全寿命管理在城市轨道交通车辆检修中的应用

刘少波

摘要：车辆是城市轨道交通工程中的核心组成部分。目前大部分城市轨道交通建设经验较少，所以城市轨道交通车辆采购招标比选时，往往考虑车辆采购价格，而忽略车辆全寿命周期各个阶段发生的成本，因此做出的决策只是局部最佳，并不是整体最佳。现阶段，城市轨道交通车辆的设计寿命普遍在30年，全寿命周期内，车辆检修维护过程中产生的费用，基本与新车采购成本相当，尤其在车辆进行大修、架修时会有大量的必换件及偶换件，产生较大的维护成本。本文基于对车辆部件寿命的讨论，对部件的寿命从生产制造、检修维护进行综合考虑，将部件的维护周期进行整体规划，从而在保证车辆安全运营的前提下，尽可能的节约维护成本。

关键词：交通工程;大架修;全寿命管理;城市轨道交通;车辆;电客车;地铁

中图分类号：K875.3                                     文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）07-0192-02

0  引言

城市轨道交通已经成为现代城市交通体系的重要组成部分，并且正在逐步融入我国的各个大中城市。根据行业相关数据统计，截止2019年底，国内共有40多个城市开通城市轨道交通线路208条，运营线路总长度6736.2公里。城市轨道交通车辆需要定期进行维护保养，而维护质量与运行安全息息相关，同时车辆维修的成本随着运行时间的推移，也持续攀升。本文结合对城市轨道交通维修经验，对城市轨道交通车辆全寿命周期的阶段进行陈述，并对城市轨道交通车辆部件使用过程中全寿命周期进行了分析，优化部件使用周期，降低车辆维修成本。

1  部件全寿命研究的意义

根据业内分析，车辆购置成本占车辆全寿命周期成本的50%左右，进行城市轨道交通车辆选型时应充分考虑车辆的全寿命周期。现阶段地铁车辆的设计寿命普遍在30年，车辆在使用过程中需要进行定期维护，年检以下的修程部件更换率较低，产生的成本也较低。在架修、大修（厂修）等的维修周期中，大量的必换件及故障件的更换，导致维修成本较高，按照列车30年的寿命期进行计算，在寿命期内需要进行三次架修，两次大修，总计成本基本与车辆的采购成本相当。因此，研究车辆部件的全寿命管理，对于运行成本的控制及安全性意义极为重要。

电客车寿命管理主要是指设备在使用期间的运行维修管理，其出发点是从设备可靠性的角度出发，具有为保障设备稳定可靠运行的维修管理的相关内涵，包括设备资产的物质运动形态，即设备的安装、使用、维修直至拆换，体现出的是设备的物质运动状态。

2  部件自身寿命分析的依据

电客车在管理的过程中会经历一系列的部件及财务的台账和管理及维修记录，如电客车部件的可靠性管理及維修费用的历史数据，都可以作为电客车全寿命周期的分析依据，最终在电客车报废之前，对电客车整体使用经济性、可靠性及其管理成本作出科学的分析，并可以辅助电客车的采购决策，可以更换更加先进电客车系统重新进行全寿命周期的跟踪，也可以使用原型号的设备，使原设备的历史数据进行更加科学的可靠性管理及维修策略，使其可靠性及维修经济更加优化，从而使设备全寿命周期管理形成闭环。

现阶段，一方面，由于城市轨道交通车辆的生产制造尚无统一标准，各主机厂在进行车辆生产时，对于车辆各部件的寿命规划不尽相同。另一方面，由于各个城市的轨道交通客流密度相差较大，各系统部件的损耗也存在差异，致使各个城市对于部件寿命管理的维修策略不同。目前来说，车辆维修规程中部件寿命的确定主要依据有四个，分别为：车辆生产制造厂家提供的维修手册、部件使用中的故障率、同行业内的维修情况、部件状态评估。

2.1 车辆生产厂家提供的维修手册  对于目前开通地铁的大部分城市而言，城市轨道交通处于初级发展阶段，对于车辆的维修经验较少。在车辆维修的过程中，制定维修规程的依据主要是车辆生产厂家提供的维修手册，而车辆部件供应商在制定维修手册的过程中，为了确保部件的绝对安全，往往会考虑极限的运行环境，对部件使用时间留有一定的余量，给出相对保守的寿命值，但实际上，车辆在正线运行中的环境各异，按照维修手册的更换时间，部件并未达到使用寿命，会出现过度修的情况，造成资源的浪费。另一方面，维修手册有时给出的使用寿命与检修部门的维修修程不一致，导致往往会存在提前修，或者失修的问题。例如：西安地铁二号线电客车空调机组的离心风机和冷凝风机根据维修手册中提供维修时间，风机轴承需要4年进行更换，风机整体需要8年进行更换。而车辆整体维修的计划为5年架修和10年大修，与风机推荐维修时间存在差异。如果完全按照维修手册推荐的维修时间制定维修计划，会导致维修不便，且将大大增加车辆的扣修时间，降低车辆的使用率。

2.2 部件使用中的故障率  维修手册对于很大一部分的部件寿命并无明确的寿命要求，但在实际维修过程中却需要考虑部件的寿命、故障影响。所以要根据车辆日常使用的情况，对部件故障进行统计，对于故障率过高的部件可在相应的修程中进行更换。例如：西安地铁二号线电客车客室幅流风机在维修手册中要求每四年对风机轴承进行更换，每运行15000h对摆头电机进行更换，并没有明确要求风机整体的更换年限，但是根据日常使用情况，在年检以及架修过程中发现幅流风机随着使用年限的增加，故障率逐渐增高，架修过程中风机故障已经达到了90%以上，所及架修过程中对故障率较高的叶轮端部进行修复，大修时则需要进行更换或改造。

2.3 同行业内该部件的维修情况  国内部分城市的轨道交通发展时间较早（如广州、北京、上海等），目前具有相对丰富的维修经验，对于车辆的维修方式可以进行借鉴，对于同一个系统，尤其是同一个生产厂家的部件，需要充分的参考同行业的维修规程，结合自身情况制定。例如车钩架修规程在制定过程中，根据维修手册，在5年架修过程中，未要求进行车钩部件的探伤作业，但是前期在车钩架修调研的过程中，发现广州地铁、深圳地铁等国内架修成熟地铁公司，部分线路使用的电客车车钩与西安地铁相同，均为青岛四方生产。而该两家公司在对车钩架修过程中，都对车钩关键部位进行探伤，而且在维修过程中也发现了关键部位的裂纹。最后，经过国内地铁相关专家评审讨论决定，西安地铁在电客车架修过程中，将车钩关键部位，在维修过程中，也发现不同程度的探伤裂纹，如钩舌裂纹、压溃管裂纹、连接卡环裂纹等。

2.4 部件使用状态的评估  前面也提到不同城市轨道交通车辆的运行环境差异较大，部件使用状态不同，维修手册中也未对部件使用寿命进行明确，就需要根据部件实际使用情况对部件状态进行评估，制定相应修程的维修方案，对于影响行车的部件可以保守进行评估，对于非关键位置、不影响行车的部件可适当的放宽使用时间。例如：空调机组密封胶条、橡胶减震垫等在维修手册中未明确使用年限，部件维修规程在制定时，需要对部件状态进行评估，结合实际运行状态制定维修方案。

3  影响部件寿命的原因分析

3.1 使用环境对部件寿命的影响  部件规定的寿命只是在某一个特定环境下设定的使用期限，日常使用环境不同，对部件的使用寿命也会有很大的影响。我国地域辽阔，南北环境差异较大，同一个部件在深圳、广州的使用寿命可能与西安就会不同，主要影响因素包含温度、湿度、粉尘、海拔、人为因素等。

温度影响：部件在运行中如果温度过高或过低，超过允许极限时，都可能产生故障。

湿度影响：绝大部分设备都要求在干燥条件下使用和存放，当然过低的湿度（环境特别干燥）会产生静电对电气设备使用不利，需要控制在适当的湿度范围内。据统计，全球每年有1/4以上的工业制造不良品与潮湿的危害有关。

粉尘影响：粉尘影响列车部件机械配合、电气设备控制系统及其它电子元器件可靠性，使设备使用寿命缩短，部件质量下降。

海拔影响：常规部件是指在海拔1000米以下使用来做的实验，能完成的工况。海拔影响通常是指设备使用场合海拔比常规实验海拔高出很多，比如我国的西藏地区。海拔过高影响部件的散热等。

人为因素：人为因素是指对该部件没有概念的人由于种种原因引起设备故障，需要设计者与使用者做好相关警示防范措施，避免出现设备故障影响设备寿命。

3.2 日常保养对部件寿命的影响

日常保养过程中，对部件寿命影响主要有以下情况：

①对部件进行拆卸或维护时，会造成部件的磨损等。

②由于不同的维修人员维修的技能、习惯的差异，也会不可避免的对部件造成不同程度的损伤。

4  部件运行状态系统的建立

4.1 常态下跟踪统计部件使用情况  建立车辆部件履歷，对车辆主要部件的进行跟踪。定期检查其使用状态，结合部件运行的数据统计，对部件的状态进行分析，掌握部件的质量情况。

4.2 部件故障率的统计（故障数据库）  建立部件故障数据库，对部件的故障的数据进行统计，在相应规程制定前，对故障数据进行分析，根据车辆的故障点、数量等制定合理的检修规程。

5  各系统部件维修规程的确定

5.1 专项检查和普查工作  车辆在检修时，涉及需要维修的部件较多，所以就会需要根据实际情况，制定相应的检查方案。例如有些部件的使用与季节相关，空调仅在夏季进行制冷，客室电暖在冬季进行使用。所以就需要根据季节制定相应的检查方案。例如车辆的走行部，主要承受整车的重量，在预估到可能会有大客流的情况下，需要对车辆的走行部进行重点检查。

5.2 各级检修规程的确定  检修规程目前主要包括日检、双周检、月检、三月检、年检、均衡修、架修、大修等，在制定相应的检修规程时，除了依据维修手册、部件使用的故障率、同行业的维修情况、部件状态评估外，并结合部件的使用寿命，确定相应的维修方案，明确需要检查、更换、测试的部件，对于特殊备件如防松螺母、弹簧垫圈、开口销等进行安装完成后，如需要拆卸，再次安装时需要更换新件。

6  结束语

在维修方式初步制定时主要是以维修手册为依据，并结合业内其他城市轨道交通车辆维护经验，后期可根据部件实际情况进行修订，实现部件全寿命管理。通过对全寿命的管理可以推算整个车辆整个使用周期的成本，从而在车辆采购时可以进行整体考虑。在维修的过程中要依据部件的全寿命管理方案，在确保部件安全运行的前提下，充分发挥其内在特性，利用其本身的可靠性，最大限度的发挥其使用价值，做到不失修、不欠修和不提前修，减少检修工作量，达到节约维修成本的目的。同时考虑地域环境的影响，北方空气干燥，南方空气较为湿润等，对部件的腐蚀程度不同，所以根据实际情况对部件寿命进行综合考虑。

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