邢天祥
(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300142)
摘 要：为满足和谐型内燃大功率机车检修的需要，结合哈尔滨大功率机车检修基地建设实例，回顾总结检修基地设计中采用的关键技术及先进设计理念。通过采用“虚拟现实技术”、“ 集成应用创新技术”、“检修工艺创新”等先进手段，将检修基地实体在计算机中三维虚拟再现，提高检修基地的设计和建设效率，解决和谐型内燃大功率机车动力组检修工艺等诸多难题，为完善和谐型内燃大功率机车检修基地的设计体系，为我国“铁路走出去”战略提供坚实的基础。
关键词：铁路机车；内燃机车；检修基地；检修工艺；虚拟现实技术
依据中国铁路总公司发展规划要求，按照和谐铁路建设的部署，引进消化吸收的和谐型内燃大功率机车已陆续投入运用。和谐3型、和谐5型大功率内燃机车与国内既有机车从控制技术、设计理念、传动方式、结构形式均有所不同，从而也决定了机车检修的理念和检修模式上存在着较大的不同[1]。为满足检修的需要，在哈尔滨新建和谐型内燃大功率机车检修基地，负责所有和谐内燃机车检修任务，其检修规模是普通内燃中修机务段的3～4倍。内燃大功率机车检修基地设计之前在我国还没有先例。
为保证检修基地设计，就必须掌握机车部件的检修工艺及配套的检修设备；要保障检修工艺可行可靠高效，就必须对检修基地关键技术进行深入细致的系统研究。此项设计研究同时也为中国机车走出国门，走向世界提供了检修体系的技术储备[2]。
1.1 虚拟现实技术的采用
传统的机务专业检修基地的工艺设计一般由经验丰富的设计人员凭借二维图纸手工完成，不仅效率低、成本高，而且优化程度偏低[3]。目前计算机CAD辅助工艺设计也存在无法解决“组合爆炸”等问题。而基于虚拟现实技术的机务工艺设计可以有效解决上述问题。
本次大功率基地机务设计系统中应用了先进的虚拟现实技术。哈尔滨大功率机车检修基地通过虚拟现实技术将检修基地实体在计算机中虚拟再现，从检修基地实体的外景、建筑物外观到检修库房内部都可实现三维虚拟现实，最大化的展示检修基地的实体空间[4]，为基地总体布局起到了实景化的作用，虚拟现实的检修基地鸟瞰如图1所示。在设计之初，设计人员有了真实、完美的体验，并可进一步发现设计中存在的问题，有力地促进了总体布局的设计优化。
图1 虚拟现实的检修基地鸟瞰
同时通过三维虚拟现实技术，将机车整体及主要部件按照1∶1的比例建立实体模型，机车整体模型如图2所示。参考外方的工艺初步模拟出部件的拆解工艺。结合我国机车的实际运用情况，确定出大功率机车部件的拆解、组装工艺。
图2 虚拟现实的机车整体模型
在确定部件拆解、组装工艺的基础上，根据检修工艺的实际需求，通过建立逼真的三维检修设备模型(图3)，形象地模拟出大功率机车的各重要部件的分解、清洗、检修及组装等工艺过程。对整个组合车库和各部件检修的设备配置起到了积极的指导作用。
图3 虚拟现实的检修设备模型
部件检修工艺和设备确定后，根据部件检修工艺的需要建立三维的组合车库及基地平面模型，形象地展示机车在基地的整体检修工艺流程及主要部件的工艺流程，对整个基地的设计起到了很好的辅助作用。
1.2 新设备及信息化系统的采用
为保证建设现代化、高效率、高质量的检修基地的要求，和谐型内燃大功率机车检修基地配置的大量新设备，大多为国内首次采用，如柴油机机体清洗、整车吹扫除尘设备、地坑式架车机等设备，是当前国内外先进的和谐内燃机车检修设备，同时库内各设备采用安全作业系统，通过大量的声、光、电技术保障工人作业安全。这是我国机车检修装备的创新实践应用。
哈尔滨大功率机车检修基地运用检修规模大，检修工艺复杂，日常管理难度大。基地内设置信息化网络管理系统，无论室外、室内均可视频监控关键设备作业工位的情况，并将数据实时上传至监控中心。同时相关作业人员可通过计算机管理，在每个工位查阅任务单及所需相关技术资料、图纸，保证了作业的省时高效。
1.3 作业流畅的总体布局
通过对检修基地内作业流程的分析研究，综合利用土地资源，创新性地提出了贯通式检修组合车库尾部带转向移车台的总平面布置方案，总规模为年检修2年检机车400台，预留6年检条件，存车线5条。其特点为检修主库与各分间呈横列式布置，车体沿车库纵向流动，各部件在各检修分间内也按照分间纵向流动，主库与检修分间部件的流动采用垂直通道。既注重段型布置，又缩短工件的运输距离，节省工程投资。基地承担检修任务量大，布局紧凑，工艺顺畅，大大提高了检修基地的作业效率。
2.1 柴油机机体整体清洗
设计中首次提出柴油机机体整体清洗方案，清洗设备模型如图4所示。传统的柴油机机体清洗都采用人工方式，工艺较为复杂，十分不便，且易对柴油机机体造成损坏。新型柴油机机体清洗设备采用顶部进入式，除机体的吊装由人工操作外，其他工艺过程均在PLC的控制下自动完成。清洗技术采用热水浸泡被动紊流、高压热水表面接近射流、主油道强制紊流、三维表面与孔道射流等复合清洗方式，实现机体各部所有外露表面、内场藏面、内部流道和表面加工孔的彻底清洗，清洗完成后，经过工件翻转沥水和压缩空气吹干作业，保证机体表面坑洼处没有残存的清洗液。清洗作业安全、可靠便捷，效率大大提高。
图4 柴油机清洗设备模型
2.2 整车吹扫除尘
设计中提出车体底部高压空气吹扫成套设备方案，它能有效清洁机车底部，同时将喷吹时产生的含尘气体经气箱脉冲袋式除尘器过滤处理达标排放。该套设备可以解决工人作业时工作环境恶劣、操作不便、生产效率低、粉尘扩散带来环境污染等诸多问题，有利于机车的安全运行。
2.3 机车诊断系统与信息化系统集成
设计中提出将和谐型内燃大功率机车检修基地信息化系统和机车诊断系统集成的理念[5]，通过数据平台之间交互，将信息化系统采集到的数据发送至机车诊断系统，进行诊断分析，同时诊断分析的数据反馈给信息化系统，能实现数据闭环，合理指导维修，提高了机车的检修效率，增加了作业安全保障。
3.1 新型柴油机动力组检修工艺
和谐3型、和谐5型两种内燃大功率机车动力结构采用模块化设计，将气缸套、气缸、活塞连杆、汽缸盖等零部件集成在一起，构成动力组[6-8]。这一新型结构大大提高了柴油机的效率，维修时也可将该零部件直接从柴油机机体上拆下，更换便捷。然而目前国内关于柴油机动力组检修工艺鲜有研究，为彻底解决动力组的检修难题，摆脱国外技术限制，必须对动力组结构有清晰明确的认识。
设计中通过虚拟现实技术，结合AutoCAD软件设计图纸，建立了完整的动力组检修流程流水线，完成满足检修工艺需求的各项检修设备及检修工位的布置形式。即动力组拆解、零部件分解、清洗、检修、动力组组装工艺及工位设备配置方案[9]。实现工艺流程在计算机中模拟实现，为保证检修工艺可行性、可靠性、高效性提供了有力的依据，为机务设计工作提供了一种新思路。
利用虚拟现实技术，在充分调研并详细分析动力组的结构后，对动力组的检修工艺提出如下原则。
(1)以流水线检修作业方式为主，辅以定点检修工位，即动力组分解、总装采用定位方式，部件检修组装采用流水线作业。因为分解、总装的工作较容易，且不需要太高的精度，作业时间短，采用定位作业方式简单、有效。部件检修和组装需要精度高，作业时间长，采用流水作业能很好地保证检修时间的需要。
(2)为保障动力组检修工地的环境质量，动力组分解、探伤、检修、清洗分隔为独立的工区。
根据以上原则动力组检修分为气缸盖检修流水线，连杆组检修流水线，GE气缸定位座检修流水线以及活塞组检修，气缸套检修，摇臂装配、横臂装配、顶杆装配和推杆装配检修，动力组总装配等7个部分组成，零部件的清洗在专门的清洗间内完成。
3.2 新型和谐内燃大功率机车检修工艺研究
针对新型内燃大功率机车模块化的设计特点，首次提出和谐3型、和谐5型两种车型流水修与互换修结合的检修模式。提出和谐3型、和谐5型两种车型的2年检和6年检的维修修程，根据修程及检修任务量的需要[10-14]，机车整体及主要部件均采用流水修模式，提高了作业效率。
随着我国货运需求的不断提升，内燃大功率机车检修需求和规模都会面临巨大的挑战。检修基地的建设能很好地满足未来大功率机车检修需求的增长[15]。它的建成和运用对后续检修基地和运用维修段的建设具有示范和指导作用，在国内具有一定的推广应用前景。它的成功实施，对后期建设的西安铁路局、成都铁路局等其他路局的大功率机车检修基地及未来各局运用维修段的建设具有非常重要的指导意义。
哈尔滨大功率机车检修基地从设计、施工、监理，到轨料、施工装备全部使用中国产品，是一条有“纯正中国血统”的检修基地。该项技术成果完全可以应用于“铁路走出去”任务的哈萨克斯坦、泰国、土耳其以及非洲各国等的铁路建设项目，对项目中机车检修模式和检修设施的配置，有较强的指导和借鉴意义[16]。
通过对和谐型内燃大功率机车检修基地关键技术研究及实现，保证了哈尔滨大功率机车检修基地的如期建成使用，实现了我国铁路和谐型内燃大功率机车车辆运用检修设施的突破性发展，是对以往传统机车车辆检修理念的全面提升，诠释了铁路装备现代化的发展要求，设计、施工过程中多项综合性难题的攻克解决，积累了宝贵的经验，这对完善我国和谐型内燃大功率机车检修基地的设计体系，为我国“铁路走出去”战略必将发挥积极的、更大的作用。
参考文献：
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Research and Implementation of Key Technologies of High-power Diesel Locomotive Base
XING Tian-xiang
(The Third Railway Survey and Design Institute Group Corporation， Tianjin 300142， China)
Abstract：To meet the needs of the maintenance of CRH high-power diesel locomotive， key technologies and advanced design concepts are reviewed and summarized with reference to the construction cases of Harbin high-power diesel locomotive maintenance base. Through the adoption of “virtual reality”， “integrated technology innovation” “repair technology innovation” and other advanced design methods， the locomotive maintenance base is represented in computer virtual 3d to improve the efficiency in the design and construction of the maintenance base and to solve the problems in the maintenance of the high-power diesel locomotive， so that the design system of the high-power diesel locomotive maintenance base is improved and a solid foundation is laid for Chinese railway to come into international market．
Key words：Locomotive; Diesel locomotive; Maintenance base; Maintenance process; Virtual reality
收稿日期：2016-06-14；
修回日期：2016-06-21
基金项目：铁道第三勘察设计院集团有限公司科研课题(20144235-K3-186-R04)
作者简介：邢天祥(1969—)，男，高级工程师，1991年毕业于北方交通大学内燃机车专业，工学学士，E-mail:xingtianxiang@tsdig.com。
文章编号：1004-2954(2017)02-0148-04
中图分类号：U269
文献标识码：A
DOI：10.13238/j.issn.1004-2954.2017.02.032
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