展望未来机车的维修模式

薄海青

(铁道第三勘察设计院集团有限公司,天津 300142)

1 概述

实现铁路跨越式发展,是铁路现代化的重要标志,是确保铁路运输安全的关键环节,是提升铁路服务质量的重要基础,是增加铁路运输经济效益的重要源头。适应我国铁路跨越式发展和加快现代化的要求,以全面满足运输能力快速扩充的需求为目标,以实现客运高速、快速,货运快捷、重载为重点,以系统引进关键技术、技贸结合、消化吸收与自主创新相结合为依托,坚持先进、成熟、经济、适用、可靠的基本方针,逐步实观机车标准化、系列化、模块化和信息化。这“十字”方针和“四化”要求,表述了我国铁路技术装备的发展目标。实现这一目标,我国铁路机车装备水平将发生根本性变化。不断提高设备的可靠性、可维修性和经济性,推动我国机车整体水平达到或超过国际先进水平。

通过系统引进和消化吸收,加速实现机车技术创新和更新换代。机车以网络控制、交流传动技术、高速和重载技术为突破口,促进总体水平不断提高；客车以高速度、上档次、人性化为主攻方向,提升整体水平；货车以重载、提速和高可靠性为重点,实现关键技术的新突破。

实现机车装备现代化是一个复杂的系统工程。大幅度提高机车部门全员劳动生产率和设备使用率、降低运营成本,优化生产布局,推动规模经营,实现效益最大化。提高机车的质量,改革机车的修程修制,是铁路运输企业的强烈要求。机车运用要坚定不移地实施“长交路、轮乘制”。机车检修以建设五个专业化、规模化、现代化的机车检修基地为契机,调整机车车辆检修布局,形成“专业化、集中修、换件修”的新格局。

2 现状及存在的问题

建国60年来,我国铁路机车装备水平有了大幅度提高,为铁路运输发展做出了巨大贡献。到21世纪初,完成了机车牵引动力改革,实现了我国铁路牵引动力的内电化,形成了以DF4D、DFll、SS8、SS9、SS7E型机车为主的提速机车系列和以DF8B、SS4型机车为主的货运机车系列。

但是与铁路运输生产经营的要求和国际先进水平相比,存在较大差距：一是运输安全可靠性难以满足要求,设备故障时有发生。二是机车整体技术档次不高,许多关键技术远远落后于发达国家。三是设备功能难以满足服务质量的要求,对运输服务质量的提升带来不利影响。四是设备运用和维修成本较高,由于设计生产质量不高,运用中需要大量的人力、物力和财力支撑。五是数量、品种、功能上不适应运输发展需要,尤其是在标准化、系列化、模块化、信息化方面与发达国家相比存在明显的差距。

机车的技术水平对机车的检修制度的确定有着重要的影响,对于不同技术水平的机车,其修程及各修程对应的作业内容甚至检修周期都有所不同。随着我国铁路运输事业的不断发展,机车的检修工作量也逐年增长；特别是近几年来,实行了“长交路、轮乘制”和“五次大提速”,使机车的运用效率有了进一步的提高。

但是,现状的机务设备布点间隔过小、机车交路过短、机车中修布点过密、机车修程修制落后；计划经济下传统的“大而全”或“小而全”的维修规模,存在着维修设施部分重复设置和投资规模较大的问题,缺乏路网性及系统性的统筹规划；维修理念、维修体制和管理模式受铁路局和各段(所)区域性利益的局限,难以适应跨越式发展的思路。

因此，必须探索管理模式的创新。积极推进机车检修体制改革。改革现有的修程、修制,在确保安全、质量的前提下,探索管理新模式,努力延长检修周期,缩短修理停时,降低检修成本,逐步形成车号、走行千米、质量、信息追踪管理。改变传统的周期检修方式,提高机车的使用效率。

3 检修作业方式探讨

3.1 国内检修作业方式探讨

目前,国内机车的检修作业方式主要有：现车修、换件修和状态修等3种。

(1)现车修：是将待修机车的零部件,经过修理,消除其缺陷后,仍安装在原机车上的检修作业方式。这种作业方式,除报废零部件需更换外,其他零部件均需等待修理后,装回原车。该方式的优点是：可以减少备用零部件的数量；缺点是：常常因等待零部件的检修而延长了库停时间。

(2)换件修(亦称互换修)：是先将待修机车的零部件分解下车,然后将新零部件或已修好的零部件直接装车,待修机车上分解下来的零部件,经过修理,消除其缺陷后,作为备品再装在下批待修机车上的检修作业方式。该方式的优点是：最大限度地缩短停修时间,提高修车效率；其缺点是：不仅要求有足够的零部件,而且还要有一定数量的互换件。

(3)状态修：是指根据通过对运用中机车的质量状态进行检测、监控和技术诊断,了解机车状态变化的规律,分析机车的故障,检测各部件的技术状态或预判可能出现的故障,以此作为检修的依据,根据机车的状态进行修理的检修体制。该方式的优点是：较大限度地延长检修修程,缩短库停时间,提高利用效率；其缺点是：不仅要求有足够的检测诊断设备,而且还要有足够的技术支持。

但是,从根本上讲,该检修体制目前仍为计划修,只是由于其发达的技术水平、完善的软件和硬件环境,使其修程得以延长,并逐步向状态修过渡。严格意义上的技术状态修,目前世界上任何国家都没有实现,但是技术状态修是检修体制的一种改革,是检修体制的发展方向,各个国家和地区都在努力的探索如何向状态修过渡。

目前,国内仅有少数几个段尝试过部分实现技术状态修。因为这种检修制度要求从管理人员、维修人员都应具有极高的素质,检测、维修设备、手段也具有极高的科技含量,另外还要有可靠的无线传输设备,将诊断的故障结果准确无误地向机务段的检修调度中心报告,以便机务段及时安排工人和需要更换的配件。

综上所述,为提高机车的效率,同时又减少零部件的储备,目前合理的检修方式是将现车修与换件修相结合：即机车检修宜采用大部件互换修为主,部分零部件现车修为辅的检修作业方式,在条件具备时,逐步扩大互换修的范围。

3.2 国外检修作业方式

据考察资料，国外机车车辆或动车组的维修保养主要有“售车+维修服务”模式和考虑成本效能比的理念等几种方式。

3.2.1 “售车+维修服务”的模式

英国圣特利弗(CentralRivers)内燃动车维修段(维真中心)位于英国德比(Derby)市附近的圣特利弗动车维修段,是庞巴迪英国公司按照与英国维真客运公司签订的动车组维修合同投资建造的维修中心,也称“维真中心”。据庞巴迪公司介绍,这项业务是庞巴迪公司推出的新的服务模式,即“售车+维修服务”模式。由于维真公司在购买动车组时,同时与庞巴迪公司签定了15年的承包维修服务合同,价格得到了优惠,维真公司的维修成本支出也将比自己维修保养降低15%,还可得到可靠的运用保证与承诺。维真中心由庞巴迪英国公司投资4 500万英镑修建,共租用了1.5 hm2土地,日前建有5股道的动车组停留和整备车场、维修车间等设施。可以承担35列、预留78列内燃动车组的停放、整备和维修保养工作。根据合同,庞巴迪英国公司承包动车组的维修、保养、清洁、更换部件、上油上水、排污等全部作业,保证出车率,负责按出车率约定、运行要求的时间提供足额和质量良好的动车组。维真客运公司按每辆车每走行千米0.5欧元的价格支付费用,双方每5年对合同执行情况进行一次回顾、评估。庞巴迪英国公司为了保证出车率和质量,采用了“平衡式或可靠式”维修体制,取消“大修”,将集中的大修、维修,变为利用动车组使用间隙时间进行分散维修保养和状态修、换件修。部件的修理,由专业部件修理中心修理。

据庞巴迪公司介绍,此项新模式业务已拓展到美国、澳大利亚、意大利、西班牙和中国等。承包维修的内容包括地下铁道、轻轨、有轨电车,乃至德国的货车。目前全球业务合同额达12亿美元,年收入约10亿美元,净利润率为5%～6%。签订的合同期5年至30年不等,回顾与评估时间可以是5年,也可以是2年,较为灵活,可另行商定,如中国广深公司的“新时速”就是2年一次回顾。“新时速”1昼夜运用17 h,每百万千米产生的故障点为7件,而标准值是12件。这种承包维修模式预测还可以节省10%～15%的购车费。

3.2.2 德国维修新模式

动车组的维修、保养和运用应以下列总的目标和理念为基础：检查；按计划进行的纠正性维修保养；计划外纠正性维修保养；要考虑成本效能比；有关的数据要求。

(1)检查：检查工作包括所有为确定和衡量动车组技术设备现状的措施。

检查工作包括：数据收集来源；有关使用情况的记录信息；与功能有关的活动；与安全有关的活动；与维护保养有关的活动。

根据工作计划表按照确定的间隔日期,维护保养人员实施检查工作。检查的结果做成文件资料以供评估。

(2)按计划进行的纠正性维护保养：是依计划要进行的维护保养工作的一部分。这些维护保养工作将以下述期间所获得的数据和信息为基础：在实施检查工作期间；在进行维护保养工作期间和在对设计的薄弱环节进行检测期间。

(3)计划外纠正性维护保养：这部分工作是由于突发事故、人为破坏、不可预见的事件等未知因素,在维护保养工作计划中应分项列出意外更换程序和维修策略。

(4)有关成本效能比的考虑：按计划维护保养零部件的定期调整和更换的成本,以及对运营期间损坏的零部件进行计划外的纠正性维护保养的成本这两类费用的开支必须加以核算。

(5)数据要求：收集有关线路和列车运营的各种数字与车间运营数字相结合的数据及统计分析资料,以便得出具体的成本、运营时间等数据,实现令人满意的维护保养。

这种管理方式的主要特点：是要不断地进行项目的规划、执行、控制和分析。通过这样一个规划和控制过程,管理人员将可获得有关下述各方面的信息：在一定的预算或人力配属范围内得出制定维护保养计划的各种指导原则；依据维护保养计划或维护保养的强度相应调整预算/人力分配；制定维护保养工作的计划时间表并进行跟踪；材料和零备件的管理；人力资源的规划；采购及招标工作；成本控制；故障及事故报告与分析。

4 检修修程探讨

机车的检修修程及其指标是确定检修制度及检修规模的基础,我国一般是根据铁道部发布的《内燃、电力机车段修管理规程》和《铁路技术管理规程》以及相关的规程、规范等制订的。

实际上将检查种类分为几类,如何确定其周期,各阶段的检修作业内容怎样规定,应根据机车结构和使用经验以及机车制造厂商的维修手册等决定。即：一般由制造厂商提供基础数据,而用户要根据机车的运用情况进行修订,在确保行车安全的基础上实现更高的经济效益。除了机车本身的因素外,在制定机车检修周期时还应考虑以下几个重要因素。

4.1 检修工作人员的素质

检修工作人员的素质优劣直接影响检修质量与检修周期,因此调动工人的积极性,提高工人的技术水平和操作技能,使作为机车检修制度主体的工人为机车的检修工作发挥其主观能动性。以改善机车的检修质量,缩短检修周期。

4.2 经济使用寿命系数

机车的经济使用寿命系数是指在一个大修修程内,其投入运用的时间与进行修理的时间之比。它实际上反映的是机车的运用效率,比值越大,说明机车在一个大修期内运营的时间越长,修理时间越短。

4.3 故障出现的周期性

从运营经验看,机车的故障出现是有一定规律的。即对于新车由于各系统运行尚不稳定,需要一段磨合期,这个阶段小故障出现比较频繁。至运营中期各系统已比较稳定,故障相对较少。而到了机车各系统老化的时候,机车故障再次出现高峰。对于不同质量的机车这个周期长短不一,应在运用检修过程中不断摸索确定。这样可以有针对性地进行机车的维修,减少机车出现故障的可能性。

4.4 检修部件及周期

根据供货商提供的保养周期及方法,结合运营经验,预测部件可能出现的问题,进行保养。部分零部件在超过保修期便予以报废。

4.5 检修理念

贯彻均衡修理念。加强机车的保养、小修程的检修质量,尽量延长部件的使用寿命,使检修均衡化。

5 交流传动及交流传动机车的优点

5.1 简要的历史回顾

人所共知,机车发展按其动力来分,最早出现的是蒸汽机车,以后由蒸汽机车发展到内燃机车和电力机车。在电传动内燃机车和电力机车中,开始是直—直传动,尔后是交—直传动,20世纪70年代以后又出现了交—直—交传动,即所谓的交流传动。这是机车由低级向高级逐渐演变的必然结果。每种机车的出现和存在都是与当时的技术发展相适应的。比如随着大功率硅整流技术的出现,直—直传动很必然地被更优越的交—直传动所取代。同样,随着大功率的晶闸管特别是大功率可关断晶闸管(GTO)的出现和微机控制技术等的发展,交直传动很自然地被交—直—交传动所取代。

交流传动技术是一门综合技术,其本质的特点是牵引电动机采用了交流异步电动机,其一系列的优点都是由此而表现出来的。交流传动机车所以成为现代机车发展的方向,正是由异步电动机的特点和优点所决定的。和传统的串激直流电动机驱动系统相比,交流异步电动机驱动系统的优越之处表现在机械、绝缘、耐热、耐潮、粘着、维修、效率、自重、尺寸等诸多方面。

5.2 交流传动机车的优越性

德国铁路自1903年开始采用三相交流牵引与传动技术,已有100年的历史,从1993年研制的EuroSprinter交流传动机车(动力集中)至今,已向许多国家提供了相应的技术和设备。德铁通过几十年交流传动技术的应用,已在技术标准中明确规定只发展交流传动技术,动车组将大力发展动力分散牵引。而西门子公司在研究交流传动技术方面已有许多成功的经验,值得借鉴。交流牵引电机与直流牵引电机相比,有许多优越性。

(1)结构简单,质量轻,体积小,因而使整车质量减轻,簧下质量也同时减轻,易于设计；

(2)电机的电枢由于没有了换向器和碳刷,没有机械换向问题,故障率大幅降低,制造和维修成本也相应大幅减少。没有主接地,密封好,抗风、雪,防尘好。

(3)交流牵引电机的牵引电流和短路电流都相应增大,抗冲击的能力得到了相当大的提高,起动过载能力强。

(4)AC重载机车的牵引力大,牵引粘着系数可以达到0.32～0.39,起动粘着系数可达到0.43～0.50,用3台相同功率的交流传动内燃机车可以代替5台直流传动内燃机车来牵引16 000 t重载列车。

牵引电机维修量小,使用效率高,环境污染小(一氧化氮排放量12 g/kW·h,大大低于UIC标准16 g/kW·h),因此,经济效益高。

6 维修模式建议

为期不远的将来,客运高速、快速,货运快捷、重载机车均采用交流传动技术。将建立“专业化、集中修、规模化”的机车检修基地。机车检修基地对所属机车检修、试验工作进行全面管理。检修基地还设立大型机车配件及备品贮存设施以及司机的教育、培训设施。

6.1 维修理念

交流传动机车是全新的铁路机车,必须全面推行新的机车检修体系,以确保机车的安全运行。在引入国外先进检修理念的基础上,建立“一体化”的检修管理模式；全面推行高效的机车检修方式；全面实行高度的信息化管理。机车检修基地的建设必须坚持高标准,在建设理念和建设标准上要与国际接轨；在设施设备配置上,要有利于实现先进的作业方式,提高作业效率；在物流、人流、车流组织上,要实现管理和决策的最优化、智能化,提高修车效率；在提高安全性和可靠性上,要大量采用先进的检测和试验手段,确保机车检修质量。积极贯彻均衡修理念。加强机车的保养、小修程的检修质量,尽量延长部件的使用寿命,使检修均衡化。

6.2 维修管理

机车维修管理是为了实现维修目标,充分有效地利用机务段的人、财、物等资源,对机车维修模式进行策划,对维修活动从安全保证、可靠性及成本效益等几方面进行计划、组织、控制和协调的过程。

安全保证：在保证机车安全的前提下制定或修订任何维修计划或程序。

可靠性：参考部件以往的故障记录以及在系统中的重要性,制定各自部件或不同设备的合适检修工作和程序。

成本效益：衡量设备的状态表现和调整工作的成效,修订出机车或部件理想的维修周期。

关键是要有一套完善的管理体系,要不断地总结检修经验,修改检修工艺,然后再应用于检修工作,形成良性循环。这就是要实现机车检修管理信息化。机车检修管理信息化系统要以机车技术管理、生产管理、物流管理、调度指挥、安全监控为主要内容,对机车检修各项工作进行全面的、实时的信息化管理,通过信息的分散采集,远程诊断,网络传输,集中处理,对各类信息进行实时汇总分析,使各级管理人员及时掌握机车生产、安全情况,进行有效管理,科学决策。各岗位工作人员通过信息共享,及时了解岗位工作内容和标准,开展工作,进行作业质量控制。对每台机车各系统及各部件实行全寿命管理,详尽掌握其状态,从该部件投入使用时起,一直到当前,该部件的表现、曾经作过的维护或维修内容时间等都有着十分详细的记录。

6.3 维修体制模式

综上所述,为提高机车的效率,同时又减少零部件的储备,维修体制可以划分为以下3种模式。

(1)第1种模式：建议采用计划修与状态修相结合、并逐步向状态修过渡的检修体制。即：采用按机车的运行周期(走行公里)进行检修的计划修和随着机车运用检修经验的丰富,逐步利用机车故障诊断系统和检修基地信息系统进行分析、检测、判断、决策,并依靠其提供结果进行检修的体制。

而合理的检修方式是将现车修与换件修相结合：即机车检修宜采用大部件互换修为主,部分零部件现车修为辅的检修作业方式,在条件具备时,逐步扩大互换修的范围。

(2)第2种模式：采用“平衡式或可靠式”维修体制,取消“大修”,将集中的大修、维修,变为利用机车使用间隙时间进行分散维修保养和状态修、换件修。以寿命管理方式对机车进行管理；尽量减少在修时间、提高效率、提高可靠性、提高机车利用率。部件的修理,由专业厂商专业化集中检修方式进行。由信息化管理系统全过程支持。

(3)第3种模式：“售车+维修服务”的维修体制。与第二种模式最大的区别在于,本模式机车的维修是由机车制造商承担。类似于前述的英国“维真中心”模式。这种模式的特点是。

①把购置与维修保养的支出、质量责任结合起来研究、处理。不仅可以节省购置支出、维修保养支出,使设计、制造部门真正实现“质量保证制”有了载体和落脚点,而且设备质量和适用时间的保证,将减少购置总量支出。

②维修场地与装备的投资可以减少。提高设备利用率。

③维修保养的外包有利于精干主业,将管理人员的精力更多用于运输经营管理。

④运营成本中的机车修理保养支出可以相对固定,有利于经营管理。

7 结论

计划修与状态修相结合并逐步向状态修过渡的检修体制、“平衡式或可靠式”维修体制和“售车+维修服务”的维修体制等3种模式各有特点,代表着机车检修发展的不同阶段。具体采用何种模式还需结合维修理念、维修管理、维修周期、检修作业方式、资金筹措方式等的发展趋势,综合分析确定。当然也可以延伸并应用到车辆和动车组的维修管理。

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[6] 铁运[1999]79号，内燃、电力机车段修管理规程[S]．