北京动车段转向架检修间扩能改造工艺设计研究

欧阳鹏

(中国铁路设计集团有限公司,天津 300251)

我国动车组检修设施按照“检修集中”的原则,在全路设置了北京、上海、广州、武汉等7个动车段,承担全路动车组三、四、五级修作业[1-3],第一批动车段投入运营已接近10年,各动车段对动车组检修技术的掌握程度愈加熟练[4-8],在后续的动车段扩建工程中,结合实际检修需求及工艺对动车段高级修设施布局的研究也越发成熟[9-11]。许多学者进行相关研究,王利锋提出大规模动车组高级修布局方案及检修能力均衡性分析方法[13];欧阳鹏基于CRH2型动车组转向架检修间工艺布局,提出动车组转向架检修流水线设计及工艺节拍均衡性理念[14]。以往研究为类似动车段新建及扩建工程提供了参考[15]。

北京动车段占地约120hm2,高级修版块设有4线8列位三级修库,3线6列位四五级修库、10线10台位油漆库,2线4列位静调库,以及转向架检修、零部件仓储等设施(见图1)。北京动车段工程于2007年8月开工建设,2009年11月26日动车组三级修率先投入使用,12月28日完成首列动车组三级修。

图1 北京动车段高级修现状设施情况

北京动车段既有架车能力:三级修112组/a、四级修36组/a(或五级修31组/a),静调能力83组/a(仅能满足三级修),受既有检修工艺限制和静调能力、转向架检修能力的共同制约,理论上年检修能力为三级修83组/a,实际完成三级修80～90组/a,现状能力已经饱和。

随着高速铁路运营里程不断增长,全路新造动车组数量持续增加,2020年,全路配属达3900标准组,包括北京动车段在内的全路7个动车段高级修工作量均将大幅增加。按照国铁集团总体规划,北京动车段需满足配属600组动车组(年产生三、四、五级修工作量分别为150组、75组、75组)全部三、四级修及部分五级修的高级修任务,后续结合修程修制改革,进一步预留一定发展空间。因此,亟需对北京动车段进行扩能改造。

扩建工程主要内容包括:建设并配套完善三级修设施、增加四、五级修设施、转向架检修间扩能改造、油漆库和零部件仓储等设施,以下重点对转向架检修间扩能改造工艺设计方案进行研究。

1 既有转向架检修间存在的问题

1.1 既有转向架检修间介绍

转向架检修间是北京动车段的基础检修板块,承担着高速动车组转向架检修任务,位于北京动车段西北角。转向架车间现有职工249人,设立14个班组。

既有转向架检修间长276m、宽99m,建筑面积为28000m2。自南至北设置4跨,跨度分别为18m、27m、27m、27m,内设转向架清洗、转向架转盘、自立式起重机、转向架举升机、转向架立体存放设备、静载试验台、空心轴超声波探伤、车轮镟修设备、齿轮箱清洗等设备,用于转向架及部件的分解、清洗、检修、检测、组装、输送等。转向架检修间平面及工艺流程见图2。

图2 现状转向架检修间平面及工艺流程

在既有转向架检修间西侧,设有CRH-2型动车组转向架检修间1处,可以满足CRH-2型动车组转向架三级检修作业需求;转向架检修间北侧设有大部件存放库1座,东侧设有材料库1座。CRH-2型动车组转向架检修间、大部件存放库及材料库与转向架检修间位置关系见图1。

1.2 转向架检修间存在的问题

转向架检修间存在工位设置不合理、检修工序倒流等问题,不能满足动车组检修需求。对既有转向架检修间工艺布局进行合理调整,配套相关检修、试验、轮对存放设施,对提升既有转向架检修能力很有必要。

具体存在问题如下。

(1)既有转向架检修间工艺不畅

既有转向架检修间工艺不畅,仅具备CRH3、CRH5 型动车组检修能力6 个转向架/d,折合每年仅能完成CRH3、CRH5 型动车组93 组。既有转向架检修间工艺不畅体现如下。

①转向架清洗工位设置不合理

目前,2条构架检修流水线分别配置有1个转向架清洗间、1个构架补洗间,该设计按照转向架预分解、转向架清洗、转向架二次分解、构架/轮对补洗的流程设计。随着动车组高级修工作检修经验的积累,为避免转向架清洗时轴端轴承、转向架管路及各类传感器进水发生故障,取消了转向架清洗工序,目前转向架清洗间闲置。

另外,由于构架补洗间面积过小,在进行构架/轮对清洗过程中,产生的水汽、尘土、污水等影响整个检修库内作业环境,无法保证作业区域内湿度、落尘量的相关指标要求,对转向架整体检修质量提升造成严重制约。

图3 转向架清洗间及构架/轮对清洗间

②北线部分车型转向架分解、组装工序倒流

CRH3、CRH5 系动车组转向架设计复杂,转向架一系组成须在加压条件下才能分解,但由于一系加压分解设备处于构架流转检修设备东端下方,设计预留作业高度不足,转向架在加压拆除一系垂向止档后,无法实现轮对、构架分离,须返回转向架分解工序进行分离,造成分解工序倒流,影响检修进度。

北线一系加压组装设备设置在构架流转检修设备西端下方,受预留作业高度不足、吊运小车无法横移、天车无法配合作业等影响,在检修CRH3、CRH5系动车组转向架时,无法满足转向架一系加压组装的工艺要求。实际作业中,改在转向架二系组装位置进行一系组装,组装后倒回至一系加压调整工序进行加压调整,调整完毕后再次返回二系组装台位进行二系组装作业,造成工序倒流,严重影响检修效率。

③构架流转检修设备无法满足生产需要

现有2条构架检修流水线中,南线为2013年新建成投产,可基本满足CRH3、CRH5 系动车组检修需要;北线为2009 年投产使用,目前不能满足检修需要,主要存在以下问题:悬吊及移动方式单一,无法兼顾各种车型;预留作业空间不足,无法满足检修需要;设备应变能力差,严重影响检修效率。

④构架检修缓存区域不足的问题

实际作业中,构架检修修时较轮对及其它返厂部件检修修时短,构架检修完毕后需等待其它配件检修返回后再进行组装,同时生产中偶换配件供应迟缓影响转向架组装问题时有发生,故构架检修完毕后必须安排缓存位置存放,但原转向架库设计中构架缓存位置不足,目前只能临时占用2条构架流水检修设备中间通道,以用于构架缓存。

图4 构架缓存区域面积不足

(2)轮对存放能力不足

截止2019底,北京动车段备用轮对数量约1150条,受场地限制,所有轮对存放于转向架车间轮对立体存放库、转向架车间轮对线、材料科高价件库和四、五级修库转向架输送线轨道(现四、五级修检修任务量少,轨道暂时可存放备用轮对)。

现轮对立体存放库存放动车组轮对205条、大部件存放库存放70条、转向架检修间轮对缓存线存放除正常检修外备用轮对105条,另770条备用轮对存放于四、五级修库等地点,这些备用轮对存放分散、管理不便,且占用四、五级修库、转向架检修间等检修场地。

由于检修范围的扩大和数量增加,轮对储备数量增加。现状转向架检修间内轮对立体存放库存储能力有限,随着检修能力的提升,其存储能力不足,需要相应调剂轮对存放场地及轮对存储用房。

2 转向架检修间扩能改造布局

2.1 基本原则及思路

(1)基本原则

①充分利用既有动车段场地,最大限度的保留现有房屋、设备等,最大化的节约资源。

②充分解决现状存在的检修工艺不畅问题,提升轮轴检修及轮对存储能力,全面提升转向架车间整体检修能力。

③转向架检修车间各工序间需保证流畅,各工序能力均衡。

④结合北京动车段扩能工程整体规划,保证转向架检修能力与车体检修能力匹配。

⑤转向架车间扩能方案应充分考虑动车段维修车型转向架检修工艺需求。

(2)基本思路

针对转向架间内局部检修工序倒流且工艺不畅、轮轴检修能力与转向架检修整体能力不匹配、转向架间轮对存储能力不足等问题,提出适应性改造方案。将转向架清洗分解功能调整至五级修库边跨,绿色环保且布局合理;库内倒流工序针对性的进行调整,作业流畅且科学合理;原单方向2条转向架主流水线调整为双方向4条主流水线,增加轮轴检修线及轮对存储能力。

2.2 扩能改造布局

(1)利用既有四五级修库边跨(20～32轴场地)设转向架分解清洗间,原转向架检修间内分解清洗功能均移设至此处,设置转向架分解(二系、一系加压、构架部件分解)、构架及轮对清洗、打磨工位。

(2)在既有转向架检修间原转向架分解组装跨(转向架检修间B轴与C轴间)设置转向架组装区域,中部设构架交验缓存区,依次往东、西两个方向形成4条转向架组装线,并设置转向架落成、一系加压、二系组装、静载试验、返修、交检交验等工位。

(3)对既有转向架检修间原小部件检修跨(转向架检修间C轴与D轴间)进行改造,设置构架检修预组装区、摇枕检修区,同时北侧新增轮轴检修线1条,移设及新增部分设备,利用既有电机检修间位置设置同温组装间。

(4)对既有转向架检修间轮轴检修跨(转向架检修间D轴与E轴间)进行改造,对部分设备进行移设,同时对轮轴大修区域进行合理规划,延长既有同温组装间。

(5)利用既有转向架检修北侧配件库新建齿轮箱检修间(预留区域)及转向架周转件缓存区,利用转向架检修间北侧空地新建转向架周转件存放棚。

(6)重新规划转向架检修间南边跨,设置小部件检修间。

(7)利用既有材料库调整为轮对立体存放库(暂按1200条轮对存储量考虑),既有库内轮对立体存放库调整为配件仓储周转区。

转向架检修间扩能改造布局见图5。

图5 转向架检修间改造平面布置及工艺流程

3 转向架检修间扩能改造后能力分析

3.1 能力分析

改造后转向架检修间流水线数量:转向架分解线2线、转向架组装线4条、轮轴线3条,轮轴大修线1条。

另外,既有CRH2型转向架三级修检修间设计能力为8个转向架/d,该库只能承担CRH2型动车组三级修检修任务,且只有部分转向架分解组装功能,无轮轴检修功能。结合北京动车段主修车型定位,该库仅作为北京动车段转向架检修能力的局部补充。

结合改造后的转向架检修间及既有CRH2型转向架三级修检修间能力,检修节拍约为24个转向架/d,具体转向架检修间关键台位能力分析见表1。按300 d工作制测算,不均衡系数取1.2,折合检修能力为375组/a。

表1 转向架检修间关键台位理论能力(单班8h)

3.2 与其他检修版块匹配性

本次北京动车段高级修设施补强工程中,对三级修能力进行适当补强的同时,重点对四、五级修能力进行了补强,充分利用既有四、五级修库资源。补强后,总体布局布紧凑,新建设施功能齐全,动车组各项作业顺畅,各项作业交叉干扰较小,且各检修分区功能集中,便于管理。

对2020年动车组三、四、五级修能力(修时30d、45d、50d)进行测算,预测检修能力为三级修150组,四级修120组或五级修60组,可满足配属600组动车组全部三、四级修及部分五级修的高级修任务。

2030年,随动车组检修经验的积累以及检修方式检修工艺进一步完善,各动车段高级修检修停时预计逐步缩短,对三、四、五级修(修时15d、25d、30d)能力测算,预测检修能力为三级修250组,四级修170组或五级修80组,可满足配属1000组动车组全部三、四级修及部分五级修的高级修任务。

鉴于国铁集团机辆部计划进行动车组定检公里再 次延长(三级修由120万km延长至165万km),北京动车段高级修设施补强工程实施后,可满足动车组配属数量(高级修任务),后续结合修程修制的调整亦有增加的空间。

4 结语

转向架检修间是动车段最重要的高级修设施之一,其检修工艺复杂,合理的工艺设计是实现检修功能、能力和效率的重要因素。从分析北京动车段既有转向架检修间工艺及设备设施布局存在的问题入手,对扩能改造的必要性和改造方案进行分析,提出对既有转向架检修间扩能改造的原则、思路和改造的方案,并对该车间改造后预计形成的检修能力进行分析研判,同时也与动车组其他检修板块的匹配性进行了分析。结果表明,改造方案调整、优化了转向架间平面布置,配套设置了相关检修、试验、存放设施,提高了北京动车段转向架检修间检修能力,检修能力可由6个转向架/d大幅度提升至24个转向架/d。