肯尼亚蒙内铁路项目车辆设备设计研究

张富强,孙妍婷,戴臣龙

(中交铁道设计研究总院有限公司,北京 100088)

1 概述

从20世纪70年代的非洲坦赞铁路开始，中国铁路建设者开始走向海外，特别是近年来在“一带一路”政策的引领下，海外铁路项目更是呈井喷式爆发，其中比较著名的有尼日利亚阿卡铁路、埃塞吉布提铁路、肯尼亚蒙内铁路、中老铁路、中泰铁路、匈塞铁路、雅万铁路以及近期的马来西亚东部铁路等。在海外项目中，车辆设备设计如果一味按照国内模式考虑，容易带来资源的浪费和闲置，如坦赞铁路项目至今已运营40余年，但车辆段中仍有部分机床、设备处于尘封状态。如何在满足功能的前提下，合理进行工艺设计，最大化地利用各种设备和当地资源，减少不必要的浪费，是海外项目中车辆设备设计应该特别关注的问题[1-2]。

蒙内铁路为内燃机系统，设计客运时速120 km、货运时速80 km，单线，采用中国国铁I级标准进行设计[3-4]、施工。根据经行资料及蒙内项目实际情况，在内罗毕设客货车辆段1处，在内罗毕南站及蒙巴萨港站各设列检1处，在装卸量较大的阿西河站和蒙巴萨西站各设装卸检修作业场1处，同时配套必须的5T系统及车辆综合管理系统。本文结合蒙内铁路项目车辆设备设计，对海外项目中客货车检修、5T系统、管理系统的设计进行总结、研究。

2 客货车辆检修

2.1 客货共库兼修

根据国内车辆段修常规做法[5-6]，客车车辆段修与货车车辆段修需要分别在专用客、货车辆段进行，其检修设备[7]、流水线应分别配备，配套的房屋、用电、给排水设备等也相互独立。设计人员根据蒙内项目客车车辆较少，客货检修时间不同等特点，提出了客货共库兼修的检修工艺设计。在内罗毕车辆段设置客、货修车库共5股道，其中客车临修和段修共2股道4台位，货车临修1股道6台位、段修2股道12台位。分线设置客、货车辆检修台位有利于提高检修效率和台位利用率[8-9]，库内客、货检修设备互不干涉。检修库内钩缓间[10]、制动间[11-12]、转向架间[13]、轮轴间[14]、同温组装间等段修设备、流水线采取客货共用，同时保留客车部件检修区、电子电器检修区、水阀门窗检修区、大库试风控制间等客车、货车专用检修车间。这样既增加了设备利用率，又满足了客车、货车的检修要求，大大节约了资源。组合车库布局详见图1。

图1 客货修车库布局平面

2.2 充分利用当地资源

部分不容易损坏设备及检修量较大设备，可以结合当地实际，委托当地公司检修。如蒙内铁路共配备发电车3台，均采用300 kW康明斯柴油发电机组。按照《铁路客车电气装置检修规则》：修程分为D、E、F三级修程，其中检修周期最短的为D级修，标准为机组工作时间(4 500±500) h，根据推算运行2年半至3年时间即达到5 000 h左右，柴油发电机组需要下车进行检修并使用该试验系统进行功能试验。根据国内经验[15]，柴油发电机组检修需要配备燃油/机油供给装置、可调放电阻、柴油发电机组试验控制台、试验机架等设备，同时还应增加冷却水系统，柴油机进气、排烟、排风系统，负载调控数据测试系统，水阻水汽排放系统等配套系统，此外发电机组检修试验产生噪声较大，对房屋建筑要求也比较高。柴油发电机组检修试验系统造价不菲，还产生高温、烟雾、噪声等环境污染因素。此外，不熟练工人操作柴油发电机组试验还极易产生安全事故，存在安全隐患。

针对以上问题，车辆设备设计人员在肯尼亚当地进行了详细调研，发现肯尼亚首都内罗毕当地有康明斯售后4S店。经与当地康明斯售后详细沟通，康明斯售后同意增加部分设备，以满足车辆段发电机组的试验、检修、维护需求，车辆段发电机组统一委托当地售后检修。为满足发电机组检查、装车试验，车辆段只配备简单的发电机组翻转试验台、可调放电阻等设备，一方面降低了设备费用，另一方面减少了工人劳动强度，同时大大降低了发电机组检修试验带来的高温、废气、烟雾污染。

2.3 换件替代检修

对于部分车辆部件较少且不宜损坏，但检修相对复杂，而部件本身成本较低，根据国外项目情况可以统一采取换件修，如门窗检修等。根据国内运营经验，机车车辆门窗检修维护一般委托当地厂家进行，但蒙内项目当地无法满足车辆门窗的检修维护且没有合格的机车车辆门窗生产厂家，无法满足门窗的检修维护。

该部分部件如单独配置检修设备，设备使用率较低且对人员操作要求较高。结合国内经验，把设备购置费用来购买完好的备品备件，经计算可以满足运营使用20年左右。

3 车辆运行安全监控系统(5T)

车辆运行安全监控系统主要包括车辆轴温探测系统(THDS)，车辆运行品质轨边监测系统(TPDS)，车辆滚动轴承故障轨边声学诊断系统(TADS)，货车故障轨边图像检测系统(TFDS)，客车运行安全监控系统(TCDS)以及车号地面自动识别系统(AEI)[16]。

车辆轴温探测系统(THDS)，主要是通过红外线探头对通过列车轴承温度进行实时检测，智能跟踪，实时报警，从而防范热切轴现象。探测站间距30 km左右。

车辆运行品质轨边监测系统(TPDS)，主要是通过对轮重和横向力的连续检测和分析，建立综合评价方法，能识别车辆运行状态，并兼有对车辆超载、偏载、运行状态如脱轨系数、轮重减载率和车轮踏面擦伤的检测功能，从而实现转向架的运行状态检测和轮对踏面损伤报警。探测站间距500～800 km。

车辆滚动轴承故障轨边声学诊断系统(TADS)，主要通过轨边噪声采集阵列，实时监控货车滚动轴承噪声，自动建立全路车辆滚动轴承运行状态数据库和各种轴承故障档案数据库，通过收集大量的数据，建立滚动轴承早期故障诊断专家系统，自动调整系统判别模型，综合评价各种轴承运行状态和质量，从而提前预防切轴现象。探测站间距500～800 km。

货车故障轨边图像检测系统(TFDS)，主要通过自动拍摄筛选出车辆转向架、基础制动装置、车钩缓冲装置等车辆关键部位图像，通过人机结合的方式对图像分析，从而部分替代列检中人工检车作业，主要是为了解决长交路货物列车途中人工无法进行技术检查的问题。探测站间距500～800 km。

客车运行安全监控系统(TCDS)，通过车载系统对客车运行安全关键部分进行实时监测和诊断，数据传输汇总，从而形成列车运行安全监控图，主要针对160 km/h及以上客车。

车号地面自动识别系统(AEI)，主要是车次车号信息采集，实现车辆实时跟踪管理。探测站主要设置在分管段分界处或地方铁路、专用线与国铁交界处。

肯尼亚蒙内铁路(蒙巴萨港-内罗毕)为内燃机系统，设计客运时速120 km、货运时速80 km，线路全长487 km。根据蒙内铁路现场实际情况，考虑肯尼亚当地铁路运营能力及当地技工能力，5T系统中TPDS、TADS、TFDS、TCDS、AEI系统均未配置。蒙内铁路项目车辆轴温探测系统(THDS)在18个车站共设置了34处探测站，在各列检所、装卸所设置复示终端，在内罗毕车辆段设置红外线监测中心和维修中心并复示至行车调度中心，满足车辆运行安全监控要求。车辆轴温探测系统布局如图2所示。

图2 车辆轴温探测系统布局

4 车辆综合管理系统

结合蒙内铁路车辆检修“客车、货车运用检修”一体化实际情况和特点，车辆综合管理系统按照生产、管理包含以下模块：(1)货车内容包括“货车运用子系统、货车检修子系统、轮轴管理子系统、配件管理子系统”；(2)客车内容包括“客车运用子系统、客车检修子系统、轮轴管理子系统、柴油发电机子系统、配件管理子系统”；(3)管理内容包括“生产调度子系统、技术管理子系统、设备管理子系统”。

4.1 技术架构策略及具体策略[17]

根据蒙内项目特点，设计人员在设备招标后与中标厂家进行了深入的沟通和交流，不断对车辆段综合管理系统进行优化和改进，最终满足系统一致性、可扩展性、可配置性、实用性等要求。

4.1.1 一致性

系统需严格按照蒙内铁路的实际使用需求，统一设计、开发。在基础编码管理、信息共享管理、数据传输管理和通信安全管理等方面按照部机务管理信息的统一平台进行建设。从而保证所有使用部门相关信息系统的一致性。

4.1.2 可扩展性

系统采用标准化架构和接口标准进行系统设计、开发，在软件结构上保证良好的可扩展性。同时在计算机及网络等设备部署上，也给将来系统扩展留有足够的空间。

4.1.3 可配置性

在系统设计上，充分考虑可配置性。使检修业务按照系统配置来运行，实现检修过程的统一管理，也可满足个性化管理的需要。

4.1.4 实用性

系统紧紧围绕蒙内铁路车辆检修业务来设计、开发，充分考虑系统实用性，使系统在蒙内铁路车辆检修及日常管理上真正发挥作用，保证蒙内铁路车辆检修高效、高质，管理现代化。

4.2 系统功能结构及系统图

车辆综合信息管理系统的核心[17]关注点是：进度、质量和成本。系统按照车辆换件修和主要零部件专业化集中修的要求，实现客车运用检修、货车运用检修的信息化、网络化管理，对记名检修、车辆部件(轮轴配件)检测试验进行重点卡控，保证合格轮轴配件上车，为恢复车辆基本质量提供保障。系统结构如图3所示。

图3 车辆综合管理系统结构

根据车辆信息管理系统功能要求及技术构架，硬件方面配备了数据服务器、应用服务器(含双机热备软件)、存储阵列服务器、数据传输终端、无线网络AP交换机(PDA)、手持无线接收设备、显示大屏及配套的交换机、打印机、不间断电源(UPS)、二维码扫描枪、读卡器等设备。软件方面配置了货车运用子系统，货车检修子系统，货、客车轮轴管理子系统，货、客车配件管理子系统，客车运用子系统，客车检修子系统，客车柴油发电机子系统，生产调度子系统，技术管理子系统，设备管理子系统等系统。

5 结语

通过不断实地调研和考察，结合海外项目特点，设计人员在客货车辆检修方面提出了客货共库兼修、充分利用当地资源、换件替代检修等措施，不仅满足车辆检修运用要求，还大大减少了设备的闲置浪费，减轻了当地员工的劳动强度。根据现场实际，车辆运行安全监控系统配置了国内较为成熟实用的红外线探测系统，满足列车运行安全监控的要求，同时提出了车辆综合管理系统的概念，车辆综合管理系统集成了客货车辆检修、运用、管理等功能。蒙内项目已于2017年6月1日正式开通，经现场反馈，蒙内项目车辆设备设计满足现场实际需要，得到了运营单位的认可。建议在其他海外项目中，车辆设备设计应充分调查当地实际情况，结合当地特点并充分利用当地资源，充分与业主沟通，在满足需求的前提下尽量减少不必要设备的配置，参照国内项目经验合理优化设计。

[1] 刘增民.渭河车辆段工艺设计特点分析及优化[J].铁道标准设计，2015，59(4)：129-132.

[2] 何勇.新建万水泉车辆段工程工艺设计研究[J].铁道标准设计,2014，58(7)：139-142.

[3] 中华人民共和国铁道部.TB 10031—2009 铁路货车车辆设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2009.

[4] 中华人民共和国铁道部.TB 10029—2008 铁路客车车辆设备设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2008.

[5] 骆礼伦.襄阳枢纽货车定检设施方案研究[J].铁道标准设计，2015，59(4)：137-140.

[6] 梁书旺.兰州客车车辆段工艺设计优化及创新研究[J].铁道标准设计，2015，59(8)：174-177.

[7] 李伟.70 t级铁路货车段修工装设备配置分析与建议[J].铁道标准设计，2012(4)：134-137.

[8] 宋丛丽.提高客车段修效率因素探讨[J].铁道标准设计，2015，59(11)：138-141.

[9] 骆礼伦.缪东蒙华铁路货车段修能力探讨[J].铁道标准设计，2014，58(6)：153-156.

[10] 何希.铁路货车钩缓检修工艺线的优化设计[J].机车车辆工艺，2009(5)：32-35.

[11] 石建伟.车辆制动室标准化建设的实践与思考[J].铁道机车车辆，2014，34(3)：123-125.

[12] 于海.铁路货车制动系统分析及检修工艺研究[J].工程技术(全文版)，2017(2)：296.

[13] 梁春义，董本光.新型悬挂式转向架检修流水线[J].铁道车辆，2013，51(9)：38-40.

[14] 张永明，殷环.客货车轮对检修工艺布局设计[J].铁道车辆，2008，46(9)：39-41.

[15] 郭世健.柴油发电机的故障检修与日常保养[J].机电一体化，2014(2)：101.

[16] 中华人民共和国铁道部.TB 10057—2010 铁路车辆运行安全监控系统设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2010.

[17] 蒋荟，马千里，曹松，等.铁路车辆运行安全监控系统建设的思考[J].科研，2016(12)：140.

[18] 白海波.西安动车段安全管理体系研究[D].成都：西南交通大学，2014.