城市轨道交通车辆检修工艺研究

贺婷婷 曹 艺 曹炳欣 冯 巍

（中车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东 青岛 266000）

0 引言

城市化进程的推进增加了城市交通压力，为缓解道路交通堵塞问题，城市轨道交通成为近年来城市交通系统发展的主要方向，据2020 年城市轨道交通运营数据显示，截至2020 年12 月31 日，全国共计44 个城市开通城市轨道交通线路233 条，车站4660 座，为保障城市轨道交通安全化发展，应加大对城市轨道交通车辆检修工艺的重视，结合现有检修制度展开优化。

1 现行城市轨道交通车辆检修制度

城市轨道交通车辆常因振动、摩擦以及腐蚀等原因遭受损伤，且随着车辆运行里程的增加，会造成车辆系统出现疲劳变形、磨损老化问题，提高了发生运行故障的频率，如果没有及时处理将引发安全责任事故，不利于交通正常运行，为避免由车辆问题引发交通故障，需要对城市轨道交通车辆进行检修及维护，使车辆始终保持良好运行状态，提高城市轨道交通可靠性，并提升车辆上线率。在现代化城市交通体系中，城市轨道交通已成为必不可少的部分，但城市轨道交通车辆为满足各线路运行要求而拥有不同配置，设备供应商存在差异，且子系统构件复杂，极大提升了城市轨道交通车辆检修难度，在检修期间，须经过多个修程，产生较高检修成本，其检修管理存在一定难度，须满足各设备结构特殊要求，有针对性地配置人力、物力、财力。

城市轨道交通车辆运行状态可直接决定交通安全，因此为实现安全化城轨交通运营，通常采用预防性检修方式，抑制车辆故障问题的产生。现行《地铁设计规范（GB 50157-2013）》中指出，地铁检修须以实际情况为准，推荐定期检修、日常维修相结合的方式，根据车辆零构件质量及整体结构性能合理规划定期检修、日常维修周期，并逐渐完善车辆运营环境及技术条件，根据城市轨道交通车辆检修标准提升检修人员技术素养。表1 为城市轨道交通车辆检修周期及检修修程，由表1 可知，定期检修与日常维修的检修周期及检修修程均有不同，日常维修各修程及定期检修中的定修均可在车辆段内执行，但定期检修中的大修与架修须在专门场地或制造厂内展开检修工作，大修及架修所产生的经济成本较高，时间间隔及运行里程具有明确标准。

表1 城市轨道交通车辆检修周期及检修修程（GB 50157-2013）

《城市轨道交通工程项目建设标准（建标 104-2008）》适用于新建城市轨道交通项目，如既有线改造、跨座式单轨、改扩建项目等均需以该制度为标准，其中指出，城市轨道车辆应满足定期检修及日常维修业务标准，并于第68 条规定中指出车辆检修周期，如表2 所示[1]。

表2 城市轨道交通车辆检修周期（建标 104-2008）

2 城市轨道交通车辆常规检修工艺

2.1 保养工艺

对于城市轨道交通车辆而言，保养工艺主要采取互换修、均衡修2 种方式。互换修指对于城市轨道交通车辆零构件进行更换，于更换期间进行车辆结构检修，将检修结果整合并集中处理，将零构件拆卸后送至车库逐一检修，以此降低工程车辆检修保养期间的停靠时间，极大提升保养效率，但由于城市轨道交通车辆线路分布复杂，在车辆零构件保养更换期间应排查线路管路及线路，若线路间存在安全风险，须立即下部细检，最大程度地确保乘客安全。除此之外，由于城市轨道交通运行环境复杂，车辆内部环境及质量可直接决定乘客体验，为给予乘客优异交通服务，应于互换修保养期间进行城市轨道交通车辆密闭性检查，定期保养车辆内照明、座椅、广播、空调等系统装置，创造舒适的车辆环境。均衡修指城市轨道交通车辆运行结束后对车辆进行保养，停止运行期间内，在车辆停止运行所在位置进行保养维护，以此降低保养工作对车辆运行的影响，且可在一定程度上提高保养效率。图1 为城市轨道交通车辆均衡修示意图，其中阴影部分为城市轨道交通车辆停止运行情况，即车辆均衡修时间，在此期间展开维护保养不会阻碍城市交通，降低因保养维护工作造成的交通损失。

图1 城市轨道交通车辆均衡修示意图

2.2 定修工艺

相较于城市轨道交通车辆保养工艺，定修工艺更为复杂，但与厂修、大修等工作难度存在一定差距，在定期检修中，大修与厂修时间将较长，因此在常规检修工艺分析中，主要介绍定修工艺。根据表1、表2 可知，定修指标为运行里程为15 万km 或1.25a，当车辆运行10km 或运行1a 时，须注重车辆定修情况，并开始制定定修计划，运行年数与里程以先到数据为准，确保定修效果，单一车辆定修时间为7日，但为保证城市轨道交通正常运行，须按定修计划依次进行车辆定修，整体定修时间通常维持1 个月。城市轨道交通车辆定修分为上、中、下3 个部分，定修在保养基础上更加注重细节检查，例如城市轨道交通车辆牵引逆变器箱在保养阶段，通常为检查密封性，并清理灰尘，以此起到车辆零构件保养效果，但在定修阶段，须针对牵引逆变器箱内各个装置，检查熔断器、接触器等装置是否存在烧毁、短路问题，若于定修期间发现以上故障，须立即更换烧损器件，并逐一全列普查，判断该问题产生源头，从源头进行处理解决；此外在车辆制定电阻定修期间，须重点检查瓷瓶装置，查看是否在运行期间出现裂纹，若瓷瓶装置裂纹数量较多，应立即更换处理，以此确保城市轨道交通车辆制动性能[2]。

3 城市轨道交通车辆检修模式优化分析

3.1 现有检修模式

现有城市轨道交通车辆检修包括日常检修、月度检修、架修、大修、返厂检修、临时检修等形式，由以上检修形式构成了检修模式，为更好地展开检修模式分析，明确现有检修模式。1）日常检修主要包括对城市轨道交通车辆车体、照明系统、制动系统、电气装置、车门系统等系统展开全面检查，并对车辆运行中所发现的故障进行二次检查与处理维护，排除故障隐患，确保车辆运行质量。2）月度检修与日常检修类似，均须对核心系统展开全面检查及保养，并对已达使用期限的车辆零构件进行更换处理，对转向架、电气装置、制动系统等关键位置设备进行清洗养护，除此之外，于月度检修期间，须借助试验方式检查城市轨道交通车辆运行性能，以此保障车辆安全稳定运行。3）按上述车辆检修标准，城市轨道交通车辆运行5a 或里程达到60 万km 时需要架修，但为做到预防性检修，杜绝一切安全隐患，通常于行驶距离超30 万km 时将逐步准备架修工作，架修期间，须将车辆转向架部位相关装置全部拆除，将零构件逐一养护，并对城市轨道交通车辆所有电路系统全面排查，查明车辆所有功能是否完善，确定无任何运行问题后正常启用。4）大修即对城市轨道交通车辆进行整体性、全面性检查，并展开车辆整体性维护，判断是否存在运行隐患，除此之外，须结合车辆运行性能及数量重新规划线路，更换车辆内部装置。此外可借助大修契机，淘汰落后技术，并引入新材料、新技术等，通过静调试验、动调试验等验证车辆整体性能，全方位保障车辆安全运行。5）返厂检修主要发生在各项检修工作期间，在检修过程中若发现无法解决的车辆故障问题，则需返厂检修。6）临时检修主要检修城市轨道交通车辆在列检期间发现的故障问题，问题严重，亟需处理，此时需要进行临时检修，但通常情况下，该类问题可在短时间内完成修复，并不会对轨道交通造成影响。

3.2 检修现存问题

现阶段城市轨道交通车辆检修模式主要存在以下问题：1）当前车辆检修周期、检修内容均在规范指导下展开设计，但车辆运行环境不同，且各线路车辆所承受到客运压力存在差异，因此造成车辆故障的原因不完全相同，导致统一化的维修规程并不完全适用不同线路车辆的检修需求，使车辆部分设备并未得到及时维护，出现“小毛病不断”等产品欠修情况，严重影响乘客交通体验，降低车辆可用性。2）产品过修是现阶段检修模式最常见问题，为杜绝一切安全隐患，部分零构件出现小故障问题时将被更换，产生过修现象，产品过修对车辆性能的改善情况有限，但却造成极大物力、人力浪费，经济性降低。在城市轨道交通车辆检修工作长期发展中，主机厂、运营方已逐步意识到由检修时间间隔、检修内容造成的产品欠修、产品过修问题，已逐步结合检修经验及数据积累情况对检修时间间隔、检修内容进行调整，但城市轨道交通车辆零构件众多，且系统结构及运营场景复杂，须运用科学方式展开检修优化[3]。

3.3 检修优化方式

RCM 检修理论以可靠性为中心，是当前通用的预防性检修方法，可将其应用到城市轨道交通车辆检修模式分析与优化中。RCM 检修理论最早用于飞机检修工作，并成立维修指导小组验证各类检修修程对飞机检修的实用性情况，在重复性验证统计中，形成6 种复杂系统零构件失效规律，结合其具体情况分2 类，第一种情况：失效率随时间延长而上升的情况，第二种情况：失效率随时间延长而未出现明显上升的情况，经系统化分析可得出，第一种情况主要为易产生疲劳磨损问题的零构件，对该类零构件进行检修优化时，可采用定期更换、定期拆修的方式提高零构件检修效率，而第二种情况主要为电子产品构件，该类构件无明显的疲劳耗损，因此采用定期更换、定期拆修的方式并不适用、RCM 检修理论对复杂系统内零构件故障规律进行了总结，可将其运用到城市轨道交通车辆检修模式中，根据零构件具体特征选定检修方式，采用定性分析方式判断零构件故障特征，选择出适宜的检修方式，并在定性分析的基础上展开定量分析，进一步判断检修间隔，采用数理统计工具对检修规程进行优化[4]。

城市轨道交通车辆未运行时间段被称之为车辆运行天窗，为保障检修工艺高效运行，须利用好天窗期。根据车辆检修需求划分为24 个修程（X1～X24），每月执行2 个修程任务，合理分配修程任务时间，避免出现修程任务过于集中的情况。图2 为城市轨道交通车辆天窗修程任务分配情况，可供参考。

图2 天窗修程任务分配

3.4 工程案例探讨

为进一步讨论检修间隔及检修规程，以某城市轨道交通车辆齿轮箱故障为工程案例，该车辆齿轮箱内输出轴轴承首次失效时间如图3 所示，共采集到7 次轴承失效问题，失效里程数见图3。对该工程案例中的轴承失效数据运用威布尔分布拟合，用以描述零构件失效规律，指出形状参数不同时，所产生的失效率曲线不同，将表3 中数据拟合后，得出形状参数（β）、尺度参数（θ）分别为21560km、4143670km，根据参数情况可判断出该车辆输出轴轴承为疲劳耗损类零构件，此时可采用预防性检修方式降低零构件失效率，图3 为轴承失效率随里程变化曲线，运行里程的增加造成了轴承失效率的提升，与形状参数β＞1 的拟合特点相吻合图4 为轴承可靠率随里程变化曲线，经综合计算，得出该运行车辆齿轮箱轴承的平均失效里程为331.236万km。具体计算如公式（1）所示。

图3 轴承失效率随里程变化曲线

图4 轴承可靠率随里程变化曲线

式中：MTTF-平均失效里程；θ-威布尔分布尺度参数；β-威布尔分布形状参数；Γ（）-伽玛函数。设定该车辆齿轮箱轴承最低容许失败率为0.2 FPMK，预防检修上限值为181.8 万km，即当车辆运行181.8 万km 后将统一更换齿轮箱轴承。为得出预防检修上限值，须按公式（2）进行计算。

式中：Tpm-预防检修上限值；λ-最低容许失败率，经上述验算后可看出RCM 检修理论在城市轨道交通车辆检修系统中的作用，可将RCM 检修理论作为优化检修模式的方式之一，但在实际使用期间，须将运维成本考虑在内，合理统筹检修间隔，以此得出科学且针对性强的检修模式。

3.5 检修工艺展望

首先，城市轨道交通车辆维修保养形式应趋向均衡发展，以检修时期、特点、类型、场合为依据进行检修工作，对检修任务统一管理，以此提高检修及保养效果；其次，应从计划性检修转换为状态化检修，将移动通信、物联网、传感器等技术应用到城市轨道交通车辆检修工作中，运用传感器了解车辆各关键零构件的实时数据，实现故障预警功能，采用各类传感器完成车辆各装置的线上检测，以实际情况为依据制定某段时间内的检修计划，不再以固定模式执行检修任务，降低检修工作资源消耗情况；最后，引入大数据、云计算等技术，实现智能化检修，并建立车辆零构件生命周期数据库，运用传感器感知车辆运行状态，实现远程诊断，促进检修工作智能化发展[5]。

4 结语

综上所述，城市轨道交通发展是现代化城市建设的关键部分，决定着城市交通运输质量，车辆检修及保养工作受到各方关注，工作人员需要从车辆运行质量入手，确保轨道交通运行安全，采用科学的方法，在现行制度体系基础上逐渐完善现有检修模式，寻找最适宜的城市轨道交通车辆检修模式，节省检修保养资源，提高检修工作科学性，确保列车运行效果。