行业要闻

地铁车辆段三大检修工艺设备的技术接口

 

摘　要　介绍地铁车辆段三大检修工艺设备———不落轮镟床、列车清洗机、地下式架车机,以及它们与车辆、牵引供电、低压配电、信号、土建等相关专业的技术接口。指出三项设备与车辆的接口是建设管理的重点,分析在工程设计和建设过程中应注意的接口要点。不落轮镟床与车辆的接口需要明确加工的对象与精度,以及车辆的装夹方式;列车清洗机需明确车辆的主要尺寸、车底电气箱的防水等级、表面油漆对洗涤剂的要求,以及清洗机对雨刮器的要求等;地下式架车机需明确车辆的重量和主要尺寸,并核算转向架是否会与地下式架车机的车体顶升支柱发生干扰。

关键词　不落轮镟床　列车清洗机　地下式架车机车辆　接口

 

      在地铁建设过程中,各专业项目之间需要进行相互协调、密切配合,以保证满足地铁的各项设计要求,充分发挥地铁的全部功能。各专业之间的协调和匹配问题称为技术接口问题,为了使各个专业能够紧密结合,达到整个地铁运营安全、可靠、成本低的目的,必须对各个系统的接口问题进行认真研究,并加强管理。

      不落轮镟床、列车清洗机、整体地下式固定架车机组(简称地下式架车机)是地铁车辆段检修工艺设备中最重要的设备,通称车辆段三大检修工艺设备,其接口的确定是完成车辆段施工图纸的关键。本文阐述这些设备在设计时需要确定的、与其他专业的接口。

1 不落轮镟床的接口

      不落轮镟床也称为不落轮对车床或地下式车轮车床,是一种在列车上就可以直接将磨损或擦伤的车轮修复回原形的大型机床。因为不需要拆卸列车轮对,大大缩短了列车轮对的维修时间,非常适合于备用车很少的地铁企业使用。

      不落轮镟床主要有液压仿形与数控式两种结构形式。液压仿形不落轮镟床结构比较简单,维护简便,但是不容易调整加工的参数;数控式不落轮镟床精度较高,而且可以方便地调整轮缘厚度等加工参数。随着可编程控制器控制技术的不断发展,数控式不落轮镟床逐渐成为发展的方向。图1是广州地铁2号线U2000型不落轮镟床。

      不落轮镟床与地铁其他专业的接口主要包括与车辆、接触网、低压配电、轨道的接口,其中与车辆的接口是最重要的接口。

1.1 不落轮镟床与车辆的接口

1.1.1 明确加工的对象与精度

      车辆专业除了需要明确加工后单轮对2个车轮之间的直径差,加工后同一转向架4个车轮中最大直径和最小直径的差值,车轮径向跳动、端面跳动、加工表面粗糙度等基本精度要求外,还需要明确是否需要加工制动盘,并提供车轮踏面的廓形图纸作为加工程序的编程依据。

1.1.2 明确轮对在机床上的装夹方式

      车辆的轮对轴箱有外轴箱与内轴箱两种方式。在地铁系统中,外轴箱方式比较常见。由于地铁车辆的轴重较轻,为了提高切削力,需要采用轴箱压下装置。压下装置的头部称为压爪(holding claw),不同形状的轴箱需要配不同的压爪。因此,车辆供货商需提供轴箱的细节尺寸,用于设计压爪时参考。

      不落轮镟床制造商应根据车辆制造厂提供的转向架装配图纸,核算刀架的运动与转向架是否发生干扰,以及是否有足够的空间保证切削制动盘的刀杆运动。

      综上所述,车辆专业主要应提供轮对内侧距、车轮直径、车轮踏面轮廓、制动盘安装位置、制动盘轮廓形状尺寸及材料、轴箱尺寸等参数。

1.2 与牵引供电专业的接口

      根据《地铁设计规范》第22.4. 9条,不落轮镟床上方不宜设置接触网。另外,为了防止在切削加工时接触网掉落导致电流从不落轮镟床通过,损坏机床的控制系统,在机床两端的轨道还应设置轨道绝缘设施。图2为不落轮镟线轨道绝缘点的设置示意图,其中A为机床中心线到绝缘点的距离,B为列车全长,C为牵引车全长,D为车辆的轴距,Y为机床中心线到库外轨道绝缘点的距离,有Y>A+B+C。

1.3 与低压配电专业的接口

      低压配电专业需要根据机床的功率要求,提供三相交流电源和接地装置。在基础坑内应提供照明、通风空调以及常用的380/220V电源插座,以方便操作人员使用。

1.4 与轨道专业的接口

      不落轮镟床上的轨道与机床基础坑外的轨道相连接,双方应明确轨道的分断点。

1.5 与土建专业的接口

      不落轮镟床制造商应根据主机及辅助设备的载荷和预留孔洞等要求,提供机床安装地坑的初步布置图,土建专业应根据此要求设计基础及地坑,并考虑预留孔洞和线管。

2 列车清洗机的接口

      地铁列车的外皮清洗是一项十分繁重的工作,一般需2天清洗一次。如果采用人工清洗,工作效率低、劳动强度大、清洗效果差,不能满足列车清洁的外表使用要求。因此,在地铁车辆段或停车场均设置有列车自动清洗机(见图3),以减轻劳动强度,提高清洗效率。

      洗车线可分为贯通式清洗和尽端式清洗两种形式,列车清洗机可分为带电式通过清洗和不带电式通过清洗两种。王晓保和颜燕在《城市轨道交通停车场洗车库内接触网设置研究》中论述了带电通过清洗的可行性,这里不再重复,下面仅讨论其接口设计。

      列车清洗机与地铁其他机电系统的接口主要包括与车辆、接触网、低压配电、线路、信号、给排水、限界、土建专业的接口。

2.1 与车辆专业的接口

      车辆供货商应提供列车外形轮廓图及主要尺寸(包括列车长度、宽度、轴距、转向架中心距等)、车辆受电弓安装位置、列车前后受电弓之间的间距、受电弓工作高度等参数。另外,应提供车下电器设备箱的防水等级。对列车清洗机选用的洗涤剂,应确认对列车表面油漆没有损害后才能够使用。

      另外,列车清洗机在清洗列车端部时,经常会发生毛刷将列车的雨刮器拉脱的故障。因为列车清洗机的刷毛是柔软的,存在刷毛卷到雨刮器的可能性。为了使雨刮器不被拉脱,根据某些列车清洗机生产商的建议,雨刮器的弹簧拉力应不小于20N。

2.2 与牵引供电专业的接口

      采用带电式通过清洗方式并采用接触网受电时,洗车线区段的接触网高度应尽量高,主要是保证清洗车头、车尾时旋转的刷毛不要侵入接触网的安全距离范围内。以广州地铁2号线的洗车线为例,车辆的高度为3 800 mm,刷毛的转轴可能到达的最大高度为3 880mm,加上刷毛的长度,轨道中心刷毛能达到的最大高度为4 400 mm,而洗车线的接触网高度选择为5 050mm,所以可判断出刷毛在接触网的安全距离之外。但列车清洗机端洗的机架上端仍应设置机械和电气的双重最高限位,使得端洗架运行到最高点后不再向上运行,以保证系统的安全。牵引供电专业应在洗车线设置隔离开关,在列车清洗机检修及停用时切断牵引供电,保证作业人员的人身安全。

      如果车辆采用接触轨受电,则从安全角度考虑,接触轨不进库,而库外接触轨的布置应保证列车在整个洗车过程中最少有一辆动车能够受电,以提供作业过程中的牵引动力。

2.3 与低压配电专业的接口

      低压配电专业需要根据机床的功率要求,提供三相交流电源和接地装置。因为地铁列车清洗作业通常在夜晚收车后进行,所以在洗车区域内应提供照明,以方便列车司机和设备操作人员观察设备的运行状况。

2.4 与信号专业的接口

      洗车线的线路由车辆段的信号系统负责控制,但如果信号专业与列车清洗机之间没有联锁,车辆段的调度不可能随时清楚设备所处状态。为了避免出现列车清洗机故障(特别是毛刷侵入车辆限界的故障)时,列车强行通过造成设备故障,信号专业在列车清洗机控制室内宜设置“同意洗车”按钮,与洗车线的开放信号串联。只有列车清洗机的操作人员确认设备处于正常状态、无超限界的情况、按下“同意洗车”按钮后,洗车线的进路信号才能转为绿灯,保证列车的安全。

2.5 与给排水专业的接口

      给排水专业应根据列车清洗机的水压、用水量要求提供水源,并提供排水口。《地铁设计规范》规定,列车清洗机的废水不符合国家规定的排放标准时,应经过处理,达到标准后排放。若车辆段内没有设置生产污水集中处理设施,则列车清洗机应考虑配备独立的污水处理设施。

2.6 与土建专业的接口

      列车清洗机制造商应提供设备的工艺布置图和管线布置图,提出预留孔洞和线管沟槽要求,土建专业应根据此要求设计和施工。列车清洗机的管线沟槽较多,设备较分散,在设计时要特别留意。

2.7 与限界专业的接口

      列车清洗机在设计时应满足:列车清洗机的所有部件在非工作状态时处于设备限界之外,工作时端洗设备将侵入限界;保证在断电或故障状态下,若有部件侵入限界,应有信号警告,不得从洗车线两端进入列车清洗机区域。

3 地下式架车机的接口

      地下式架车机是用于检修库内固定台位的架车作业、对地铁车辆检修实施落转向架作业的专用设备,可对一个2节、3节、4节或更长的单元车组在不摘钩状态下进行同步架落车作业,也能对任一单节车辆进行架落车作业。因为不需要将车组解编,可节省检修时间,提高列车检修效率。它与地铁其他系统的接口主要包括:与车辆、低压配电、轨道、土建专业的接口。

3.1 与车辆专业的接口

      车辆供货商需提供单元车组的长度、重量(空载)、转向架轴距、转向架中心距、车辆宽度及架车点位置。车体架车点不一定位于转向架中心,而仅以架车点位于转向架中心示例。同时,需提供转向架的最大宽度,用于核算转向架是否会与地下式架车机的车体顶升支柱发生干扰,避免拆下的转向架不能通过架车机推出架车线。图4为地下式架车机与车辆的接口示意图。

3.2 与低压专业的接口

      低压配电专业需要根据地下式架车机的功率要求,提供三相交流电源和接地装置。特别应注意,地下式架车机的多台电机是同时启动的,启动瞬间电流较大。配电设计时应合理选用开关型号,避免发生设备启动时压降过大而导致开关跳闸的现象。

3.3 与轨道专业的接口

      地下式架车机的轨道与设备基础坑外的库内轨道相连接,双方应明确轨道的分断点,在施工时一般先铺设好库内轨道,并预留有一定余量,待安装地下式架车机时,再按需要切断。

3.4 与土建专业的接口

      地下式架车机制造商应提供基础的初步布置要求,土建专业应根据此要求设计基础坑,并考虑预留孔洞和线管。

4 接口管理工作的要点

      由前述可以看出,三大设备与车辆有着必不可少的接口。在工程的实际建设过程中,车辆的设计和工程施工图纸的设计很难保证时序统一,很难做到等车辆设计完毕、明确所有与三大设备的接口后再设计工程施工图纸。因此,三大设备与车辆的大部分接口可先根据车辆的总体技术条件确定,在车辆的设计过程中,再逐步确定如转向架尺寸、轴箱外形轮廓尺寸、架车点位置等细节问题。这样,既保证了接口的准确,又不影响工程施工的进度。

5 结语

      由于设备的类型多种多样,各个地铁公司对设备的功能要求也不尽相同,在《地铁设计规范》中也未明确定义这些设备的接口,故本文只能列举大部分最常见的接口,供地铁车辆段设计和建设人员参考。在建设过程中,还需要根据设备的实际情况理清所有接口,对技术接口进行科学、有效的管理,这对于保证工程项目的顺利实施、确保工程建设进度、防范工程风险和控制投资规模具有重要的意义。

 

参考文献

[1]董向阳.地铁建设中的技术接口管理[J].城市轨道交通研究, 2003,6(3):16-19

[2]王晓保,颜燕.城市轨道交通停车场洗车库内接触网设置研究[J].都市快轨交通,2004,17(4).

[3] GB 50157—2003地铁设计规范[S].北京:中国计划出版社,2003.

[4]广州市地下铁道总公司.广州市轨道交通4号线列车清洗机技术规格书[G].广州,2005.

[5]广州市地下铁道总公司.广州市轨道交通2号线不落轮镟床技术规格书[G].广州,2002.
[6]广州市地下铁道总公司.广州市轨道交通3号线地下式架车机技术规格书[G].广州,2003.