城市轨道交通车辆使用寿命延长可行性探讨

郑 俊

（厦门轨道交通集团有限公司，福建厦门 361000）



城市轨道交通车辆使用寿命延长可行性探讨

郑 俊

（厦门轨道交通集团有限公司，福建厦门 361000）

摘 要：简述研究城市轨道交通车辆使用寿命的必要性，对国内外一些地铁公司延长车辆使用寿命的方法和效果进行描述，并结合目前国内地铁公司车辆状况，针对车体、转向架、牵引系统以及故障频发的部件提出评估方法和思路，为车辆延长使用寿命的课题研究抛砖引玉。

关键词：城市轨道交通；车辆；使用寿命；评估中图分类号：U266.2

1　城市轨道交通车辆寿命延长的课题提出及必要性

目前，我国城市轨道交通已进入快速发展时期，已有 20 多座城市轨道交通线路陆续开通运营，而北京、上海、广州、天津等特大城市的轨道交通运营距今都有了一定的时间。随着运营时间和里程的增长，车辆正逐步接近 30 年的设计寿命，基于运营经济成本的考虑，能否适当延长车辆寿命成为运营单位的重大课题。由于车辆是一个庞大的机电系统，涉及的专业广泛，整体系统寿命的研究工作非常复杂，笔者仅从自身经验在此课题上抛砖引玉。

延长地铁车辆的使用寿命，对运营单位不仅可以缓解新车采购替换期的运营供车压力，而且能减少运营单位的投资成本，其经济效益明显。目前，在先进国家已建立起基于故障诊断技术的寿命预测评估方法，根据设备的老化、故障规律及影响和决定因素，通过对各种检测方法（离线或在线）取得各种信息，采用科学分析方法全面综合分析，掌握设备的当前状况和寿命预期，得出设备检修和更换的最佳时机，在避免发生重大事故和节约检修成本方面具有实用价值。

2　国内外研究现状

有关车辆延长使用的研究课题，已成为国内外各成熟地铁公司共同关心的项目。据不完全了解，俄罗斯已对碳钢车体寿命延长可行性开展了研究分析并有效实施，北京地铁对耐候钢车体车辆实施延期服役，香港地铁针对不锈钢车体车辆半寿命期深入开展了列车寿命延长的研究，并获得成功应用。

2.1俄罗斯地铁

俄罗斯几个城市地铁运营的是E、EM、81系列的电动列车，这几种系列车的使用寿命已经到了设计规定，鉴于一下不可能更新全部车辆，地铁公司方面委托俄罗斯科学计算中心进行寿命延长方面的评估和计算。计算中心在 2003 年对 155 辆车进行研究和评估，根据《地铁车辆使用寿命延长的规定》、《苏联 1520mm 轨距地铁新造和改造车辆机械部分的计算与设计规范》等要求，通过直观检查、仪器检测、探伤等方式对车辆进行评估，并且根据评估结果，制定有关车辆维修的工艺文件，并在后续维修过程中加强管理，从而达到延长车辆使用寿命的目的，效果显著。

2.2香港地铁

香港地铁最早运营的线路是观塘线，于 1979 年通车。观塘线有两款列车，第 1 代是英国制造的都城嘉慕电动列车，共 17 列（原本有 19 列，后因改造为迪士尼线而减少 2 列）；第 2 代是韩国 Rotem 及日本三菱电机联合制造的电动列车，共 13 列。在港铁车辆运营的历史上，曾 2 次通过相关的技术手段或改造、评估方式来实现车辆寿命延长。

第 1 次是在 1998 年。港铁于当年8月起将所有英国制造的列车实施全面翻新，同时开展了列车延期使用工程研究。列车的翻新工程是由澳大利亚生产商 United Group（A.Goninan）承担负责，工程包括修改车头组件、翻新内装及其他部件，还增设了自动资讯显示系统、列车状态诊断系统（Train Information System，TIS）、电子语音播报系统（DVA）、气动门改为电动门的车门改造。所有工程于 2001 年8月完成。

第 2 次是在 2012 年。截止 2012 年12月，第 1 代列车已有 33 年车龄，第2代列车也开始接近 30 年车龄。虽然第 1 代列车于 1998 年8月至 2001 年8月期间全面翻新并已延长寿命运用 10 至 15 年，但还要减少列车设备老化不可避免带来的列车运用中噪声加剧及列车故障比较频密等问题，之后，港铁又计划使用此系列车至少 50 年，因此，港铁在研究早期列车延长到 40 年运用后再延长 10 年，其经济效益明显。

2.3北京地铁

北京地铁 1号线使用的是长春客车厂生产的 DK1 型地铁电动客车（1967 年生产，共 2 辆）和 DK2 型地铁电动客车（1969 年生产，共 80 辆）。截止运营到 2008年，已运营了 38 年，期间北京地铁公司也做了相应技术评估和改造工作。为满足 2008 年北京奥运会运输能力需求，必须配有足够数量的列车上线运行，由于新采购的列车没能完全到位，一些超期服役的列车需要承担一定的运营任务，北京地铁公司组织了多次专家评审会，对超期服役的列车是否满足运用要求进行评估，并根据评估结果制定相应的加强维修规程，从而延长车辆使用寿命。

3　车辆寿命延长评估建议

车辆的寿命评估主要是针对车体、转向架、电气部件等车辆上价值高、对安全运营影响较大以及故障比较频密的部件。通过对车辆部件开展系统、科学的寿命评估工作，可较完整地了解车辆各部件当前状态，并进一步制定相应的维修计划，包括状态评估、故障修复、整件更新等工作，最终实现延长车辆整体寿命，节省生产维护成本，避免部件剩余价值浪费的目标。

3.1车体

目前，地铁车辆车体材料主要有不锈钢和铝合金2 种材料，依据国内几大车辆厂车体设计和选配理念，且基于车体的整体承载特性，设计寿命在理论上远远超过车辆其他部件，但由于车辆运营工况的差异，在长时间运营后，需定期开展相关的技术分析和判断，尤其是对车底的关键受力部位和焊缝处需定期探伤。

3.2转向架

转向架的寿命评估主要是以机械结构为对象，结合运营期部件的运行状态，以及通过评估探伤和检测发现的故障，利用合适有效的评估方法对其进行宏观和微观上的整体状态评估。转向架是车辆牵引与制动的基础，其状态决定了车辆运行质量，为此，基于安全性和舒适性考虑，针对构架裂纹等关系寿命评估的故障，应在设计寿命期定期或不定期进行检测，并详尽记录其状态，继而在转向架到达30年设计寿命时，根据运营故障情况，研判部件的安全剩余寿命。相关部件的评估工作建议引入专业的评估机构，做出系统而科学的评估。

3.3牵引控制系统

牵引控制系统主要包括牵引逆变器、牵引电机等核心装置。牵引逆变器其寿命评估方式需综合考虑其实际运营情况、设计寿命、故障趋势等方面，针对各子部件进行评估分析，确定可继续使用的部件寿命和需更新的部件。

在评估牵引电机寿命过程中，建议取样几台牵引电机进行相间电阻、匝间电阻、耐压等试验，评估牵引电机定子绝缘层的绝缘性能，视情况对电机进行真空浸漆或绝缘升级维护改造，并满足标准 IEC 60349-2-2010《电力牵引 铁路与道路车辆用旋转电机 第2部分：电子变流器供电的交流电动机》要求。由于整个过程需要采用测试设备和操作经验丰富的人员，且升级改造工艺流程较为复杂，建议通过专业的第三方检测机构进行评估，并由电机维修厂家维修升级，同时，建议对选样的牵引电机壳体、转子轴、安装座等进行无损探伤，并目视检查锈蚀情况，掌握电机的材料状态。

3.4电缆评估

电缆的性能指标主要是电性能和机械性能，其中：电性能包含导体的直流电阻和交流阻抗、绝缘层的绝缘电阻、介质损耗和其中的电场分布及电场强度、电缆的电容、电感、载流量、金属护层的感应电压和电流；机械性能包含机械强度、伸长率、绝缘护层材料的机械性能、阻燃性能等。还可参照GB/T3512-2001《硫化橡胶或热塑性橡胶热空气加速老化和耐热试验》对绝缘层做热老化试验，测试其硬度变化与性能变化，最终得到电缆绝缘层的剩余寿命理论值。

实际运营中，由于外界环境干扰、绝缘老化、磨损、热熔、弯折等因素，其绝缘层的机械性能和绝缘性下降，导致线缆会出现接地、短路、闪络等故障，而此类故障的发生可能导致车辆的电气控制和受流接地装置出现故障，极大地影响车辆的安全运营。为此，电缆的寿命主要是考虑其绝缘层的状态，试验评估其剩余寿命。

4　经济性分析及建议

通过评估和加强检修的方式延长车辆的使用寿命，直接节省了新车的采购费用。车辆的寿命延期，从经济层面分析，主要需综合考虑大修费用、日常检修差异费用、其间架修的差异费用等方面。以车辆延长使用10年为例，首先是考虑暂缓了新车的采购，节省了新车采购费用；其次是考虑车辆寿命延期，大修所花费的费用；再次是考虑延寿车辆与采购新车状态不同，其日常年检及年检以下修程的维修费用也不同；最后是考虑延寿车辆轻修（架修）与新车轻修（架修）的费用差异。另外，由于故障更换或升级改造等因素，部分部件已在半寿命或接近全寿命时做了换新或改造，因此，在整车达到设计寿命 30 年时，该类部件的设计寿命仍未有达到，在评估其状态后可继续使用，这也将为车辆寿命延长节省费用，并合理地使用了部件的剩余价值。

根据以往的经验及资料显示，延长车辆寿命的研究有助于公司效益的提升和轨道交通车辆行业的发展。对于运营方而言，在延长车辆使用寿命方面，需要关注以下几个重点工作。

（1）收集和比较车辆设计和实际寿命、维修成本和可靠性水平等相关的历史数据；重点研究车辆关键部件和系统基于翻新车辆时要考虑的关键因素；识别翻新或替换车辆的关键因素以及各种条件下哪种更接近设计寿命。

（2）判断并确定翻新车辆的最佳时机，从与车辆翻新相关的维修和改造的整个生命周期予以考虑，制定延长车辆寿命的决策要素和标准。

（3）探讨当车辆使用寿命超过其设计寿命时，延长车辆使用年限的风险和机会。

5　结束语

本文对延长车辆使用寿命研究的必要性、现状、评估建议及经济性等进行了初步介绍和描述，并对地铁公司对于这一课题的提前准备工作提出相关要求，尤其是目前地铁公司运营到 20 年时，车辆进行二次大修之际，车辆寿命的评估工作显得更为重要和紧迫。对于地铁公司而言，在保证运营安全前提下，延长车辆使用寿命，以节省投资成本，是可持续性发展的重要方向。

参考文献

[1] 金国龙，谢雄，王如路. 上海地铁1号线车辆转向架寿命预测数值分析[J]. 地下空间与工程学报，2009，5（5）：860-866.

[2] 肖彦君，杨润栋. 地铁车辆车体材料的选型分析[J].现代城市轨道交通，2005（1）：12-14，24.

[3] 缪炳荣，阳光武，肖守讷，等. 机车车辆结构疲劳寿命预测方法的研究[J]. 内燃机车，2005（11）：1-5.

[4] 刘文俊，刘丽娟. 电力机车LCC（寿命周期费用）模型研究及应用[J]. 机械管理开发，2012（5）：95-98.

责任编辑 冒一平

Discussion on Feasibility of Extending Service Life of Transit Vehicles

Zheng Jun

Abstract:The paper makes a brief introduction on the necessity of study of urban rail transit vehicle service life, describes the effect of some domestic and foreign metro company extending their vehicle service life by using the method. By taking into consideration of the current situation of metro vehicle of some domestic companies, focusing on the car body, bogie, traction system and the components of frequent failures withevaluation methods and ideas, it provides references for the study of extending vehicles service life.

Keywords:urban rail transit, vehicle, service life, evaluation

作者简介：郑俊（1982—），男，工程师

收稿日期2015-09-06