160 km/h动力集中动车组客整所适应性改造设计探讨

2020-07-28张金林

铁道标准设计 2020年8期

张金林

(轨道交通工程信息化国家重点实验室(中铁一院),西安 710043)

1 概述

根据我国铁路运输及运营发展需求，今后铁路总公司将大力推广160 km/h动力集中动车组以全面取代现行的K/T等列车。160 km/h动力集中动车组作为复兴号动车组系列的重要组成部分，是铁路旅客运输的新型运载工具，在普速线路上使用动力集中动车组，满足客货混线铁路开行动车的迫切需求，促进普速铁路捷运化[1]。

160 km/h动力集中动车组实质上仍然是机车+客车的模式，与动力分散动车组在运用整备检修及管理上存在不同，各铁路局目前尚没有与之相适应的运用整备设施，须对既有客车整备设施进行技术改造，结合工程设计实践，探讨客整所关键设备配置及改造设计方案[2]。

2 客整所关键设备配置及改造的可行性分析

2.1 各铁路局既有机辆整备设施现状

160 km/h动力集中动车组由动力车、拖车和控制车组成。动力车是基于8轴HXD1、HXD3型交直交电力机车平台改造而成，拖车、控制车是基于25T型普通客车平台改造而成。动力车设有驾驶室和大型机电设备，装置电动机引擎和驱动车轮；控制车设有驾驶室和司机操控平台，但无大型机电设备和动力装置，其车体除驾驶室外的剩余空间用于搭载旅客，是带驾驶室的无动力车厢[3]，车辆参数详见表1。

表1 160 km/h动力集中动车组车辆参数 mm

160 km/h动力集中动车组动力车修程参照HXD1、HXD3型交直交电力机车修程制定，根据各铁路局和谐型交直交电力机车运营经验及机务段检修规程，C1～C2修(6个月以内)在整备场整备作业时进行，C3以上修在检修库进行[1]；160 km/h动力集中动车组拖车即25T客车检修工艺安排辅修(6个月以内)在客车技术整备所(以下简称“客整所”)进行，时间周期与动力车一致，故动力车C1～C2修及拖车的辅修均为整列车不解体在客整所进行作业；高级修入段解体分解，动力车回机务段、拖车在客车段检修。由于既有各路局客车、交直交电力机车检修设施齐全，高级修设备不再讨论，本文重点研究160 km/h动力集中动车组的运用整备设施[4-5]。

2.1.1 客运机务段

客运机务段是负责客运机车运用整备检修作业的场所，主要作业分为机车运用、整备和检修。根据铁路机务设备设计规范，机务整备待班线有效长最大按整备部分停1～2台车、待班部分停2～3台车计算，每条线停放机车3～5台，线路有效长200 m左右。整备台位上一般设置有整备棚，长度约42 m，整备棚内设有3层作业平台(长约24 m)及和谐电力机车整备检测设备，整备设施可以满足动力车的整备需求，但因其整备待班线的有效长度短，难以满足160 km/h电动车组日常整列运用停放、整备需求[6-8]。

2.1.2 客整所

客整所主要负责入所旅客列车的停放或检查、试验和修理；配属客车的辅修工作。客整所一般在入所线上设有车体洗车设备、车号识别系统，客车整备线一般有效长540 m左右，有尽头式和贯通式两种，整备线设有整备棚，整备棚长约522 m，其既有设施能满足160 km/h动力集中动车组整列停放及拖车的整备作业需求[9-11]，客整所平面布置见图1。

图1 客车技术整备所总平面布置

2.1.3 动车运用所

动车运用所(以下简称动车所)负责配属动车组的运用、整备及一二级修作业的场所，整备检修主要在检查库库内进行，整备检修作业完成后在室外存车场存车，检查库库长一般为468 m，存车场有效长一般为520 m。

检查库及存车场线路有效长均能满足长编动车组的停放，检查库设置柱式轨道桥，其荷载一般参考按高铁轴重23 t设计，160 km/h动力集中动车组轴重约为25 t，出入检查库要计算确认。要在动车所整备只能改造存车场，停车场无任何整备设施，新增工程较多，投资大；且动车组与动力集中动车组管理单位不同，动力集中动车组归客车段管辖，动车组归动车段(动车所)管辖。若混在一起，管理不便，不建议改造动车所，以适应160 km/h动力集中式动车组运用整备作业[12]。

2.2 改造的可行性分析

从既有机辆运用检修设施的现状来看，适宜160 km/h动力集中动车组运用整备作业的客整所条件最好，其他段所改造工程巨大，经济上不合理，改造不可行。

3 改造方案

动力集中动车组在客车技术整备所主要作业有：动车组的运用、整备、日常保养、临修，并负责动车、拖车(及控制车)检修后联合调试的组织工作及动力车C1～C2修、拖车的辅修，重点需研究动力车的整备、运用、检修所需设备设施。

3.1 改造车号识别系统

根据“铁总机辆[2018]200号”《中国铁路总公司关于印发〈时速160公里动力集中动车组运用维修管理暂行办法〉的通知》要求[5]，车号识别系统要同时满足客车运用检修管理信息系统及机务运用检修管理信息系统等需求。

车辆车号自动识别主要采用射频识别(RFID)模式。客整所咽喉口安装有AEI设备，可对出入所车辆车号进行识别，并通过信息系统传给段所生产部门。系统包含地面识别设备AEI和车载无源电子标签(Passive tags)。

机车车号识别主要采用射频识别(RFID)和图像识别双重识别模式。机务段闸楼安装有机务车号自动识别设备系统，系统读取机车车载有源电子标签(Active tags)内容的同时，对机车车身车号字符进行图像识别，并将RFID识别结果和图像识别结果进行矫正、融合，获取最优机车车号结果，并通过段内信息系统传输段运用、整备、检修相关应用系统。系统主要包含AEI设备、车载有源电子标签、图像校核设备[13-14]。

针对动力车、拖车的车号自动识别采用不同的模式，需对既有客整所AEI车号识别装置进行升级改造，建立图像校核和射频识别双重模式。车号识别数据分发至车辆、机务、电务系统，满足各部门应用需求，具体改造如下。

(1)升级改造车号识别系统由AEI装置和图像校核装置组成，采用双重校核确保列车车号识别数据准确，同时保存过车图片、视频。

(2)建立多路信息传输机制，实现动力车、拖车、控制车车号数据分别推送至车辆、机务、电务等。

(3)开放车号数据接口，满足车辆、机务相关生产应用系统自动车号数据接入。

(4)车号数据分别联网，动力车车号传输至机务管理信息系统，拖车、控制车车号传输至车辆ATIS系统中，实现出入段列车全路联网；

(5)区分普通列车和160 km/h动力集中动车组，动力车、拖车、控制车车号、辆序、图像及视频正确匹配，提升接车的准确性，缩短接车时间。

(6)车号识别系统升级后通过既有网络和MQ平台，实现车辆段、机务段、电务段、铁路局、总公司的三层多通道数据传输。

3.2 整备所入所线咽喉处加装轮对、受电弓及走行部动态检测系统

根据“铁总机辆[2018]200号”《中国铁路总公司关于印发<时速160公里动力集中动车组运用维修管理暂行办法>的通知》要求，应在配属动力集中动车组的客整所入库线咽喉处配置检测棚，检测棚配备轮对、走行部、受电弓等动态检测设备，应满足动力车、拖车不同轮径的检测需要。

目前全路各机务段均在入段线咽喉处配置了检测棚，其中包括轮对、走行部、受电弓等动态检测设备，用于动态自动检测入库机车轮对内侧距、轮缘厚度、轮缘垂直磨耗高度、踏面擦伤深度、踏面缺陷或剥离长度、轮辋及轮箍径向裂纹和周向裂纹、轮缘径向裂纹，受电弓滑板磨耗、中心线偏移量、工作位接触压力，车侧转向架及车底走行部异物或缺失等异常情况。系统具有车号、端位自动识别、绘制车轮外形曲线、检测结果网上查询、超限报警等功能。检测时机车以5～8 km/h的速度一次性通过系统，整个检测过程中无人值守，完成对轮对、受电弓及走行部的检测后，检测结果自动上传至段内远程控制中心。

目前，客整所均未设置轮对、走行部、受电弓等动态检测设备，因此需按照“铁总机辆[2018]200号” 文的要求在入库线咽喉处增加配置。而针对160 km/h动力集中动车组的特点，还需对既有轮对、走行部、受电弓等动态检测设备进行改造，以兼容160 km/h动力集中动车组动力车及拖车的不同检测需求[16]，布置参见图2、图3，具体改造如下。

图2 检测棚示意(单位：m)

图3 系统整体布局示意(单位：mm)

(1)调整整体布局，以适应客整所的现场条件。

(2)轮对动态检测设备尺寸检测单元采用全新布局及光路结构，以适应动力车和拖车不同轮径的尺寸检测需求。

(3)轮对动态检测设备擦伤检测单元将既有的擦伤杆更换为全新不同长度的擦伤杆，并重新调整布局，满足动力车和拖车不同轮径的检测。

(4)轮对动态检测设备深层次探伤单元更换探头布局并变更探头阵列长度，实现动力车和拖车不同轮径的兼容检测。

(5)走行部动态检测设备采用线阵相机拍摄车底及车侧高清图片信息，通过调整相机视场及景深范围兼容动力车和拖车的监视[15]。

3.3 改造车体外皮洗刷机

洗车设备是保证客运质量、车体外观形象的一项重要工作，一般客车或承担客运任务的客运机车，每天或隔天需清洗1次。

客整所一般均设有车体外皮洗刷设备，洗刷设备分为露天设置、棚内设置和库内设置3种。如设置点位在北方地区，预完成冬季冰冻期洗刷，需在保温环境下进行洗车，防止结冰，要建保温库，设备需设置在保温库内。既有客车洗车一般都是由调车机牵引或推送进入洗车库完成洗车作业[17]。

160 km/h动力集中动车组，车体宽度与普通客车、机车相同，但车体有底裙，洗车设备需改造调整，增加能够清洗底裙部位的专用刷组。另外增加能够识别车辆类型的设备，针对不同车型采用不同的清洗刷组(不同清洗程序)。洗车设备安装在棚(库)内时，洗车线可挂网与不挂网。洗车线挂网接触网进库，列车自动行驶洗车效率高，但是接触网带电(AC25kV)在封闭库内的洗车形式在国内外还没有先例。为了保证洗刷安全，防止洗刷过程中的接触网放电现象的产生，洗车棚(库)需要改造，拆除屋顶，改造为露天模式，洗车区域挂网，160 km/h动力集中动车组可带电自走行通过洗车机完成洗车作业，洗车效率高。但露天形式下冬季冰冻期无法进行洗车作业，且改造工程花费较多。接触网不入库时，洗车采用牵引方式，即160 km/h动力集中动车组依旧采用调车机牵引或公铁两用车牵引入库洗车，这样虽然洗车效率低，但洗车库(棚)不需改造，洗车设备在库(棚)内，冬季冰冻期也可洗车；两种方案均可行，只是洗车的效率及能洗车的天数不同，用户选择时要综合考虑每天洗车列车数量、场地、环境温度、预算费用等因素综合确定。

3.4 改造既有客车整备作业平台，增设门禁及三层作业平台安全联锁装置

根据中国铁路总公司“铁总运[2013]90号”文《关于加强机车整备能力建设的指导意见》及TB10004—2018《铁路机务设备设计规范》要求，机车整备台位应设整备棚(库)、电力机车应设置三层作业平台；三层作业平台需设置安全监控系统。

目前改造或新建的客整所整备线整备台位上均设置有整备棚及三层作业平台，平台长度覆盖客车整列车长度，第二层平台高度距轨面高程一般为+1.25 m，参见图4。160 km/h动力集中动车组入库整备时，接触网要进整备棚，既有整备棚的高度需要校核，以满足棚内接触网安装要求，动力车的车门下沿距轨面一般为1.80～1.85 m，与既有三层作业平台的第二层高程+1.25 m差距较大，动力车作业人员上下车不太方便。若提高二层平台高程，可能会造成因中层与顶层的净空不足而碰头的情况，因此，需要在平台对侧设移动式登车梯，参见图5。由于动力车、控制车在整备棚内作业时有车顶登顶作业，三层作业平台须加装门禁及车顶安全联锁监控系统，整备台位前后接触网需设置电动隔离开关及分段绝缘器，以便动力车、控制车车顶作业时断电，以保障登顶作业人员安全。

图4 客车三层作业平台剖面示意(单位：高程以m计，其余mm)

图5 机车三层作业平台剖面示意(单位：高程以m计，其余mm)

3.5 其他设备

针对动力车C1～C3修及日常运用整备作业还需增加补充机车整备、运用、检修的设备，如移动式轮辋轮辐探伤设备、移动式空心车轴探伤设备、移动式相控阵车轴探伤设备、上砂小车、油脂加注设备、便携式检测设备、6A系统数据分析设备、乘务员出退勤一体机等。另外，160 km/h动力集中动车组运用整备检修作业还需要土建、暖通、给排水、通信、信息、信号、电力、接触网等专业的配合改造，才能圆满完成车辆换型后的生产运营工作。