朔黄铁路大型养路机械配置的优化方案

牛怀军,孟宪洪,高春雷,王新让,宋慧京,伍山峰

(1.中国铁道科学研究院集团有限公司 铁道建筑研究所，北京 100081；2.朔黄铁路发展有限责任公司，河北 肃宁 062350)

朔黄铁路是我国目前投资与建设规模最大的重载铁路，也是我国西煤东运的第二大通道，是神华集团矿、路、港、电、航、油一体化工程的重要组成部分，在全国路网中占有重要地位。

该重载铁路由于列车密度大、轴重大以及重载组合列车的开行，使得线路产生的变形不能得到及时的恢复和修理，造成线路病害越来越严重，危及行车安全。因此，相对普通铁路而言，重载铁路须加强线路的养护维修，增加养护维修作业时间，提高养护维修的作业效率，才能提高线路质量，确保运输安全，这就使得大型养路机械的合理配置和优化变得更为重要。

1 朔黄铁路大型养路机械现状

1.1 现有大型养路机械配置

神华集团铁路运量增加与维修天窗减少给机械维护工作带来很多困难，如作业地段分散、天窗点不集中等，致使机械设备利用率低，作业效率不均衡[1]。中国神华能源股份有限公司轨道机械化维护分公司(简称神维公司)是国内首家全成本核算的大型机械化养护企业，主要承担神华集团铁路线路的清筛、捣固、整形等综合维护业务。神维公司下设肃宁工务机械段、府谷工务机械段及准格尔工务机械段，2017年各机械段人员情况见表1。

表1 神维公司各机械段人员情况 人

神维公司现有大型养路机械80台，具体数量见表2。另外朔黄铁路自身还有1台铣磨车(进口林辛格)，还订购了1台打磨列车(二七厂产)。

1.2 现有大型养路机械的主要效率

大型养路机械作业效率分单机效率和机组效率，机型不同导致效率不同，组合方式和数量不同导致整体作业效率也不同。

表2 神维公司现有大型养路机械情况

1)单机效率

朔黄铁路常用大型养路机械主要有DWL-48型连续走行捣固稳定车、DCL-32型连续走行捣固车、DC-32型捣固车、CDC-16型道岔捣固车、QS-650型全断面道砟清筛机、SPZ-200型双向配砟整形车、DPZ-440型单向配砟整形车、WD-320型动力稳定车、QS400-3型隧道清筛机、G04S-Ⅲ-CN-SH道岔清筛机。单机作业效率见表3[2-4]。

表3 单机作业效率

2)机组效率

线路修理作业是成机组作业，而机组效率与选用的机组数量、主型机械的机型有关。大型养路机械大修机组主要由清筛机、捣固车、动力稳定车、配砟车联合作业，大修机组的主型机械清筛机采用倍份配置，其目的是为了提高天窗利用率和确保机组在天窗内有效作业，机组平均作业效率为800～1 000 m/h。同样，维修机组的主型机械捣固车也采用倍份配置，但主型机械采用DCL-32捣固车的维修机组比采用DC-32捣固车的维修机组作业效率提高约30%[5]。

1.3 存在的问题及矛盾

经过肃宁、原平工务段现场调研，以及北京专场讨论，分析得出朔黄铁路现存的问题和矛盾。

1)从施工角度看，天窗不足，人员比较缺乏，需要增加人员，但设备基本够用。

2)从现有大型养路机械拥有量看，现有天窗基本够，较大秦铁路现状好。

3)从管理角度看，天窗的利用率有待提高，此问题在实践中取决于作业人员素质、协调组织等因素;并且朔黄铁路开始试验状态修，以后逐步过渡到状态修模式，逐步减少天窗数量和大型养路机械及人员配置，以期提高运能，降低维修成本[2]。

2 现有大型养路机械机组对比分析

朔黄铁路现有大型养路机械机组配置情况和国家铁路总公司下属铁路系统(简称国铁)现有大型养路机械机组配置标准对比见表4。可知：

1)国铁比朔黄铁路多配1台DC-32型捣固车，主要用于加强清筛作业后线路的捣固作业。

2)国铁比朔黄铁路多配1台稳定车、2台配砟整形车，主要用于尽快稳定维修捣固后的线路，并恢复道床断面外形。

3)国铁配置了边坡清筛机组，用于解决道床排水问题，一般在2次大修清筛中间安排1次边坡清筛作业；而朔黄铁路以加大QS-650型清筛机的挖掘宽度解决部分边坡清筛问题。

4)国铁配置了道岔清筛机组，朔黄铁路未明确道岔清筛作业方式。

5)朔黄铁路装备了隧道清筛机组，国铁还未正式装备。

表4 大型养路机械机组配置对比 台

3 大型养路机械机组作业计算及分析

3.1 朔黄铁路线路与运量概况

3.1.1 线路概况

朔黄铁路正线长度589.5 km，上下行均按590 km计算；根据资料统计，朔黄铁路桥梁长度52 km，隧道长度66 km，合计118 km，其余线路长度472 km；小半径曲线线路为32 km，直线线路为558 km。正线道岔数量583组，上下行均按583组计算。

3.1.2 运量概况

2016年,重车线(上行线)运量达274 Mt，即2.74亿t；空车线(下行线)运量达69 Mt，即 6 900万t。

3.2 现有大型养路机械配置方案的分析

3.2.1 目前天窗设置

朔黄铁路采用垂直天窗[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。

经统计，全年3 h天窗共22个，4 h天窗共69个。由于冬季不能进行清筛、捣固作业，故仅可利用69个4 h天窗进行清筛、捣固作业；而冬季可进行钢轨打磨作业。

3.2.2 大型养路机械配置作业能力分析

5）特征数据融合。将不同视图下的特征融合成一个空间的关联模型，再结合档案和特征之间的隶属关系，形成整体的档案关联分析模型。

由于朔黄铁路大型养路机械配置与国铁基本一致，故以下作业能力分析依据国铁的有关规定，即按每年200个天窗，每个天窗3 h所规定的大型养路机械机组或设备的年作业能力进行分析[7-8]。

按目前朔黄铁路重车线及空车线的线路及运量情况进行周期性修理，在对大型养路机械配置的作业能力进行分析计算时，其所需配置的各种机组、设备的数量按以下依据进行计算：

1)线路清筛、捣固和钢轨打磨的机组、设备数量按各作业项目实际可用天窗数量计算。

2)在线路清筛机组数量计算中由于机组配置及能力存在差异，将桥隧清筛和线路清筛分开，单独进行测算。

3)线路清筛、捣固和钢轨打磨作业周期依据课题组提供的建议周期及朔黄公司执行周期综合考虑确定。课题组按通过运量给出的建议周期为：清筛周期1 200～1 500 Mt；捣固周期250～300 Mt；直线钢轨打磨周期60～100 Mt；小半径曲线钢轨打磨周期30～50 Mt。

综合考虑所确定的线路养护维修周期见表5。

表5 线路养护维修周期

关于课题组建议周期与所确定的修理周期的差异,原因分析如下：①课题组的建议周期与朔黄铁路对重车线所确定的修理周期比较接近；②课题组的建议周期与朔黄铁路对轻车线所确定的修理周期存在一定差距，如线路及道岔清筛周期、线路及道岔捣固周期；③轻车线的线路及道岔清筛周期、线路及道岔捣固周期按朔黄铁路建议确定。

3.3 大型养路机械配置数量及标准

依据目前朔黄铁路线路长度及道岔数量、全年给定的天窗数量及时长、所确定的线路修理周期及大型养路机械的天窗作业能力等要素，计算给出朔黄铁路线路大修、维修作业所需各种大型养路机械机组及设备配置数量及装备标准建议[9-10]，见表6。

表6 大型养路机械配置数量及装备标准

注：由于朔黄铁路对隧道间的桥梁及少于100 m的渡线安排隧道清筛机组完成清筛，故建议增加1组隧道清筛机组。

当年通过总质量达到500 Mt时，若天窗数量和天窗时间不变，则大型养路机械配置数量基本上增加1倍；若配置数量基本上保持不变，则需要适当增加天窗数量或延长天窗时间。

4 优化建议

4.1 基于现状的优化建议

基于现有维修规程制度和天窗时间，结合大型养路机械配置状况和存在问题，初步考虑作出几点优化：

1)解决大型养路机械现存施工困难。考虑在沿线建设大型养路机械专用停留线，方便停留、接水、接电，改善现场条件。

2)线路维修捣固机组应增加配置1台WD-320型动力稳定车。

3)应有计划地增加配置道岔清筛机组，建议配置数量为2～3组。

4)应有计划地增加配置CMC-20型道岔打磨车，建议配置数量为6台。

5)桥梁清筛机组应增加配置1台配砟整形车，隧道清筛机组应增加配置1台动力稳定车、1台配砟整形车。

6)建议引进1台德国福斯罗公司生产的HSG-2型快速钢轨打磨车。该设备最大特点是连挂在列车后面，在不封锁线路条件下对钢轨实施打磨作业，可有效节省天窗时间；其打磨速度为60～80 km/h；全车拥有4组打磨架，每组24个砂轮，可同时以 6 000 r/min高速旋转；钢轨打磨3遍的磨削量为0.1 mm；主要用于钢轨预防性打磨作业。

4.2 基于状态修的优化建议

状态修模式下的大型养路机械在保证线路基本修理作业的前提下，主要依据监测数据提供的线路状态进行线路作业，比现行的计划修模式下的大型养路机械配置数量或天窗数量会相应减少[11]。

目前，朔黄铁路还不具备全面开展状态修的条件，建议近期开展以计划修为主的状态修试点工作，同时加强线路状态检测的软件和硬件建设，待时机成熟后再全面开展状态修。具体建议如下：

1)开展线路清筛状态修试点，以测地雷达为主要检测手段，辅以人工检查道床脏污率，当道床脏污率达到20%～25%时再进行线路清筛作业。

2)开展钢轨打磨状态修试点，重点可针对小半径曲线钢轨的打磨作业。

3)在肃宁、原平各成立1个大机工队(车间)，每个大机工队管辖范围以200～300 km线路为宜。

4)初期，肃宁、原平各配备1个大修清筛机组，既可用于线路清筛作业，还可适当兼顾状态不良的线路捣固作业。

5)装备1台钢轨打磨车，可安排在原平分公司，以重点满足山区小半径曲线钢轨打磨的需求。

5 结论

针对朔黄铁路大型养路机械配置现状，开展了现有计划修和未来状态修、预防修模式下的大型养路机械配置及其优化的研究，结论如下:

1)分析了国内重载铁路大型养路机械配置状况以及维修趋势，同时在调研基础上分析了朔黄铁路现有大型养路机械配置情况。

2)找到了朔黄铁路现有运能和维修之间的矛盾及其原因，提出了分两步走的思路：第一步，进一步挖掘现有大型养路机械配置潜力，提出具体优化思路和方案；第二步，在逐步落实朔黄铁路线路检测技术设备、信息管理和评判标准的前提下，逐步过渡到线路的状态修，并分析研究相应大型养路机械的配置，对其优化方案进行探讨。在逐步过渡到状态修的阶段，随着线路检测数据库和维修情况的积累，还可进行适当的预防性钢轨打磨等维修作业。