朔黃鐵路大型養(yǎng)路機械配置的優(yōu)化方案

牛懷軍,孟憲洪,高春雷,王新讓,宋慧京,伍山峰

(1.中國鐵道科學(xué)研究院集團有限公司 鐵道建筑研究所，北京 100081；2.朔黃鐵路發(fā)展有限責任公司，河北 肅寧 062350)

朔黃鐵路是我國目前投資與建設(shè)規(guī)模最大的重載鐵路，也是我國西煤東運的第二大通道，是神華集團礦、路、港、電、航、油一體化工程的重要組成部分，在全國路網(wǎng)中占有重要地位。

該重載鐵路由于列車密度大、軸重大以及重載組合列車的開行，使得線路產(chǎn)生的變形不能得到及時的恢復(fù)和修理，造成線路病害越來越嚴重，危及行車安全。因此，相對普通鐵路而言，重載鐵路須加強線路的養(yǎng)護維修，增加養(yǎng)護維修作業(yè)時間，提高養(yǎng)護維修的作業(yè)效率，才能提高線路質(zhì)量，確保運輸安全，這就使得大型養(yǎng)路機械的合理配置和優(yōu)化變得更為重要。

1 朔黃鐵路大型養(yǎng)路機械現(xiàn)狀

1.1 現(xiàn)有大型養(yǎng)路機械配置

神華集團鐵路運量增加與維修天窗減少給機械維護工作帶來很多困難，如作業(yè)地段分散、天窗點不集中等，致使機械設(shè)備利用率低，作業(yè)效率不均衡[1]。中國神華能源股份有限公司軌道機械化維護分公司(簡稱神維公司)是國內(nèi)首家全成本核算的大型機械化養(yǎng)護企業(yè)，主要承擔神華集團鐵路線路的清篩、搗固、整形等綜合維護業(yè)務(wù)。神維公司下設(shè)肅寧工務(wù)機械段、府谷工務(wù)機械段及準格爾工務(wù)機械段，2017年各機械段人員情況見表1。

表1 神維公司各機械段人員情況 人

神維公司現(xiàn)有大型養(yǎng)路機械80臺，具體數(shù)量見表2。另外朔黃鐵路自身還有1臺銑磨車(進口林辛格)，還訂購了1臺打磨列車(二七廠產(chǎn))。

1.2 現(xiàn)有大型養(yǎng)路機械的主要效率

大型養(yǎng)路機械作業(yè)效率分單機效率和機組效率，機型不同導(dǎo)致效率不同，組合方式和數(shù)量不同導(dǎo)致整體作業(yè)效率也不同。

表2 神維公司現(xiàn)有大型養(yǎng)路機械情況

1)單機效率

朔黃鐵路常用大型養(yǎng)路機械主要有DWL-48型連續(xù)走行搗固穩(wěn)定車、DCL-32型連續(xù)走行搗固車、DC-32型搗固車、CDC-16型道岔搗固車、QS-650型全斷面道砟清篩機、SPZ-200型雙向配砟整形車、DPZ-440型單向配砟整形車、WD-320型動力穩(wěn)定車、QS400-3型隧道清篩機、G04S-Ⅲ-CN-SH道岔清篩機。單機作業(yè)效率見表3[2-4]。

表3 單機作業(yè)效率

2)機組效率

線路修理作業(yè)是成機組作業(yè)，而機組效率與選用的機組數(shù)量、主型機械的機型有關(guān)。大型養(yǎng)路機械大修機組主要由清篩機、搗固車、動力穩(wěn)定車、配砟車聯(lián)合作業(yè)，大修機組的主型機械清篩機采用倍份配置，其目的是為了提高天窗利用率和確保機組在天窗內(nèi)有效作業(yè)，機組平均作業(yè)效率為800～1 000 m/h。同樣，維修機組的主型機械搗固車也采用倍份配置，但主型機械采用DCL-32搗固車的維修機組比采用DC-32搗固車的維修機組作業(yè)效率提高約30%[5]。

1.3 存在的問題及矛盾

經(jīng)過肅寧、原平工務(wù)段現(xiàn)場調(diào)研，以及北京專場討論，分析得出朔黃鐵路現(xiàn)存的問題和矛盾。

1)從施工角度看，天窗不足，人員比較缺乏，需要增加人員，但設(shè)備基本夠用。

2)從現(xiàn)有大型養(yǎng)路機械擁有量看，現(xiàn)有天窗基本夠，較大秦鐵路現(xiàn)狀好。

3)從管理角度看，天窗的利用率有待提高，此問題在實踐中取決于作業(yè)人員素質(zhì)、協(xié)調(diào)組織等因素;并且朔黃鐵路開始試驗狀態(tài)修，以后逐步過渡到狀態(tài)修模式，逐步減少天窗數(shù)量和大型養(yǎng)路機械及人員配置，以期提高運能，降低維修成本[2]。

2 現(xiàn)有大型養(yǎng)路機械機組對比分析

朔黃鐵路現(xiàn)有大型養(yǎng)路機械機組配置情況和國家鐵路總公司下屬鐵路系統(tǒng)(簡稱國鐵)現(xiàn)有大型養(yǎng)路機械機組配置標準對比見表4。可知：

1)國鐵比朔黃鐵路多配1臺DC-32型搗固車，主要用于加強清篩作業(yè)后線路的搗固作業(yè)。

2)國鐵比朔黃鐵路多配1臺穩(wěn)定車、2臺配砟整形車，主要用于盡快穩(wěn)定維修搗固后的線路，并恢復(fù)道床斷面外形。

3)國鐵配置了邊坡清篩機組，用于解決道床排水問題，一般在2次大修清篩中間安排1次邊坡清篩作業(yè)；而朔黃鐵路以加大QS-650型清篩機的挖掘?qū)挾冉鉀Q部分邊坡清篩問題。

4)國鐵配置了道岔清篩機組，朔黃鐵路未明確道岔清篩作業(yè)方式。

5)朔黃鐵路裝備了隧道清篩機組，國鐵還未正式裝備。

表4 大型養(yǎng)路機械機組配置對比 臺

3 大型養(yǎng)路機械機組作業(yè)計算及分析

3.1 朔黃鐵路線路與運量概況

3.1.1 線路概況

朔黃鐵路正線長度589.5 km，上下行均按590 km計算；根據(jù)資料統(tǒng)計，朔黃鐵路橋梁長度52 km，隧道長度66 km，合計118 km，其余線路長度472 km；小半徑曲線線路為32 km，直線線路為558 km。正線道岔數(shù)量583組，上下行均按583組計算。

3.1.2 運量概況

2016年,重車線(上行線)運量達274 Mt，即2.74億t；空車線(下行線)運量達69 Mt，即 6 900萬t。

3.2 現(xiàn)有大型養(yǎng)路機械配置方案的分析

3.2.1 目前天窗設(shè)置

朔黃鐵路采用垂直天窗[6]，冬季(1，2，3，11，12月)每周1次，1次3 h；夏季(4，6，7，8，9月)每周2次，1次4 h；5，10月每周3次，1次4 h。

經(jīng)統(tǒng)計，全年3 h天窗共22個，4 h天窗共69個。由于冬季不能進行清篩、搗固作業(yè)，故僅可利用69個4 h天窗進行清篩、搗固作業(yè)；而冬季可進行鋼軌打磨作業(yè)。

3.2.2 大型養(yǎng)路機械配置作業(yè)能力分析

5）特征數(shù)據(jù)融合。將不同視圖下的特征融合成一個空間的關(guān)聯(lián)模型，再結(jié)合檔案和特征之間的隸屬關(guān)系，形成整體的檔案關(guān)聯(lián)分析模型。

由于朔黃鐵路大型養(yǎng)路機械配置與國鐵基本一致，故以下作業(yè)能力分析依據(jù)國鐵的有關(guān)規(guī)定，即按每年200個天窗，每個天窗3 h所規(guī)定的大型養(yǎng)路機械機組或設(shè)備的年作業(yè)能力進行分析[7-8]。

按目前朔黃鐵路重車線及空車線的線路及運量情況進行周期性修理，在對大型養(yǎng)路機械配置的作業(yè)能力進行分析計算時，其所需配置的各種機組、設(shè)備的數(shù)量按以下依據(jù)進行計算：

1)線路清篩、搗固和鋼軌打磨的機組、設(shè)備數(shù)量按各作業(yè)項目實際可用天窗數(shù)量計算。

2)在線路清篩機組數(shù)量計算中由于機組配置及能力存在差異，將橋隧清篩和線路清篩分開，單獨進行測算。

3)線路清篩、搗固和鋼軌打磨作業(yè)周期依據(jù)課題組提供的建議周期及朔黃公司執(zhí)行周期綜合考慮確定。課題組按通過運量給出的建議周期為：清篩周期1 200～1 500 Mt；搗固周期250～300 Mt；直線鋼軌打磨周期60～100 Mt；小半徑曲線鋼軌打磨周期30～50 Mt。

綜合考慮所確定的線路養(yǎng)護維修周期見表5。

表5 線路養(yǎng)護維修周期

關(guān)于課題組建議周期與所確定的修理周期的差異,原因分析如下：①課題組的建議周期與朔黃鐵路對重車線所確定的修理周期比較接近；②課題組的建議周期與朔黃鐵路對輕車線所確定的修理周期存在一定差距，如線路及道岔清篩周期、線路及道岔搗固周期；③輕車線的線路及道岔清篩周期、線路及道岔搗固周期按朔黃鐵路建議確定。

3.3 大型養(yǎng)路機械配置數(shù)量及標準

依據(jù)目前朔黃鐵路線路長度及道岔數(shù)量、全年給定的天窗數(shù)量及時長、所確定的線路修理周期及大型養(yǎng)路機械的天窗作業(yè)能力等要素，計算給出朔黃鐵路線路大修、維修作業(yè)所需各種大型養(yǎng)路機械機組及設(shè)備配置數(shù)量及裝備標準建議[9-10]，見表6。

表6 大型養(yǎng)路機械配置數(shù)量及裝備標準

注：由于朔黃鐵路對隧道間的橋梁及少于100 m的渡線安排隧道清篩機組完成清篩，故建議增加1組隧道清篩機組。

當年通過總質(zhì)量達到500 Mt時，若天窗數(shù)量和天窗時間不變，則大型養(yǎng)路機械配置數(shù)量基本上增加1倍；若配置數(shù)量基本上保持不變，則需要適當增加天窗數(shù)量或延長天窗時間。

4 優(yōu)化建議

4.1 基于現(xiàn)狀的優(yōu)化建議

基于現(xiàn)有維修規(guī)程制度和天窗時間，結(jié)合大型養(yǎng)路機械配置狀況和存在問題，初步考慮作出幾點優(yōu)化：

1)解決大型養(yǎng)路機械現(xiàn)存施工困難。考慮在沿線建設(shè)大型養(yǎng)路機械專用停留線，方便停留、接水、接電，改善現(xiàn)場條件。

2)線路維修搗固機組應(yīng)增加配置1臺WD-320型動力穩(wěn)定車。

3)應(yīng)有計劃地增加配置道岔清篩機組，建議配置數(shù)量為2～3組。

4)應(yīng)有計劃地增加配置CMC-20型道岔打磨車，建議配置數(shù)量為6臺。

5)橋梁清篩機組應(yīng)增加配置1臺配砟整形車，隧道清篩機組應(yīng)增加配置1臺動力穩(wěn)定車、1臺配砟整形車。

6)建議引進1臺德國福斯羅公司生產(chǎn)的HSG-2型快速鋼軌打磨車。該設(shè)備最大特點是連掛在列車后面，在不封鎖線路條件下對鋼軌實施打磨作業(yè)，可有效節(jié)省天窗時間；其打磨速度為60～80 km/h；全車擁有4組打磨架，每組24個砂輪，可同時以 6 000 r/min高速旋轉(zhuǎn)；鋼軌打磨3遍的磨削量為0.1 mm；主要用于鋼軌預(yù)防性打磨作業(yè)。

4.2 基于狀態(tài)修的優(yōu)化建議

狀態(tài)修模式下的大型養(yǎng)路機械在保證線路基本修理作業(yè)的前提下，主要依據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)提供的線路狀態(tài)進行線路作業(yè)，比現(xiàn)行的計劃修模式下的大型養(yǎng)路機械配置數(shù)量或天窗數(shù)量會相應(yīng)減少[11]。

目前，朔黃鐵路還不具備全面開展狀態(tài)修的條件，建議近期開展以計劃修為主的狀態(tài)修試點工作，同時加強線路狀態(tài)檢測的軟件和硬件建設(shè)，待時機成熟后再全面開展狀態(tài)修。具體建議如下：

1)開展線路清篩狀態(tài)修試點，以測地雷達為主要檢測手段，輔以人工檢查道床臟污率，當?shù)来才K污率達到20%～25%時再進行線路清篩作業(yè)。

2)開展鋼軌打磨狀態(tài)修試點，重點可針對小半徑曲線鋼軌的打磨作業(yè)。

3)在肅寧、原平各成立1個大機工隊(車間)，每個大機工隊管轄范圍以200～300 km線路為宜。

4)初期，肅寧、原平各配備1個大修清篩機組，既可用于線路清篩作業(yè)，還可適當兼顧狀態(tài)不良的線路搗固作業(yè)。

5)裝備1臺鋼軌打磨車，可安排在原平分公司，以重點滿足山區(qū)小半徑曲線鋼軌打磨的需求。

5 結(jié)論

針對朔黃鐵路大型養(yǎng)路機械配置現(xiàn)狀，開展了現(xiàn)有計劃修和未來狀態(tài)修、預(yù)防修模式下的大型養(yǎng)路機械配置及其優(yōu)化的研究，結(jié)論如下:

1)分析了國內(nèi)重載鐵路大型養(yǎng)路機械配置狀況以及維修趨勢，同時在調(diào)研基礎(chǔ)上分析了朔黃鐵路現(xiàn)有大型養(yǎng)路機械配置情況。

2)找到了朔黃鐵路現(xiàn)有運能和維修之間的矛盾及其原因，提出了分兩步走的思路：第一步，進一步挖掘現(xiàn)有大型養(yǎng)路機械配置潛力，提出具體優(yōu)化思路和方案；第二步，在逐步落實朔黃鐵路線路檢測技術(shù)設(shè)備、信息管理和評判標準的前提下，逐步過渡到線路的狀態(tài)修，并分析研究相應(yīng)大型養(yǎng)路機械的配置，對其優(yōu)化方案進行探討。在逐步過渡到狀態(tài)修的階段，隨著線路檢測數(shù)據(jù)庫和維修情況的積累，還可進行適當?shù)念A(yù)防性鋼軌打磨等維修作業(yè)。