戴 斌

（廣州地鐵集團(tuán)有限公司，廣東廣州 510710）

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地鐵車輛直線電機(jī)下沉救援起升裝置研制

戴 斌

（廣州地鐵集團(tuán)有限公司，廣東廣州 510710）

摘 要：根據(jù)直線電機(jī)懸掛結(jié)構(gòu)及運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)，研制了適用于地鐵車輛直線電機(jī)下沉救援起升的專用裝置。利用該裝置，無需第三軌斷電，可在列車客室內(nèi)完成直線電機(jī)救援起升，填補(bǔ)了直線電機(jī)下沉救援設(shè)備的空白，提高了救援效率和安全性。

關(guān)鍵詞：地鐵車輛；直線電機(jī)；救援起升

廣州地鐵 4號(hào)線為國內(nèi)首條直線電機(jī)車輛線路，配屬 30 列 4 節(jié)編組全動(dòng)車，其后的 5號(hào)、6號(hào)線也采用直線電機(jī)車輛，5號(hào)線配屬 62 列 6 節(jié)編組全動(dòng)車，6號(hào)線一期投入 40 列 4 節(jié)編組全動(dòng)車。截至 2016 年1月，4號(hào)、5號(hào)、6號(hào)線共投入運(yùn)營直線電機(jī)列車 132 列計(jì) 652 輛。4號(hào)、5號(hào)、6號(hào)線電客車均采用裝在轉(zhuǎn)向架上的集電靴自第三軌受流，第三軌距線路中心線1510mm，每臺(tái)轉(zhuǎn)向架均設(shè) 1 臺(tái)直線電機(jī)，3 條線裝車運(yùn)營直線電機(jī)達(dá)1304 臺(tái)。

裝在轉(zhuǎn)向架上的直線電機(jī)相當(dāng)于電機(jī)的定子，裝在線路上的感應(yīng)板相當(dāng)于電機(jī)的轉(zhuǎn)子，為控制二者之間的氣隙，達(dá)到降低能耗和溫升的目的，4號(hào)、5號(hào)、6號(hào)線直線電機(jī)均采用軸懸，懸掛裝置中橡膠件剛度較大。列車在運(yùn)行過程中，因震動(dòng)、部件質(zhì)量等原因，可能出現(xiàn)直線電機(jī)吊桿、芯軸等吊掛裝置部件斷裂，會(huì)導(dǎo)致直線電機(jī)下沉，嚴(yán)重時(shí)會(huì)刮蹭感應(yīng)板，甚至與感應(yīng)板相抗。

當(dāng)發(fā)生直線電機(jī)與感應(yīng)板相抗時(shí)，會(huì)造成列車無法動(dòng)車，導(dǎo)致正線停運(yùn)，必須要實(shí)施正線救援，起升下沉的直線電機(jī)，才能出清線路，恢復(fù)運(yùn)營。

1　直線電機(jī)下沉救援傳統(tǒng)方法及其弊端

1.1傳統(tǒng)救援方法

（1）第三軌斷電，掛接地線，設(shè)置線路防護(hù)；

（2）搶險(xiǎn)救援人員下車底，用千斤頂頂升下沉電機(jī)，用鋼絲繩、帆布吊帶、卡碼等工具懸吊電機(jī)；

（3）車底現(xiàn)場(chǎng)人員和工器具出清；

（4）恢復(fù)第三軌送電；

（5）動(dòng)車出清線路。

1.2主要弊端

（1）流程繁復(fù)。救援過程包括斷電、車底作業(yè)和送電等，環(huán)節(jié)多，銜接和確認(rèn)點(diǎn)也相應(yīng)增多。

（2）人員需求多。需要下車底頂升電機(jī)，并完成電機(jī)的懸吊工作，至少需要 4 人車底作業(yè)。

（3）耗時(shí)長(zhǎng)。因流程繁復(fù)，救援完成需要耗時(shí)約60 min，導(dǎo)致正線運(yùn)營中斷時(shí)間過長(zhǎng)。

（4）風(fēng)險(xiǎn)大。一是需要與第三軌、車底電氣箱等設(shè)備近距離作業(yè)，存在觸電風(fēng)險(xiǎn)；二是在車底轉(zhuǎn)向架下狹窄空間作業(yè)，存在人員碰傷風(fēng)險(xiǎn)；三是直線電機(jī)運(yùn)營溫度達(dá)到 150℃以上，進(jìn)行電機(jī)抬升和懸吊作業(yè)時(shí)有人員燙傷風(fēng)險(xiǎn)；四是車底作業(yè)存在遺留工具影響運(yùn)營安全風(fēng)險(xiǎn)；五是作業(yè)銜接點(diǎn)較多存在誤操作風(fēng)險(xiǎn)。

如上所述，傳統(tǒng)的直線電機(jī)救援起升方法存在流程繁復(fù)、人員需求多、耗時(shí)長(zhǎng)、風(fēng)險(xiǎn)大等弊端。為提高直線電機(jī)下沉救援的效率，同時(shí)降低風(fēng)險(xiǎn)，在類似故障時(shí)能安全、快速完成救援，出清線路，恢復(fù)運(yùn)營，有必要研制一種高效安全的列車直線電機(jī)下沉救援起升裝置。

2　轉(zhuǎn)向架、電機(jī)懸掛

直線電機(jī)救援起升裝置的核心目的是抬升電機(jī)并保證車輛的曲線通過能力，因而其上端和下端受力點(diǎn)的選擇是設(shè)計(jì)的首要關(guān)鍵，而受力點(diǎn)的選擇取決于轉(zhuǎn)向架和直線電機(jī)懸掛結(jié)構(gòu)。

2.12種直線電機(jī)轉(zhuǎn)向架

直線電機(jī)車輛具有曲線通過能力強(qiáng)、爬坡能力強(qiáng)的特點(diǎn)。直線電機(jī)結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)有很大差異，相應(yīng)的轉(zhuǎn)向架要為直線電機(jī)做專門的設(shè)計(jì)。廣州地鐵投用的直線電機(jī)轉(zhuǎn)向架有 BM3000-LIM 型轉(zhuǎn)向架和 SDBLIM 型轉(zhuǎn)向架 2 種，二者在車體與轉(zhuǎn)向架連接方式、二系懸掛、軸箱、基礎(chǔ)制動(dòng)裝置、電機(jī)高度調(diào)整裝置等方面均有區(qū)別。

BM3000-LIM 型轉(zhuǎn)向架用于 4號(hào)、5號(hào)、6號(hào)線，采用帶中心銷的搖枕與車體連接，內(nèi)置軸箱同時(shí)作為直線電機(jī)支撐箱，采用軸端的軸盤制動(dòng)裝置和螺紋式的無級(jí)電機(jī)高度調(diào)整裝置；SDB-LIM 型轉(zhuǎn)向架用于 4號(hào)、5號(hào)線增購車，采用空簧和中央牽引裝置與車體連接，外置軸箱，內(nèi)置電機(jī)支撐箱，采用輪盤制動(dòng)裝置和墊片式的有級(jí)電機(jī)高度調(diào)整裝置。見圖 1、圖 2。

2.2電機(jī)懸掛方式

2.2.1BM3000-LIM 型轉(zhuǎn)向架電機(jī)懸掛方式

BM3000-LIM 型轉(zhuǎn)向架采用內(nèi)置軸箱，軸箱同時(shí)承擔(dān)直線電機(jī)支撐箱作用，每個(gè)轉(zhuǎn)向架裝備 1 臺(tái)直線電機(jī)，直線電機(jī)通過吊桿掛在懸掛梁上，懸掛梁橫跨輪對(duì)支撐在軸箱上，懸掛梁與軸箱的連接處設(shè)置有螺紋式的電機(jī)高度調(diào)整裝置，當(dāng)車輪磨耗時(shí)，在客室內(nèi)可以通過專用工具調(diào)整直線電機(jī)與感應(yīng)板之間的氣隙（圖 3 ）。

圖1　BM3000-LIM 型轉(zhuǎn)向架

圖2　SDB-LIM 型轉(zhuǎn)向架

圖3　BM3000-LIM 型轉(zhuǎn)向架直線電機(jī)懸掛方式

2.2.2SDB-LIM 型轉(zhuǎn)向架電機(jī)懸掛方式

SDB-LIM 型轉(zhuǎn)向架采用軸箱與直線電機(jī)支撐箱分體設(shè)計(jì)，車輪外側(cè)設(shè)置軸箱，車輪內(nèi)側(cè)設(shè)置電機(jī)支撐箱。電機(jī)吊掛方式與 BM3000-LIM 型轉(zhuǎn)向架基本相同，區(qū)別在于采用了墊片式的電機(jī)高度調(diào)整裝置，相應(yīng)的電機(jī)高度調(diào)整方法也不同（圖4）。

圖4　SDB-LIM 型轉(zhuǎn)向架直線電機(jī)懸掛方式

3　起升裝置技術(shù)要求

根據(jù)上述轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)和直線電機(jī)懸掛特點(diǎn)，結(jié)合救援高效、安全的實(shí)際需求，直線電機(jī)救援起升裝置需滿足以下技術(shù)要求：

（1）救援起升裝置必須使用方便快捷，用較少的人就可完成救援起升操作，操作過程簡(jiǎn)易，起升高度易于控制；

（2）救援起升裝置必須能承載 1 個(gè)電機(jī)以上的重量，各個(gè)著力點(diǎn)穩(wěn)定，運(yùn)行安全可靠；

（3）救援起升裝置必須支撐在轉(zhuǎn)向架上，與車體無牽連，使得直線電機(jī)救援起升后，車輛在小曲線軌道上運(yùn)行順暢，車體和轉(zhuǎn)向架功能不受限，被救援電機(jī)高度穩(wěn)定；

（4）救援起升裝置操作使用必須全程在客室內(nèi)完成，無需第三軌斷電下車底作業(yè)；

（5）救援起升裝置結(jié)構(gòu)要緊湊，各部件能在客室地板上的電機(jī)調(diào)整孔中穿過，作業(yè)人員能夠通過電機(jī)調(diào)整孔完成部件的安裝和調(diào)整等全部操作。

4　起升裝置設(shè)計(jì)及工作原理

如前所述，BM3000-LIM 型轉(zhuǎn)向架和 SDB-LIM 型轉(zhuǎn)向架二者在一系懸掛和二系懸掛的設(shè)計(jì)上均有較大差異。具體到與本次電機(jī)救援起升裝置研制相關(guān)的部件，主要是在電機(jī)高度調(diào)整裝置的結(jié)構(gòu)上有差異，前者為螺紋式的，后者為墊片式的，相應(yīng)的構(gòu)件結(jié)構(gòu)和調(diào)整、緊固方式也不同。因此，二者的直線電機(jī)救援起升裝置在上端著力部件的設(shè)計(jì)上有差異，以下以 BM3000-LIM 型轉(zhuǎn)向架為例展開介紹。

4.1起升裝置受力點(diǎn)選擇

4.1.1上端受力點(diǎn)選擇

考慮到列車過彎道時(shí)，車體與轉(zhuǎn)向架有回轉(zhuǎn)和垂向相對(duì)運(yùn)動(dòng)，電機(jī)起升上端受力點(diǎn)不宜設(shè)置在車體上。而轉(zhuǎn)向架構(gòu)架在一系簧以上，其與電機(jī)之間有垂向相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此，電機(jī)起升上端受力點(diǎn)同樣不宜設(shè)置在構(gòu)架上。綜合考慮轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)和直線電機(jī)懸掛方式，選擇將起升裝置上端受力點(diǎn)設(shè)置在電機(jī)懸掛梁上。

4.1.2下端受力點(diǎn)選擇

直線電機(jī)采用鋼制機(jī)體，為便于安裝吊桿下端穿銷，在機(jī)體上設(shè)置了工藝孔，選擇該工藝孔作為起升裝置下端受力點(diǎn)，無需新增夾持件的情況下即可滿足受力需求。

4.2起升裝置方案及構(gòu)件設(shè)計(jì)

綜合轉(zhuǎn)向架、電機(jī)高度調(diào)整裝置、懸掛梁和電機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)，選定用上端帶螺桿的吊鉤，利用螺紋副配合旋轉(zhuǎn)起升電機(jī)的設(shè)計(jì)方案，見圖 5。

圖5　起升裝置方案示意圖

起升裝置主要由固定夾具、活動(dòng)夾具、T 型螺桿和吊鉤等構(gòu)件組成。固定夾具利用懸掛梁上的電機(jī)調(diào)整螺桿定位，通過T型螺桿和配套的螺母，將固定夾具和活動(dòng)夾具夾持在懸掛梁上，與懸掛梁貼緊，夾具在救援中起定位和承載重量的作用，與懸掛梁為面接觸，使起升裝置穩(wěn)定可靠，吊鉤則起連接夾具和電機(jī)的作用。主要構(gòu)件設(shè)計(jì)見圖 6，其實(shí)物裝配見圖 7。

圖6　構(gòu)件設(shè)計(jì)示意圖

圖7　起升裝置構(gòu)件裝配圖

4.3起升裝置工作原理

如圖 5 所示，裝置上端為夾具（序號(hào) 4），夾具利用懸掛梁上的電機(jī)調(diào)整螺桿定位，夾持在懸掛梁上的上端受力點(diǎn)（序號(hào) 3）處，與懸掛梁貼緊，使起升裝置穩(wěn)定可靠，夾具在救援中起定位和承載重量的作用；裝置下部為吊鉤（序號(hào) 5），吊鉤下端為半圓鉤，鉤入下端受力點(diǎn)即電機(jī)機(jī)體工藝孔（序號(hào) 6）內(nèi)，吊鉤上端帶有外螺紋，穿過夾具上配套的孔，與螺母配合，吊鉤在救援中起連接夾具和電機(jī)、收緊提升電機(jī)的作用；起升時(shí)，旋緊與吊鉤上端配合的螺母（序號(hào) 4），通過螺紋副轉(zhuǎn)動(dòng)，收緊吊鉤（序號(hào) 5）將電機(jī)（序號(hào) 7）起升，達(dá)到救援的目的。所有操作均在客室內(nèi)通過客室地板上的電機(jī)調(diào)整孔進(jìn)行。

5　起升裝置驗(yàn)證試驗(yàn)

起升裝置制作完成后，開展了小半徑彎道驗(yàn)證試驗(yàn)，主要過程為：

（1）在檢修股道將直線電機(jī)吊桿與懸掛梁安裝螺栓松開 5～10mm 間隙，切除相應(yīng)車輛 VVVF 電源；

（2）安裝直線電機(jī)救援起升裝置，提升電機(jī)，使吊桿芯軸離開懸掛梁；

（3）動(dòng)車，列車通過半徑 65m 曲線段，觀察直線電機(jī)救援起升裝置、轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)、電機(jī)高度狀態(tài)。

驗(yàn)證試驗(yàn)表明，直線電機(jī)救援起升裝置能夠?qū)崿F(xiàn)直線電機(jī)提升并保持高度基本不變，列車能夠順利通過小半徑曲線段，提升工裝狀態(tài)正常，車體和轉(zhuǎn)向架功能不受到限制。

6　結(jié)論

（1）直線電機(jī)救援起升裝置經(jīng)過多次靜態(tài)和小曲線動(dòng)態(tài)驗(yàn)證試驗(yàn)，在 65m 小曲線等最惡劣情況下均能滿足直線電機(jī)下沉或傾斜情況下的救援需要，并已作為廣州地鐵直線電機(jī)線路車輛救援設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)配置；

（2）無需第三軌斷電，在客室內(nèi)就能完成電機(jī)起升，提高了車輛直線電機(jī)下沉救援的工作效率，使單個(gè)直線電機(jī)救援起升工作得以在 10min 內(nèi)完成，為縮短救援時(shí)間盡快恢復(fù)運(yùn)營提供了有力保障；

（3）裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)，采用絲桿螺母副設(shè)計(jì)，救援起升高度易于控制，自鎖性好，承載能力強(qiáng)，操作方便快捷，安全可靠；

（4）裝置采用懸掛梁支撐，與車體無牽連，保證了電機(jī)起升后，列車能在小曲線軌道上順暢行駛，順利進(jìn)入存車線或回廠，盡快出清線路，恢復(fù)運(yùn)營。

參考文獻(xiàn)

[1] 南車四方機(jī)車車輛股份有限公司. 廣州市軌道交通5號(hào)線直線電機(jī)車輛轉(zhuǎn)向架說明書[R]. 山東青島：南車四方機(jī)車車輛股份有限公司，2009.

[2] 廣州市軌道交通5號(hào)線增購直線電機(jī)車輛轉(zhuǎn)向架說明書[R]. 山東青島：南車四方機(jī)車車輛股份有限公司，2011.

[3] 朱士友，呂勁松. 車輛檢修工[M]. 北京：中國勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2009.

[4] 羅曦春，羅世輝. 直線電機(jī)地鐵車輛轉(zhuǎn)向架[J]. 電力機(jī)車與城軌車輛，2008（5）.

[5] 戴煥云. 直線電機(jī)轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)型式研究[J]. 內(nèi)燃機(jī)車，2008（12）.

[6] 張雄飛，李言義. 國產(chǎn)新型直線電機(jī)地鐵車輛轉(zhuǎn)向架[J]. 鐵路技術(shù)創(chuàng)新，2014（4）.

責(zé)任編輯 朱開明

Development of Lifting Device for Lifting and Rescue of Metro Vehicle Linear Motor

Dai Bin

Abstract:Based on the linear motor suspension structure and operational experience, a special device for the application of lifting the settlement and rescue of the linear motor for metro vehicles is developed. Using the device, there is no need to power off the third rail power supply, which can be lifted in the train compartment for linear motor rescue. This is a complete new equipment of the linear motor in rescue and lifting work, improving the rescue effi ciency and safety.

Keywords:metro vehicle, linear motor, rescue and lifting

中圖分類號(hào)：U262

作者簡(jiǎn)介：戴斌（1978—），男，工程師

收稿日期2016-02-25