胡 平

（中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 環(huán)境與設(shè)備設(shè)計(jì)院，西安 710043）

隨著高鐵線網(wǎng)的不斷擴(kuò)充以及動(dòng)車組配屬量的大規(guī)模增加，為滿足動(dòng)車組的運(yùn)用檢修需求，全路已建成多個(gè)動(dòng)車段、動(dòng)車運(yùn)用所以及存車場(chǎng)，其中北京、上海、廣州、武漢、西安、成都、沈陽(yáng)共7個(gè)動(dòng)車段具備動(dòng)車組高級(jí)修能力，主要承擔(dān)全路動(dòng)車組的三、四、五級(jí)檢修任務(wù)。

動(dòng)車組高級(jí)修過(guò)程中單節(jié)車輛在架車組裝后需要進(jìn)行稱重試驗(yàn)及尺寸測(cè)量。常規(guī)設(shè)計(jì)中將車輛架車組裝、稱重試驗(yàn)與尺寸測(cè)量工位布置于不同庫(kù)房或者同一庫(kù)房不同位置。車輛架車組裝后經(jīng)移車運(yùn)送到稱重工位，如稱重試驗(yàn)不合格時(shí)需將車輛回送至組裝工位進(jìn)行調(diào)簧或加墊作業(yè)，之后再返回到稱重工位，即稱重測(cè)量、調(diào)整、再稱重測(cè)量，如此反復(fù)直到稱重達(dá)到要求為止。該作業(yè)方式車輛轉(zhuǎn)運(yùn)距離長(zhǎng)，作業(yè)環(huán)節(jié)往復(fù)頻繁，作業(yè)流程的連續(xù)性和協(xié)同性差，不利于檢修作業(yè)效率的提升［1-5］。

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

車輛稱重試驗(yàn)工位設(shè)置稱重設(shè)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(cè)試工作。車輛稱重試驗(yàn)設(shè)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(cè)量工位目前主要采用人工手持測(cè)量工具的作業(yè)方式，在車輛自重負(fù)荷前提下對(duì)車體及轉(zhuǎn)向架關(guān)鍵零部件的相對(duì)高度與間距進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量值不得超出檢修規(guī)程規(guī)定的公差標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)影響尺寸不合格的零部件作必要調(diào)整，使其測(cè)量值滿足相應(yīng)檢修標(biāo)準(zhǔn)［4-5］。

1 動(dòng)車組綜合落成設(shè)備設(shè)計(jì)研究

單節(jié)車輛架車組裝、稱重試驗(yàn)、尺寸測(cè)量之間作業(yè)工序緊密銜接，基于地坑式架車機(jī)的作業(yè)方式，提出一種融合“架車、稱重、測(cè)量”功能于一體的動(dòng)車組綜合落成設(shè)備，實(shí)現(xiàn)在架車組裝工位一并完成稱重試驗(yàn)、尺寸測(cè)量作業(yè)。

1.1 基于動(dòng)車組綜合落成設(shè)備的檢修工藝流程

以CRH2與CRH3型動(dòng)車組原3項(xiàng)獨(dú)立工位為例，檢修工藝流程如圖1、圖2所示，整個(gè)作業(yè)過(guò)程車輛要反復(fù)在3處工位間移動(dòng)，且多為人力推車，檢修作業(yè)效率較低。

圖1 CRH2型動(dòng)車組原檢修工藝流程

圖2 CRH3型動(dòng)車組原檢修工藝流程

現(xiàn)研發(fā)的動(dòng)車組綜合落成設(shè)備提供了一種新型的檢修工藝流程，如圖3所示，實(shí)現(xiàn)在同一工位上完成車輛架車、稱重試驗(yàn)、尺寸測(cè)量作業(yè)，減少了車輛轉(zhuǎn)運(yùn)移動(dòng)距離，避免了工位間的流轉(zhuǎn)，簡(jiǎn)化了工藝流程，提高了檢修作業(yè)效率，同時(shí)優(yōu)化了廠房?jī)?nèi)工藝設(shè)備布局。動(dòng)車組綜合落成設(shè)備主要作業(yè)場(chǎng)景如圖4所示。

圖3 基于動(dòng)車組綜合落成設(shè)備的檢修工藝流程

圖4 動(dòng)車組綜合落成設(shè)備主要作業(yè)場(chǎng)景

1.2 動(dòng)車組綜合落成設(shè)備的結(jié)構(gòu)及功能原理

動(dòng)車組綜合落成設(shè)備由2組單坑架車組裝裝置和1套電控系統(tǒng)組成，如圖5所示。

圖5 動(dòng)車組綜合落成設(shè)備總成

每套單坑架車組裝裝置基于地坑式架車機(jī)技術(shù)，并集成稱重試驗(yàn)以及尺寸測(cè)量作業(yè)升降平臺(tái)等裝置融合于一體，包括車體舉升單元、轉(zhuǎn)向架舉升單元、稱重試驗(yàn)裝置、升降平臺(tái)、伸縮平臺(tái)等，如圖6所示。根據(jù)功能原理，動(dòng)車組綜合落成設(shè)備主要?jiǎng)澐譃榧苘嚱M裝裝置、車輛稱重試驗(yàn)裝置、車輛尺寸測(cè)量配套作業(yè)平臺(tái)3部分。

圖6 動(dòng)車組綜合落成設(shè)備單坑架車組裝裝置設(shè)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(zhuǎn)向架舉升單元、主機(jī)架3部分組成，如圖7所示。主機(jī)架由過(guò)橋梁、支撐立柱、支撐橫梁等組成。車體舉升單元的導(dǎo)向軌、轉(zhuǎn)向架舉升單元驅(qū)動(dòng)裝置的安裝梁均依靠主機(jī)架進(jìn)行固定安裝。

圖7 架車組裝裝置組成

車體舉升單元的作業(yè)過(guò)程包括車體舉升單元整體移動(dòng)、舉升柱升降、托頭伸出3組動(dòng)作。車體舉升單元整體移動(dòng)采用電動(dòng)推桿作為驅(qū)動(dòng)力，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)避免車輛傾覆的危險(xiǎn)；車體舉升采用減速電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)，絲杠具有自鎖功能，保證在行程范圍內(nèi)的任意高度內(nèi)均可停機(jī)，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(dòng)車組的架車作業(yè)，傳動(dòng)采用絲杠螺母方式，空載時(shí)高速就位，負(fù)載狀態(tài)通過(guò)變頻器調(diào)整低速運(yùn)轉(zhuǎn)。

轉(zhuǎn)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(guò)絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)支撐。舉升轉(zhuǎn)向架時(shí)，每根舉升軌支撐轉(zhuǎn)向架同側(cè)2個(gè)車輪，整套架車機(jī)組的4根舉升軌同步作業(yè)完成單節(jié)車輛的舉升。根據(jù)地坑式架車機(jī)組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及使用功能，車輪與舉升軌之間以踏面為接觸受力點(diǎn)，以此支撐車輛的重量，經(jīng)舉升軌、立柱、舉升框架、絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)傳遞至主機(jī)架。舉升軌具備升降功能，當(dāng)軌頂標(biāo)高與檢修庫(kù)地面平齊時(shí)，舉升軌與地坑式架車機(jī)組以外的庫(kù)內(nèi)地面軌道貫通［6-8］。

1.2.2車輛稱重試驗(yàn)裝置

稱重標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行TB/T 2782-1997《鐵道機(jī)車車輛稱重臺(tái)技術(shù)條件》，針對(duì)動(dòng)車組單節(jié)車輛8個(gè)車輪單獨(dú)設(shè)置稱重單元，每個(gè)稱重單元稱重軌面的水平偏差不大于0.5 mm，8個(gè)稱重單元任意2個(gè)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(dòng)車組輪對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中同時(shí)隨著車輛運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生橫向偏移，致使車輪踏面與鋼軌的接觸點(diǎn)在一段范圍內(nèi)處于變化狀態(tài)，輪對(duì)重心相對(duì)鋼軌中心會(huì)出現(xiàn)偏移。因此，若采用傳統(tǒng)車輪踏面稱重方式，雖然不會(huì)影響車輛總質(zhì)量的準(zhǔn)確度，但是對(duì)于輪重測(cè)量將產(chǎn)生較大誤差［12］。

為避免踏面稱重方式存在的不足，依據(jù)鐵道部運(yùn)輸局運(yùn)裝管驗(yàn)［2010］816號(hào)《JWLZ動(dòng)車組輪重檢測(cè)裝置技術(shù)評(píng)審意見(jiàn)》，滿足車輛稱重作業(yè)對(duì)輪重、輪重差、軸重、軸重差及總重等數(shù)據(jù)的測(cè)試要求，研究基于架車組裝裝置結(jié)構(gòu)特點(diǎn)提出的稱重裝置選擇車輪輪緣稱重方式［12-15］。

車體與轉(zhuǎn)向架組裝完成以后，為滿足在同一工位進(jìn)行車輛稱重試驗(yàn)，由于轉(zhuǎn)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(diǎn)進(jìn)行稱重，因此需另外尋找8處輪緣支撐點(diǎn)作為稱重單元。車輪輪緣位于輪對(duì)中心線內(nèi)側(cè)，基于該位置關(guān)系，并依托架車組裝裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在每根轉(zhuǎn)向架舉升軌內(nèi)側(cè)對(duì)應(yīng)各車輪位置分別設(shè)置一段稱重軌，且稱重軌經(jīng)主機(jī)架的過(guò)橋梁進(jìn)行固定安裝，稱重軌和過(guò)橋梁之間設(shè)置稱重傳感器，以此相對(duì)轉(zhuǎn)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(yàn)裝置采用輪緣稱重作業(yè)方式，基于架車組裝裝置結(jié)構(gòu)解決了轉(zhuǎn)向架舉升軌和稱重軌不能并排在同一直線上的問(wèn)題，舉升軌具備升降功能并承擔(dān)架車作業(yè)，稱重軌只參與稱重作業(yè)，兩者功能相互獨(dú)立。由于稱重軌只在稱重時(shí)承受壓力，其余作業(yè)過(guò)程與車輪處于非接觸狀態(tài)，避免了稱重軌被車輪頻繁碾壓而產(chǎn)生的變形問(wèn)題，可以有效保障稱重?cái)?shù)據(jù)的準(zhǔn)確度和精度，并且使用壽命得到延長(zhǎng)。

1.2.3車輛尺寸測(cè)量配套作業(yè)平臺(tái)

基于動(dòng)車組綜合落成設(shè)備中架車組裝裝置的特點(diǎn)，適應(yīng)車輛尺寸測(cè)量采用人工手持工具測(cè)量的方式，動(dòng)車組綜合落成設(shè)備在軌道之間和軌道外側(cè)均設(shè)置升降作業(yè)平臺(tái)，便于為測(cè)量人員提供合適且安全的立體作業(yè)面，如圖9所示。

圖9 尺寸測(cè)量配套作業(yè)平臺(tái)

測(cè)量作業(yè)時(shí)，平臺(tái)下降后為作業(yè)人員提供尺寸測(cè)量操作空間；不做尺寸測(cè)量期間，平臺(tái)面與檢修庫(kù)地面平齊。股道外側(cè)升降平臺(tái)設(shè)置有階梯型的升降平臺(tái)通道；中間升降平臺(tái)通道自地面經(jīng)股道兩側(cè)作業(yè)平臺(tái)空間后，從軌道下方進(jìn)入中間作業(yè)空間。

1.3 動(dòng)車組綜合落成設(shè)備的兼容性設(shè)計(jì)

伴隨著我國(guó)高速鐵路的快速發(fā)展，動(dòng)力分散型電動(dòng)車組不斷迭代升級(jí)，目前形成了CRH和諧系列和CR復(fù)興號(hào)系列譜系化動(dòng)車組。各型動(dòng)車組結(jié)構(gòu)尺寸有所區(qū)別，其中與檢修架車作業(yè)有關(guān)的架車點(diǎn)中心距、車輛定距、轉(zhuǎn)向架軸距均有所差異，僅針對(duì)國(guó)鐵主型動(dòng)車組進(jìn)行分析研究［16-19］。當(dāng)前投入使用的各動(dòng)車段均需兼顧多種車型的檢修任務(wù)，因此需對(duì)動(dòng)車組綜合落成設(shè)備的兼容性進(jìn)行研究。各型動(dòng)車組架車點(diǎn)中心距、車輛定距、轉(zhuǎn)向架軸距統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)詳見(jiàn)表1。

表1 各型動(dòng)車組架車點(diǎn)中心距、車輛定距、轉(zhuǎn)向架軸距統(tǒng)計(jì)表 單位：mm

動(dòng)車組綜合落成設(shè)備的車體舉升單元采用可調(diào)間距設(shè)計(jì)，伸縮托頭可沿軌道方向在一定范圍內(nèi)移動(dòng)；轉(zhuǎn)向架舉升單元的舉升軌為條狀布置，綜合各型動(dòng)車組車體的架車點(diǎn)中心距、車輛定距、轉(zhuǎn)向架軸距，通過(guò)合理確定動(dòng)車組綜合落成設(shè)備單坑裝置的結(jié)構(gòu)尺寸以及2單坑裝置之間的距離，使其具備兼容各型動(dòng)車組落車作業(yè)的需求。

基于架車組裝裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合各型動(dòng)車組的車輛定距、轉(zhuǎn)向架軸距，通過(guò)車輪分布區(qū)域范圍統(tǒng)計(jì)，按照極限邊界條件綜合分析，同一轉(zhuǎn)向架同側(cè)兩輪對(duì)相應(yīng)的兩段稱重軌長(zhǎng)度分別按1.1 m、1.3 m設(shè)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(yàn)裝置稱重軌的整體布置方案。車體舉升托頭、轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向架舉升軌和稱重軌布置方案圖（單位:mm）

根據(jù)圖10檢算，以稱重軌兩端100 mm以內(nèi)確定為稱重傳感器的有效范圍。車體架車點(diǎn)中心距兼容范圍14.80~19.20 m；轉(zhuǎn)向架定距兼容范圍17.19~18.99 m（適應(yīng)2.5 m軸距）或17.39~19.19 m（適應(yīng)2.7 m軸距）。對(duì)照表1可知，各型動(dòng)車組實(shí)際車體架車點(diǎn)、轉(zhuǎn)向架定距均分布在以上檢算范圍內(nèi)，故動(dòng)車組綜合落成設(shè)備總體方案可兼容各型動(dòng)車組的作業(yè)要求。

尺寸測(cè)量作業(yè)為人工手持測(cè)量工具進(jìn)行測(cè)量，操作人員工作位置在轉(zhuǎn)向架中間及兩側(cè)部位、車體四角及車鉤附近。動(dòng)車組綜合落成設(shè)備兩側(cè)升降平臺(tái)（6 180 mm×1 940 mm）及中間升降平臺(tái)（6 180 mm×990 mm）涵蓋了所有車型轉(zhuǎn)向架尺寸測(cè)量調(diào)整、軸簧空簧調(diào)整所需作業(yè)區(qū)域。根據(jù)已知車型的四角高度的測(cè)量，作業(yè)區(qū)域集中在平臺(tái)進(jìn)出通道附近；車鉤的測(cè)量調(diào)整均在固定平臺(tái)及外側(cè)區(qū)域，故兼容現(xiàn)有車型的測(cè)量作業(yè)。

2 動(dòng)車組綜合落成設(shè)備的工程應(yīng)用

西安動(dòng)車段作為西北地區(qū)唯一動(dòng)車組高級(jí)修檢修基地，其設(shè)計(jì)規(guī)模按照四、五級(jí)修，每天4輛單節(jié)車的檢修能力，配套相應(yīng)作業(yè)流程以及生產(chǎn)節(jié)拍，從優(yōu)化檢修工藝流程、提高作業(yè)效率等多方面進(jìn)行研究，在檢修組合庫(kù)的車體組裝庫(kù)內(nèi)設(shè)置32個(gè)組裝落車臺(tái)位，其中成功應(yīng)用動(dòng)車組綜合落成設(shè)備4個(gè)臺(tái)位，形成的總體技術(shù)方案在總圖上緊湊布局，并實(shí)現(xiàn)工藝順暢、功能完善等目標(biāo)［20-21］。動(dòng)車組綜合落成設(shè)備相對(duì)架車組裝、稱重試驗(yàn)、尺寸測(cè)量獨(dú)立工位方案的優(yōu)缺點(diǎn)分析見(jiàn)表2。

表2 動(dòng)車組綜合落成設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)分析

西安動(dòng)車段高級(jí)修工程檢修組合庫(kù)局部設(shè)備平面布置如圖11所示。西安動(dòng)車段高級(jí)修工程已于2020年8月建成投產(chǎn)，工程投產(chǎn)以后西安動(dòng)車段形成運(yùn)用維修和高級(jí)修2部分，其中運(yùn)用維修部分主要承擔(dān)西安樞紐西安北站始發(fā)動(dòng)車組一、二級(jí)修、臨修、運(yùn)用整備、存放任務(wù)，高級(jí)修部分主要承擔(dān)西北地區(qū)配屬動(dòng)車組的三、四、五級(jí)高級(jí)修任務(wù)。

圖11 西安動(dòng)車段高級(jí)修工程檢修庫(kù)局部平面布置圖

3 結(jié)束語(yǔ)

結(jié)合動(dòng)車組高級(jí)修單節(jié)車輛的檢修工藝流程及作業(yè)要求，動(dòng)車組綜合落成設(shè)備具有架車組裝、稱重試驗(yàn)和尺寸測(cè)量的綜合功能，實(shí)現(xiàn)了將常規(guī)運(yùn)用中車輛組裝、稱重試驗(yàn)和測(cè)量調(diào)整3種工位的集中合并，可達(dá)到優(yōu)化檢修工藝流程、縮短檢修作業(yè)時(shí)間、提高生產(chǎn)效率、減小檢修廠房面積等目的。同時(shí)，系統(tǒng)具有較強(qiáng)的兼容性與適用性，可滿足多種車型動(dòng)車組一體化作業(yè)要求，除在動(dòng)車組高級(jí)修應(yīng)用以外，還可為鐵路機(jī)車車輛、城軌車輛檢修提供技術(shù)參考。