全壽命管理在城市軌道交通車輛檢修中的應(yīng)用

劉少波

摘要：車輛是城市軌道交通工程中的核心組成部分。目前大部分城市軌道交通建設(shè)經(jīng)驗(yàn)較少，所以城市軌道交通車輛采購招標(biāo)比選時，往往考慮車輛采購價格，而忽略車輛全壽命周期各個階段發(fā)生的成本，因此做出的決策只是局部最佳，并不是整體最佳。現(xiàn)階段，城市軌道交通車輛的設(shè)計壽命普遍在30年，全壽命周期內(nèi)，車輛檢修維護(hù)過程中產(chǎn)生的費(fèi)用，基本與新車采購成本相當(dāng)，尤其在車輛進(jìn)行大修、架修時會有大量的必?fù)Q件及偶換件，產(chǎn)生較大的維護(hù)成本。本文基于對車輛部件壽命的討論，對部件的壽命從生產(chǎn)制造、檢修維護(hù)進(jìn)行綜合考慮，將部件的維護(hù)周期進(jìn)行整體規(guī)劃，從而在保證車輛安全運(yùn)營的前提下，盡可能的節(jié)約維護(hù)成本。

關(guān)鍵詞：交通工程;大架修;全壽命管理;城市軌道交通;車輛;電客車;地鐵

中圖分類號：K875.3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2021）07-0192-02

0 ?引言

城市軌道交通已經(jīng)成為現(xiàn)代城市交通體系的重要組成部分，并且正在逐步融入我國的各個大中城市。根據(jù)行業(yè)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，截止2019年底，國內(nèi)共有40多個城市開通城市軌道交通線路208條，運(yùn)營線路總長度6736.2公里。城市軌道交通車輛需要定期進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，而維護(hù)質(zhì)量與運(yùn)行安全息息相關(guān)，同時車輛維修的成本隨著運(yùn)行時間的推移，也持續(xù)攀升。本文結(jié)合對城市軌道交通維修經(jīng)驗(yàn)，對城市軌道交通車輛全壽命周期的階段進(jìn)行陳述，并對城市軌道交通車輛部件使用過程中全壽命周期進(jìn)行了分析，優(yōu)化部件使用周期，降低車輛維修成本。

1 ?部件全壽命研究的意義

根據(jù)業(yè)內(nèi)分析，車輛購置成本占車輛全壽命周期成本的50%左右，進(jìn)行城市軌道交通車輛選型時應(yīng)充分考慮車輛的全壽命周期。現(xiàn)階段地鐵車輛的設(shè)計壽命普遍在30年，車輛在使用過程中需要進(jìn)行定期維護(hù)，年檢以下的修程部件更換率較低，產(chǎn)生的成本也較低。在架修、大修（廠修）等的維修周期中，大量的必?fù)Q件及故障件的更換，導(dǎo)致維修成本較高，按照列車30年的壽命期進(jìn)行計算，在壽命期內(nèi)需要進(jìn)行三次架修，兩次大修，總計成本基本與車輛的采購成本相當(dāng)。因此，研究車輛部件的全壽命管理，對于運(yùn)行成本的控制及安全性意義極為重要。

電客車壽命管理主要是指設(shè)備在使用期間的運(yùn)行維修管理，其出發(fā)點(diǎn)是從設(shè)備可靠性的角度出發(fā)，具有為保障設(shè)備穩(wěn)定可靠運(yùn)行的維修管理的相關(guān)內(nèi)涵，包括設(shè)備資產(chǎn)的物質(zhì)運(yùn)動形態(tài)，即設(shè)備的安裝、使用、維修直至拆換，體現(xiàn)出的是設(shè)備的物質(zhì)運(yùn)動狀態(tài)。

2 ?部件自身壽命分析的依據(jù)

電客車在管理的過程中會經(jīng)歷一系列的部件及財務(wù)的臺賬和管理及維修記錄，如電客車部件的可靠性管理及維修費(fèi)用的歷史數(shù)據(jù)，都可以作為電客車全壽命周期的分析依據(jù)，最終在電客車報廢之前，對電客車整體使用經(jīng)濟(jì)性、可靠性及其管理成本作出科學(xué)的分析，并可以輔助電客車的采購決策，可以更換更加先進(jìn)電客車系統(tǒng)重新進(jìn)行全壽命周期的跟蹤，也可以使用原型號的設(shè)備，使原設(shè)備的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行更加科學(xué)的可靠性管理及維修策略，使其可靠性及維修經(jīng)濟(jì)更加優(yōu)化，從而使設(shè)備全壽命周期管理形成閉環(huán)。

現(xiàn)階段，一方面，由于城市軌道交通車輛的生產(chǎn)制造尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，各主機(jī)廠在進(jìn)行車輛生產(chǎn)時，對于車輛各部件的壽命規(guī)劃不盡相同。另一方面，由于各個城市的軌道交通客流密度相差較大，各系統(tǒng)部件的損耗也存在差異，致使各個城市對于部件壽命管理的維修策略不同。目前來說，車輛維修規(guī)程中部件壽命的確定主要依據(jù)有四個，分別為：車輛生產(chǎn)制造廠家提供的維修手冊、部件使用中的故障率、同行業(yè)內(nèi)的維修情況、部件狀態(tài)評估。

2.1 車輛生產(chǎn)廠家提供的維修手冊 ?對于目前開通地鐵的大部分城市而言，城市軌道交通處于初級發(fā)展階段，對于車輛的維修經(jīng)驗(yàn)較少。在車輛維修的過程中，制定維修規(guī)程的依據(jù)主要是車輛生產(chǎn)廠家提供的維修手冊，而車輛部件供應(yīng)商在制定維修手冊的過程中，為了確保部件的絕對安全，往往會考慮極限的運(yùn)行環(huán)境，對部件使用時間留有一定的余量，給出相對保守的壽命值，但實(shí)際上，車輛在正線運(yùn)行中的環(huán)境各異，按照維修手冊的更換時間，部件并未達(dá)到使用壽命，會出現(xiàn)過度修的情況，造成資源的浪費(fèi)。另一方面，維修手冊有時給出的使用壽命與檢修部門的維修修程不一致，導(dǎo)致往往會存在提前修，或者失修的問題。例如：西安地鐵二號線電客車空調(diào)機(jī)組的離心風(fēng)機(jī)和冷凝風(fēng)機(jī)根據(jù)維修手冊中提供維修時間，風(fēng)機(jī)軸承需要4年進(jìn)行更換，風(fēng)機(jī)整體需要8年進(jìn)行更換。而車輛整體維修的計劃為5年架修和10年大修，與風(fēng)機(jī)推薦維修時間存在差異。如果完全按照維修手冊推薦的維修時間制定維修計劃，會導(dǎo)致維修不便，且將大大增加車輛的扣修時間，降低車輛的使用率。

2.2 部件使用中的故障率 ?維修手冊對于很大一部分的部件壽命并無明確的壽命要求，但在實(shí)際維修過程中卻需要考慮部件的壽命、故障影響。所以要根據(jù)車輛日常使用的情況，對部件故障進(jìn)行統(tǒng)計，對于故障率過高的部件可在相應(yīng)的修程中進(jìn)行更換。例如：西安地鐵二號線電客車客室幅流風(fēng)機(jī)在維修手冊中要求每四年對風(fēng)機(jī)軸承進(jìn)行更換，每運(yùn)行15000h對擺頭電機(jī)進(jìn)行更換，并沒有明確要求風(fēng)機(jī)整體的更換年限，但是根據(jù)日常使用情況，在年檢以及架修過程中發(fā)現(xiàn)幅流風(fēng)機(jī)隨著使用年限的增加，故障率逐漸增高，架修過程中風(fēng)機(jī)故障已經(jīng)達(dá)到了90%以上，所及架修過程中對故障率較高的葉輪端部進(jìn)行修復(fù)，大修時則需要進(jìn)行更換或改造。

2.3 同行業(yè)內(nèi)該部件的維修情況 ?國內(nèi)部分城市的軌道交通發(fā)展時間較早（如廣州、北京、上海等），目前具有相對豐富的維修經(jīng)驗(yàn)，對于車輛的維修方式可以進(jìn)行借鑒，對于同一個系統(tǒng)，尤其是同一個生產(chǎn)廠家的部件，需要充分的參考同行業(yè)的維修規(guī)程，結(jié)合自身情況制定。例如車鉤架修規(guī)程在制定過程中，根據(jù)維修手冊，在5年架修過程中，未要求進(jìn)行車鉤部件的探傷作業(yè)，但是前期在車鉤架修調(diào)研的過程中，發(fā)現(xiàn)廣州地鐵、深圳地鐵等國內(nèi)架修成熟地鐵公司，部分線路使用的電客車車鉤與西安地鐵相同，均為青島四方生產(chǎn)。而該兩家公司在對車鉤架修過程中，都對車鉤關(guān)鍵部位進(jìn)行探傷，而且在維修過程中也發(fā)現(xiàn)了關(guān)鍵部位的裂紋。最后，經(jīng)過國內(nèi)地鐵相關(guān)專家評審討論決定，西安地鐵在電客車架修過程中，將車鉤關(guān)鍵部位，在維修過程中，也發(fā)現(xiàn)不同程度的探傷裂紋，如鉤舌裂紋、壓潰管裂紋、連接卡環(huán)裂紋等。

2.4 部件使用狀態(tài)的評估 ?前面也提到不同城市軌道交通車輛的運(yùn)行環(huán)境差異較大，部件使用狀態(tài)不同，維修手冊中也未對部件使用壽命進(jìn)行明確，就需要根據(jù)部件實(shí)際使用情況對部件狀態(tài)進(jìn)行評估，制定相應(yīng)修程的維修方案，對于影響行車的部件可以保守進(jìn)行評估，對于非關(guān)鍵位置、不影響行車的部件可適當(dāng)?shù)姆艑捠褂脮r間。例如：空調(diào)機(jī)組密封膠條、橡膠減震墊等在維修手冊中未明確使用年限，部件維修規(guī)程在制定時，需要對部件狀態(tài)進(jìn)行評估，結(jié)合實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)制定維修方案。

3 ?影響部件壽命的原因分析

3.1 使用環(huán)境對部件壽命的影響 ?部件規(guī)定的壽命只是在某一個特定環(huán)境下設(shè)定的使用期限，日常使用環(huán)境不同，對部件的使用壽命也會有很大的影響。我國地域遼闊，南北環(huán)境差異較大，同一個部件在深圳、廣州的使用壽命可能與西安就會不同，主要影響因素包含溫度、濕度、粉塵、海拔、人為因素等。

溫度影響：部件在運(yùn)行中如果溫度過高或過低，超過允許極限時，都可能產(chǎn)生故障。

濕度影響：絕大部分設(shè)備都要求在干燥條件下使用和存放，當(dāng)然過低的濕度（環(huán)境特別干燥）會產(chǎn)生靜電對電氣設(shè)備使用不利，需要控制在適當(dāng)?shù)臐穸确秶鷥?nèi)。據(jù)統(tǒng)計，全球每年有1/4以上的工業(yè)制造不良品與潮濕的危害有關(guān)。

粉塵影響：粉塵影響列車部件機(jī)械配合、電氣設(shè)備控制系統(tǒng)及其它電子元器件可靠性，使設(shè)備使用壽命縮短，部件質(zhì)量下降。

海拔影響：常規(guī)部件是指在海拔1000米以下使用來做的實(shí)驗(yàn)，能完成的工況。海拔影響通常是指設(shè)備使用場合海拔比常規(guī)實(shí)驗(yàn)海拔高出很多，比如我國的西藏地區(qū)。海拔過高影響部件的散熱等。

人為因素：人為因素是指對該部件沒有概念的人由于種種原因引起設(shè)備故障，需要設(shè)計者與使用者做好相關(guān)警示防范措施，避免出現(xiàn)設(shè)備故障影響設(shè)備壽命。

3.2 日常保養(yǎng)對部件壽命的影響

日常保養(yǎng)過程中，對部件壽命影響主要有以下情況：

①對部件進(jìn)行拆卸或維護(hù)時，會造成部件的磨損等。

②由于不同的維修人員維修的技能、習(xí)慣的差異，也會不可避免的對部件造成不同程度的損傷。

4 ?部件運(yùn)行狀態(tài)系統(tǒng)的建立

4.1 常態(tài)下跟蹤統(tǒng)計部件使用情況 ?建立車輛部件履歷，對車輛主要部件的進(jìn)行跟蹤。定期檢查其使用狀態(tài)，結(jié)合部件運(yùn)行的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，對部件的狀態(tài)進(jìn)行分析，掌握部件的質(zhì)量情況。

4.2 部件故障率的統(tǒng)計（故障數(shù)據(jù)庫） ?建立部件故障數(shù)據(jù)庫，對部件的故障的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計，在相應(yīng)規(guī)程制定前，對故障數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，根據(jù)車輛的故障點(diǎn)、數(shù)量等制定合理的檢修規(guī)程。

5 ?各系統(tǒng)部件維修規(guī)程的確定

5.1 專項檢查和普查工作 ?車輛在檢修時，涉及需要維修的部件較多，所以就會需要根據(jù)實(shí)際情況，制定相應(yīng)的檢查方案。例如有些部件的使用與季節(jié)相關(guān)，空調(diào)僅在夏季進(jìn)行制冷，客室電暖在冬季進(jìn)行使用。所以就需要根據(jù)季節(jié)制定相應(yīng)的檢查方案。例如車輛的走行部，主要承受整車的重量，在預(yù)估到可能會有大客流的情況下，需要對車輛的走行部進(jìn)行重點(diǎn)檢查。

5.2 各級檢修規(guī)程的確定 ?檢修規(guī)程目前主要包括日檢、雙周檢、月檢、三月檢、年檢、均衡修、架修、大修等，在制定相應(yīng)的檢修規(guī)程時，除了依據(jù)維修手冊、部件使用的故障率、同行業(yè)的維修情況、部件狀態(tài)評估外，并結(jié)合部件的使用壽命，確定相應(yīng)的維修方案，明確需要檢查、更換、測試的部件，對于特殊備件如防松螺母、彈簧墊圈、開口銷等進(jìn)行安裝完成后，如需要拆卸，再次安裝時需要更換新件。

6 ?結(jié)束語

在維修方式初步制定時主要是以維修手冊為依據(jù)，并結(jié)合業(yè)內(nèi)其他城市軌道交通車輛維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，后期可根據(jù)部件實(shí)際情況進(jìn)行修訂，實(shí)現(xiàn)部件全壽命管理。通過對全壽命的管理可以推算整個車輛整個使用周期的成本，從而在車輛采購時可以進(jìn)行整體考慮。在維修的過程中要依據(jù)部件的全壽命管理方案，在確保部件安全運(yùn)行的前提下，充分發(fā)揮其內(nèi)在特性，利用其本身的可靠性，最大限度的發(fā)揮其使用價值，做到不失修、不欠修和不提前修，減少檢修工作量，達(dá)到節(jié)約維修成本的目的。同時考慮地域環(huán)境的影響，北方空氣干燥，南方空氣較為濕潤等，對部件的腐蝕程度不同，所以根據(jù)實(shí)際情況對部件壽命進(jìn)行綜合考慮。

參考文獻(xiàn)：

[1]董錫明.機(jī)車車輛運(yùn)用可靠性工程 [M].北京：中國鐵道出版社，2002.

[2]蔣鈞杰，談飛.城市軌道交通車輛全壽命周期成本分析[J]. 土木工程與管理學(xué)報，2014.

[3]何霖.城市軌道交通車輛架大修管理 [M].北京：中國勞動社會保障出版社，2014.

[4]許平洋.基于可靠性的城軌車輛維修模式及應(yīng)用[J].電力機(jī)車與城軌，2008.

[5]蔣志超.軌道交通車輛維修BOM組織模式及應(yīng)用研究[J].CAD/CAM與制造業(yè)信息化，2012.