楊昕映
(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司,北京 100055)
懸掛式單軌交通是車體懸掛于軌道梁或索軌下方行駛的一種中低運(yùn)量軌道交通[1],具有安全可靠、運(yùn)行快捷、集約用地、地形適應(yīng)能力強(qiáng)、噪聲低、工程投資低[2]、建設(shè)周期短等優(yōu)點(diǎn),不僅滿足《交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》《關(guān)于培育發(fā)展現(xiàn)代化都市圈的指導(dǎo)意見》《國(guó)家綜合立體交通網(wǎng)規(guī)劃綱要》部署對(duì)“經(jīng)濟(jì)高效、綠色集約、智能先進(jìn)、安全可靠”[3-4]以及“推進(jìn)各種運(yùn)輸方式統(tǒng)籌融合發(fā)展,促進(jìn)交通通道由單一向綜合、由平面向立體發(fā)展,減少對(duì)空間的分割,提高國(guó)土空間利用效率”[5]的要求,還有利于完善國(guó)內(nèi)城市交通結(jié)構(gòu),促進(jìn)軌道交通持續(xù)健康、多制式協(xié)調(diào)發(fā)展[6]。目前,國(guó)內(nèi)已建成成都雙流中唐新能源空鐵試驗(yàn)線[7]、河南開封自貿(mào)區(qū)空軌項(xiàng)目示范段、中車四方試驗(yàn)線、武漢中鐵科工空軌示范線等多條示范線[8],四川省、河南省、深圳市均發(fā)布了地方懸掛式單軌交通設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),懸掛式單軌行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)正在編制中,對(duì)懸掛式單軌車輛基地工藝設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)作用,但由于目前國(guó)內(nèi)尚未有建成的懸掛式單軌車輛基地,現(xiàn)行地方標(biāo)準(zhǔn)對(duì)懸掛式交通車輛的修程修制規(guī)定是基于跨座式單軌交通設(shè)計(jì)規(guī)范提出的,而跨座式單軌車輛與懸掛式單軌車輛在車輛結(jié)構(gòu)、運(yùn)用檢修等方面均存在較大的差異。因此,結(jié)合國(guó)內(nèi)懸掛式單軌車型技術(shù)特點(diǎn),充分吸收地鐵、輕軌等成熟運(yùn)用的軌道交通建設(shè)成果,并借鑒重慶跨座式單軌運(yùn)營(yíng)及蕪湖跨座式單軌車輛建設(shè)經(jīng)驗(yàn),分析現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)存在的問(wèn)題,提出懸掛式單軌車輛基地工藝設(shè)計(jì)中檢修修程、檢修周期、工藝布置方面的建議。
懸掛式單軌車輛一般采用橡膠車輪[9],列車走行裝置位于梁軌合一的軌道梁內(nèi)或索軌上。車輛除走行輪外,轉(zhuǎn)向架兩側(cè)有導(dǎo)向輪,如圖1所示。
圖1 懸掛式單軌車輛構(gòu)成[10]
目前,國(guó)內(nèi)主要懸掛式單軌車輛按其結(jié)構(gòu)形式差異分為梁軌懸掛式單軌和索軌懸掛式單軌。
(1)梁軌懸掛式單軌是采用鋼型材焊接成的剛性軌道,主要車型有中車浦鎮(zhèn)第一代及第二代懸掛式單軌、中車四方、中鐵工業(yè)懸掛式單軌,如圖2所示,此外,還有中車株機(jī)、通號(hào)公司、中唐空鐵、中車資陽(yáng)等懸掛式單軌。
(2)索軌懸掛式單軌是將懸掛式軌道車輛、索道技術(shù)、懸索橋梁技術(shù)相結(jié)合的一種適應(yīng)復(fù)雜地形的懸掛式單軌交通系統(tǒng),可實(shí)現(xiàn)600 m跨距,節(jié)省大量用于支撐的墩柱,降低了工程成本同時(shí)提高了美觀度,主要車型為林同棪懸掛式單軌,如圖3所示。
圖2 梁軌懸掛式單軌
圖3 索軌懸掛式單軌
與跨座式單軌、傳統(tǒng)軌道交通車輛相比,懸掛式單軌車輛在轉(zhuǎn)向架、運(yùn)行環(huán)境、輪壓載荷、線路適應(yīng)性、空間利用效率等方面具有不同的特點(diǎn)。
(1)轉(zhuǎn)向架
與跨座式單軌、傳統(tǒng)軌道交通等車體位于轉(zhuǎn)向架上方不同,懸掛式單軌車體懸吊于轉(zhuǎn)向架下,轉(zhuǎn)向架由構(gòu)架、走行輪、導(dǎo)向輪、牽引電機(jī)組成,運(yùn)行過(guò)程中始終位于墩柱支撐的開口箱梁內(nèi)部或索軌上,不會(huì)脫軌,國(guó)內(nèi)主要懸掛式單軌車型轉(zhuǎn)向架如圖4所示。
圖4 懸掛式單軌轉(zhuǎn)向架
(2)運(yùn)行環(huán)境
梁軌懸掛式單軌轉(zhuǎn)向架運(yùn)行于箱梁內(nèi),不受雨雪天氣及雜物影響,輪胎走行面較傳統(tǒng)軌道交通及跨座式單軌清潔,在相同線路條件下對(duì)輪胎的磨損相對(duì)較少。
(3)輪壓載荷
國(guó)內(nèi)主要懸掛式單軌一般采用橡膠輪胎,梁軌懸掛式單軌軸重≯7.5t,索軌懸掛式單軌軸重≯6.4t,平均輪壓載荷較跨座式單軌小,對(duì)轉(zhuǎn)向架及輪胎的沖擊較小。
(4)線路適應(yīng)性
懸掛式單軌可適應(yīng)最大坡度100‰,最小曲線半徑30 m,線路及地形適應(yīng)能力強(qiáng)[11]。
(5)空間利用效率
懸掛式單軌車輛基地內(nèi)停車列檢線懸掛雙層及多層列車的實(shí)施條件好,空間利用效率高,停車列檢線倒L形、T形及門形墩柱[12]雙層懸掛布置示意如圖5所示。
圖5 雙層懸掛布置示意
3.1.1 檢修修程及檢修周期現(xiàn)行規(guī)定
目前,懸掛式單軌車輛基地設(shè)計(jì)時(shí),檢修修程及檢修周期主要參考現(xiàn)行GB50458—2008《跨座式單軌交通設(shè)計(jì)規(guī)范》,以及四川省、河南省、深圳市發(fā)布的地方懸掛式單軌交通設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),懸掛式單軌行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)正在編制中,尚未發(fā)布。
(1)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《跨座式單軌交通設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定車輛檢修修程和檢修周期見表1。
表1 車輛檢修修程和檢修周期[13]
(2)河南省地方標(biāo)準(zhǔn)DBJ41T 217—2019《懸掛式單軌交通技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)車輛檢修修程和檢修周期的規(guī)定[14]與現(xiàn)行規(guī)范GB50458—2008《跨座式單軌交通設(shè)計(jì)規(guī)范》一致。
(3)四川省工程建設(shè)地方標(biāo)準(zhǔn)DBJ51/T099— 2018《懸掛式單軌交通設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》,深圳市城市軌道交通協(xié)會(huì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)T/URTA 0001—2019《懸掛式膠輪有軌電車系統(tǒng)》中規(guī)定的車輛檢修修程和檢修周期見表2。
表2 車輛檢修修程和檢修周期[15-16]
現(xiàn)行規(guī)定對(duì)懸掛式單軌車輛基地設(shè)計(jì)起到了重要的指導(dǎo)作用,四川省地方標(biāo)準(zhǔn)和深圳團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)對(duì)檢修時(shí)間進(jìn)行了適當(dāng)縮短,有利于減少檢修設(shè)施規(guī)模。
3.1.2 檢修修程及檢修周期現(xiàn)行規(guī)定存在問(wèn)題分析
車輛檢修周期一般由車輛制造商提出基礎(chǔ)數(shù)據(jù),用戶依據(jù)車輛的運(yùn)用情況進(jìn)行修訂,在確保行車安全的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)更高的經(jīng)濟(jì)效益,其取決于車輛結(jié)構(gòu)性能和質(zhì)量、線路條件、檢修設(shè)備先進(jìn)性、管理水平、檢修人員的技術(shù)素質(zhì)和經(jīng)驗(yàn)等[17]。目前,國(guó)內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)車輛檢修修程和檢修周期的規(guī)定均采用了《跨座式單軌交通設(shè)計(jì)規(guī)范》體系,采用現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)存在如下主要問(wèn)題。
(1)現(xiàn)行規(guī)定采用了日本跨座式單軌的車輛檢修體系,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,懸掛式單軌車輛設(shè)計(jì)具有模塊化、集成化、信息化等技術(shù)特點(diǎn),并采用永磁同步牽引技術(shù)和碳纖維為代表的輕量化材料,車上關(guān)鍵部件有自診斷和故障記錄功能,車輛技術(shù)性能有了較大提高,而現(xiàn)行規(guī)定與車輛技術(shù)的發(fā)展不同步。
(2)國(guó)內(nèi)主流懸掛式單軌車輛車體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限不小于30 年[18],若沿用現(xiàn)行最高修程運(yùn)行60萬(wàn)km或6年的規(guī)定,將造成車輛過(guò)度維修,增加運(yùn)營(yíng)成本。
(3)懸掛式單軌軌面較跨座式單軌軌面清潔,且軸重較小,在相同線路條件下對(duì)輪胎磨損較小,若按換輪周期為運(yùn)行10萬(wàn)km或1年、檢修時(shí)間為10 d的規(guī)定進(jìn)行計(jì)算,將造成換輪檢修臺(tái)位較大,相應(yīng)檢修庫(kù)規(guī)模較大,工程投資高。
(1)現(xiàn)行規(guī)范GB50458—2008《跨座式單軌交通設(shè)計(jì)規(guī)范》22.3.5條規(guī)定,“停車庫(kù)(棚)和列檢、月檢庫(kù)宜為盡端式,每條庫(kù)線停車不宜大于兩列位”,四川省工程建設(shè)地方標(biāo)準(zhǔn)DBJ51/T099—2018《懸掛式單軌交通設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》24.3.6條規(guī)定,“庫(kù)型為盡端式布置時(shí),停車、列檢線最多不宜大于三列位;庫(kù)型為貫通式時(shí),停車、列檢線最多不宜大于四列位”;由于懸掛式單軌交通屬于中低運(yùn)量系統(tǒng),車輛編組長(zhǎng)度較地鐵及跨座式單軌短,若采用現(xiàn)行規(guī)定,將增加停車列檢股道及道岔,且占地面積大,投資高。
(2)懸掛式單軌具有線路適應(yīng)性強(qiáng)、空間利用率高的特點(diǎn),但在現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)對(duì)車輛基地的布置規(guī)定中未體現(xiàn)其技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
因此,對(duì)現(xiàn)行規(guī)定存在的各種問(wèn)題進(jìn)一步論證分析,并提出改進(jìn)建議。
(1)大修建議
目前,國(guó)內(nèi)主流懸掛式單軌車體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限不低于30年,與機(jī)車、地鐵車輛設(shè)計(jì)使用年限一致,而機(jī)車、地鐵車輛一般在全壽命周期內(nèi)進(jìn)行2~3次最高修程維修。重慶JT/T 1219—2018《跨座式單軌車輛維護(hù)與更新技術(shù)規(guī)范》提出“大修時(shí)間宜為車輛使用至半壽命,可結(jié)合二次全面檢修實(shí)施”[19],蕪湖跨座式單軌建設(shè)中車輛制造商提出最高修程的檢修周期為140萬(wàn)km,因此,在現(xiàn)有全面修修程的基礎(chǔ)上增加高級(jí)修程是必要的,為與國(guó)內(nèi)地鐵車輛檢修修程的名稱統(tǒng)一,建議增加的高級(jí)修程名稱為“大修”。
參考蕪湖建設(shè)軌道交通經(jīng)驗(yàn),大修檢修周期按照運(yùn)行120~150萬(wàn)km或時(shí)間12~15年考慮,對(duì)于設(shè)計(jì)年度近期可取下限值,遠(yuǎn)期可取上限值。對(duì)于檢修時(shí)間,地鐵車輛為35 d[20],由于懸掛式單軌國(guó)內(nèi)尚無(wú)正式運(yùn)營(yíng)線路,取現(xiàn)行跨座式單軌最高修程檢修時(shí)間40 d是可行的,且可隨著運(yùn)營(yíng)檢修經(jīng)驗(yàn)的豐富,逐步減少檢修時(shí)間。
(2)重點(diǎn)檢修、全面檢修建議
現(xiàn)行《跨座式單軌交通設(shè)計(jì)規(guī)范》采用了日本跨座式單軌車輛檢修體系,重點(diǎn)檢修、全面檢修的叫法源自日本,而國(guó)內(nèi)軌道交通大修以下定期檢修修程均為架修、定修。重慶單軌運(yùn)營(yíng)里程達(dá)98 km,是世界上最長(zhǎng)的大型單軌線路,蕪湖單軌開通后也將成為世界上最長(zhǎng)的輕型單軌線路,國(guó)內(nèi)眾多車輛廠家也研制了各型懸掛式單軌車輛,車輛總體技術(shù)指標(biāo)達(dá)世界領(lǐng)先,在單軌領(lǐng)域應(yīng)技術(shù)自信、體系自信,并充分吸收國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)消化吸收為我所用,因此,建議將全面檢修改為架修,重點(diǎn)檢修改為定修。
根據(jù)重慶單軌運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn),新車首次全面檢修 “時(shí)間不大于7年或運(yùn)行不大于70萬(wàn)km”[19],重點(diǎn)檢修“時(shí)間不大于4年或運(yùn)行不大于40萬(wàn)km”,蕪湖跨座式單軌提出的重點(diǎn)檢修周期為80萬(wàn)km,因此,建議懸掛式單軌架修為運(yùn)行60~80萬(wàn)km或時(shí)間為6~8年、定修為運(yùn)行30~40萬(wàn)km或時(shí)間3~4年。地鐵架修檢修時(shí)間為20 d,定修檢修時(shí)間為7 d[20],考慮到懸掛式單軌尚無(wú)正式運(yùn)營(yíng)線路,檢修經(jīng)驗(yàn)相對(duì)較少,故架修檢修時(shí)間取30 d、定修檢修時(shí)間取20 d在現(xiàn)階段是偏保守且可行的。隨著列車技術(shù)質(zhì)量的提升,智能檢測(cè)設(shè)備的運(yùn)用,以及運(yùn)營(yíng)管理及檢修經(jīng)驗(yàn)的豐富,可不斷縮短檢修時(shí)間,定修以檢測(cè)為主。
(3)換輪建議
懸掛式單軌換輪方式與跨座式單軌有較大差異,跨座式單軌需設(shè)置換輪設(shè)備,如圖6所示。但懸掛式單軌通過(guò)專用檢修作業(yè)平臺(tái)露出轉(zhuǎn)向架、車體支撐裝置支撐車體后,只需解除轉(zhuǎn)向架與車體的連接,便可通過(guò)起重機(jī)快速將轉(zhuǎn)向架吊出進(jìn)行維護(hù),因此,其換輪時(shí)間短且不需設(shè)置類似跨座式單軌的換輪設(shè)備。目前,國(guó)內(nèi)以重慶日立單軌大型車為代表的雙軸轉(zhuǎn)向架車型,單軸軸重≯11 t,平均輪壓載荷≯5.5 t,正常線路運(yùn)行條件下,輪胎平均使用壽命約18萬(wàn)km;而國(guó)內(nèi)梁軌懸掛式單軌軸重≯7.5 t,平均輪壓載荷≯3.8 t,索軌懸掛式單軌軸重≯6.4 t,平均輪壓載荷≯3.2 t??梢姂覓焓絾诬壿唹盒∮诳缱絾诬壿唹海覒覓焓絾诬夀D(zhuǎn)向架運(yùn)營(yíng)于封閉的箱梁中或索道上,軌面較單軌清潔,對(duì)輪胎磨損更小。重慶換輪檢修時(shí)間經(jīng)過(guò)多年運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)已由20 d降至約15 d,而蕪湖跨座式單軌提出換輪時(shí)間為3 d,故建議懸掛式單軌換輪檢修周期調(diào)整為運(yùn)行15~20萬(wàn)km或時(shí)間為1.5~2年,檢修時(shí)間3 d,隨著輪胎國(guó)產(chǎn)化及新材料的運(yùn)用,還可以逐步提高換輪周期。
圖6 跨座式單軌車輛換輪設(shè)備
(4)日常維修建議
由于增加大修修程延長(zhǎng)了檢修周期,應(yīng)加強(qiáng)懸掛式單軌車輛的檢測(cè)頻率以保障車輛運(yùn)行安全,故建議增加月檢修程,月檢時(shí)間參考蕪湖軌道交通取1d/列。
(5)檢修修程及檢修周期建議
建議懸掛式單軌初期采用日常維修和定期檢修相結(jié)合的預(yù)防性檢修制度,實(shí)行互換修;同時(shí),逐步建設(shè)智能運(yùn)維系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)各部件維修系統(tǒng)的數(shù)據(jù)互聯(lián)互通;并將采集信息統(tǒng)一納入維修數(shù)據(jù)庫(kù),形成大數(shù)據(jù)平臺(tái),進(jìn)行智慧管理,為車輛運(yùn)用、檢修提供決策依據(jù),為狀態(tài)修的實(shí)現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。車輛修程和檢修周期優(yōu)化建議見表3。
表3 檢修修程和檢修周期
(6)檢修修程及檢修周期優(yōu)化后檢修工作量計(jì)算對(duì)比
以某旅游線路遠(yuǎn)期旺季工作量計(jì)算為例,其遠(yuǎn)期旺季日走行距離為7 180 km,按照現(xiàn)行規(guī)范、建議檢修修程及檢修周期分別計(jì)算,其檢修工作量計(jì)算結(jié)果對(duì)比見表4。
表4 檢修工作量計(jì)算結(jié)果對(duì)比 列位
可見,按照建議的檢修修程及檢修周期,車輛基地大修、架修(全面檢修)工作量明顯減少,換輪工作可在大架修或定修列位進(jìn)行,可減少2個(gè)換輪列位,檢修庫(kù)規(guī)??娠@著減少;增加月檢修程后,并未增加月檢列位及月檢庫(kù)規(guī)模,有利于減少車輛基地占地面積、房屋面積及相關(guān)設(shè)備配置,節(jié)省工程投資。
(1)由于懸掛式單軌交通屬于中低運(yùn)量系統(tǒng),一般不大于3編組,車輛編組長(zhǎng)度較地鐵及跨座式單軌短,且現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T 51263—2017《輕軌交通設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》17.3.4條規(guī)定“庫(kù)型為盡端式布置時(shí),停車列檢線應(yīng)按不大于6列位設(shè)計(jì),月檢應(yīng)按2列位設(shè)計(jì);庫(kù)型為貫通式布置時(shí),停車列檢線應(yīng)按不大于8列位設(shè)計(jì),月檢應(yīng)按4列位設(shè)計(jì)”[21]。因此,懸掛式單軌貫通/盡端布置時(shí),建議停車列檢線按不大于8列/6列位、月檢按不大于4列/2列位考慮。
(2)懸掛式單軌最大坡度可達(dá)100‰,最小轉(zhuǎn)彎半徑可達(dá)30 m,停車列檢線墩柱易實(shí)現(xiàn)懸掛雙層或多層列車,日本千葉懸掛式單軌采用了雙層布置,如圖7所示。因此,建議懸掛式單軌車輛基地設(shè)計(jì)時(shí)停車列檢按不少于2層布置,充分體現(xiàn)懸掛式單軌的技術(shù)優(yōu)勢(shì),并達(dá)到促進(jìn)軌道交通由平面向立體發(fā)展、提高國(guó)土空間利用效率的目的。
圖7 日本千葉懸掛式單軌停車列檢布置
(3)傳統(tǒng)地鐵及跨座式單軌交通車輛主要進(jìn)行車輛側(cè)面、端部及頂部的清洗,而懸掛式單軌車輛懸掛于軌道梁或索軌下方,車輛基地設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)增加車輛底部清洗,同時(shí)洗車庫(kù)輔助邊跨中的循環(huán)水池、沉淀池等可設(shè)置在軌道梁或索軌下方,可以減少輔助房屋的面積,并減少占地,增加空間利用率。
圖8 專用檢修平臺(tái)
(4)不同于傳統(tǒng)軌道交通及跨座式單軌將庫(kù)外股道或軌道梁接入庫(kù)內(nèi),懸掛式單軌車輛基地檢修庫(kù)內(nèi)需設(shè)置專用檢修平臺(tái)(圖8)替代軌道梁或索軌,專用平臺(tái)上設(shè)車輛導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、并露出車輛轉(zhuǎn)向架以滿足車輛檢修需求,同時(shí)依據(jù)車輛基地規(guī)模及功能需求,可設(shè)置懸掛式單軌移車臺(tái)(圖9),用于檢修庫(kù)內(nèi)或庫(kù)外進(jìn)行平行轉(zhuǎn)軌作業(yè),提高檢修作業(yè)效率,并達(dá)到占地面省、減少咽喉區(qū)線路及道岔設(shè)置的目的。
圖9 懸掛式單軌移車臺(tái)
針對(duì)懸掛式單軌交通首次提出大修、月檢檢修修程的建議,并提出架修(全面檢修)、定修(重點(diǎn)檢修)、換輪等各級(jí)修程的合理檢修周期及檢修時(shí)間,減少了定修及以上修程檢修工作量,換輪工作可在大架修或定修列位進(jìn)行,顯著減少車輛基地各檢修臺(tái)位及庫(kù)房規(guī)模,降低了工程投資,且加大車輛檢測(cè)頻率,達(dá)到了保證車輛運(yùn)行安全的目的。此外,車輛基地布置的建議增加了車輛存儲(chǔ)能力,節(jié)省了占地面積,提高了國(guó)土空間利用效率,可供懸掛式軌道交通車輛基地工程設(shè)計(jì)參考,并在項(xiàng)目建設(shè)及運(yùn)營(yíng)中進(jìn)一步驗(yàn)證并不斷改進(jìn)。
隨著工程項(xiàng)目的實(shí)施,還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)懸掛式單軌轉(zhuǎn)向架及懸掛吊桿智能在線監(jiān)測(cè)、轉(zhuǎn)向架跑合試驗(yàn)等關(guān)鍵設(shè)備開發(fā),提高懸掛式單軌檢修設(shè)備先進(jìn)性,提高檢修效率,降低運(yùn)營(yíng)維修成本,為懸掛式單軌的推廣運(yùn)用奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。