160 km/h動力集中動車組客整所適應(yīng)性改造設(shè)計探討

張金林

(軌道交通工程信息化國家重點實驗室(中鐵一院),西安 710043)

1 概述

根據(jù)我國鐵路運(yùn)輸及運(yùn)營發(fā)展需求，今后鐵路總公司將大力推廣160 km/h動力集中動車組以全面取代現(xiàn)行的K/T等列車。160 km/h動力集中動車組作為復(fù)興號動車組系列的重要組成部分，是鐵路旅客運(yùn)輸?shù)男滦瓦\(yùn)載工具，在普速線路上使用動力集中動車組，滿足客貨混線鐵路開行動車的迫切需求，促進(jìn)普速鐵路捷運(yùn)化[1]。

160 km/h動力集中動車組實質(zhì)上仍然是機(jī)車+客車的模式，與動力分散動車組在運(yùn)用整備檢修及管理上存在不同，各鐵路局目前尚沒有與之相適應(yīng)的運(yùn)用整備設(shè)施，須對既有客車整備設(shè)施進(jìn)行技術(shù)改造，結(jié)合工程設(shè)計實踐，探討客整所關(guān)鍵設(shè)備配置及改造設(shè)計方案[2]。

2 客整所關(guān)鍵設(shè)備配置及改造的可行性分析

2.1 各鐵路局既有機(jī)輛整備設(shè)施現(xiàn)狀

160 km/h動力集中動車組由動力車、拖車和控制車組成。動力車是基于8軸HXD1、HXD3型交直交電力機(jī)車平臺改造而成，拖車、控制車是基于25T型普通客車平臺改造而成。動力車設(shè)有駕駛室和大型機(jī)電設(shè)備，裝置電動機(jī)引擎和驅(qū)動車輪；控制車設(shè)有駕駛室和司機(jī)操控平臺，但無大型機(jī)電設(shè)備和動力裝置，其車體除駕駛室外的剩余空間用于搭載旅客，是帶駕駛室的無動力車廂[3]，車輛參數(shù)詳見表1。

表1 160 km/h動力集中動車組車輛參數(shù) mm

160 km/h動力集中動車組動力車修程參照HXD1、HXD3型交直交電力機(jī)車修程制定，根據(jù)各鐵路局和諧型交直交電力機(jī)車運(yùn)營經(jīng)驗及機(jī)務(wù)段檢修規(guī)程，C1～C2修(6個月以內(nèi))在整備場整備作業(yè)時進(jìn)行，C3以上修在檢修庫進(jìn)行[1]；160 km/h動力集中動車組拖車即25T客車檢修工藝安排輔修(6個月以內(nèi))在客車技術(shù)整備所(以下簡稱“客整所”)進(jìn)行，時間周期與動力車一致，故動力車C1～C2修及拖車的輔修均為整列車不解體在客整所進(jìn)行作業(yè)；高級修入段解體分解，動力車回機(jī)務(wù)段、拖車在客車段檢修。由于既有各路局客車、交直交電力機(jī)車檢修設(shè)施齊全，高級修設(shè)備不再討論，本文重點研究160 km/h動力集中動車組的運(yùn)用整備設(shè)施[4-5]。

2.1.1 客運(yùn)機(jī)務(wù)段

客運(yùn)機(jī)務(wù)段是負(fù)責(zé)客運(yùn)機(jī)車運(yùn)用整備檢修作業(yè)的場所，主要作業(yè)分為機(jī)車運(yùn)用、整備和檢修。根據(jù)鐵路機(jī)務(wù)設(shè)備設(shè)計規(guī)范，機(jī)務(wù)整備待班線有效長最大按整備部分停1～2臺車、待班部分停2～3臺車計算，每條線停放機(jī)車3～5臺，線路有效長200 m左右。整備臺位上一般設(shè)置有整備棚，長度約42 m，整備棚內(nèi)設(shè)有3層作業(yè)平臺(長約24 m)及和諧電力機(jī)車整備檢測設(shè)備，整備設(shè)施可以滿足動力車的整備需求，但因其整備待班線的有效長度短，難以滿足160 km/h電動車組日常整列運(yùn)用停放、整備需求[6-8]。

2.1.2 客整所

客整所主要負(fù)責(zé)入所旅客列車的停放或檢查、試驗和修理；配屬客車的輔修工作?？驼话阍谌胨€上設(shè)有車體洗車設(shè)備、車號識別系統(tǒng)，客車整備線一般有效長540 m左右，有盡頭式和貫通式兩種，整備線設(shè)有整備棚，整備棚長約522 m，其既有設(shè)施能滿足160 km/h動力集中動車組整列停放及拖車的整備作業(yè)需求[9-11]，客整所平面布置見圖1。

圖1 客車技術(shù)整備所總平面布置

2.1.3 動車運(yùn)用所

動車運(yùn)用所(以下簡稱動車所)負(fù)責(zé)配屬動車組的運(yùn)用、整備及一二級修作業(yè)的場所，整備檢修主要在檢查庫庫內(nèi)進(jìn)行，整備檢修作業(yè)完成后在室外存車場存車，檢查庫庫長一般為468 m，存車場有效長一般為520 m。

檢查庫及存車場線路有效長均能滿足長編動車組的停放，檢查庫設(shè)置柱式軌道橋，其荷載一般參考按高鐵軸重23 t設(shè)計，160 km/h動力集中動車組軸重約為25 t，出入檢查庫要計算確認(rèn)。要在動車所整備只能改造存車場，停車場無任何整備設(shè)施，新增工程較多，投資大；且動車組與動力集中動車組管理單位不同，動力集中動車組歸客車段管轄，動車組歸動車段(動車所)管轄。若混在一起，管理不便，不建議改造動車所，以適應(yīng)160 km/h動力集中式動車組運(yùn)用整備作業(yè)[12]。

2.2 改造的可行性分析

從既有機(jī)輛運(yùn)用檢修設(shè)施的現(xiàn)狀來看，適宜160 km/h動力集中動車組運(yùn)用整備作業(yè)的客整所條件最好，其他段所改造工程巨大，經(jīng)濟(jì)上不合理，改造不可行。

3 改造方案

動力集中動車組在客車技術(shù)整備所主要作業(yè)有：動車組的運(yùn)用、整備、日常保養(yǎng)、臨修，并負(fù)責(zé)動車、拖車(及控制車)檢修后聯(lián)合調(diào)試的組織工作及動力車C1～C2修、拖車的輔修，重點需研究動力車的整備、運(yùn)用、檢修所需設(shè)備設(shè)施。

3.1 改造車號識別系統(tǒng)

根據(jù)“鐵總機(jī)輛[2018]200號”《中國鐵路總公司關(guān)于印發(fā)〈時速160公里動力集中動車組運(yùn)用維修管理暫行辦法〉的通知》要求[5]，車號識別系統(tǒng)要同時滿足客車運(yùn)用檢修管理信息系統(tǒng)及機(jī)務(wù)運(yùn)用檢修管理信息系統(tǒng)等需求。

車輛車號自動識別主要采用射頻識別(RFID)模式?？驼屎砜诎惭b有AEI設(shè)備，可對出入所車輛車號進(jìn)行識別，并通過信息系統(tǒng)傳給段所生產(chǎn)部門。系統(tǒng)包含地面識別設(shè)備AEI和車載無源電子標(biāo)簽(Passive tags)。

機(jī)車車號識別主要采用射頻識別(RFID)和圖像識別雙重識別模式。機(jī)務(wù)段閘樓安裝有機(jī)務(wù)車號自動識別設(shè)備系統(tǒng)，系統(tǒng)讀取機(jī)車車載有源電子標(biāo)簽(Active tags)內(nèi)容的同時，對機(jī)車車身車號字符進(jìn)行圖像識別，并將RFID識別結(jié)果和圖像識別結(jié)果進(jìn)行矯正、融合，獲取最優(yōu)機(jī)車車號結(jié)果，并通過段內(nèi)信息系統(tǒng)傳輸段運(yùn)用、整備、檢修相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)。系統(tǒng)主要包含AEI設(shè)備、車載有源電子標(biāo)簽、圖像校核設(shè)備[13-14]。

針對動力車、拖車的車號自動識別采用不同的模式，需對既有客整所AEI車號識別裝置進(jìn)行升級改造，建立圖像校核和射頻識別雙重模式。車號識別數(shù)據(jù)分發(fā)至車輛、機(jī)務(wù)、電務(wù)系統(tǒng)，滿足各部門應(yīng)用需求，具體改造如下。

(1)升級改造車號識別系統(tǒng)由AEI裝置和圖像校核裝置組成，采用雙重校核確保列車車號識別數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，同時保存過車圖片、視頻。

(2)建立多路信息傳輸機(jī)制，實現(xiàn)動力車、拖車、控制車車號數(shù)據(jù)分別推送至車輛、機(jī)務(wù)、電務(wù)等。

(3)開放車號數(shù)據(jù)接口，滿足車輛、機(jī)務(wù)相關(guān)生產(chǎn)應(yīng)用系統(tǒng)自動車號數(shù)據(jù)接入。

(4)車號數(shù)據(jù)分別聯(lián)網(wǎng)，動力車車號傳輸至機(jī)務(wù)管理信息系統(tǒng)，拖車、控制車車號傳輸至車輛ATIS系統(tǒng)中，實現(xiàn)出入段列車全路聯(lián)網(wǎng)；

(5)區(qū)分普通列車和160 km/h動力集中動車組，動力車、拖車、控制車車號、輛序、圖像及視頻正確匹配，提升接車的準(zhǔn)確性，縮短接車時間。

(6)車號識別系統(tǒng)升級后通過既有網(wǎng)絡(luò)和MQ平臺，實現(xiàn)車輛段、機(jī)務(wù)段、電務(wù)段、鐵路局、總公司的三層多通道數(shù)據(jù)傳輸。

3.2 整備所入所線咽喉處加裝輪對、受電弓及走行部動態(tài)檢測系統(tǒng)

根據(jù)“鐵總機(jī)輛[2018]200號”《中國鐵路總公司關(guān)于印發(fā)<時速160公里動力集中動車組運(yùn)用維修管理暫行辦法>的通知》要求，應(yīng)在配屬動力集中動車組的客整所入庫線咽喉處配置檢測棚，檢測棚配備輪對、走行部、受電弓等動態(tài)檢測設(shè)備，應(yīng)滿足動力車、拖車不同輪徑的檢測需要。

目前全路各機(jī)務(wù)段均在入段線咽喉處配置了檢測棚，其中包括輪對、走行部、受電弓等動態(tài)檢測設(shè)備，用于動態(tài)自動檢測入庫機(jī)車輪對內(nèi)側(cè)距、輪緣厚度、輪緣垂直磨耗高度、踏面擦傷深度、踏面缺陷或剝離長度、輪輞及輪箍徑向裂紋和周向裂紋、輪緣徑向裂紋，受電弓滑板磨耗、中心線偏移量、工作位接觸壓力，車側(cè)轉(zhuǎn)向架及車底走行部異物或缺失等異常情況。系統(tǒng)具有車號、端位自動識別、繪制車輪外形曲線、檢測結(jié)果網(wǎng)上查詢、超限報警等功能。檢測時機(jī)車以5～8 km/h的速度一次性通過系統(tǒng)，整個檢測過程中無人值守，完成對輪對、受電弓及走行部的檢測后，檢測結(jié)果自動上傳至段內(nèi)遠(yuǎn)程控制中心。

目前，客整所均未設(shè)置輪對、走行部、受電弓等動態(tài)檢測設(shè)備，因此需按照“鐵總機(jī)輛[2018]200號” 文的要求在入庫線咽喉處增加配置。而針對160 km/h動力集中動車組的特點，還需對既有輪對、走行部、受電弓等動態(tài)檢測設(shè)備進(jìn)行改造，以兼容160 km/h動力集中動車組動力車及拖車的不同檢測需求[16]，布置參見圖2、圖3，具體改造如下。

圖2 檢測棚示意(單位：m)

圖3 系統(tǒng)整體布局示意(單位：mm)

(1)調(diào)整整體布局，以適應(yīng)客整所的現(xiàn)場條件。

(2)輪對動態(tài)檢測設(shè)備尺寸檢測單元采用全新布局及光路結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)動力車和拖車不同輪徑的尺寸檢測需求。

(3)輪對動態(tài)檢測設(shè)備擦傷檢測單元將既有的擦傷桿更換為全新不同長度的擦傷桿，并重新調(diào)整布局，滿足動力車和拖車不同輪徑的檢測。

(4)輪對動態(tài)檢測設(shè)備深層次探傷單元更換探頭布局并變更探頭陣列長度，實現(xiàn)動力車和拖車不同輪徑的兼容檢測。

(5)走行部動態(tài)檢測設(shè)備采用線陣相機(jī)拍攝車底及車側(cè)高清圖片信息，通過調(diào)整相機(jī)視場及景深范圍兼容動力車和拖車的監(jiān)視[15]。

3.3 改造車體外皮洗刷機(jī)

洗車設(shè)備是保證客運(yùn)質(zhì)量、車體外觀形象的一項重要工作，一般客車或承擔(dān)客運(yùn)任務(wù)的客運(yùn)機(jī)車，每天或隔天需清洗1次。

客整所一般均設(shè)有車體外皮洗刷設(shè)備，洗刷設(shè)備分為露天設(shè)置、棚內(nèi)設(shè)置和庫內(nèi)設(shè)置3種。如設(shè)置點位在北方地區(qū)，預(yù)完成冬季冰凍期洗刷，需在保溫環(huán)境下進(jìn)行洗車，防止結(jié)冰，要建保溫庫，設(shè)備需設(shè)置在保溫庫內(nèi)。既有客車洗車一般都是由調(diào)車機(jī)牽引或推送進(jìn)入洗車庫完成洗車作業(yè)[17]。

160 km/h動力集中動車組，車體寬度與普通客車、機(jī)車相同，但車體有底裙，洗車設(shè)備需改造調(diào)整，增加能夠清洗底裙部位的專用刷組。另外增加能夠識別車輛類型的設(shè)備，針對不同車型采用不同的清洗刷組(不同清洗程序)。洗車設(shè)備安裝在棚(庫)內(nèi)時，洗車線可掛網(wǎng)與不掛網(wǎng)。洗車線掛網(wǎng)接觸網(wǎng)進(jìn)庫，列車自動行駛洗車效率高，但是接觸網(wǎng)帶電(AC25kV)在封閉庫內(nèi)的洗車形式在國內(nèi)外還沒有先例。為了保證洗刷安全，防止洗刷過程中的接觸網(wǎng)放電現(xiàn)象的產(chǎn)生，洗車棚(庫)需要改造，拆除屋頂，改造為露天模式，洗車區(qū)域掛網(wǎng)，160 km/h動力集中動車組可帶電自走行通過洗車機(jī)完成洗車作業(yè)，洗車效率高。但露天形式下冬季冰凍期無法進(jìn)行洗車作業(yè)，且改造工程花費較多。接觸網(wǎng)不入庫時，洗車采用牽引方式，即160 km/h動力集中動車組依舊采用調(diào)車機(jī)牽引或公鐵兩用車牽引入庫洗車，這樣雖然洗車效率低，但洗車庫(棚)不需改造，洗車設(shè)備在庫(棚)內(nèi)，冬季冰凍期也可洗車；兩種方案均可行，只是洗車的效率及能洗車的天數(shù)不同，用戶選擇時要綜合考慮每天洗車列車數(shù)量、場地、環(huán)境溫度、預(yù)算費用等因素綜合確定。

3.4 改造既有客車整備作業(yè)平臺，增設(shè)門禁及三層作業(yè)平臺安全聯(lián)鎖裝置

根據(jù)中國鐵路總公司“鐵總運(yùn)[2013]90號”文《關(guān)于加強(qiáng)機(jī)車整備能力建設(shè)的指導(dǎo)意見》及TB10004—2018《鐵路機(jī)務(wù)設(shè)備設(shè)計規(guī)范》要求，機(jī)車整備臺位應(yīng)設(shè)整備棚(庫)、電力機(jī)車應(yīng)設(shè)置三層作業(yè)平臺；三層作業(yè)平臺需設(shè)置安全監(jiān)控系統(tǒng)。

目前改造或新建的客整所整備線整備臺位上均設(shè)置有整備棚及三層作業(yè)平臺，平臺長度覆蓋客車整列車長度，第二層平臺高度距軌面高程一般為+1.25 m，參見圖4。160 km/h動力集中動車組入庫整備時，接觸網(wǎng)要進(jìn)整備棚，既有整備棚的高度需要校核，以滿足棚內(nèi)接觸網(wǎng)安裝要求，動力車的車門下沿距軌面一般為1.80～1.85 m，與既有三層作業(yè)平臺的第二層高程+1.25 m差距較大，動力車作業(yè)人員上下車不太方便。若提高二層平臺高程，可能會造成因中層與頂層的凈空不足而碰頭的情況，因此，需要在平臺對側(cè)設(shè)移動式登車梯，參見圖5。由于動力車、控制車在整備棚內(nèi)作業(yè)時有車頂?shù)琼斪鳂I(yè)，三層作業(yè)平臺須加裝門禁及車頂安全聯(lián)鎖監(jiān)控系統(tǒng)，整備臺位前后接觸網(wǎng)需設(shè)置電動隔離開關(guān)及分段絕緣器，以便動力車、控制車車頂作業(yè)時斷電，以保障登頂作業(yè)人員安全。

圖4 客車三層作業(yè)平臺剖面示意(單位：高程以m計，其余mm)

圖5 機(jī)車三層作業(yè)平臺剖面示意(單位：高程以m計，其余mm)

3.5 其他設(shè)備

針對動力車C1～C3修及日常運(yùn)用整備作業(yè)還需增加補(bǔ)充機(jī)車整備、運(yùn)用、檢修的設(shè)備，如移動式輪輞輪輻探傷設(shè)備、移動式空心車軸探傷設(shè)備、移動式相控陣車軸探傷設(shè)備、上砂小車、油脂加注設(shè)備、便攜式檢測設(shè)備、6A系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析設(shè)備、乘務(wù)員出退勤一體機(jī)等。另外，160 km/h動力集中動車組運(yùn)用整備檢修作業(yè)還需要土建、暖通、給排水、通信、信息、信號、電力、接觸網(wǎng)等專業(yè)的配合改造，才能圓滿完成車輛換型后的生產(chǎn)運(yùn)營工作。

4 改造實施效果及結(jié)論

客整所經(jīng)過改造既有車號系統(tǒng)，新增輪對、受電弓及走行部動態(tài)檢測系統(tǒng)，改造車體外皮洗刷機(jī)，改造整備作業(yè)平臺、新增門禁及安全聯(lián)鎖裝置等關(guān)鍵設(shè)備后，可以滿足160 km/h動力集中電動動車組運(yùn)用整備作業(yè)，且改造簡單易行，工程可行且改造費用相對較低。