关于铁路机车检修机制改进方案的分析

2023-02-02陈雪菲

科技与创新 2023年2期

陈雪菲

（中国铁路济南局集团有限公司济南机务段，山东济南 250023）

机车检修直接决定铁路机车安全运行与使用效率，影响到铁路运输的质量与效益。目前机车检修普遍采用固定周期的计划预防修模式，与实际机车状态存在一定偏差，容易出现检修不足或过度检修的问题。

1 铁路机车检修制度概述

机车检修制度是指为使机车在良好技术状态下可以稳定安全的运行，并通过合理的检修延长机车使用寿命而做出的进行检査和检修的计划方案。中国铁路机车采用的是预防性的定期检修制度，逐步实行状态修、换件修和主要零部件的专业化集中检修。这种铁路机车检修制度本质上是从宏观角度出发的计划预防维修机制，以机械部件的磨损理论为基础，以预防思想为主，根据退化规律和机械设计理论预测出机车各种类部件的退化速度和使用寿命，从而在部件失效前进行干预、保养和修复，可以在一定程度延长使用寿命，延缓部件的磨损速度。一般通过定时检查、按期保养、计划维修3步进行实施。但是在长期的机车发展过程中，逐渐发现一些设备或零件出现偶发性故障，而且在铁路运输任务繁重的背景下，检修工作角度不合理，检修耗时延长的情况也时有发生，这都降低了机车的使用效率。因此，分析铁路机车检修机制，优化检修工艺和调度，使机车检修更为合理，进一步提升检修质量与效率，具有重要的价值意义。

2 铁路机车检修机制

2.1 维修方式

铁路机车设备繁多，结构复杂，作为多种部件构成的大型系统，在经过长时间使用后，难免会发生损耗和老化，为了减少对机车运行的影响，避免发生故障，必然需要通过整备和检修来使机车保持在正常状态。铁路机车维修方式有3种，分别是定期维修、视情维修和事后维修，中国铁路机车现行维修方式是三者并存。

定期维修也被称为时间预防修，维修期限是根据机车运营里程或时间所确定的，一旦到达规定的里程或时间便会安排检修，具有强制性维修特点。定期维修方式的关键在于确定维修周期。根据铁路部门的相关工作条例，对检修周期、检修级别和具体工作范围作出相应规定。以电力机车为例，中国铁路网中运行的电力机车大致分为3类：动车组、和谐型电力机车、韶山型电力机车。根据发展时期内的技术水平来确定修程，基本的电力机车修程、周期和检修范围如表1所示，需要综合参考机车具体构造特点、常运行线路条件和实际技术状态[1]。

表1 电力机车修程、周期与检修范围

视情维修是以机车设备和部件的实际技术状态作为维修的判断标准，按照具体需求进行预防修。此种维修方式在诊断、检测、具体参数信息获取上有着较高要求，通过定量或定性分析，来确定部件的实际状况并确定最佳的维修时间，对部件的维修周期没有硬性规定。虽然此方法可以最大化部件使用能力和维修效率，但是客观条件需要有先进的技术设备进行配合，成本和要求较高。虽然中国视情维修起步较晚，但在铁路、电路、航空等部门已经展开了视情维修的研究和应用。

事后维修主要是面对一些重要性安全性要求不高的设备部件，即便发生故障也不会造成安全事故或是严重的经济损失，而且这类设备部件发生故障的概率较低，采用预防维修会浪费维修资源。事后维修作为常见的一种维修方式，无需过多阐述，运用好事后维修可以最大化检测效率，减少资源浪费，节约维修成本。

2.2 故障问题

故障问题是决定检修机制的关键，如果一个设备或零件长期不会出现故障，却采用预防维修，自然会造成资源浪费。现行铁路机车检修制度是参考过往的先进检修思想，并总结中国铁路运营维护经验而成的，在过去很长一段时间内有效保障了中国铁路运输的稳定发展。但随着发展变化以及视情维修理念的传播，考虑到现行制度下已经发生了部分缺陷问题，对于决定检修机制的故障问题需要重新进行研究。

首先是可靠度，在科学技术的发展中，很多设备部件的可靠性不断增强，运营周期内完成预期工作的达标率不断提升，可以简单理解为部件使用寿命普遍大于实际时间，那么在检修机制改进中是否可以适当延长检修，需要经过可靠度函数计算来确定。

其次是失效概率，指设备部件在规定维修周期内的固定条件下失去工作能力，也可理解为不可靠度。在铁路机车实际运行中难免会发生偶发故障，需要测定设备部件的失效概率。

最后是故障率，故障率是指部件在规定维修周期和设计检修时间内发生故障的概率。一些部件属于恒定型故障，故障率基本保持不变，在超过某个时间段后才会发生故障，且故障个数不会呈现递增或递减。相对的也有一些部件属于递增或递减故障，随着时间发生故障个数增加或减少。此外，还有U形故障情况，主要是早期故障和老化期，故障率在开始较高，运作一段时间后稳定，在长时间后再次上升[2]。

2.3 车间调度

车间调度是铁路机车检修机制约束的特殊原因，涉及设备、部件、工序、维修耗时等多种因素。车间调度的最优化一直是铁路机车检修机制确定的关键，需要研究车间调度的复杂性，研究所需消耗的资源、时间耗费、先后顺序等问题。对于车间调度一般采用3种方法进行计算。第一种是枚举法，作为最基本的数学方法，可以得到最优解，但相对的其所具有的计算量在面对复杂问题时成倍增长，导致枚举法的可行性很差。第二种是移动瓶颈法，可以有效解决简单的车间调度问题，但在新机车进入后仍需重新计算，而且面对复杂的车间调度也会显得造成求解过程复杂的问题。第三种是模拟退火算法，通过加入随机因素来完成车间调度的仿真分析，特点在于算法参数的设置和选取与车间调度以及机车检修越相近，便能得到越准确的结果。车间调度的计算是决定检修机制关键，随着不断的深入研究和新的算法出现，来不断优化车间调度问题。

3 铁路机车检修机制改进策略

3.1 检修机制改进原则

铁路机车检修机制的优化改进需要遵循一些基本原则，来保障铁路机车检修机制的改进符合中国当前铁路运输实际情况，能够有效提升铁路机车检修工作质量和效率。第一个原则是安全性原则，质量安全是维修工作的核心目标，不能为了提升工作效率而忽视铁路机车的质量安全。因此在维修机制的优化和改进上应充分考虑到检修工作的有效性与可靠性，以质量安全为核心，全面开展检修工作。第二个原则是资源优化原则，当前中国铁路机车维修制度存在问题就是检修内容与机车实际技术状态存在一定差异，导致检修不足或是过度检修情况的发生，造成这一问题的主要原因不只是预防修制度本身存在局限性，还包括检修资源配置不合理、不完善的问题，在铁路机车检修上未能最大限度地发挥其效用。因此，要注重对现有检修资源的合理配置、科学结合，实现检修工作质量的最优化分配。第三个原则是协作性原则，由于铁路机车检修涉及运营、机务、调度、工务等多个部门，而机车调度与检修的顺利开展需要不同部门之间的有效配合，虽然负责铁路机车检修的是机务部门，但多个部门的相互配合才能达到不仅是检修资源的最优化配置，包括机车资源、人力资源的最优配置也能够实现。第四个原则是可持续发展原则，检修工作人员应当重视检修机制的发展，充分考虑现有机车运行的长远要求，机车检修工作本身就是铁路运输的重要组成部分，在开展检修工作时要多考虑检修资源配置、检修机制合理性等内容，为今后铁路机车检修机制优化提供决策依据，促进铁路机车检修的长远发展[3]。

3.2 优化机车检修计划

检修计划可以分为预防性检修和修复性检修。其中修复性检修就是对已发生的故障进行检测，根据检修情况对设备部件进行维修或更换，这种较为常见的检修方案不过多赘述。主要是预防性检修计划，由于出现的情况较为复杂需要将检查分为理想检查和非理想检查，将维修分为预防性维修和预防性更换进行分析。

预防检修中的检查部分的理想检查是指对部件的检查及维修后其技术状态恢复到最佳状态，检修时间处在最理想的时间段内。而非理想检查是指部件在检查或维修后其技术状态未能达到最佳状态，且在保持正常运行的基础上，也就是检修时间未能在最理想的时间段内。需要注意的是，上述提到的最佳状态是指检查的有效性达到最大化，因老化问题导致设备部件技术状态下滑，且检查维修无法实现完好如初并不属于非理想检查，主要是针对检修计划中检查时间而言。检查部分的优化集中在检修时间上，提出两阶段延迟检查方案，第一阶段为正常设备部件的退化阶段，部件状态正常消耗，直至发生缺陷的时间点，从此时间点到缺陷引起故障的时间点，为第二阶段，即延迟时间段。其中最优检修时间点就处在第二阶段内，确定检修时间点后便可进行预防性维修和预防性更换。在正常时间段内安排检修工作就是过度检修，而超过延迟时间段进行检修就是检修不足，而最优检修时间点的确定需要从可靠度与故障率两方面来计算，并且需要考虑到机车部件的检修周期并不相同，在整个检修周期中需要计划性地将一些部件的检修时刻提前或延后，实现一次性进行多个部件的检修，从而减少机车停机次数。

3.3 优化机车检修调度

机车检修调度的优化是指检修作业班组工作的检修流程，从流水检修、并行检修和层次检修3个方面进行优化。流水检修是指几部分检修流程为流水工序关系。比如电机检修，需要按照解体电机、电枢检修、定子检修、刷架装置检修、电机组装等部分具体流程开展，在检修调度上确保不同检修作业班组工作连续性，确保流水工序的连贯性。并行检修是指部分检修作业为并行关系，可以同时进行调度，需要在调度上考虑各个检修工序的处理时间，既要避免相同设备部件出现检修时间差距过大的情况，也要避免有检修班组出现较多空余时间。层次检修是根据机车拆解、检修和组装不同需求而定，关注子部件和父级部件与检修班组的关系，减少不合理的耗时与等待。

3.4 优化机车检修方案

推行三级机车检修方案，具体如下。第一，一级检修，即对铁路机车落实日常检查。要求在内燃机车运行不少于2 000 km或是完成4个往返后落实一次一级检修，要求在电力机车运行不少于3 000 km时落实一次一级检修。相应检修工作的主要内容为日常外观检查以及问题的及时处理，保证机车长时间稳定运行。第二，二级检修，即对铁路机车落实辅修检查。要求在内燃机车运行1.5万km时落实一次二级检修，要求在电力机车运行3万km时落实一次二级检修。相应检修工作的主要内容为重点部件的清理与整修，具体包含对柴油机压缩压力进行检测、对增压器惰转时间进行检查、对柴油机曲轴箱实施开盖检查、对主发电机或牵引电机等多个重要位置落实全面检查等等。第三，三级检修，即基本检修。要求在内燃机车运行3万km时落实一次三级检修，要求在电力机车运行6万km时落实一次三级检修。主要工作内容为全面保养、检修机车以及重点部件的检测更换，实践中，一般需要实施状态检修。在各级检修工作中，均要安排专业人员参与铁路机车的检修检查工作，并结合实际检查结果编制铁路机车检修结果报告，如果进行了零部件更换还要提前展开机车性能测试，以此确保铁路机车可以高质量、高安全性运行。