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        深圳地鐵車輛輪對預(yù)防性和經(jīng)濟(jì)性鏇修的實(shí)踐

        2018-11-16 06:55:32侯文軍
        城市軌道交通研究 2018年11期
        關(guān)鍵詞:標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)

        侯文軍

        (深圳市地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營總部,518040,深圳//高級工程師)

        地鐵車輛轉(zhuǎn)向架輪對是列車最關(guān)鍵的部件之一,其狀態(tài)將直接影響到列車運(yùn)行的安全性與舒適性。如何通過合理鏇修,確保安全和運(yùn)行品質(zhì),延長輪對使用壽命,已成為地鐵運(yùn)營單位經(jīng)濟(jì)化和精細(xì)化管理的重要課題。深圳地鐵通過分析、挖掘車輛輪對鏇輪數(shù)據(jù),將通常采用的輪對故障鏇修優(yōu)化為預(yù)防鏇修;深入分析輪對應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合不落輪鏇床的機(jī)械加工精度,考慮經(jīng)濟(jì)性,最終將等級鏇修優(yōu)化為無級鏇修。

        1 輪對消耗因素分析

        地鐵車輛輪對壽命終結(jié)的評判標(biāo)準(zhǔn)主要是將輪對直徑與其尺寸限度相比較。輪對日常消耗主要分為走行磨損消耗和鏇修切削消耗。這兩類磨損將使輪對磨損逐步接近尺寸限度,直到壽命結(jié)束。

        1.1 走行磨損消耗分析

        影響走行磨損的主要因素有軌道型號材質(zhì)、輪對材質(zhì)、踏面與軌道匹配情況、列車自重及載客量、列車牽引制動特性、運(yùn)行速度、線路曲線等。對于特定車型和特定線路,車輛維保部門除確保合理的輪緣潤滑措施外,還會通過對輪對的鏇修來改善輪軌匹配,以降低走行磨損。

        1.2 鏇修切削消耗分析

        鏇修切削消耗包括單次評估與長期評估。其中,單次鏇修切削消耗主要與鏇輪驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)、鏇床機(jī)加工精度有關(guān);長期的鏇修切削消耗主要受輪對鏇修判定標(biāo)準(zhǔn)及鏇修作業(yè)的時(shí)機(jī)影響。

        1.3 走行磨損消耗與鏇修切削消耗的關(guān)系

        鏇修作業(yè)可改善輪軌幾何匹配特性,在一定程度上可降低走行磨損。但鏇修作業(yè)需切削輪對材料,如何在恢復(fù)踏面外形降低走行磨耗和減少鏇修消耗之間取得平衡,需要長期的鏇修作業(yè)數(shù)據(jù)分析,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合判斷與檢驗(yàn)。

        2 深圳地鐵預(yù)防性鏇修實(shí)踐

        2.1 傳統(tǒng)故障鏇修模式

        對于地鐵車輛輪對的維修,通常采用故障鏇修的模式。即安排鏇修作業(yè)的時(shí)機(jī)是輪對直徑、輪緣厚度、輪緣垂直磨耗、踏面跳動量等幾何尺寸超過運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn),或者出現(xiàn)擦傷、剝離、碾邊等超出規(guī)定要求的問題時(shí)。傳統(tǒng)鏇修模式通過一系列可測量的數(shù)據(jù)來判定是否需進(jìn)行鏇修作業(yè),雖然標(biāo)準(zhǔn)明確、便于執(zhí)行,但存在以下問題:

        (1) 單次鏇修切削量較大。根據(jù)運(yùn)營經(jīng)驗(yàn),當(dāng)出現(xiàn)輪徑、輪緣厚度等指標(biāo)超標(biāo)問題時(shí),為從應(yīng)用極限標(biāo)準(zhǔn)恢復(fù)至鏇輪驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn),單次鏇輪切削量勢必較大。

        (2) 總體鏇修切削量較大。輪對出現(xiàn)踏面跳動、踏面剝離等問題后,其在達(dá)到鏇輪判定標(biāo)準(zhǔn)的過程中往往有逐步加速的趨勢,并在一定運(yùn)行里程范圍內(nèi)呈現(xiàn)出圖1所示的類似指數(shù)函數(shù)的發(fā)展特點(diǎn),在接近故障鏇修臨界點(diǎn)時(shí)輪對磨損消耗率明顯提高。經(jīng)統(tǒng)計(jì),踏面跳動量在0.3 mm以內(nèi)時(shí)輪對磨損變化緩慢,一旦超過0.3 mm,通常會在1個(gè)月內(nèi)急劇惡化超過0.7 mm,故完全采用故障鏇修將增加不必要的材料浪費(fèi),增加總體切削量。

        圖1 輪對狀態(tài)趨勢示意圖及不同鏇修模式實(shí)施時(shí)機(jī)

        (3) 導(dǎo)致輪對走行磨損消耗率增大。根據(jù)相關(guān)研究,充分運(yùn)行后的車輪踏面將形成硬化層,深度通常為5~8 mm,且距踏面1 mm處的硬度通常比輪輞中心硬度高20~60 HV,該硬化層有利于減少輪對走行磨損消耗,而需切削更多材料的故障鏇修模式更容易破壞已形成的硬化層[1]。

        (4) 難以實(shí)現(xiàn)全列車輪對的均衡使用。故障鏇修模式要求僅對出現(xiàn)問題的車輛輪對進(jìn)行鏇修,往往出現(xiàn)同列編組的不同車輛輪對使用不均的問題,給后續(xù)換輪作業(yè)帶來困難,勢必造成浪費(fèi)。

        (5) 導(dǎo)致鏇修作業(yè)生產(chǎn)安排困難。由于通過上述指標(biāo)安排鏇輪,則存在較大的不確定性;同時(shí),每次鏇輪作業(yè)僅針對某列車編組中的超標(biāo)車輛,使得每次作業(yè)效率較低,且存在短期內(nèi)針對同列車編組的不同車輛進(jìn)行鏇輪的重復(fù)生產(chǎn)安排。

        (6) 輪對踏面出現(xiàn)溝狀磨耗等異常情況時(shí),將加劇輪軌磨耗,而上述硬性指標(biāo)難以反映此類問題。

        2.2預(yù)防性鏇修模式

        針對傳統(tǒng)鏇修模式存在的問題,深圳地鐵針對不同線路、不同車型建立了鏇輪數(shù)據(jù)庫,通過對各輪對參數(shù)變化情況的長期跟蹤,鎖定了各車型輪對數(shù)據(jù)變化走勢的突變范圍,探索并制定出具有針對性的鏇輪里程周期,同時(shí)建立了以預(yù)防鏇修為主、故障鏇修為輔的鏇輪模式。

        深圳地鐵將原有的按硬性指標(biāo)安排的單輛車“恢復(fù)性鏇修”,改為按走行公里數(shù)進(jìn)行整列車“改善性鏇修”,降低了總體鏇修量,極大節(jié)約了生產(chǎn)安排工作,同時(shí)還提高了維修效率。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析,深圳地鐵一期車輛采用預(yù)防鏇修模式,其拖車輪對平均壽命達(dá)13.4年,動車輪對平均壽命達(dá)16.8年,明顯高于地鐵車輛輪對5~10年的正常使用壽命[2]。

        3 深圳地鐵經(jīng)濟(jì)性鏇修實(shí)踐

        3.1 傳統(tǒng)等級鏇修模式

        深圳地鐵各線各車型輪對采用的是TB 449—2003標(biāo)準(zhǔn)中的LM型踏面,按傳統(tǒng)等級鏇修模式,在進(jìn)行輪對鏇修時(shí)需按TB 449—2003標(biāo)準(zhǔn)中的LM、LM-30、LM-28、LM-26四種踏面外形進(jìn)行恢復(fù)性鏇修,并以此作為鏇輪作業(yè)的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。由于這四種踏面輪緣厚度跨距較大,在恢復(fù)輪緣厚度時(shí)往往切削量較大,特別是輪緣由薄增厚時(shí)一般輪徑需切削4.5倍于輪緣厚度增加的量[3],且同樣存在單次鏇修量較大、破壞硬化層的問題,嚴(yán)重影響了輪對壽命。

        雖然2007年鐵運(yùn)98號文《鐵路貨車車輪軸組裝、檢修及管理規(guī)則》中新增了LM-31.5、LM-31、LM-29.5、LM-29、LM-27.5、LM-27六種踏面外形,可用于等級鏇修,但相對于目前先進(jìn)的鏇床機(jī)加工精度,仍存在明顯的輪對材料浪費(fèi)現(xiàn)象。

        3.2 經(jīng)濟(jì)性鏇修模式

        深圳地鐵通過對鏇輪標(biāo)準(zhǔn)的分析研究,并結(jié)合實(shí)際運(yùn)營中主要為踏面輪徑磨耗而非輪緣磨耗的現(xiàn)狀,認(rèn)為在鏇輪作業(yè)中沒有必要一定按照以上10種踏面外形進(jìn)行鏇修和作為鏇輪驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。特別是對于可按照輪緣厚度0.1 mm的精度進(jìn)行踏面外形加工的不落輪鏇床,可將傳統(tǒng)的等級鏇修模式改為更經(jīng)濟(jì)的無級鏇修模式,從而大大減少單次鏇修輪對直徑切削量。

        在鏇修作業(yè)時(shí),要優(yōu)先保證輪徑在驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi),在滿足輪緣厚度驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)情況下,通過走空刀形式可保持原輪緣厚度。綜合各類鏇床的機(jī)加工能力,為實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)鏇修,深圳地鐵對鏇修外形的選擇及各外形驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)作了具體規(guī)定:

        (1) 輪徑以每輛車最小輪徑值為基準(zhǔn)、輪緣厚度以每軸最薄厚度值X為基準(zhǔn)進(jìn)行鏇修。最小輪徑徑向進(jìn)刀量(包括系統(tǒng)自動徑向進(jìn)給量)累加不能大于不落輪鏇床第一次測量的跳動量,同車其他車軸輪徑不必鏇修至與最小輪徑一致,只需保證在驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)即可。

        (2) 對于只能鏇修LM-26、LM-28、LM-30和LM四種輪緣外形的Ⅰ類鏇床,鏇削踏面外形選擇及鏇修標(biāo)準(zhǔn)按表1執(zhí)行。

        表1 Ⅰ類鏇床鏇削踏面外形選擇及鏇修標(biāo)準(zhǔn)

        (3) 對于可按輪緣厚度每0.1 mm進(jìn)行鏇修的Ⅱ類鏇床,鏇輪踏面外形選擇及鏇修標(biāo)準(zhǔn)按表2執(zhí)行。

        表2 Ⅱ類鏇床鏇削踏面外形選擇及鏇修標(biāo)準(zhǔn)

        (4) 按以上要求鏇修結(jié)束后,若踏面有未鏇修的表面(黑皮),用手觸摸有明顯凹陷(大于0.2 mm),則視凹陷深度調(diào)整輪徑值再次鏇修;若無明顯凹陷(小于等于0.2 mm),則不必再鏇。

        4 預(yù)防性和經(jīng)濟(jì)性鏇修對輪對壽命模型的影響

        輪對壽命模型,可簡化等效為圖2中折線,走行磨損消耗和鏇修切削消耗交替重復(fù)直至輪對報(bào)廢。相對于傳統(tǒng)鏇修模式,預(yù)防性和經(jīng)濟(jì)性鏇修模式的平均鏇修量和等效輪對磨損消耗率更小,即圖2中α>β、a>b,因此L2>L1,即可以實(shí)現(xiàn)延長換輪周期、提高輪對壽命的目的。

        圖2 預(yù)防鏇和經(jīng)濟(jì)鏇模式對輪對壽命的影響

        5 結(jié)語

        我國多家地鐵公司由于車輛輪對無法維持到10年的大修期而不得不在5年架修修程中進(jìn)行換輪,而深圳地鐵一期車輛全部可維持到大修進(jìn)行更換。深圳地鐵通過對轉(zhuǎn)向架輪對預(yù)防性和經(jīng)濟(jì)性鏇修的探索和實(shí)踐,在輪對維保管理上開辟了一條創(chuàng)新之路,在確保列車運(yùn)營安全和運(yùn)行品質(zhì)的前提下,極大地提高了輪對壽命,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

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