城市轨道交通车辆段布局优化方法研究

1、同济大学交通运输工程学院硕士学位论文城市轨道交通车辆段布局优化方法研究姓名:李君申请学位级别:硕士专业:道路与铁道工程指导教师:叶霞飞20040301 城市轨道交通车辆段布局优化方法研究 1研究背景 停车场的规划设计就显得尤为重要。1.2车辆段、停车场的基本概念1.2.1车辆段、停车场的定义及主要功能上海城市轨道交通网络中的车辆段、停车场根据功能和规模的大小可划分为 三大层次,【2l:车辆大修厂、检修车辆段(简称车辆段、运用车辆段(简称停车场。 (1停车场停车场是城市轨道交通车辆停放的场所,承担城市轨道交通车辆的停放、清 洁、列检、维护和乘务工作。一般每条轨道交通线路按其车辆配属的多少,设置

2、一处或多处停车场。规模较小的停车场仅设置停车列检设施,规模较大的停车场 还设有定修、临修和月检设施。停车场主要设备如图1.1所示:图1-1停车场主要设备f11(2车辆段车辆段是城市轨道交通车辆更换损坏部件的场所,在停车场的基础上增加了 一些车辆检修设施,其中以大、架修设施为主。车辆段主要拥有以下功能:1承担线路车辆的大、架修工作,损坏部件直接送车辆大修厂进行维修。2承担所属线路车辆的定修、月检及临修工作,损坏部件直接送车辆大修 厂进行维修。另外还需通过静调和动调,对列车进行综合性能的测试。3承担所属线路的车辆停放和列检工作。4列车运用和在段内编组、停放、日常检查、一般故障处理和清扫洗刷。5运营

3、线路折返站乘务司机换班室的业务工作。2城市轨道交通乍辆段布局优化方法研究 l研究背景6段内设备和机具的维修。7车辆段主要划分为检修区和运营区,检修工作集中在检修区进行,运营 区主要负责段属车辆的停放、列检和乘务工作。车辆段主要设备如图1.2所示:I车辆段圭婴设备ll I l I4不落轮镟床 ll 洗牟机 l l 地直式架车机 l 试车线砹备 l H转线(调头线,l 哺 II 射图1.2车辆段主要设备11】(3车辆大修厂车辆大修厂是城市轨道交通线网中车辆互换部件(模块的维修中心,规模较 大、设备齐全、具有较雄厚的车辆检修技术力量,承担线网中车辆段、停车场车 辆互换部件的检修工作。同时具备到车辆段

4、、停车场维修现场进行部件检查、简 易维修的能力,在一定年限后还将承担列车的更新和改造工作。车辆大修厂也是轨道交通网络中的物流(部件供应中心,各停车场、车辆段 互换下的损坏部件送到大修厂检修,大修厂修复的部件再路回送至各车辆段、停 车场。车辆大修厂主要设备如图1.3所示:图I.3车辆大修厂主要设备1.2.2综合维修基地的定义及功能综合维修基地是城市轨道交通线路的重要组成部分,它是保障线路各系统正 常运行的保障基地和管理部门。在其所辖线路范围承担以下功能和任务:城市轨道交通下辆段布局优化方法研究 1研究背景(1沿线隧道、线路和桥梁等设施的检查、保养和维修工作;(2车站建筑和地面建筑的保养和维修工作

5、;(3变电所、接触网、供电线路和设备的运行管理、检查、保养和维修工作:(4各机电系统及设备的运行管理、检查、保养和维修工作;(5通信、信号系统的运行管理、检查、保养和维修工作;(6自动售检票系统和设备的运行管理、检查、保养和维修工作;(7防灾报警系统、设备监控系统的检查、保养和维修工作,基地各系统和 设备的大、中修等对外委托修理工作。(8检修所需的各类材料、设备、备品配件的采购、储备、保管和发放工作。 综合维修基地主要设施如图I-4所示:图1-.4综合维修基地主要设施【111.3研究目的和论文结构1.3.1研究目的维修体制是影响车辆段规划布局的重要因素之一。维修体制决定了车辆段的 布局、结构、

6、工艺流程及主要设施等重要因素。目前轨道交通车辆的维修体制基 本上延用城市间铁路经验,还没有充分结合城市轨道交通自身的特点。我国城市 轨道交通车辆段、停车场在维修模式、车辆配属的计算以及段、场多线共享方案 评价体系方面,尚缺乏比较系统的研究。而正是由于车辆段、停车场相关研究丌 展较少,导致现在段、场规划以及购置车辆时采用的还是一种相对较粗放的方式, 争占较大的土地,配备过量的检修设施,购置较多的车辆,造成段、场以及车辆 投资庞大,这无论对轨道交通建设投资还是线路丌通运营后的运营及维护成本都 是极为奢靡的。众所周知,轨道交通建设投资大,运营成本高,资金已成为制约 城市轨道交通发展的首要因素。本论文

7、的核心之一就是以此矛盾为出发点,期望城市轨道交通乍辆段布局优化方法研究 I研究背景通过对维修体制及车辆配属数量的优化研究来缩减车辆段、停车场的规模,减少 检修设施的数量,降低轨道交通车辆配属量(如图1.5所示。车辆段的选址和资源共享也是影响车辆段规划布局的又一重要因素之一。而 以前由于客观条件的限制,很少进行轨道交通网络规划,故对车辆设施资源共享 研究较少,特别是针对轨道交通网络车辆段规划布局方案,尚缺少一套比较可行 的评价体系,从而导致方案选择时的主观色彩较浓。本论文试图建立一套与之相 适应的评价体系,使在城市轨道交通网络车辆段规划方案抉择时,能尽量做到客 观、经济、合理、高效。图1-5段、

8、场建设瓶颈解决方案流程图城市轨道交通下辆段布局优化方法研究:-磊磊淼葫 堂!竺竺j L.一JI第4章检修模式及其对车辆配属、检修设施规模的影响 ll以计I陋,il工作I.1.6论文结构层次图城市轨道交通乍辆段布局优化方法研究1.3.2论文结构论文的结构见图1-6。第2章总结并分析了国内外城市轨道交通车辆段、停车场布局案例,研究了 段、场规划的特点及原则,并对段、场的线路布置布局型式及特点进行了分析。 第3章系统地研究了段、场设施网络资源共享这一理念,对车辆段资源共享 的范畴进行了系统的归纳,并以国内外资源共享案例为基础,阐释了资源共享的 软、硬件条件。第4章主要讨论了车辆段检修模式及其对段、场

9、规模和车辆配属的影响。在 分析两种主流修制(计划修和状态修的优缺点及适用范围的前提下,完善了适合 我国国情的轨道交通车辆段计划修与状态修优势互补的计划状态修理念,提出了 根据基于零部件性质的检修策略模型。从定量角度研究了均衡修和检修工作日优 化对检修规模及车辆配属数量的影响。在此基础上,对车辆配属数量计算中相关 参数进行了定性和定量的探讨。第5章以第3、4章的研究成果为基础,以上海城市轨道交通网络远期规划 为蓝本,提出了2套段、场布局方案。第6章针对目6仃缺乏完整的车辆段评价方法,提出了一套车辆段布局资源共 享方案评价体系,并对第5章提出的2套方案进行了评价。第7章结论与展望。2车辆段布局2.

10、1车辆段布局案例及分析目前国外一些国家的城市轨道交通已经发展成熟,吸收其先进的车辆段、停 车场布局理念可以为我国轨道交通段、场规划布局提供借鉴【¨。2.I.1国外轨道交通车辆段布局案例(1东京营团地铁表2.1列出了东京营团地铁车辆段设置的基本情况。从表中可见:东京营团 地铁车辆段分为三个层次:第一层次为车辆检修段,对长度较短的线路一般设置 一个检修段,而长度较长的线路则一般设置二个检修段;第二层次为车辆修理车 间,一般情况下每条线路设置一个车辆修理车间,也有二、三条线路共用一个车 辆修理车l日j的情况(如中野修理车间由银座线和丸之内线二线共用:绫濑修理车 间白干代Ffi线、有乐町线和

11、南北线三线共用;第三层次为车辆CR工厂,东京 营团地铁全线一共设置了两个CR工厂,一个是小石川CR工厂,承担银座线、 丸之内线的大规模车体修理,另一个是新木场CR工厂,承担除银座线、丸之内 线之外的所有其它营团线路的大规模车体修理。(2日本札幌市营地铁车辆段札幌市营地铁共有3个车辆段,包括南北线的南车辆段、东西线的西车辆段 和东车辆段。在南北线上鱼鹰的3000系和5000系车辆使用南车辆段,在东西线 上运营的6000系和8000系车辆使用东车辆段。东丰线没有车辆段,它的7000系车辆使用东西线的西车辆段。因此,需要通过连接东西线和东丰线的联络线来 使用7000系车辆。东丰线虽然没有车辆段,但是

12、它设有荣町检车线。荣町检车 线是考虑到东丰线车辆万一发生故障而无法送到西车辆段进行维修的情况设置 的,它设于距离东丰线荣町车站650m的正线上,它含停车线、更换车轮线、工 作车线等。西车辆段一共有13股线,它在东西线开通当初,曾拥有6000系车辆80辆 (4辆编组20列,但是随着线路的延伸,该车辆段难以满足车辆增加的需要,因 而重新建设了东车辆段。之后,6000系车辆被移至东车辆段,西车辆段该为东 丰线7000系车辆60辆(4辆编组15列的车辆段。表2.1东京营园地铁车辆段一览表线路 开通 线路 车辆 承担 名称 年月长度配属车辆段名称建设年月线路名称 银摩线1927.1214.3228上野车

13、辆段 上野检修段 1927.12银座线中野车辆段中野修理车间 1961.9银座线丸 丸之内线 中野检修段1961.2丸之内线 之 1954.124.2336小石川银座线 内小hfi-川车辆CR I:厂1989.4线丸之内线段4,4iN检修段 1954.1丸之内线日 千住修理乍间 1963.6千住乍辆段比 1961.320.3336干住检修段1963.3日比谷线谷 线竹壕车辆段 竹琢检修段 1966.9东深川车辆段深川修理车间 1968.4两1964.1230.8470深川检修段1967.9东西线线行德车辆段 行德检修段1981.8千代田线干代1969.1221.9369绫濑下辆段绫濑修理下间

14、1971.7有乐町线 田线南北线 绫濑检修段1969.12千代田线 和光车辆段和光检修段 1987.8有乐町线 有乐 1974.1028.3400新水场乍辆新术场除银座线、丸之 町线CRI:厂1991.12内线外的线路 段新木场检修段1988.5有乐町线 ?I,.藏1978.810.8190鹭沼车辆段 鹭沼修理车间 1983.10j卜藏lJ线f J线鹭沼检修段1980.9南北线1991.1121.3126千子车辆段王子检修段 1991.11南北线(3新加坡地铁新加坡第条地铁于1983年10月22同开工建设,并于1987年11月7同 丌通运营。截止到1996年3月,新加坡地铁线路总长度为83km

15、(地下线路19km, 高架线路64km,车站总数量48座(地下车站15座,高架车站32座,地面车 站l座,车辆配属数量为510辆(85列、6辆编组。新加坡地铁一共有三个车辆段,Bishan车辆段在南北线上,Changqi车辆段 在东部,Ulu车辆段在西部。其中Bishan车辆段最大,占地O.375km2。Changqi 车辆段和Ulu车辆段相对较小,只是用来晚间存车,当然也可以进行列车R常的 内外部清洗和小型修理。地铁综合维修基地设在Bishan车辆段内,综合维修基9城市轨道交通下辆段布局优化方泫研究 2车辆段布局地主要包括:车辆维修、信号设备维修、通信设各维修、自动检售票设备维修等。 新加坡

16、地铁不设车辆大修厂。Bishan车辆段是一个功能齐全的车辆段,大部分列车在该车辆段内检修、大 修以及其他整备修理,能够承担车辆的日检、月检、重要部位检查、全面检查4个修程,具有3年内全部对66列地铁车辆进行一个循环修理的能力。在列车进 出段线路上还设有列车酸洗设备,可对列车外部进行彻底清洗。在该车辆段内还 设有一条2km长的试车线,试车线设有3个车站,装备与正线一样的设备(供电、 信号等,列车修理后可在该试车线上做动态试验,以检验列车本身及车载信号 等设备的完好程度。(4莫斯科地铁车辆段的规划布局概况莫斯科地铁始建于1933年,截至1993年,莫斯科地铁线路总长度已达 230km。莫斯科地铁车

17、辆维修采用大修与段修分修制,车辆大修厂集中承担地铁 全系统车辆的大修任务。车辆段承担本线车辆的定期修理(架修和定修、日常维 修(月修、技术检查、列检、清扫洗刷和列车停放任务。莫斯科地铁车辆段的设 置根据线路长短而定,一般每条线设个车辆段,当线路长度超过30km时,可 设两个车辆段。莫斯科地铁现已建成9条274krn、13个车辆段,二个车辆大修 厂。(5柏林地铁车辆段规划布局概况柏林地铁现共有9条线,总长146km,主要有2个车辆段(大修基地,分别 位于U2的Olympia.station站和U6的Holzhauser Strabe站附近。(6慕尼黑地铁车辆段规划布局概况慕尼黑现共有8条线,运营

18、正线总长85km,89座车站。设有一个主车辆段 (大修基地,位于U6的Frottmanning站附近,另外在U5的终点站NeuperlachSud 附近建有一个主要停车场兼作中修基地。2.1.2国内轨道交通车辆段布局案例上海地铁l号线作为上海第一条城市轨道交通线路,建设时尚无法考虑与其 他线路资源共享,因此设有完整的车辆停放和维修设施。新龙华车辆段与地铁1号线同期建成,之后又规划了富锦路停车场,形成了一条线“一段一场”的格局。 上海地铁2号线设计时考虑了北翟路车辆段和龙阳路停车场。明珠线一期设有宝 钢车辆段和石龙路停车场【引。参见表2.2。lO城市轨道交通下辆段布局优化方法研究 2车辆段布局表

19、2-2上海地铁1号、2号线、明珠线一期车辆段设计规模车场名称建设规模乍场线路长 规划 线别起点停车 人、 定 临 月 停币 度/km乍辆段面积场架修修修检列检/hm2苹庄一上 l号线 20.96新龙华2l143028.4海火车站 1号线 上海火车北延伸 13.8站一富锦富锦 路 路 l l 33230中山公尉 龙阳 2号线 18.7l 122421.8一张江 路2号线 虹桥临空 两延伸5.4吲一中山 北翟路64l 92450公同上海南站 钉龙 明球线 24.4l 22011.7l一江湾镇 路明珠线 江湾镇一 一期北 13.9宝钢宝钢2l l 21240.19延伸(1轨道交通车辆选型及受电方式上

20、海市经过反复研究,确定了城市轨道交通主要采用钢轮钢轨制式的轨道交 通模式,确定了高度基本相N(3.8m的大车(宽3.0m和小车(宽2.6m两种车辆为 城市轨道交通的基本车型。轨道交通车辆一般均采用DCl500V的架空接触网受 电方式。这为车辆及车辆检修设施资源共享和综合利用创造了非常有利的条件。最近,上海征组织力量着手对车辆灵活编组进行研究,一旦实现车辆的灵活编组,车辆资源共享程度将可得到更进一步的提高。(2车辆基地新龙华车辆段大修、架修设施初、近期为轨道交通l号线和2号线一期工程 共享。轨道交通2号线一期工程不设大修、架修设施,待线路延长、车辆增加、 大修和架修任务趋于饱和后再修建。轨道交通

21、3号线(明珠线一期、轨道交通4号线(明珠线二期和轨道交通M8线共享宝钢车辆段的大、架修设施资源和相应人力资源,明珠线二期和M8线只 设定修级停车场。轨道交通2号线向西延伸后拟与规划M6线合建北翟路车辆段;轨道交通 城市轨道交通乍辆段布局优化方法研究 2卞辆段布局的地形和布置特点,采用灯泡线或三角线,也可根据出入段线的布置情况,采用 外八字形布置方式。(16与城市间铁路的联络线在有条件的情况下,轨道交通车辆段内要求设置与城市间铁路相连的联络 线,以沟通轨道交通系统与城市间铁路的联系,来解决轨道交通系统材料、大型 设备的运输以及新车入段。(17救援列车停放线救援列车由动力牵引设备、列车起吊及复位设

22、备及人员输送设备组成固定编 组,用于线路故障的紧急救援。车辆段还可根据需要设置走行线、解钩线、轨道车线、特种车线等。2.4.3车辆段检修设备组成内容为保证轨道交通车辆检修、运用和试验的需要,车辆段内需配置大量的机械 加工、起重、动力、清洗、测试、调车等设备,其中有很多是非标准专用设备。 车辆段的所有检修设备大体上可以分为如图2-4所示6大类【Il】:2.5车辆段、停车场线路布置型式从车辆段、停车场的线路布置型式上来看,一般可以有平面和立体两类,其 中平面布置又可以设计成长方形和环形。对于立体型式的6-Ntl21(见图2-5,其 特点是可以大大降低占地面积。但如果底层位于地下,则由于采光、通风等

23、难以 保障,会恶化工人的工作环境。若这一矛盾能得到妥善解决的话,其应用前景还 是相当广阔的。本论文以停车40列的停车场为案例,分别给出几种布置型式对 应的图式。城市轨道交通下辆段布局优化方法研究 2车辆段布局各种牟辆及起重设备 谈触网柴线作业车轨道甲板午电动葫芦嗣午.午辆 午辆段检修设备接触网检|婪4车 起重机地F及移动式架午.机 检修设备不落轮键床远红外线丁燥箱#阳架电厶匀转|!;午廉电埠机移动检修设备 列车自动清洗机直流高压试验器电磁冻伤装置 耐睢试验装置 轮轴荧光磁扮探伤机 钻床奄引电机检测装覆 仪器仪表双线示波器直流稳J卡电源直流稳J卡.发生器转叫架清洗机 线路故障检测仪电子设备仪表校

24、验台交直流电源电子交流稳膳器数字万用衷晶体管特性图式仪 电缆检测设备 电监控系统检测设备生产丁具台柜焊接T作台钳T台图2.4车辆段检修设备仪表柜F具台城市轨道窑通车辆段布局优化方洼研究 2辆&￥月。地m根m 4“m酣f3I目 数B!”4删擞 40m&*￥啦!“可瓣4两 镕￥K 7n 喝2-5末京地铁12号线光丘车辆段示意图图2-6停车40列单线进出每线1列(6辆走车编组的停车场布置示惠图图2-7停车40列每绒2列(6辆尢车编组的停车场布置示意图一一 孽" 嚣一城市轨道变通车辆段布月优化方法研究 2车辆&布月;露辜参! 童 、%i7,。 一“_=毒暑富童-一 扩

25、。 、, ; 一;!竺竺:一 4“840“一. 广=而F一面一圈2-8停车40列0辆大丰编组环形停车场布王示意图从图中可以看出停车场各种布置设计方案的特点(1从图2-6与图2.7的对比中可以看出,每股道的停车数越多,其占地面 积越小.道岔数量越少;但是.列车空走损失距离和空走能耗损失就越太,运营 费相应增大。f2从图2-8中可以看出,环形停车场虽然道岔数量很少,但其占地面积非 常大,列车空走损失距离和空走能耗损失比同等停车规模的长方形停车场太 152倍左右,所以,一般不宣采用。具体到每一个停车场应采用何种线路布置型式,主要由每一停车场的征地情 况来控制。一般说来.矩形停车场较为常用,而环形停车

26、场则适用于外围征地易 控制、中心的建筑物不宜拆除的情形,立体停车场则因其占地较省,故适用于土 地紧缺、需要布局紧凑的情形。如日本的轨道交通车辆段不拘一格.形式多种多 样,适应各种地形条件,有长方形的,也有三角形,段内线路长短相结合,能停 两列的停两列,不能停两列的停一列,有的线路只能停几辆车,线路也可咀向不 同的方向展开,甚至车辆段与正线也采用之字形的连接方式。在减少用地,充分 利用空间方面,特别是设在市区的车辆段.有建成地下或半地下,如同本大岛车 辆段,地下设停车线.楼上是车辆工场、检修线和洗车线;又如香港九龙湾车辆 段,车辆工场设在地下,上面是香港地铁公司总部大楼;广州车辆段方案中考虑 了

27、停车库顶上建高层住宅的设想。总而言之,在车辆段的布局中,应园地制宜, 力求布嚣紧凑,工艺流程合理.运营管理方便。2.6小结本章在对国内外轨道交通车辆段布局案例进行分析的基础上,总结了段、场 规划布局的方法、特点、设施组成及布置型式,并对停车场线路布置型式进行了 分类.对每一类的特点及适用范围进行了研究及总结。城市轨道媳车辆段布局优化方法研究3车辆疑费鳟共事研究3车辆段资源共享研究 车辆段资源共享是一种比较新的理念,对于降低车辆段、停车场规模以节约 投资,实现设旄离效使用是稚有意义的。为此,本论文决定对此展开相关研究。 3.1车辆段资瑟共享的必要性随着我国城市轨道交通的蓬勃发展,特荆是上海、北京

28、这样的超大城市,都 已规划了庞大的轨道交通网络。新的形势引发新的矛盾,当轨道交通形成网络规 模后,原来的车辆段、停车场设置“以线为本,各自为政”的做法必须被摒弃, 而应代之以“瓷源共享”这一全新理念,以车辆段、停车场设施多线共用为基点, 着眼于全局效益。基于这种理念,轨道交通的资源共享业已提上议事日程,并日 益受到业内人士的关注。轨道交通资源共享作为一种全新的理念,其核心思想是在车辆段规划时,以 整个轨道交通同为着眼点和出发点,注重轨道交通网络的整体性。以实现轨道交 通瓷源利用度管理的集约化、规模化、社会化以及技术管理的规范化,这对城市 轨道交通网络建设及建成之后的经济运营有着特殊的意义。以上

29、海轨道交通车辆段布局为例,在两络建设初期,各条线路尚不具备沟通 联络的条件,售线无法资源共享,必须独立设置包括车辆段在内的各种设施因 此,一条线“一段一场”的格局在网络建设初期是合理的。但随着网络的发展, 每条线仍独立设置各种设施就会产生一定的弊端,主要体现在车辆段数量众多-占地大,而各车辆段的设备利用率偏低,造成投资和用地的浪费。上海已建或已 设计线路车辆段能力利用率刚见图3-l至圈3-3.上海地铁1号线车辆段能力利用率2005年2007年2030年时间 口太、架修能力利用定修能力 利用率 口周月检能 力利用率田3-I上海地皱1号巍车辆胜能力利用率26嘣吨吣傩筛帆蚰0斟匠冥 4检修模式及其对

30、车辆配属、检修设施规模的影响在车辆段、停车场规划之初,必须确立检修模式。检修模式对车辆配属以及 检修设施规模都会产生重要影响【l引。随着我国城市轨道交通建设的蓬勃发展,为了确保行车安全,提高车辆的使 用效率和经济效益,许多国家都在对当前实行的车辆检修制度做出了新的探索。 目前我国和世界上大多数国家一样,仍然延用城市间铁路的计划预防修经验,这 种体制既存在着先天不足,又不能适应新技术、新工艺的发展要求。因而,变革 维修体制已为大势所趋。为此,有人提倡“状态修”,但这种纯粹意义上的“状 念修”的概念,从理论上尚有不足,实践上较为困难。4.1两种典型的检修模式4.1.1计划修的内容及优缺点我国现有的

31、轨道交通车辆检修体系是属于计划预防检修方式,即按车辆的实 际运行周期或走行里程施行维修。这是一种在尚未发生故障之前就对车辆进行修 理,消除车辆零部件的缺陷和隐患,预防车辆故障发生的一种修理模式。计划修 包括定期检修和R常保养,定期检修是指车辆每运用一定时间(或里程对车辆的 全部或部分零件进行一定程度的检修;日常保养是车辆在运用中对易损零件和由 于特殊情况造成的故障进行维修。(1计划修的优点1这种修理模式的修理作业是定期的,修理范围一旦确定,一般是固定的。 其修理所需设备和工装也相对较固定,无需做大的变更和增减。全年的任务是可 以计算出来的,因而可以提前准备检修所需的材料、零件、设备及人力;2计

32、划修是对某一特定种类的车辆的使用寿命、运用状况、设计制造工艺 要求、用户需求进行综合分析和科学预测之后给出的具有系统性、预防性和计划 性的修理方式。计划修为企业维修管理模式的稳定奠定了基础,同时,为企业大 规模标准化流水作业的开展创造了条件:3经过长期实践、修改、完善之后,计划修的工艺规程都己成形,其所需 的工装设备也已定型。当车辆各零部件的故障率变化特性为单纯增加时,这种车 辆检修体系是有效的。32(2计划修的不足1计划修不适宜处理早期故障或偶然故障;2由于各种车型的结构和技术状态的差异,车辆各部分设计寿命与实际使 用寿命的不均衡性,车辆的使用频率和使用年限的不一致,使得车辆的定检、定 修作

33、业是在一部分状态良好而勿需大量分解和更换零部件的车辆上进行的,既占 用了检修能力,又不合理地增加了维修费用,而有的车辆又因为种种原因长期失 修,难以保证良好的技术状态,直接威胁行车安全。3随着车辆设计理论与制造技术的发展和材料性能的提高,车辆各零部件 的损伤规律也发生了变化,旧的检修周期及范围已不能适应这种变化,需要作适 时的调整和改进。4当使用寿命的离散性太大时,则定期检修不仅造成过度修,还会成为早 期故障增加的原因。5检修基地相对庞大。4.1.2状态修的内容、优缺点及所需条件针对车辆技术诊断手段的逐步完备和发展,有的国家提出:车辆的修理应取 决于车辆本身的技术状态,车辆维修的目的是保证车辆

34、良好的技术状态。据此, 他们提出了“状态修”制。在这种检修制度下,车辆两次修理之间的走行公里数、 车辆修理作业的周期和检修范围,都是依照车辆设计、运行的可靠性及技术诊断 的结果确定的,根据车辆主要结构及零部件的磨损规律所提供的安全运行时间及 可能走行的公罩数来决定修程,按车辆实际损伤程度决定检修工作量。发现一件 故障就修理一件,每次修理无一定的作业范围及检修工作量,对车辆不作彻底修 理,车辆使用到规定年限就报废。状态修的修理范围一般不固定,随车辆状况的 不同而做相应调整,其相应的修理设备也有增减,因此,状态修理作业需要对工 艺装备进行预先准备,要求有关人员在制定检修规划时具有超前性和预见性,跟

35、 踪一些重要或大型零部件的故障及损伤情况,提前准备修理所需的工装和设备。 这就克服了“定期检修制”的一些不足之处,尽可能大地利用材料性能,降低维 修成本。(1状态修的优点【15】【16】1状念修不同于传统的计划检修体制,能较好地处理早期故障和偶然故障;2状念修每次的检修内容都不尽相同,对车辆的检修是有重点地进行,效 率较高:3检修基地规模相对较小。(2状态修所需条件1状态修要实行预检,即在制定检修规程和检修工艺之前对车辆的当前状 况进行全面检查评估,针对车辆各系统的当前损坏状况制定出科学合理的修理计 划:2状态修需要预检人员具备丰富的故障损伤判定、检查经验,能够在较短 时间内判别出各种复杂的车

36、辆隐患及故障损伤类型,并加以归类分析:在此基础 上给定不同的技术修复、工艺布置要求。同时,针对出现的新问题,调整工艺步 骤,完善工艺流程,为实施过程中出现的相关技术和工艺障碍提供技术支持; 3状态修的工艺或流程一般随车况而定,不同车况车辆的工艺差异较大, 因此,制定工艺文件的工作量大,往往因制定人员的不同而造成工艺有所差别; 41状态修对一个企业的管理水平要求较高,它要求企业具备较强的统筹运 作及组织管理能力、对不同作业环境的适应能力、成本控制能力及技术革新能力。 4.2计划状态修理论为了跟上形势的发展,必然要求我国轨道交通车辆检修部门改善原有的计划 (预防维修体制IJ7J。有时会出现这样的看

37、法,即在车辆管理部门,诊断设备的开 发及其广泛采用会使计划修体系向按需要或按车辆技术状态进行修理的体系过 渡。但是,这种情况只针对那些结构简单的零部件而言,即这些零部件相互间是 独立的,修复起来极为容易。对于车辆上大量的零部件,要改善它们的状态就必须进行劳动量大的安装和 拆卸工作。在逐一修理零部件的情况下,要完成这些工作就会导致大大增加车辆 的在修时间,从而增加其修理成本,所以在车辆因某一装置故障或者由于使用寿 命到期而送修时,不仅对该装置而且对那些虽使用寿命尚未到期但已接近极限的 零部件进行修复是合理的。这种体系,也就是计划状态修体系(见图4.1。这种 检修方式把检测诊断技术运用到原有的计划

38、维修体制中来,使其焕发了新的生命 力。其机理是利用装在车辆内的或固定的诊断装置来诊断获得部件和整车的技 术、工作状况数据资料,在对零部件进行诊断时所得到的信息通过电脑进行处理 后便可确定车辆的实际状态,并确认是否有必要进行修理。采用全套诊断装置, 对信息进行自动化采集与处理就有可能在保持维修保养体系计划特点的情况下, 根据每辆车的具体技术状态及时完成其修理工作。34计划修体制 检测诊断技术l l;确立零部件种类及检修级别 :确定诊断方法、设备÷I 统计零部件寿命 建立质量检测追踪! T、分布函数F(tI 经济因素旦!垫垄塑蔓4.2.1计划状态修的理论基点4.1计划状态修流程图由于研究

39、对象相当复杂,加上有大量干扰因素的作用,且这些干扰因素中有 相当一部分具有偶然性,改进计划(预防修的工作要通过总结车辆运行过程中积 累起来的经验,进行专门安排的试验来实施。这在很大程度上要依靠现场工程技 术人员和实际操作人员的实践经验和资料的积累。需要建立这样一个理论基础,即该理论有可能用统一的方法论来解决维修保 养体系的改进问题,就是说能合理选定具体运行条件下的任何一种型号车辆计划 修的周期和工作量。即使在一个运行区段的不同地点,线路条件也存在明显差别。 这涉及到运行速度、列车质量、线路条件等,所以零件到极限状态的工作时间是 一个随机值,确定车辆零部件的修理时间需要采用概率论和数理统计方法。

40、采用 这样的方法可以建立零部件失效、磨损或老化数学模型,确定使用寿命规律的数 字特征值,并在考虑技术、经济因素的基础上确定更换计划或计划修的时问【I引。 卫城市轨道交通车辆段布局优化方法研究4检修模式及其对车辆配属、检修设施规模的影响采用计划修与状态修相结合的修理模式是在新形势下对轨道交通车辆维修 和应用理论的有益尝试和发展。在广州地铁车辆运营初期,采用计划修与状态修 相结合的修理模式是基于以下因素考虑的:(1用车辆的经济寿命作为车辆维修成本的衡量指标。车辆经济寿命的总费 用计算公式:S=A/f+口+舾/2(4-1 式中:S每年车辆平均总费用;4车辆重新购置费用:,车辆的使用年限:口每年车辆检

41、修固定费用;b每年车辆检修递增部分费用。对上式求导,得出总费用最小时车辆的使用年限:鲁=一A/t2+b/2当一A/t2+6/2=0时,f=24/6,即为车辆的平均寿命。随着车辆使用年限的增长,技术质量下降和修理费用上升造成的经济损失为 车辆的有形损耗,而车辆的无形损耗容易发生事故,车辆在有形损耗到来之前报 废,无论从社会效益还是安全角度来说都是有益的。(2随着新技术、新材料、新工艺、新设计思想、新运营维护方式在轨道交 通车辆中的大量应用,会产生许多新的运用和维修课题,如广州地铁车辆采用了 大量的高分子复合材料及交流电机技术等,近期或将来考虑采用的新技术有红外 线轴温检测系统、滚动轴承故障诊断设

42、备、轮轴探伤设备等等,这些都使得轨道 交通车辆的维修理念发生了根本变化。(3状态修是对计划修的探索和尝试,当企业对状态修的尝试达到一定程度 积累之后,当车辆维修策划人员具备了对车辆相关系统或部件检修的完整理念 时,在状态修的基础上经过总结归纳就可以将其列为计划修的一部分,这部分计 划修内容更具有针对性、实效性和可操作性。这不仅避免了修理内容包罗万象不 够详尽的缺陷,同时也避免了一开始就将其列为计划修而可能出现的检修程序的 富余设置或者误漏修等不足,提高了作业效率,降低了检修成本。(4检修频繁既浪费资金,又影响车辆的周转使用,同一批车辆,运用效率城市轨道交通下辆段布局优化方法研究 4检修模式及j

43、e对下辆配属、检修设施规模的影响高者,在术到定期检修时就可能发生故障,给日常保养加重负担,影响行车安全; 而使用效率低者,在定期检修时零件尚可使用,对他们进行修理会造成浪费。随 着车辆修理数量的增多,定期检修工作量增大,即使有庞大的检修基地也完不成 检修任务,新建检修基地投资又很高,问题难以解决。4.2.2计划状态修的内容(1对于定修以下修理作业实行必检和轮检相结合的检修制度,对与行车安 全有关的主要零部件实行必检制,保证车辆质量和完好状态,如电动机、转向架、 主牵引电路、制动系统等等;而其他项目则分批分期检查修理,这样既保证了重 点,又兼顾了全面。(2在定修以上修理作业中对一些受交变载荷作用

44、频繁、运行要求较高的系 统和部件可按计划进行全面检修,如转向架、制动系统、牵引电机、受电弓等等, 形成一套较为稳定的检修程序。(3对一些载荷变化较小、作用应力较小、运行要求较低的系统和部件,可 降低修理级别或依据运用状态做修理调整,以便在最小修理量的情况下保证其运 用的有效性、安全性和可控性。(4运用科学统筹的方法对一些重大部件的修理方式和修理级别进行评估、 核算,如轴承和空调采用对外委托修理或自修的综合对比,各部件或系统在某种 特定条件下有无继续修理的必要等等,找出安全性和经济性相统一条件下的最佳 方案,从而为修理作业提供科学决策依据。(5实行车辆修理预检制及重要部件、故障频繁部件的跟踪制度

45、,这样不仅 可消除车辆修理中存在的故障和安全隐患,而且可加强修理的针对性和时效性。 (6完善车辆修理作业中的安全限度理论,改变传统维修中不分差异一刀切 的'孝H放维修方式,在检修作业中大力推行等级修、互换修和集中修等修理理念。 (7加大技术投入,对一些频繁出现的惯性故障及影响行车安全的隐性故障 组织力量进行攻关,全面剖析有关故障和损伤发生的机理,从根本上消除故障隐 患。总之,车辆修理模式的选择是一个系统而复杂的过程,它需要集中多方面 的人员进行全面科学的调研、分析、计算和统筹规划,才能找出一条适合的维修 管理模式。城市轨道交通乍辆段布局优化方法研究4榆修模式发其对车辆配属、揄修设施J;

46、!l!模的影响 4.2.3计划状态修的现实要求新的维修制度是一种科学性很强的维修制度,必须有足够的技术条件,才能 实现车辆检修制度的转换。一般说来,以下三方面是实现计划状态修所必须的: (1随着车辆本身技术状态的提高,根据可靠性理论及技术诊断原理,研究 适合每一车辆系列的诊断方法和设备,提出反映车辆状态的基本理论,确定各种 设备安全运行的状态值、限界值和寿命值丁,以及零部件发生故障的概率分布函 数F(t、概率密度f(t。(2根据构件的寿命设计、运用条件、运行里程和运用时间判断其运用状态, 确定要维修的构件及其检修周期,建立信息管理系统,建立原始记录、管理卡片、 检修工艺、考核办法等科学、合理的

47、管理细则,车辆各部件使用寿命统计,所有 车辆故障信息的收集及统计分析。(3在开始进行状态修试验后,从经济、可靠、安全、人力、物力消耗等方 面对其作综合评价和认证,以求在实践中不断丰富和完善这种新的车辆检修制 度。4.2.4计划状态修零部件更换策略摒弃传统的预防(计划维修体制一刀切的粗放式做法,结合状态修的做法, 根据零部件的特点、重要性等把零部件归为不同的检修级别。(1最重要零部件的检修策略.对涉及行车安全的重要部件实行跟踪制度,这样不仅可消除车辆修理中存在 的故障和安全隐患,而且可加强修理的针对性和时效性。(2次重要零部件的检修策略对一些虽然重要但尚未危及行车安全的零部件我们主要从经济的角度

48、出发, 测算一个合理的更换时间,以期取得最大的经济效益【1引。若某零部件寿命x的分布函数为F(t,概率密度记为f(t,平均寿命为, 寿命大于,的概率记为R(t,令r(t=f(t/R(t,零件发生故障后更换带来的损 失为c。,未发生故障而采取预防性更换的费用为c,显然c.>-C,所谓预防性更 换是指,确定一个时间丁,当零件寿命X<丁时进行故障后更换,当x=丁仍然 38地市轨道交通下辆段布局优化方泫研究4榆修模式及其对车辆配属、榆修设施规模的影响 正常时进行预防性更换(假定更换所需时间忽略不计,使得长期运行时的经济损失最小。对于这个随机优化模型,目标函数取为单位时间的平均损失c(丁,

49、c(T=警旦生掣=堕芒盟竺, 若想使c(r取极小值, r应满足 JI,(”j7M( rp(tdt7,.(TJR(tdt-F(T=丧对于上式,可以进一步得出如下结论,若,.(r为增函数且 ,.(f尺(f班>-老,则存在唯一的有限的71满足上式,使c(丁达到最小,且 c(T=(clc2r(T如果这样的丁找不到,表示不存在预防性更换策略,即不存在比故障后更换 平均损失更小的预防性更换策略。(3一般零部件的检修策略关于这类对行车安全关系不是很大的零部件,实行定期检查维修制。我们知道,零部件出现故障的时刻是随机的,一旦出现故障,假定设备将带 故障运行到下一次检查时才被发现,这会造成相当大的损失,显

50、然检查周期越长, 损失越大,另一方面,检查需付费用,周期越短,检查费越多。为了实现正常行 车和节约检修费用的双重目的,我们要确定一个合理的检修周期,使总的平均费 用最少【201。同样的,若设备故障时刻的概率分布函数为F(t,概率密度为f(t,设备使 用期限为丁,则F(T=l;设备带故障运行到检查时为止的损失与这段运行时间 成证比,设比例系数为c.,则c。即为单位时间损失费:一般地说,检查周期不一 定是常数,而应该根据故障出现时刻的概率分布来确定,故我们可用连续型函数 s(f来描述检查周期,单位时间的检查次数用刀(f来描述,n(t=1/s(t,因为胛(f 很大,所以在相邻两次检查之fBJ出现故障

51、的时刻可认为是均匀分柿的,而带故障 运行的时问则取这个分布的均值;每次检查费为c,到时刻,为止的检查次数可 表示为I门(rdf。39城市轨道交通乍辆段布局优化方法研究4检修模式及其对车辆配属、检修设施规模的影响根据上述假设,最后求得的总的期望费用达到最小的检查次数函数 门(r=压磊。上式表明最优的检查次数"(f完全由单位时l日j损失费q、每次检查费c:和设 备的失效率,(f决定。一般地, ,.(,随时间f变化,那么当,(,较大时候,容易 出现故障,检查次数,2(f就应该大一些。4.2.5计划状态修车辆故障诊断系统(1莫斯科铁路运输学院开发的方案【:17】11技术诊断采用维修保养体系预防车辆失效最有效果的时间是在这样的时刻,即在第一 时间就能成功地查明设备丧失工作能力的原因。采用诊断作为车辆保养修理体系 的一个组成部分的办法就可以保证做到这一点。但是,究竟要多少