廣州地鐵4/5/6號線貫通道系統(tǒng)的應(yīng)用及優(yōu)化研究

黃 捷，李杭健

（廣州地鐵集團有限公司，廣東廣州 510000）

0 引言

廣州地鐵4/5/6號線采用的是直線電機地鐵車輛，以上線路類型均包含有地下段和高架段，線路具有轉(zhuǎn)彎半徑小、坡道坡度大等特點，因此，直線電機地鐵車輛貫通道系統(tǒng)功能設(shè)計要求滿足列車順利通過車輛段60 m、輔助線100 m、正線150 m最小平面曲線半徑的需要，其技術(shù)規(guī)格要求與傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)電機地鐵列車相比更為嚴(yán)格[1]。

自2005年廣州第一條直線電機地鐵線路開通運營以來，貫通道系統(tǒng)在運用過程中出現(xiàn)了較多故障問題，給車輛正線運營服務(wù)質(zhì)量帶來極大影響，也給車輛檢修帶來較大的壓力。本文將挑選故障率較高的典型問題進行分析，從材質(zhì)選型、結(jié)構(gòu)尺寸和維護策略等各方面，對貫通道提出相應(yīng)的優(yōu)化改進建議。

1 貫通道基本結(jié)構(gòu)與功能

貫通道主要功能是在兩節(jié)車之間形成一個可靠、安全、無阻礙的乘客通道，并能在列車的任何運行條件下均保證整列車的連接[2]，此外，還要具有良好的隔音、隔熱、密封性、低噪聲、耐磨損及阻燃性等，能很好地滿足車輛運動，使用壽命長，維護成本低，安全可靠[3]。

通道系統(tǒng)主要由折棚組成、護板組成、頂板組成、踏板組成、渡板組成、渡板支撐、護板支撐座組成、車鉤磨耗板組成以及踏板體等部分構(gòu)成[5]。如圖1所示。

圖1 貫通道構(gòu)成

2 運用故障情況統(tǒng)計

對地鐵4/5/6號線自開通運營至今，貫通道系統(tǒng)的主要故障類型和故障率進行統(tǒng)計，如圖2所示，貫通道系統(tǒng)故障率排占比排前三位的故障類型分別為異響問題、折棚老化破損問題、渡板損壞或塌陷問題，以上故障類型共占到了貫通道故障總數(shù)量的75.7%，屬于貫通道系統(tǒng)在運用中較為典型的故障問題。

圖2 貫通道系統(tǒng)主要故障類型和故障率比例統(tǒng)計

3 典型故障及優(yōu)化改進措施

3.1 貫通道異響

由于直線電機地鐵線路的曲線半徑小、坡道坡度大等特點，使貫通道系統(tǒng)在正常運行尤其是通過彎道或上下坡時，較容易出現(xiàn)因形變量過大或受力摩擦不合理而產(chǎn)生噪聲異響[4]，當(dāng)異響持續(xù)發(fā)生并超過乘客承受限度時，則會頻繁出現(xiàn)乘客投訴車輛服務(wù)質(zhì)量等問題，目前貫通道異響產(chǎn)生的原因主要有接觸磨耗件的材質(zhì)選型存在缺陷，以及連接部件的尺寸設(shè)計及制作存在偏差等所導(dǎo)致。

（1）針對貫通道接觸磨耗件的材質(zhì)選型存在缺陷產(chǎn)生的噪聲問題，根據(jù)滑動摩擦力f=μ·N原理公式（μ為摩擦系數(shù)，N為表面正壓力），可先通過采用摩擦系數(shù)更低的材質(zhì)來組成新摩擦副，例如頂板組件因摩擦副摩擦力過大產(chǎn)生噪聲問題，原摩擦副材質(zhì)為尼龍（聚酰胺）—不銹鋼，摩擦系數(shù)為0.34～0.37，可將邊頂板的磨耗條由尼龍更換為自粘式毛氈，摩擦系數(shù)降為0.18～0.21，此外，在連桿與中間護板軸套處增加蝶形墊圈，以增加連桿處頂板組件間的間隙，這樣既可降低摩擦面的正壓力，減少滑動摩擦力，也避免各板塊相互間的擠壓變形，有效消除了頂板組件之間滑動摩擦過大或機構(gòu)變形產(chǎn)生的異響噪音。如圖3、圖4所示。

（2）針對因連接部件的尺寸設(shè)計及制作存在偏差，導(dǎo)致部件異常碰撞或摩擦產(chǎn)生的噪聲問題，可根據(jù)實際運營情況對相關(guān)零部件的尺寸和結(jié)構(gòu)進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，如頂板組件因波浪條和連桿銷軸的尺寸異常導(dǎo)致其與頂板邊碰撞異響，可通過縮減波浪條安裝孔間距，進而縮減波浪彎曲后的高度，同時在連桿上增加尼龍材質(zhì)保護套，保護套端面為斜面，當(dāng)連桿銷軸發(fā)生運動側(cè)滾時，頂板將從保護套上順利滑過，最終使波浪條和連桿銷軸不再與邊頂板因運動異常干涉產(chǎn)生撞擊聲，如圖5、圖6所示。

圖3 頂板磨耗條由尼龍改為自粘式毛氈

圖4 側(cè)護板改造后的斷面示意圖

圖5 波浪條安裝孔位置和孔徑優(yōu)化

圖6 經(jīng)過改造后的波浪條位置效果圖

3.2 折棚老化破損

直線電機地鐵線路類型包含有高架段和地下段，貫通道折棚在運用中不僅需長期經(jīng)受線路外界環(huán)境的風(fēng)化腐蝕等考驗，且由于頻繁通過小曲線和大坡道，棚布彎弧位置褶皺嚴(yán)重，過曲線或坡道時，棚布的拉伸與壓縮不均勻，導(dǎo)致局部應(yīng)力加劇，使棚布極容易出現(xiàn)疲勞撕裂、老化破損等問題[6]。如圖7、圖8所示。

圖7 貫通道外層棚布彎弧處磨損

圖8 貫通道外棚布彎弧處開裂

針對對此類問題，可通過局部修復(fù)及換型改造方式解決，若折棚出現(xiàn)小面積破損，則采用冷補膠片進行修補，可以起到緩解破損加劇作用，但若開裂長度過大，由于車輛運行通過曲線時折蓬會頻繁伸縮磨損，一個月后基本會重新松脫，因此可結(jié)合檢修情況將側(cè)護板打開，根據(jù)現(xiàn)場折棚布損壞程度，對破損棚布進行局部更換處理，此外，為徹底解決該問題，可結(jié)合車輛架大修等大型作業(yè)將貫通道整體解編并從車體上拆卸下來，對外層棚布進行全部更換改造為高強度纖維復(fù)合橡膠材質(zhì)的彈性蒙皮布。同時，在后續(xù)的新購車的設(shè)計選型上采用更高強度、耐磨耐老化的進口彈性面料。

3.3 渡板塌陷

直線電機地鐵車輛每天運行線路的最小曲線半徑R=60 m，以及通過R60m-5m-R65m類型的S型曲線，其線路較為復(fù)雜，設(shè)備要求較高[7]。針對車輛通過以上路況期間，貫通道渡板發(fā)生的塌陷故障，分析其原因首先為渡板組件的結(jié)構(gòu)強度考慮不足，在列車經(jīng)過小曲線時，若踏板組件間的高度差超過0i 2 mm范圍，會導(dǎo)致渡板與踏板或車體地板之間形成運動干涉或相抗，最終使渡板發(fā)生斷裂塌陷。

為解決該問題，可根據(jù)實際運用情況，將2塊中間渡板結(jié)構(gòu)改為1塊整體的中間渡板，提高橫向剛度，將渡板整體加厚，提高垂向承載能力，此外，渡板材質(zhì)可選用耐蝕性、耐磨性和強度更優(yōu)的06Cr19Ni10高合金鋼，根據(jù)CJ/T353-2010和IEC 61373等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，運用ANSYS軟件建立模型，對優(yōu)化后的渡板組件進行有限元分析，

分析結(jié)果顯示最大拉壓應(yīng)力區(qū)域在支座下部和渡板兩端及中間支撐梁，均為60 MPa左右，最大應(yīng)力點在兩側(cè)小渡板的尖點處，有應(yīng)力集中現(xiàn)象，為190 MPa，但未超過06Cr19Ni10的屈服強度（205 MPa）。

此外，提高對踏板組件高度差的日常檢查頻率，嚴(yán)格控制高度差在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，對發(fā)現(xiàn)超差的及時進行調(diào)整處理，其中，若活動頁過高，則采用打磨的方式將踏板活動頁邊緣進行倒圓角處理，若活動頁過低，則通過增加調(diào)整墊片進行調(diào)整加高，如圖9所示。

圖9 通過增加調(diào)整墊片調(diào)整踏板活動頁高度

4 結(jié)語

直線電機地鐵車輛具有通過曲線半徑小、爬坡能力強等特點，線路類型包含地下段和高架段，因此，貫通道較容易出現(xiàn)因形變量過大、老化磨損，以及尺寸超標(biāo)等導(dǎo)致的車輛檢修維護難題，對運營造成了一定的影響。為保證運營安全，經(jīng)不斷探索研究及經(jīng)驗積累，通過以上一系列的改進措施，能有效解決貫通道系統(tǒng)在直線電機地鐵線路運營出現(xiàn)的典型故障，提高貫通道系統(tǒng)的運用安全性和可靠性，對于直線電機地鐵車輛的故障預(yù)防和日常維護具有一定的指導(dǎo)意義，也在一定程度上為以后新購列車的貫通道系統(tǒng)設(shè)計提供參考依據(jù)。

［1］朱士友.城市軌道交通大中運量直線電機車輛運用與檢修［M］.北京：中國勞動社會保障出版社，2009.

［2］朱士友，呂勁松.車輛檢修工［M］.北京：中國勞動社會保障出版社，2009.

［3］嚴(yán)雋耄，傅茂海.車輛工程［M］.北京：中國鐵道出版社，2008.

［4］龐紹煌，高偉.廣州地鐵4號線直線電機車輛［J］.都市快軌交通，2006，19（1）：77-79.

［5］中車青島四方機車車輛股份有限公司.廣州地鐵4號線直線電機車輛維修手冊［M］.青島：中車青島四方機車車輛股份有限公司，2003.

［6］中車青島四方機車車輛股份有限公司.廣州地鐵5號線直線電機車輛維修手冊［M］.青島：中車青島四方機車車輛股份有限公司，2008.

［7］中車青島四方機車車輛股份有限公司.廣州地鐵6號線直線電機車輛維修手冊［M］.青島：中車青島四方機車車輛股份有限公司，2010.