地铁列车洗车机端洗轴的改造研究
摘 要:洗车机是一种清洗地铁列车外表面的专用设备。洗车机端洗轴弯曲故障不仅影响列车的清洗效果,而且容易引起严重的安全事故。文章以深圳市地铁一期工程使用的英国SMITHBROS&WEBB LIMITED公司的列车洗车机为例,在分析洗车机端洗轴改造原因的基础上,提出了切实可行的端洗轴改造研究方案,旨在为同类工程提供借鉴。
关键词:地铁列车;洗车机;端洗轴;技术改造
0 引言
洗车机是一种清洗地铁列车外表面的专用设备,也是深圳市地铁公司三大关键设备之一。洗车机在最初投入使用时曾发生过三起端洗轴弯曲事故,给人身及设备带来一定的安全隐患。其主要原因是:端洗机构在旋转时处于不平衡状态,容易磨损内部配合部件及连接件,缩短了设备的使用寿命;另一方面毛刷与列车端部接触状态呈周期性变化,使洗车效率大大下降,容易导致列车操纵室玻璃破碎。因此,有必要对洗车机进行技术改造。本文以深圳市地铁一期工程使用的英国SMITH BROS &WEBB LIMITED公司的列车洗车机为例,在分析洗车机端洗轴改造原因的基础上,提出了切实可行的端洗轴改造研究方案,旨在为同类工程提供借鉴。
1 洗车机概述
深圳市地铁一期工程使用的列车洗车机是英国SMITH BROS&WEBB LIMITED公司的产品,主要用来清洗列车外表面的灰尘、油污和其他污垢。该设备对列车的清洗分为清水洗和清洁剂洗,可以采用自动与手动操作、控制,并且只要通过该设备一次清洗就可以达到理想效果。该设备配有洗车废水回收处理循环利用系统,能循环使用清洗列车的废水,节约水资源,并且保证排放的污水符合排放标准。
1.1 结构及原理
该设备由供水系统、供液系统、喷水系统、喷液系统、侧洗系统、端部刷洗系统、气动系统、传动系统、自动控制系统和污水处理系统组成。该设备能自动完成列车车头、车尾和两侧的清洗工作,清除外表面灰尘及其他附着物,使整个列车清洗过程实现自动化。同时,该设备采用高效的清洗工艺,可进行连续清洗。
1.2 端洗刷运动方式
端洗刷能在左右、上下、水平、垂直方向移动。根据洗车机端洗刷移动方向的不同,可分为以下几种情况:
1)端洗刷左右移动采用电机及减速机驱动龙门架完成,在平直轨道上运行,电机功率为0.37 kw。
2)端洗刷上下移动采用电机及减速机驱动完成,同时通过传动链与配重平衡物相连,由配重平衡物、传动链、电机及减速机共同控制,电机功率为0.55 kw。
3)端洗刷水平、垂直方向移动采用压缩空气驱动。
1.3 端刷机构
通过端刷升降运动的路径,拟合车体轮廓以及传感器监控旋转毛刷与车体的接触压力,洗车机的端刷机构对各种流线型车头进行仿形清洗,达到最佳清洗效果。洗车机的端刷机构主要由以下几部分组成：
1)端洗架。端洗架即龙门架,由电机驱动,变频器控制速度,能以一定速度在专门轨道上运行。端洗架运行路线的控制信号是电流,端刷电机电流与端刷吃毛量的关系决定了端洗架前进或后退。
2)提升机构。横刷形式的端刷轴由电机、减速箱、提升链条控制,沿端洗架上下运行,速度恒定。竖刷形式的端刷机构仅需气动缸将刷轴推出,处于设定的倾斜位置。
3)毛刷。端洗刷固定在支撑架上,刷柄与电机和减速箱的输出轴相连。端洗刷水平放置后,旋转驱动由电机及齿轮箱控制,旋转方向可以选择正转或反转,减速箱输出速度约为120 r/min,电机功率为1.5 kw,电机的防护等级为IP65。每个刷子柄将装上1 mm的横截面是X型的聚乙烯细丝刷子,刷子的长度不一,目的是为了能够使刷子迎合端头的弧度进行清洗。
2 改造原因分析
深圳地铁公司洗车机在投入使用之初连续3次出现过端洗轴弯曲事故,不仅导致列车无法清洗,而且给人身及设备带来一定的安全隐患。为避免同类事故再次出现,公司对端洗轴进行深入调查分析,出现弯曲的端洗轴采用45#钢,加工尺寸和精度符合零件的技术设计要求,安装时已调整各部分间隙,轴承温度和旋转精度测试均合格。但在工作现场勘察发现,端洗过程中司机与洗车机操作人员配合不当造成列车与端洗机构的碰撞,量变引起质变,最终造成端洗轴弯曲故障。此外,由于缺乏实时采集数据系统,无法有效预防和及时发现洗车机端洗轴弯曲故障,因此,有必要研究相关的电气预防控制措施。
3 改造措施研究
3.1 电气预防控制
目前应用比较广泛的PLC(可编程序控制器)可实时采集端刷与车体接触后产生的数据,如轴承温度、旋转精度等,当两者过分接触时,该系统立即启动端洗保护程序,端洗机构停止工作,并产生声光报警及文字报警提示,具有故障自动诊断和故障自动显示、查询、报警、记录以及故障停机功能,为有效预防和及时发现洗车机端洗轴弯曲故障提供了技术保障。
3.2 机械结构改造
原设备是在端洗轴上安装两套带轴承座的外球面向心球轴承(型号UC210)。两轴承座与机架之间通过螺栓连接,端洗轴对轮通过挠性联轴器和齿轮箱连接,旋转时以两轴承座为支点摆动,长时间工作易出现疲劳、弯曲甚至断裂。由于出现弯曲的端洗轴均是两轴承支点处发生变形,因此解决弯曲问题的关键是提高轴的抗弯能力。经调查研究,在不改变原结构的情况下,增加轴与机架之间的距离,并减小旋转时的摆动量是一种有效方法。因此,该改造研究方案在不改变原设备主体结构的基础上,拆卸原滚动轴承,按照轴承座内孔直径加工球面调整垫,在轴上安装圆锥滚子轴承,并使前轴承精度比后轴承精度高一级,提高端洗轴的旋转精度。另外,通过端面螺母合理调整轴承游隙,提高轴承刚度,尽量降低工作温升。具体的改造措施如下:
1)为了防止端洗轴工作时轴承座内球形调整垫产生相对位移,拆卸原滚动轴承,并按照原轴承的外径尺寸在轴承座内加工安装两个外球面调整垫(材质45#钢),其中一个球面调整垫内孔有一个键槽与轴承套相对固定。
2)在不改变轴的情况下,为了增加两轴承之间的距离,分散受力点位置,原轴直径Φ65.2 mm非配合面加工至Φ65js7,原来两块分离的轴承套改为一体式的轴承套,轴向长度不变,并在一体式轴承套两端加工轴承室(材质45#钢)。
3)在轴承室安装一对可承受轴向和径向载荷的圆锥滚子轴承(型号32010和32013)。为了防止机构卡死,后轴承的精度应比前轴承低一级,即后一组轴承内圈的径向跳动量比前端轴承径向跳动量稍大,用于吸收累计跳动量。
4)在原轴承座外套上安装黄油嘴对轴承进行润滑,建议选用3#钙基轴承脂。通过端面螺母合理调整轴承游隙,根据实际工作条件改为0.25~0.35 mm,提高轴承刚度,尽量降低工作温升。
4 实施效果
地铁列车洗车机端洗轴改造后实施效果较为显著,在连续清洗10辆列车后,用红外线测温仪测得轴承温度为40℃,符合轴承安装使用标准;用百分表检查端洗机构的径向圆跳动量为0.04~0.08 mm,与原结构的旋转精度基本一致。另外,PLC系统实时采集轴承温度、旋转精度等数据,确保洗车机正常工作。改造后的端洗轴至今未发生过同类故障。总的说来,端洗轴经过电气预防控制及机械结构改造后使用效果良好,基本达到预期效果。
5 结语
洗车机是清洗列车外表面的灰尘、油污和其他污垢的一种专用设备。由于端洗轴弯曲故障频繁出现,该技术难题亟待解决。本文在分析洗车机端洗轴改造原因的基础上,提出了切实可行的端洗轴改造研究方案,旨在为同类工程提供借鉴。该设备的技术改造有效地解决了端洗轴弯曲的问题,值得在同类工程推广应用。
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