关键设备如表1所示[8-9]。

表1 动车组三级修关键设备配备

5 三级修检修库关键技术及解决方案

5.1 兼容各型动车组的固定式架车机技术

北京动车段承担CRH2、CRH3、CRH5型动车组的三级修任务，动车组的架车作业需满足3种动车组的整列架车条件。而3种型号动车组的车体长度、宽度、架车点位置、轴距、转向架定距等技术参数均不相同，其中整列车长最大相差13 m，架车点位置最大相差约8 m。根据工艺需求，4线三级修库内2线设置移动式架车机，另2线设置固定式架车机。移动式架车机较易实现兼容性，而固定式架车机实现兼容性难度较大。

为兼容不同车型的架车作业，固定式架车机采用以下关键技术。

(1)以动车组的中点为架车机设备的中心点，依次向两端布置，以减小各型动车组相对架车机的位置差异，有利于简化架车机结构。

(2)增加转向架举升装置的长度，以增加转向架举升装置的通用性，使不同的动车组位置相近的转向架可以使用同一转向架举升装置进行架车作业。

(3)增加转向架举升装置数目解决转向架位置差异较大的动车组架车，对应不同的动车组，根据需要增加6台转向架举升装置，共设置22台转向架举升装置，可以满足4种不同动车组的兼容要求。

(4)车体举升装置采用移动式，针对不同车型，车体举升装置移动至对应的架车点位置进行车体举升作业，兼容了不同车型的车体架车点位置差异。

(5)控制系统采用总控与分控相结合的技术。总控台设置在动车组中部附近，用于控制整列动车的架车作业；分控系统用于对单辆车的转向架和车体举升装置进行控制，并与总控制系统形成联锁监控关系。

通过采取以上关键技术，固定式架车机可以兼顾CRH2、CRH3、CRH5三种型号动车组8辆编组的整车架车作业[10-13]，如图3所示。

图3 兼容各型动车组的固定式架车机

5.2 悬挂式顶层平台与局部二层平台相结合技术

动车组三级修的解体检修作业重点在走行部，对车顶及车内部件大部分属于状态修，检修作业对地面作业面及物流通道要求较高，而对车顶及车内具备检测条件即可，因此三级修库内采用悬挂式顶层平台与局部二层平台相结合技术：作业平台采用屋架悬挂方式，这样对地面物流影响较小，且库内采光较好，根据作业特点，顶层作业平台设置为贯通式，二层仅设置局部作业平台。

顶层作业平台设置高度为4.6 m，宽1.0 m，当动车组处于架车状态时，平台面与动车组顶面肩部高度刚好平齐，当整列动车组架车之后，车顶、车下、车内可以三位一体同时作业，检修作业效率显著提高。为解决不同车型的车高、车宽不同的兼容修问题，在顶层作业平台近车侧设置带有胶垫的电控渡板，作业时电控渡板外翻搭在动车组肩部，可以弥补不同车型车体与平台间隙宽窄不一的缺陷，使人员作业更安全、便捷并且避免擦伤车体[14]。

5.3 过轨式起重机技术

北京动车段三级修库总宽48 m，每股道对应屋架下设置有平台、防护网、移动式接触网等设备的吊杆，无法采用大跨度起重机。根据三级修起重机作业特点，采用了悬挂起重机与过渡轨相结合的过轨式起重机技术。具体技术方案为：在每股道动车组检修列位上方设置悬挂式起重机，在适当的位置设置与悬挂式起重机主梁安全联锁的过渡轨，过渡轨延伸至吊杆外侧的物流通道上方，当电动葫芦运行至过渡轨位置时，起重机主梁与过渡轨对接并联锁，电动葫芦从起重机主梁运行至过渡轨上，这样就可以把动车组部件安全地运送到地面物流通道的运输小车上。每股道动车组检修列位上方设置起重量为2.5 t的悬挂式起重机2台，4线库共计8台，既满足吊运车顶部件的作业，又不影响平台、移动式接触网等的作业，增加了三级修作业的灵活性，如图4所示。

图4 过轨式起重机

5.4 整体侧移式接触网技术

动车组三级检修作业为整列不解编作业，为提高作业效率，库内设置贯通接触网，动车组自走行进出检修库，并具备在库内进行静调作业的条件。为避免接触网与起重机作业干扰，采用整体侧移式接触网，接触网由桁架固定在侧面吊柱上，在控制系统的操纵下可以侧移并受联锁控制。当动车组入库时，接触网位于股道上方并处于通电状态，由联锁设施限制起重设备动作，动车组进入库内检修列位后，接触网断电，接触网侧移至吊柱侧，给起重机作业让出空间。这样既不影响库内设置起重运输设备，又可方便动车组出入库及静调作业[15]，如图5所示。

图5 整体侧移式接触网

5.5 三级检修作业安全联锁监控技术

为保证三级修检修库内人员及设备作业安全且不相互干扰，库内设置了安全联锁监控系统。对各关键设备之间采用集工序逻辑联锁、计算机管理控制、视频辅助监控于一体的安全联锁监控系统，高效、可靠地解决了动车组停车位置、接触网隔离开关动作、三层作业平台门禁、接触网侧移、过轨式起重机联动、架车机启动等之间的联锁关系，并辅之以视频监控、色灯引导、安全警示灯等辅助安全措施，确保动车组三级修作业安全顺畅进行，安全联锁监控技术有效地解决了作业安全的难题。安全联锁监控系统以PLC网络控制系统为核心，主要由计算机控制系统、门禁控制系统、色灯信号引导系统、安全警示系统和视频监视系统等五大部分构成[16]。在每条库线设置分控柜，总控柜设于调度室，分控制柜的控制状态通过网络传输到调度室，通过计算机显示画面切换实现监控，如图6所示。

图6 安全联锁监控系统

5.6 兼容各车型的地面电源技术

为满足不同车型对地面电源的不同要求，三级修库内采用兼容各车型的地面电源技术，根据地面电源的使用频次及负荷情况，采用共用变压器、低压配电柜以及供电母线，设置专用交-直-交电源转换设备，并在供电母线上加设转换开关分别连接交-直-交设备和低压配电柜。通过对整流逆变装置的控制，分别提供单相或三相以及不同电压等级的电源，根据不同车型的电源接口位置设置不同的插座箱，根据检修车型的要求提供相应的地面电源，不但增加了检修的灵活性，而且降低了工程造价及运营成本[17]。

5.7 轮重动态测量技术

动车组三级修后需要对轮重的均衡性进行检测和调整，为满足检修后整列动车组轮重的检测要求，在三级检修库入库端每股道设置1台轮重动态监测设备。为保证检测精度，设备前后各设置40 m长标准轨，满足3辆车位于标准轨上，充分利用库前股道的有效长，利用检修后出库时间对轮重进行检测，并对个别不符合规定的轮对进行调整，既不影响检修库内其他作业，提高了作业效率，又不必设置专用的称重列位，节省了投资[18]。

5.8 三级修检修管理信息系统

作为动车段检修信息管理系统的子系统，三级修检修管理系统主要对三级修检修过程全程管理，管理内容主要包括车组修程、备品备件、检修工序、检修工时、检修设备、作业人员等的全过程管理，并与安全联锁监控系统设有数据接口，在对三级修作业进行管理的同时将相关数据上传至上级管理系统。信息系统的服务器以及相关软件等设置于检修车间的信息中心内(或检修调度室内)，三级检修库内设置信息终端、网络接口等硬件设施[19-20]，如图7所示。

图7 三级修检修管理信息系统

6 结语

北京动车段经过十多年的运营考验，验证了三级修检修库设计的合理性及关键设备的可靠性，尤其是兼容各型动车组且满足8编组整列架车固定式架车机的采用，使得地面物流及作业人员通行能力大幅提高；侧移式接触网与过轨式起重机的配套设置，不但满足动车组三级修起重运输作业的需求，而且可以在三级修列位上进行整列车的静态调试作业，以上设备设施较好地适应了三级修作业特点，不但保证了三级修作业安全可靠，而且从整体上提高了作业效率，缩短了检修停时，提高了动车组的利用率。

北京动车段作为国内第一个建成投产的动车段，个别设备设施仍有进一步改进的地方，例如部分检修列位采用移动式架车机配合检查地沟的作业方式，效果不及固定式架车机，移动式架车机整列架车稳定性稍差，作业效率较低，检查地沟对地面物流及人员通行影响较大，有条件的情况下应尽量采用固定式架车机的作业方式；库内设置综合管沟的管线铺设方式也不尽合理，主要是水暖管线与电力管线共沟铺设，存在一定的隐患，应尽量采用综合管线悬挂系统进行管线铺设。

北京动车段从2010年建成投产后一直承担华北、东北地区配属CRH2、CRH3、CRH5等各型动车组的三级修检修任务，为动车组的安全运行提供了可靠的维修保障，对今后类似项目的工艺设计起到一定的借鉴作用。