技术装备
与规划设计
王华胜1，朱庆龙1，钱小磊2，艾厚溥1，李雷2，蔡两1
（1.中国铁道科学研究院集团有限公司机车车辆研究所，北京100081；
2.北京纵横机电科技有限公司，北京100094）
摘要：在分析我国动车组运用与技术特点、可靠性与寿命影响因素、既有修程修制显著特征基础上，提出动车组修程修制应在兼顾里程和时间周期的计划预防修框架下，按照磨损磨耗件维修需求规划三、四级修里程间隔周期，按照橡胶件等主要时效老化部件规划五级修时间间隔周期，提升维修性、测试性设计水平，增加精准检修项目；基于不同车型技术特点及运行差异性，总结提出既有修程、周期延长修程、项目和周期调整修程、修程结构扩大、修程结构缩减等典型修程方案，并从适用性、有效性及检修效率效益等方面进行分析，以期为动车组修程修制改革提供参考借鉴。 关键词：动车组；修程修制；高级修；检修特征；规划设计
中图分类号：U279文献标识码：A文章编号：1001-683X（2022）02-0104-08 DOI：10.19549/j.issn.1001-683x.2021.08.04.001
0引言
我国动车组检修及运用工作已开展10余年，积累了大量经验和数据，对动车组产品的故障规律及机理、可靠性特点及需求、维修适用性及有效性等都有了较为深入的认识。随着铁路高质量发展和修程修制改革工作的全面启动，动车组维修工作面临更高要求和挑战，如何使维修对象更加明确、方式更加合理、周期更加科学、效益更加显著，需从全生命周期角度剖析动车组修程修制特征和目标，进而调整优化既有修程修制和规划设计未来修程修制［1-3］。 1动车组运用及技术特点
维修是为了使产品持续保持应有的可靠性水平，以保障产品在全生命周期内获得较高的运用效率和效益。动车组维修工作应以运用需求为驱动，并结合产
基金项目：中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划项目（P2020J010）
第一作者：王华胜（1969—），男，研究员，博士。
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品技术特点，依据现代维修理论和技术，合理确定维修范围、方式、周期和级别，达到维修优化的目的。我国动车组具有以下显著运用及技术特点：
（1）运行速度快。动车组运行速度快、年走行里程长。以CR400AF-B型复兴号动车组为例，最高运行速度350km/h，年走行里程可达90万km，与运行速度和里程相关的运动部件磨损、磨耗状况加剧，对维修保障提出更高要求。
（2）运行条件严酷。我国动车组运行交路长、各地环境差异大、各类载荷交变频繁且幅度大。例如：南北温差交变幅度超过50℃，高低温疲劳作用显著；沿海地区空气湿度、盐雾度均较高，电化学腐蚀现象明显；高原日照辐射强，橡胶件老化加剧。严酷的运行环境条件对维修工作提出更大挑战。
johnnash（3）冗余性强。动力分散、冗余性强、安全性高是动车组的显著技术特征，牵引、辅助、网络等采用多冗余设计，制动、安全监控等产品均采用故障导向安全模式，相关故障后果及影响得到有效控制，可大幅减少过度预防性维修工作。
（4）维修方便。动车组研发时更加注重标准化、模块化和系列化设计要求，日常维护更加简单、检修拆装更换更加方便，维修停时及成本明显降低。
（5）监控全面。车载网络监控项目不断完善，结合车载数据无线传输装置（WTDS）、故障预测及健
康管理（PHM）等手段，可实现动车组重要产品的动态实时监测及分析决策，为故障预测及维修处置提供强大技术支撑。
麦肯锡综上所述，一方面，动车组严苛的运用需求和特点对维修保障工作提出严峻挑战；另一方面，动车组良好的技术特征又为构建先进修程修制提供了技术基础。
2动车组可靠性主要影响因素
产品可靠性是设计、制造、管理工作共同努力的结果，其中设计、制造环节赋予了产品固有可靠性，而以运用和维修为主要内容的管理环节其主要目的是维持产品可靠性。动车组结构功能复杂、产品种类数量繁多，运用及维修中不确定影响因素多，动车组只有在规定条件下运用并辅以科学的维修保障工作，才能持续维持其应有的可靠性。动车组运用中影响产品可靠性的因素可主要归结为以下几类：
（1）速度及里程因素。可靠性与运行速度和里程强相关的动车组产品主要包括转向架、受电弓等动车组走行及运动部件，特别是车轮、车轴、轴箱轴承、齿轮箱轴承、牵引电机轴承、碳滑板等部件，寿命及可靠性与速度、里程密切相关。例如：运行速度提高后车轮踏面磨耗会明显加剧；随着运行里程的累积，齿轮箱齿隙、轴承游隙都会因磨损、磨耗而变化。因此，在确定上述部件寿命及检修间隔周期时，应重点考虑运行速度和累积里程的影响和作用。
（2）时间及环境因素。受时间和环境影响显著的产品主要包括车体结构、电气产品、橡胶件、油脂产品等。例如：不同环境条件下车体结构腐蚀程度会有较大差别；不同温湿度下电气产品故障率会有较大差异；长期存放不用的橡胶件、油脂也会出现老化、失效。因此，在确定上述产品检修间隔周期或使用期限时，应全面考虑温度、湿度、盐雾、辐射、气压等环境因素的累积时效作用。
（3）工作循环及频次因素。很多动车组产品是间歇性工作或需要时才启动，在不同运行交路和运营条件下其工作时间、循环次数和动作频次会有很大差别。例如：各类冷却风机、空气压缩机只在需要时启动，实际工作时间长短不一；同一线路不同车次动车组会因停靠站数量不同导致车体侧门开关次数不同；各继电器、接触器、开关、阀类等产品也会因运用条件不同导致动作次数存在很大差异。如果通过测试性设计能够准确记录相关产品的累积工作循环或频次，则可按照累积工作循环次数或动作频次确定寿命或检修间隔周期，针对不同工况产品实施精准检修。
（4）综合因素。很多车载产品的寿命及可靠性与多种因素综合作用影响有关。例如：车钩、转向架橡胶节点、簧下承载部件等不仅受老化、腐蚀的时效影响，还遭受高速运行产生的振动、冲击、疲劳等应力作用。因此，在确定上述产品寿命及检修间隔周期时，应全面考虑各相关因素的影响作用，在此基础上进行综合权衡评估。
综上所述，受不同运用因素影响，动车组各产品损耗机理和规律存在很大差别，需在全面评价各类因素影响基础上，有针对性地确定产品使用寿命和检修间隔周期，实现产品的精准检修。
3既有修程修制特征分析
我国动车组既有修程修制分为5个级别，其中一、二级为运用修，在动车所实施；三、四、五级为高级修，在动车段或主机厂实施［4］。各级修程要求如下：（1）一级修：运用前的例行安全检查。重点检查防范走行部、裙板、底板、受电弓异常损坏，进行制动系统功能试验，处理运用中发生的故障。
（2）二级修：周期性的深度检查、维护保养和功能检测。重点是轮轴探伤、车轮旋修、冷却装置清洁、机械传动装置润滑等，不同项目执行不同检修周期。为提高动车组可用性，可在运营空闲时段分散均衡完成。
（3）三级修：转向架等关键部件分解检修，制动、牵引、空调等系统状态和功能检查。具体包括轴箱轴承分解检修、牵引电机轴承更新、油压减振器分解检修、蓄电池测试等检修项目。
（4）四级修：钩缓、转向架、制动、空调等重要系统分解检修，电气部件功能检查及性能测试，以及车内设施检修等。较三级修增加的项目主要包括：车钩分解检修；转向架彻底分解检修，轴箱轴承更新，齿轮箱分解检修，油压减振器分解检修或更新，大部分车轮磨耗到限更新，大部分橡胶节点更新；制动夹钳分解检修，中继阀、紧急制动阀、差压阀等少数关键制动阀分解检修；各类冷却风机装置分解检修，更换轴承并进行性能检测；空调、给水卫生装置视不同车型特点和需求分解检修。
（5）五级修：整车各系统全面分解、检修、零部件更新，根据需要进行升级和改造。较四级修增加的项目主要包括：裙板、底板、侧门、风挡等车体部件分解检修，更换密封件、橡胶件；主压缩机、辅助压缩机、制动控制装置等分解检修，更换密封件、橡胶件及其他耗损部件；变压器、变流器分解检修、测试；各类电气柜分解检修，更换橡胶件、密封件；空调、给水卫生及客室设施分解检修，更换橡胶件、密封件及耗损部件。
我国动车组修程修制经过10余年的不断实践和完善，总体上科学有效，确保了动车组故障率持续走低并趋于稳定。其突出特征可总结如下：
（1）一、二级修实施趋于精准灵活。一级修是日常的例行检查，作业范围、方式相对简单；二级修是针对不同部件和项目维修需求、在不同时机进行的专项检修。由于运行交路、环境条件不同，部件损耗程度和维修需求也不同，按照动车组修程修制改革相关要求，一、二级修的范围、周期可根据运用实际灵活掌握、精准施策。由于一、二级修涉及的作业项目主要是现车功能检查测试、易损易耗件更换及少量拆装简单的换件修，因此通常作业时间不长，可在动车组运营空闲期间分散、均衡开展实施，最大限度降低维修对可用性的影响。未来动车组维修性设计会更好，部件拆装、更换、调试会更加快捷方便，则高级修中的很多项目可下放至一、二级修，不仅可提高相关项目检修的精准性，而且可通过高级修“瘦身”缩短检修停时、提升高级修效率。
（2）三、四级修更侧重磨损磨耗部件检修。三、四级修主要针对转向架等与速度、里程强相关的磨损磨耗部件进行分解检修。其中车轮磨耗到限更换项目值得特别关注，由于动车组运行中车轮磨耗不可避免，磨耗到限更换是刚性需求，运用中在动车所大批量换轮不仅费时、费力且会严重制约动车组检修运用的整体效率效益。例如：某动车组车轮四级修前批量磨耗到限更换，若结合换轮提前开展齿轮箱分解检修则缩短了其检修周期，否则若再运行一段里程随整车四级修开展齿轮箱分解检修，又会造成车轮再次退卸，均不可避免地影响检修效率效益。基于上述状况，一方面，应加强转向架的维修性设计，使轮对拆装更换更加快捷、方便；更重要的是，应通过动车组优化设计和合理运用，实现大部分车轮的磨耗到限寿命与四级修周期间隔衔接匹配，结合四级修对即将磨耗到限的大部分车轮进行更换并借机实施齿轮箱分解检修和轴箱轴承到寿命期更新将最为经济、有效。因此，建议将大部分车轮磨耗到限更换作为四级修标志性特征和
设计、运用优化的追求目标。
（3）五级修更侧重时效老化部件检修。五级修周期间隔长、检修范围大，在三、四级修基础上增加了基础结构件、主要电气件、内装设备设施等系统的分解检修，重点对橡胶件、密封件等随时间呈现耗损、老化特征的部件进行更新。上述部件在运用中经过10年左右的时效作用，性能普遍下降或劣化，结合动车组五级修大范围分解检修时机进行更新很有必要。因此，基础结构件、主要电气件、内装设备设施等系统的分解检修，以及相关橡胶件、密封件更新应是五级修的标志性特征。
黄励军
4修程修制规划原则
科学完善的修程修制是在产品研发阶段通过顶层设计规划出来的［5-6］，基于我国动车组10余年运用检修经验，建议动车组修程修制规划应遵循以下主要原则：
（1）维持计划预防修基本框架。尽管计划预防修有过度维修的可能，但从提高批量装备综合效率效益和降低管理风险的角度看，计划预防修制度仍然是国内外批量大型技术装备修程修制的首选。例如：德铁（DB）、西门子、法铁、日本新干线等国外动车组虽然在维修级别、周期、范围、方式有所不同，但总体仍沿用计划预防修大框架，在此框架下灵活运用状态修、定期修、改进修、均衡修、事后修等方式和策略。其中DB充分利用动车组良好的维修性和测试性设计，并借助信息系统管理手段，大量开展日常专项修和均衡修，使IS600、IS700等高级修程内容和项目大幅减少，效率明显提升；同时在运用15年左右结合新技术、新经验对动车组进行翻新改造，使动车组在技术性能、RAMS效能等方面均获得显著提升。目前我国动车组各
级修程衔接紧密、层级简单、范围明确，既发挥了计划管理优势，又满足了精准灵活需求，总体上科学合理。
（2）以里程周期为主、时间周期为辅，确保安全性、兼顾可靠性和经济性。车轮、轴箱轴承等安全部件主要与里程周期强相关，橡胶件、密封件等主要与时间周期强相关。根据修程修制特征分析，里
程因素相关部件检修项目主要集中在三、四级修，时间因素
相关部件检修项目主要集中在五级修。修程中时间周
期与里程周期的匹配关系不仅取决于相关产品的设计
寿命，还取决于动车组运用情况，二者进行匹配时应
以里程周期为主，以确保关键部件的运行安全，以时
间周期为辅，兼顾维修整体效益和可靠性。
（3）依据磨损磨耗件维修需求规划三、四级修里
程间隔周期。由修程修制特征分析可以看出，车轮、
齿轮箱、轴承等是典型的里程寿命件，特别是车轮磨2010体操世锦赛
《中小学班主任工作规定》耗与动车组运行速度、线路条件及车轮材质等因素关
系密切。动车组设计时可依据运行速度、线路状况合
理选取车轮材料、形位尺寸，并仿真计算预测其正常
磨耗里程寿命作为四级修里程周期，据此规划齿轮箱
轴承、轴箱轴承、油压减振器等部件寿命和检修间隔
周期。在此基础上可取四级修里程周期的一半作为三
级修里程周期，据此规划轴箱轴承检修间隔周期和牵
引电机轴承寿命，实现三、四级修周期匹配衔接。
（4）依据主要时效老化部件寿命规划五级修时间
间隔周期。各类橡胶件随时间老化趋势是不可逆转的，
但其老化速率会因材质、运用环境差异而不同，同时
考虑各部件重要程度和故障影响不同，最终确定的使用
寿命也不同。例如：空气弹簧胶囊、橡胶节点为6～8年；
各门体、窗体、箱体、柜体、盖板等上部密封胶条为8～10年；布置在密闭箱体内、具有编织结构的冷媒胶管使用寿命甚至可超过12年。转向架橡胶节点等部件涉
及运行安全，可偏保守考虑，结合四级修更换；其他
部位橡胶件应实现在五级修更换，为此，应在考虑四、
五级修周期间隔匹配的前提下，尽量按照长寿命（如10～12年）选材规划设计，达到延长五级修间隔周期、降低检修成本的目的。
（5）提升维修性、测试性设计水平，增加精准检
修项目。侧门、空调、冷却风机、空气压缩机以及动
作类开关、继电器、制动阀类等与运用环境条件密切
相关，不同运行交路和环境条件下，侧门开关次数、
继电器动作次数、空调工作时间、风机和空气压缩机
运转时间可能会有较大差别，具备条件的应纳入二级
专项修并执行专门的检修周期，不仅可提高检修的精
准性和针对性，而且可有效改变目前高级修项目过多、
范围过大的问题。实现上述目标的前提，一是测试性好，能准确记录相关产品累计工作时间或动作次数，据此精准检修；二是维修性好，拆装更换方便、快捷，能作为专项作业纳入运用检修范围，实现在短暂运营空闲时段完成检修项目。为此，需在动车组研发阶段结合检修运用实践经验和需求，深入开展相关产品的维修性和测试性设计。
5修程修制方案探讨
按照中国国家铁路集团有限公司修程修制改革工
作总体部署和要求
［7-8］
，时速300～350km 复兴号、和
谐号动车组正同步开展检修间隔周期延长试验验证工作，目前已取得阶段性验证成果，随着试验验证
工作的不断推进，将为修程修制优化提供更深入、全面的技术支撑。动车组修程修制优化应以运用需求为驱动、实际问题为导向、总体效率效益最佳为目标，鉴于我国动车组车型多、运用环境条件差别大，相关产品的故障规律和维修需求也会有很大差别。在动车组车型及运用差异性分析基础上，对基于不同需求的修程修制方案进行探讨。
5.1动车组车型及运用差异性分析
不同车型动车组在结构功能、技术特点方面存在
很大差异，进而导致产品间可靠性和寿命存在较大差异。以轮径尺寸限度为例，目前主要车型车轮轮径原型尺寸、禁用限度和可用磨耗量见表1［9］。
由表1可以看出，不同车型车轮轮径原型尺寸、禁用限度均不相同，造成踏面可用磨耗量不同，再加上车轮材质的差异性，即使在同样运行条件下车轮可用
寿命也会有很大差别，相应维修需求会有很大差异。此外，不同运用条件对产品可靠性影响更为显著。仍以车轮使用寿命为例，配属不同动车所某型动车组车轮使用寿命情况见图1。
由图1可以看出，配属不同动车所的某型动车组，由于运行线路不同，车轮最短使用寿命不到100万km ，最长使用寿命接近300万km ，车轮使用寿命相差近200万km 。
内蒙古教育
可见，不同动车组产品在不同条件下运用产生的
维修需求存在很大差异，这种维修需求差异性是修程修制构建和优化的重要依据。
5.2不同修程方案探讨
基于以上分析并结合修程修制改革要求，对可能
预见的几种修程方案进行探讨。
5.2.1既有修程方案
既有修程方案是指修程周期结构为三—四—三—
五级修、每个高级修间隔周期上限均按125万km 控制的现行修程。以CRH380A 平台动车组为例分析如下：
（1）该动车组轮径原型尺寸为860mm ，禁用限度为790mm ，踏面直径可用磨耗量仅为70mm 。从运用统计情况看，50%以上车轮磨耗寿命超过200万km 。随着修程修制改革工作的不断推进，预计车轮旋修策略优化后50%以上车轮磨耗寿命可运行至250万km ，可实现大部分磨耗到限车轮在四级修更
换。参考相关车型修程修制改革阶段验证成果，轴箱轴承检修间隔周期、牵引电机轴承寿命均可达到145万km ；轴箱轴承、齿轮箱轴承寿命有望达到290万km ；其他部件检修间隔周期延长验证期间故障率平稳，为CRH380A 平台动车组的三（125万km ）—四（250万km ）级修里程周期结构方案提供了间接支撑［10］。
表1主要车型车轮轮径原型尺寸、禁用限度和可用磨耗量
mm
图1
配属不同动车所某型动车组车轮使用寿命情况
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