■　麻一萱

北京地鐵昌平線制動(dòng)系統(tǒng)檢修及評(píng)估方法探討

■麻一萱

地鐵車輛預(yù)防性維護(hù)是保證車輛運(yùn)營(yíng)的重要工作，其檢修修程通常依據(jù)車輛供應(yīng)商及系統(tǒng)制造商提供的技術(shù)要求，結(jié)合車輛運(yùn)營(yíng)后設(shè)備部件的磨耗規(guī)律及車輛故障數(shù)據(jù)的積累、統(tǒng)計(jì)和分析，制定合理的定修維修周期和級(jí)別。以北京地鐵昌平線車輛制動(dòng)系統(tǒng)的檢修為例，提出在實(shí)際運(yùn)營(yíng)車輛中抽取列車樣本進(jìn)行架修的檢查和分析，研究制動(dòng)系統(tǒng)部件的技術(shù)性能是否適應(yīng)車輛延長(zhǎng)架修修程的要求，評(píng)價(jià)和修正系統(tǒng)的修程周期。該方法能有效合理地安排車輛檢修周期，降低檢修維護(hù)成本，提高車輛使用率。

地鐵；檢修；制動(dòng)系統(tǒng)；評(píng)估；修程修制

城市軌道交通地鐵車輛是機(jī)電一體化產(chǎn)品，其檢修工作是維持地鐵正常運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵。對(duì)地鐵車輛進(jìn)行及時(shí)可靠的維修保養(yǎng)，決定著車輛良好的技術(shù)狀態(tài)、車輛各項(xiàng)運(yùn)營(yíng)指標(biāo)的及時(shí)完成和運(yùn)營(yíng)工作的安全有序，對(duì)于降低運(yùn)營(yíng)成本和延長(zhǎng)車輛壽命具有重要意義。

北京地鐵昌平線于2010年底開始運(yùn)營(yíng)，線路全長(zhǎng)31.9 km，采用高架線路和地下線路結(jié)合的方式，成為一條連接北京海淀區(qū)和昌平區(qū)的快速通道。制動(dòng)系統(tǒng)作為地鐵車輛的關(guān)鍵子系統(tǒng)，在運(yùn)營(yíng)中起到關(guān)鍵的安全保障作用。制動(dòng)系統(tǒng)的修程與車輛的運(yùn)營(yíng)環(huán)境及使用強(qiáng)度有很大關(guān)系。以北京地鐵昌平線車輛為例，結(jié)合車輛的檢修規(guī)程及制動(dòng)系統(tǒng)本身的技術(shù)特點(diǎn)，探討制動(dòng)系統(tǒng)的修程評(píng)估方法，研究如何合理延長(zhǎng)架修周期，在保證運(yùn)營(yíng)安全和系統(tǒng)可靠性的同時(shí)，降低維修成本和提高車輛的使用率。

1　車輛系統(tǒng)檢修修程

車輛檢修方式包括故障維修和定期維修等。故障維修為修復(fù)性維修，主要針對(duì)車輛運(yùn)營(yíng)中的故障進(jìn)行處理；定期維修主要為預(yù)防性維修，可概括為“定期檢查、按時(shí)保養(yǎng)、計(jì)劃修理”［1］。其中，定期維修在維修時(shí)間、維修范圍、所需設(shè)備和工裝等方面均相對(duì)固定，無需進(jìn)行大幅增減，可提前準(zhǔn)備所需材料、零件、設(shè)備和人力，主要包括日檢、月修、定修、架修和廠修等5個(gè)修程［2］。

（1）日檢：對(duì)與車輛運(yùn)營(yíng)安全相關(guān)的部分進(jìn)行日常技術(shù)檢查，并進(jìn)行故障處理。包括車鉤、制動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向架設(shè)備、牽引逆變器、輔助逆變器及各種電氣裝置的外觀、目視防松檢查等。

（2）月修：在日檢基礎(chǔ)上，檢查車鉤、制動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向架設(shè)備、牽引逆變器、輔助逆變器及各種電氣裝置等主要部件的技術(shù)狀態(tài)和功能，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)的試驗(yàn)；同時(shí)對(duì)于易損和磨耗件進(jìn)行檢查和更換，提升車輛的安全性。

（3）定修：對(duì)車輛各系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行檢查、檢測(cè)。打開車輛所有設(shè)備的蓋板進(jìn)行設(shè)備性能測(cè)試；各部件進(jìn)行全面檢查、清潔、潤(rùn)滑；全車檢修完成后進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)調(diào)試試驗(yàn)。

（4）架修：對(duì)車輛的重要部件，特別是轉(zhuǎn)向架及輪對(duì)、電機(jī)、空調(diào)機(jī)組、車鉤緩沖裝置、制動(dòng)系統(tǒng)等進(jìn)行分解、清洗、檢查、探傷和修理，更換報(bào)廢零部件；對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行清潔和測(cè)試；對(duì)車輛各系統(tǒng)進(jìn)行全面檢測(cè)、調(diào)試和試驗(yàn)。

（5）廠修：對(duì)車輛及各子系統(tǒng)進(jìn)行全面解體，對(duì)所有部件進(jìn)行分解、檢查和維修，恢復(fù)車輛的所有性能；對(duì)車輛各系統(tǒng)進(jìn)行全面檢測(cè)、調(diào)試和試驗(yàn)。

北京地鐵昌平線制動(dòng)系統(tǒng)主要由風(fēng)源系統(tǒng)、制動(dòng)控制系統(tǒng)、基礎(chǔ)制動(dòng)系統(tǒng)及管路系統(tǒng)等組成。根據(jù)產(chǎn)品本身的特點(diǎn)，在使用期內(nèi)需要進(jìn)行必要的維護(hù)和檢修，更換相關(guān)易損耗部件。主要對(duì)部件在長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)過程中，運(yùn)動(dòng)部件動(dòng)作和使用的磨損、彈簧件力學(xué)性能的衰減改變及橡膠件的應(yīng)用磨損、時(shí)效老化等進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)，避免失效導(dǎo)致性能降低及故障隱患。由于車輛運(yùn)營(yíng)環(huán)境不同，需要評(píng)估制動(dòng)系統(tǒng)的架修周期是否與車輛整體維修周期相匹配，架修周期是否能夠延長(zhǎng)，以降低車輛維護(hù)成本［3-4］。

2　制動(dòng)系統(tǒng)檢修方法

北京地鐵昌平線運(yùn)營(yíng)4年、行駛里程超過50萬km，其車輛制動(dòng)系統(tǒng)面臨修程的問題。北京地鐵運(yùn)營(yíng)公司抽取北京地鐵昌平線制動(dòng)系統(tǒng)樣本進(jìn)行檢修和分析，評(píng)估開通時(shí)技術(shù)要求4年架修的必要性［5］，制動(dòng)系統(tǒng)架修周期能否適當(dāng)延長(zhǎng)。該評(píng)估屬于可靠性統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)的一種，依據(jù)GB/T 5080.1—1986《設(shè)備可靠性試驗(yàn)總要求》，將試驗(yàn)停止的條件分為3種：在試驗(yàn)預(yù)定時(shí)間后停止的為定時(shí)截尾；在預(yù)定失效個(gè)數(shù)后停止的為定數(shù)截尾；僅作接收或拒收判斷時(shí)為序貫截尾［6］。由于試驗(yàn)時(shí)間可控，易于制定試驗(yàn)計(jì)劃，定時(shí)截尾方案成為可靠性試驗(yàn)的首選。結(jié)合北京地鐵昌平線檢修評(píng)估的試驗(yàn)?zāi)康模m合采用可靠性定時(shí)截尾試驗(yàn)方案。根據(jù)該方案，選取的制動(dòng)系統(tǒng)部件數(shù)量應(yīng)不低于4個(gè)。

昌平線一期運(yùn)營(yíng)列車總數(shù)27列，編組形式為6輛編組，采用車控制動(dòng)系統(tǒng)，基礎(chǔ)制動(dòng)為盤形制動(dòng)。每列車的制動(dòng)系統(tǒng)由2套風(fēng)源裝置、6套制動(dòng)控制裝置和48套制動(dòng)夾鉗組成。為了符合標(biāo)準(zhǔn)的抽樣要求，隨機(jī)抽取1部列車的制動(dòng)系統(tǒng)，以制動(dòng)控制裝置的核心控制氣動(dòng)部件中繼閥和空重閥作為樣本，并在其他各組列車中隨機(jī)抽取2套風(fēng)源裝置進(jìn)行檢修評(píng)估（見表1）。

針對(duì)不同產(chǎn)品的特點(diǎn)，對(duì)管路部件進(jìn)行性能功能檢查，符合后裝車應(yīng)用。對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的風(fēng)源系統(tǒng)、各控制閥類部件、制動(dòng)夾鉗單元等運(yùn)動(dòng)件進(jìn)行全部測(cè)試后，全部拆解分析，嚴(yán)格按照檢修工藝要求進(jìn)行組裝測(cè)試后裝車應(yīng)用［7］。制動(dòng)系統(tǒng)部件測(cè)試檢修主要過程為：（1）進(jìn)行產(chǎn)品外觀檢查、清潔；（2）按產(chǎn)品的性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試；（3）按照大修規(guī)程和檢修工藝指導(dǎo)書，分解部件；（4）按要求更換橡膠件并對(duì)橡膠件進(jìn)行理化檢查；（5）檢查磨耗件和關(guān)鍵件尺寸；（6）組裝測(cè)試。

表1　制動(dòng)系統(tǒng)評(píng)估樣本個(gè)

2.1風(fēng)源系統(tǒng)檢修

風(fēng)源系統(tǒng)拆解檢修及測(cè)試主要包括：機(jī)頭拆解檢查、彈性體檢查和更換、聯(lián)軸器間隙測(cè)量和安全閥測(cè)試檢查。機(jī)頭是風(fēng)源系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，直接影響風(fēng)源系統(tǒng)壓縮空氣的效率。通過對(duì)機(jī)組的拆解，機(jī)頭轉(zhuǎn)子型線有輕微磨損、無銹蝕，功能正常無需更換；軸承無損傷痕跡，無銹蝕。機(jī)頭磨損的原因與潤(rùn)滑油的潔凈狀態(tài)及乳化等直接相關(guān)，機(jī)頭轉(zhuǎn)子及軸承的狀態(tài)見圖1、圖2。按照機(jī)組維護(hù)周期進(jìn)行保養(yǎng)，機(jī)組潤(rùn)滑油油品可以得到保證。

對(duì)機(jī)組內(nèi)部的葉輪聯(lián)軸器組成和彈性體進(jìn)行拆解檢修，機(jī)組的彈性體沒有損傷和變形，狀態(tài)良好。組裝后對(duì)聯(lián)軸器間隙進(jìn)行測(cè)量，間隙為（3±1）mm。對(duì)風(fēng)源系統(tǒng)的安全進(jìn)行測(cè)試，設(shè)定值、開啟壓力和關(guān)閉壓力等均滿足產(chǎn)品的設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。

機(jī)組組裝完成后測(cè)試空壓機(jī)性能：2車的風(fēng)源G009SRII003排量為0.928 m3/min、G009SRII005排量為0.925 m3/min。機(jī)組排量標(biāo)準(zhǔn)按照TB/T 2710.2—2015《機(jī)車、動(dòng)車組用空氣壓縮機(jī)組技術(shù)條件 第2部分：螺桿空氣壓縮機(jī)組》中“空壓機(jī)排量不小于額定排量95.5%”的要求執(zhí)行，空壓機(jī)的性能和額定排量滿足限額要求。

圖1　機(jī)頭轉(zhuǎn)子

圖2　軸承

2.2制動(dòng)控制部件的拆解修

閥類產(chǎn)品拆解檢修的主要內(nèi)容包括橡膠件、彈簧件和活動(dòng)磨損件等。制動(dòng)控制的關(guān)鍵閥類，對(duì)中繼閥、空重閥等產(chǎn)品進(jìn)行性能檢查、拆解測(cè)量（見圖3）。

中繼閥的重點(diǎn)檢查內(nèi)容有：總風(fēng)口軸套（8）、上勾貝體（10）不允許閥口上存在劃痕；主閥體（1）、中間體（12）、下閥體（14）與膜板（11）相接觸的密封表面上不允許出現(xiàn)劃痕；總風(fēng)彈簧（5）、回復(fù)彈簧（21）測(cè)試彈簧力值，不符合大修要求更換。

空重閥的重點(diǎn)檢查內(nèi)容有：總風(fēng)部組成（7）的總風(fēng)口閥座、作用部勾貝組成（12）不允許閥口上存在劃痕；主閥體（1）、稱重部組成（2）勾貝、中間體和作用部組成（12）勾貝分別與大小膜板相接觸的密封表面上不允許出現(xiàn)劃痕；止回閥部組成（5）的彈簧、進(jìn)風(fēng)口組成（7）的彈簧、彈簧壓縮、調(diào)整彈簧（22）測(cè)試彈簧力值，不符合大修要求更換。

從產(chǎn)品的拆解檢修結(jié)果看，閥類部件包括中繼閥、空重閥等內(nèi)部零件的磨損狀態(tài)正常，滿足繼續(xù)使用要求?？傦L(fēng)閥座（見圖4）拆解檢查的狀態(tài)良好，沒有出現(xiàn)類似橡膠硫化不過關(guān)等問題；防滑閥鐵芯（見圖5）拆解后狀態(tài)良好，未出現(xiàn)明顯的磨損。

對(duì)內(nèi)部橡膠件進(jìn)行檢查，關(guān)鍵零件（如中繼閥閥口等）壓痕狀態(tài)正常，動(dòng)密封的橡膠圈等沒有異常磨損。產(chǎn)品內(nèi)部橡膠件在拆解后，按鐵路技術(shù)管理規(guī)程要求全部替換為新品。閥類產(chǎn)品中的彈簧件，在應(yīng)用過程中由于應(yīng)力的釋放，部分存在彈簧力略有降低的情況。從產(chǎn)品實(shí)際測(cè)試情況看，制動(dòng)產(chǎn)品（如空重閥靈敏度、減壓閥等）設(shè)定值在公差范圍內(nèi)，在重新組裝測(cè)試時(shí)，壓力設(shè)定值在公差范圍內(nèi)。

圖3　制動(dòng)控制部件結(jié)構(gòu)及檢查內(nèi)容

2.3制動(dòng)夾鉗單元的拆解修

制動(dòng)夾鉗單元是摩擦制動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，功能直接影響制動(dòng)性能。本次試修的全列制動(dòng)夾鉗單元在試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試功能正常，停放缸輸出力產(chǎn)品指標(biāo)在公差范圍內(nèi)。對(duì)夾鉗單元進(jìn)行拆解修，拆解主要關(guān)注夾鉗單元內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)部件及膜板等關(guān)鍵橡膠件。對(duì)部分重要零件進(jìn)行檢查，盤制動(dòng)銷套、閘片托吊桿套、閘瓦托螺栓、閘片托螺栓套、閘片托銷軸、制動(dòng)杠桿套等部件磨損程度在技術(shù)要求范圍內(nèi)，制動(dòng)缸功能和性能正常；膜板、密封圈等橡膠件未見異常，同樣在拆解后按鐵路技術(shù)管理規(guī)程要求全部更換（見圖6）。

圖4　總風(fēng)閥座

圖5　防滑閥鐵芯

圖6　制動(dòng)夾鉗拆解檢修

根據(jù)檢修評(píng)估期間記錄的故障及處理情況，在50萬km運(yùn)營(yíng)期間內(nèi)，中繼閥工作穩(wěn)定，未發(fā)生因中繼閥故障影響運(yùn)營(yíng)秩序的情況。

產(chǎn)品在有故障情形下的數(shù)據(jù)處理已有一套成熟的方法，無故障情形下的數(shù)據(jù)處理通常采用指數(shù)型分布，從一批產(chǎn)品中任取n個(gè)進(jìn)行定時(shí)截尾試驗(yàn)，到規(guī)定任務(wù)時(shí)間停止試驗(yàn)并未發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品故障，產(chǎn)品的工作時(shí)間依次為t1≤t2≤…≤tn，則可靠度為R時(shí)，可靠壽命在置信水平γ下的單側(cè)置信下限為［5］：

式中：θ為對(duì)應(yīng)于可靠度R的可靠壽命；γ為置信水平；r為發(fā)生的故障總數(shù)；ti為各檢修監(jiān)測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的走行公里。根據(jù)指數(shù)分布的特點(diǎn)，MTBF為可靠度63.2%對(duì)應(yīng)的可靠壽命，即產(chǎn)品的平均故障間隔時(shí)間。

結(jié)合北京地鐵昌平線列車制動(dòng)系統(tǒng)在運(yùn)營(yíng)期間制動(dòng)部件的故障記錄（以中繼閥為例），6個(gè)樣本的檢修檢查記錄見表2。

根據(jù)工程慣例，取置信水平γ為0.8，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)將r=0代入式（1），得出中繼閥的平均無故障時(shí)間MTBF為86萬km。

同理，對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的主要裝置進(jìn)行可靠性評(píng)估，得出主要部件的平均故障間隔時(shí)間（見表3）。

制動(dòng)系統(tǒng)部件失效率符合故障率浴盆曲線，隨著運(yùn)營(yíng)時(shí)間的增加，制動(dòng)系統(tǒng)經(jīng)過開通初期的磨合后，故障率將大幅降低并趨于穩(wěn)定。通過技術(shù)統(tǒng)計(jì)分析，北京昌平線制動(dòng)部件的失效率低于制動(dòng)系統(tǒng)失效率的技術(shù)指標(biāo)，完全滿足車輛運(yùn)營(yíng)的技術(shù)要求，能夠保證車輛的安全有效運(yùn)營(yíng)。

表2　中繼閥檢修檢查記錄

表3　評(píng)估結(jié)果

3　結(jié)束語

結(jié)合北京地鐵昌平線制動(dòng)系統(tǒng)檢修，制動(dòng)系統(tǒng)部件經(jīng)過50萬km的運(yùn)營(yíng)后，采用試修的方法進(jìn)行架修，對(duì)產(chǎn)品的指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)，檢修結(jié)果表明制動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)品的性能基本穩(wěn)定，狀態(tài)良好。通過制動(dòng)系統(tǒng)的檢修工作，對(duì)新線路和新產(chǎn)品進(jìn)行修程的研究和驗(yàn)證，符合線路實(shí)際運(yùn)營(yíng)和車輛修程的要求。

通過對(duì)新線路開通初期提出的修程修制進(jìn)行修正問題的探討，以實(shí)際運(yùn)營(yíng)情況抽取列車樣本進(jìn)行架修的檢查和分析，同時(shí)結(jié)合制動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)品使用故障率的情況，提出一種評(píng)價(jià)和修正制動(dòng)系統(tǒng)修程周期的方法，為車輛其他子系統(tǒng)修程修制周期的評(píng)價(jià)和修正提出了技術(shù)參考。綜合車輛各系統(tǒng)修程的評(píng)估和修正，可以進(jìn)一步綜合車輛各子系統(tǒng)修程的統(tǒng)籌，確定各系統(tǒng)合理的檢修周期，權(quán)衡車輛各子系統(tǒng)的修程修制，合理安排車輛的檢修周期，降低檢修維護(hù)成本，提高車輛使用率。

［1］ 陸萬鐘.城市軌道交通車輛檢修制度研究［D］.北京：北京交通大學(xué)，2007.

［2］ 郭新，李春廣，黃挺，等.地鐵車輛檢修模式探討［J］.城市軌道交通研究，2015，18（4）：5-8.

［3］ 王孝延，朱士友，樊貴新，等.制動(dòng)系統(tǒng)可靠性試驗(yàn)方法研究［J］.鐵道機(jī)車車輛，2014（6）：62-65.

［4］ GB/T 50157—2013 地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［5］ 傅惠民，王憑慧. 無失效數(shù)據(jù)的可靠性評(píng)估和壽命預(yù)測(cè)［J］.機(jī)械強(qiáng)度，2004，26（3）：260-264.

［6］ GB/T5080.1—1986 設(shè)備可靠性試驗(yàn)總要求［S］.

［7］ 劉韶慶.我國(guó)軌道交通車輛檢修模式分析及建議［J］.中國(guó)鐵路，2012（5）：22-25.

麻一萱：北京市地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司運(yùn)營(yíng)四分公司，高級(jí)工程師，北京，100102

責(zé)任編輯苑曉蒙

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