武漢動(dòng)車段三級(jí)修架車方案研究

于永興

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司, 湖北武漢 430063)

1 概述

武漢動(dòng)車段是武廣客運(yùn)專線的重要配套工程,承擔(dān)華中(中原)、西南地區(qū)及華北部分地區(qū)動(dòng)車組的一至五級(jí)修任務(wù)。

隨著國內(nèi)客運(yùn)專線不斷建成通車,國產(chǎn)CRH系列200～300 km/h動(dòng)車組已分期分批投入運(yùn)營(yíng),并開始進(jìn)入轉(zhuǎn)向架更換檢修期,且數(shù)量不斷遞增。按照動(dòng)車組的修程,一般三級(jí)修時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)向架更換檢修,其周期為120萬km(個(gè)別為45萬km)。高速動(dòng)車組為了保證運(yùn)行安全平穩(wěn)舒適,車內(nèi)密封要求嚴(yán)格,車廂間聯(lián)結(jié)復(fù)雜。因此,在一至三級(jí)修時(shí)動(dòng)車組一般整列不解編入庫作業(yè),直接將車體同步架起,整體拆卸更換轉(zhuǎn)向架。

為了減少動(dòng)車組檢修庫停時(shí)間,增加走行公里數(shù),提高運(yùn)營(yíng)效益,有必要對(duì)三級(jí)修架車方案進(jìn)行研究,實(shí)現(xiàn)安全高效快速更換轉(zhuǎn)向架,保證動(dòng)車組運(yùn)營(yíng)效率和安全。

本文結(jié)合武漢動(dòng)車段三級(jí)修庫設(shè)計(jì),對(duì)動(dòng)車組整體架車方案進(jìn)行深入研究,從而指導(dǎo)動(dòng)車段高級(jí)修工藝設(shè)計(jì),具有重要意義。

2 三級(jí)修架車方式

目前，動(dòng)車組三級(jí)修主要有兩種整體架車方式：一種是移動(dòng)式架車機(jī)同步架起車體后整體更換轉(zhuǎn)向架,一種是固定式架車機(jī)整體架車后,再整列或分別落下轉(zhuǎn)向架更換。兩種方式各有優(yōu)劣,在國內(nèi)外均有采用。

2.1 移動(dòng)式架車

移動(dòng)式架車機(jī)作業(yè)靈活,可適應(yīng)多種不同車型,架車噸位較大,在國外高速鐵路整列架車中應(yīng)用較多。不足之處是作業(yè)效率較低,每個(gè)架車單元都需要作業(yè)人員同時(shí)調(diào)整對(duì)位,經(jīng)確認(rèn)方可進(jìn)行架車作業(yè),且架車過程中需要人員全程監(jiān)護(hù),費(fèi)時(shí)、費(fèi)力,需要較多操作人員。一般適合作業(yè)量較小或車型較多的場(chǎng)合。圖1為倫敦歐洲之星動(dòng)車組移動(dòng)式架車實(shí)景。

圖1 倫敦歐洲之星移動(dòng)式架車作業(yè)場(chǎng)景

2.2 固定式架車

根據(jù)轉(zhuǎn)向架舉升柱形式的不同，固定式架車機(jī)又分為彎臂型結(jié)構(gòu)和直臂型結(jié)構(gòu),彎臂型結(jié)構(gòu)的好處是架車后可以更換單個(gè)轉(zhuǎn)向架且順股道推出,但受力結(jié)構(gòu)復(fù)雜；而直臂型結(jié)構(gòu)在舉升相同重量時(shí),結(jié)構(gòu)可以設(shè)計(jì)得較小,但更換單個(gè)轉(zhuǎn)向架不方便,需配合轉(zhuǎn)車盤推至側(cè)線或采用其他方式取出。圖2為彎臂型固定式架車機(jī)與直臂型固定式架車機(jī)示意圖。

圖2 彎臂型固定式架車機(jī)與直臂型固定式架車機(jī)示意

固定式架車機(jī)的好處是作業(yè)效率高,適合作業(yè)量大而車型變化少的場(chǎng)合。其不足是設(shè)計(jì)制造時(shí)已經(jīng)確定了架車兼容車型種類,以后再調(diào)整比較困難。兼容車型種類越多,結(jié)構(gòu)越復(fù)雜,造價(jià)越高。在國外,固定式架車機(jī)多用在地鐵車輛架車作業(yè)中,我國臺(tái)灣在高速鐵路中采用了彎臂型固定式架車機(jī)。圖3為臺(tái)灣高鐵彎臂型固定式架車機(jī)架車實(shí)景。

圖3 臺(tái)灣高速鐵路固定式架車作業(yè)實(shí)景

3 武漢動(dòng)車段三級(jí)修架車方案研究

3.1 架車作業(yè)量及架車方式的選擇

工程設(shè)計(jì)中一般應(yīng)根據(jù)動(dòng)車組車型類別、架車作業(yè)量以及未來發(fā)展等方面統(tǒng)籌考慮三級(jí)修架車方式。

武漢動(dòng)車段配車數(shù)量近期為250列,遠(yuǎn)期為400列,約占全路總量的40％,且以CRH2為主型車,兼容CRH1、CRH3、CRH5車型,因而會(huì)有多種不同型號(hào)的動(dòng)車組和轉(zhuǎn)向架,幾何尺寸也有相當(dāng)差異,因此架車設(shè)備應(yīng)具有良好的兼容性。

經(jīng)分析計(jì)算,武漢動(dòng)車段近期平均3 d,遠(yuǎn)期平均2 d需完成一列16輛長(zhǎng)編組動(dòng)車組架車更換轉(zhuǎn)向架作業(yè)?？紤]到武漢動(dòng)車段大部分為主型車CRH2,需要配一套(一線)作業(yè)效率高、安全可靠的固定式架車機(jī),由于CRH2型與CRH3型動(dòng)車組的軸距、定距、全長(zhǎng)等許多車輛參數(shù)相仿,因此固定式架車機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)考慮同時(shí)兼容這兩種車型的長(zhǎng)、短編組；另外CRH1、CRH5及待開發(fā)的車型數(shù)量也會(huì)不少,需要配一套(一線)適應(yīng)能力強(qiáng)的移動(dòng)式架車機(jī),并且可作為主型車架車的備用,考慮到未來發(fā)展,另預(yù)留一套(一線)。

3.2 三級(jí)修庫設(shè)備布置方案

由上分析,武漢動(dòng)車段三級(jí)修庫按遠(yuǎn)期規(guī)?？刂圃O(shè)置為三線,其中一線固定式架車機(jī),一線移動(dòng)式架車機(jī),另預(yù)留一線。

動(dòng)車組有8輛編組和16輛編組之分,因此整體架車設(shè)備縱向應(yīng)能適應(yīng)不同編組、不同型號(hào)的列車長(zhǎng)度；橫向應(yīng)滿足更換轉(zhuǎn)向架兩側(cè)作業(yè)，運(yùn)送拆裝部件的要求，避免架車單元與周邊結(jié)構(gòu)物干涉；高度方向整體架車上部空間應(yīng)滿足架車后不影響車頂天車的起吊作業(yè)；下部空間適應(yīng)架車后工人車底拆裝作業(yè)及兩側(cè)自由通行。

武漢動(dòng)車段三級(jí)修庫與轉(zhuǎn)向架庫、調(diào)試庫等相毗鄰,因而三級(jí)修庫長(zhǎng)度不應(yīng)受本庫作業(yè)車型長(zhǎng)度、庫兩端轉(zhuǎn)車盤設(shè)置距離、作業(yè)人員通行要求等因素制約,還要考慮與兩旁轉(zhuǎn)向架庫、調(diào)試庫等相一致,經(jīng)綜合考慮庫長(zhǎng)定為456 m。

移動(dòng)式架車機(jī)架車時(shí)架車單元只對(duì)車體進(jìn)行舉升,轉(zhuǎn)向架一般仍在原位不動(dòng),因而轉(zhuǎn)向架與車體間聯(lián)結(jié)的分解作業(yè)只能在架車前進(jìn)行。為了方便拆解作業(yè),將移動(dòng)式架車作業(yè)線地面高程降低,采用軌道橋加檢查地溝形式。這樣將三線庫進(jìn)行分割,兩線移動(dòng)式架車機(jī)單獨(dú)設(shè)在24 m跨內(nèi),地面高程-0.95 m,庫線與側(cè)墻及庫線之間間距依次分別為6.5 m-11 m-6.5 m,兩線均配置+3.8 m三層作業(yè)平臺(tái)及防護(hù)設(shè)施、活動(dòng)式側(cè)移接觸網(wǎng)及10 t天車,這樣在更換轉(zhuǎn)向架作業(yè)同時(shí)可進(jìn)行車頂作業(yè),同時(shí)動(dòng)車組進(jìn)出庫迅捷,壓縮了輔助時(shí)間,提高了工作效率。活動(dòng)式側(cè)移接觸網(wǎng)與三層平臺(tái)及天車聯(lián)鎖,保證作業(yè)人員安全。預(yù)留的移動(dòng)架車線近期可作為調(diào)試線使用,增配可拆卸式1.25 m二層作業(yè)平臺(tái),待遠(yuǎn)期必要時(shí)可拆除二層平臺(tái)作為移動(dòng)式架車線使用；固定式架車機(jī)設(shè)置在15 m跨內(nèi),旁邊6 m處另設(shè)一條轉(zhuǎn)向架存放線,與架車線通過轉(zhuǎn)盤聯(lián)接,地面高程±0.00 m,同樣配置三層作業(yè)平臺(tái)及防護(hù)設(shè)施、活動(dòng)式側(cè)移接觸網(wǎng)及10t天車。兩跨不同高程地面交接處采用不銹鋼欄桿圍護(hù),并設(shè)2處出入口。固定式架車機(jī)按同時(shí)兼容CRH2和CRH3兩種車型長(zhǎng)、短編組設(shè)計(jì),經(jīng)優(yōu)化后形成四種類型共34個(gè)基礎(chǔ)坑。

動(dòng)車組架車后轉(zhuǎn)向架進(jìn)出庫一般來說都是通過牽引車牽引,不需要天車起吊。車頂需要起吊的只有受電弓等不超過2.5t的設(shè)備。但考慮到高級(jí)修范圍的不確定性,在三級(jí)修庫內(nèi)仍設(shè)置10 t/3.2 t天車,以方便將來起吊諸如轉(zhuǎn)向架、空調(diào)等大部件。天車軌頂高程的確定需根據(jù)4.70 m三層作業(yè)面高度、起吊設(shè)備及吊具高度、活動(dòng)式側(cè)移接觸網(wǎng)及高壓母線的安裝高度等因素綜合考慮,確定為9 m。圖4為武漢動(dòng)車段三級(jí)修庫設(shè)備布置方案平面示意,圖5為立面示意。

圖4 武漢動(dòng)車段三級(jí)修庫設(shè)備布置方案平面示意(單位：mm)

圖5 武漢動(dòng)車段三級(jí)修庫設(shè)備布置方案立面示意(單位：mm)

關(guān)于固定式架車機(jī)與作業(yè)平臺(tái)的匹配問題,首先要考慮采用的架車方式、不同架車高度下作業(yè)時(shí)間及作業(yè)平臺(tái)上作業(yè)時(shí)間之間的匹配,其次還應(yīng)該考慮到作業(yè)平臺(tái)的高度限制。

由于庫內(nèi)設(shè)置了活動(dòng)式側(cè)移接觸網(wǎng),考慮到掛網(wǎng)的高度、平臺(tái)上防護(hù)欄桿的高度以及車頂人員作業(yè)方便,則三層作業(yè)平臺(tái)最多只能設(shè)置到4.75 m左右的高度,這時(shí)相匹配的架車高度應(yīng)該在0.95 m左右,這個(gè)高度下基本可以滿足作業(yè)人員拆除轉(zhuǎn)向架與車體間聯(lián)結(jié)的需要,同時(shí)作業(yè)人員在三層平臺(tái)上可以對(duì)車頂并行作業(yè)。另根據(jù)需要,固定式架車機(jī)還可舉升車體至不同高度。

經(jīng)調(diào)研得知,國內(nèi)外整體架車方式,無論高速動(dòng)車還是城際地鐵車輛,架車高度普遍較高,基本上都在1.6 m左右及更高,這個(gè)高度的確定一是考慮到工人檢查車底設(shè)備方便,二是方便工人從車底橫穿列車兩側(cè)的需要。因而可以得出結(jié)論,動(dòng)車組整體架車的高度不僅僅只考慮推出轉(zhuǎn)向架的需要,還應(yīng)該考慮工人車底作業(yè)方便,這樣架車機(jī)的架車高度就不會(huì)是一個(gè)定值,而是根據(jù)高級(jí)修的作業(yè)需要,架到不同高度。

武漢地區(qū)地下水較為豐富,固定式架車機(jī)地坑又較大、較深,因而地坑的防水、排水就顯得尤為重要。地基基礎(chǔ)各部分防水等級(jí)應(yīng)按一級(jí),防水層耐用年限不少于25年,其他需滿足GB50108—2001《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》的要求?；A(chǔ)應(yīng)采用包括結(jié)構(gòu)自防水及附加防水層等多道防水結(jié)構(gòu)。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮基礎(chǔ)抗裂的需要,鋼筋混凝土的抗?jié)B等級(jí)不得低于規(guī)范規(guī)定值。

4 結(jié)束語

介紹了固定式和移動(dòng)式兩種典型架車方式優(yōu)缺點(diǎn),針對(duì)武漢動(dòng)車段提出了三級(jí)修架車具體方案,并對(duì)設(shè)計(jì)中需注意事項(xiàng)一并進(jìn)行闡述,歸納如下：

(1)三級(jí)修架車方式的選擇應(yīng)根據(jù)運(yùn)用動(dòng)車組中主型車和兼容車的類別、數(shù)量及未來發(fā)展綜合考慮,主型車建議采用固定式架車方式,兼容車采用移動(dòng)式架車方式。

(2)應(yīng)充分考慮架車作業(yè)所需的空間,即縱向長(zhǎng)度、架車機(jī)兩側(cè)工人作業(yè)范圍、架車高度等,庫內(nèi)宜設(shè)置車頂作業(yè)平臺(tái)及活動(dòng)式側(cè)移接觸網(wǎng),可提高架車作業(yè)效率。

動(dòng)車組整列架車的高度不應(yīng)只考慮推出轉(zhuǎn)向架的需要,還應(yīng)該考慮工人車底作業(yè)方便,這樣架車機(jī)的架車高度就不應(yīng)是一個(gè)定值,而是根據(jù)高級(jí)修的作業(yè)需要,架到不同高度。

架車機(jī)設(shè)備造價(jià)昂貴,為防止遭地下水侵蝕損壞,在地下水系發(fā)達(dá)地區(qū),應(yīng)高度重視地坑內(nèi)防水、排水,必要時(shí)應(yīng)對(duì)地基作加固處理并進(jìn)行載荷試驗(yàn),避免地坑沉降不均破壞防水,以確保工程質(zhì)量。

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