中低速磁浮列車運(yùn)用檢修關(guān)鍵工藝設(shè)備研究

李經(jīng)偉，龍建兵

（1.中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北武漢 430064；2.寧波市軌道交通集團(tuán)有限公司，浙江寧波 315000）

中低速磁浮列車運(yùn)用檢修關(guān)鍵工藝設(shè)備研究

李經(jīng)偉1，龍建兵2

（1.中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北武漢 430064；2.寧波市軌道交通集團(tuán)有限公司，浙江寧波 315000）

以國內(nèi)第一座磁浮車輛段的應(yīng)用為例，通過對中低速磁浮列車懸浮原理、構(gòu)造進(jìn)行分析，研究中低速磁浮列車的維修要點(diǎn)。并結(jié)合車輛維修要點(diǎn)，分析適用于磁浮列車運(yùn)用檢修的軌道橋、懸浮架拆裝小車、懸浮架綜合實(shí)驗(yàn)臺等關(guān)鍵工藝設(shè)備，為今后磁浮車輛段設(shè)備的設(shè)計(jì)提供有益參考。

中低速磁浮列車；檢修；工藝設(shè)備；軌道橋；懸浮架拆裝小車

1 中低速磁浮列車介紹

常導(dǎo)中低速磁浮軌道交通是一種新型的城市軌道交通制式，具有噪聲低、半徑小、爬坡能力強(qiáng)、運(yùn)行平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)，適合地形起伏較大、對環(huán)境要求高、中等客流的交通需求，是未來軌道交通系統(tǒng)的重要選擇之一。

磁浮列車采用 DC1 500V 側(cè)部受流接觸軌供電，車體兩側(cè)均設(shè)置受電靴，分別為正負(fù)極（圖1）。

與普通輪軌車輛相比，中低速磁浮列車主要區(qū)別在于走行部，即懸浮架，因此本節(jié)主要介紹懸浮架。

懸浮架相當(dāng)于輪軌車輛的轉(zhuǎn)向架，是實(shí)現(xiàn)列車懸浮、導(dǎo)向、牽引、制動的主要構(gòu)件，是磁浮車輛的核心部件。

1.1 懸浮架結(jié)構(gòu)

中低速磁浮列車每節(jié)車的懸浮架由 5 個(gè)懸浮模塊組成，每個(gè)懸浮模塊由左右 2 個(gè)子模塊組成，左右子模塊是采用螺栓、吊桿、關(guān)節(jié)軸承等連接而成的裝配結(jié)構(gòu)，通過 4 根抗側(cè)滾梁連接起來。懸浮模塊是直線電機(jī)、懸浮磁鐵、懸浮傳感器、空氣彈簧等部件的安裝基礎(chǔ)，是懸浮架承載結(jié)構(gòu)部件（圖2）。

1.2 懸浮架工作原理

軌道與懸浮架關(guān)系如圖3 所示。當(dāng)電磁鐵通電時(shí)，左右極板與F軌之間產(chǎn)生吸力，從而對列車產(chǎn)生懸浮力，推動列車懸浮升起。安裝在懸浮架上的懸浮傳感器能夠檢測電磁鐵與F軌之間間隙，并反饋到懸浮控制器，懸浮控制程序根據(jù)間隙調(diào)節(jié)輸出最合適的控制電流信號輸出懸浮力。

圖1 中低速磁浮列車

圖2 懸浮模塊結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 懸浮架與軌道關(guān)系圖

磁浮列車牽引力由安裝在懸浮架上的直線電機(jī)提供，F(xiàn) 軌表面的鋁板與直線感應(yīng)電機(jī)線圈產(chǎn)生電磁感應(yīng)，感應(yīng)磁場產(chǎn)生牽引力和電制動力，驅(qū)動列車前進(jìn)和制動。

2 中低速磁浮列車修程修制簡介

中低速磁浮列車的支撐與導(dǎo)向通過非接觸的電磁力實(shí)現(xiàn)，與輪軌無機(jī)械摩擦，這一特性使得其運(yùn)用維修模式和作業(yè)內(nèi)容較輪軌列車簡單，相對維修量小。

結(jié)合我國中低速磁浮列車的結(jié)構(gòu)特征、檢修工藝特點(diǎn)，并參考日本和韓國中低速磁浮列車修程修制和國內(nèi)外軌道交通維修體系，提出中低速磁浮列車的維修方式為：計(jì)劃預(yù)防修+狀態(tài)修，車輛實(shí)行日檢、周檢、月修、定修、架修、廠修 6 級修程。各級修程的主要檢修內(nèi)容如表1 所示。

從上面內(nèi)容中可以看出，磁浮列車與輪軌車輛的主要區(qū)別在于懸浮架，檢修的重點(diǎn)內(nèi)容也是懸浮架。因此，針對懸浮架的維護(hù)檢修設(shè)備是研究的重點(diǎn)。

表1 中低速磁浮列車各級修程檢修作業(yè)內(nèi)容

3 中低速磁浮列車運(yùn)用檢修關(guān)鍵工藝設(shè)備

地鐵列車的運(yùn)用檢修技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，磁浮列車檢修可以部分借鑒地鐵的成熟經(jīng)驗(yàn)，但因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)和走行原理不同，運(yùn)用檢修技術(shù)也有相當(dāng)大的差異，主要體現(xiàn)在懸浮架、懸浮控制器、直線電機(jī)等部件的檢修上。下面就幾個(gè)不同方面介紹中低速磁浮列車的關(guān)鍵工藝設(shè)備。

3.1 軌道橋

類似于地鐵車輛段中的軌道橋功能，磁浮列車在庫內(nèi)進(jìn)行檢修作業(yè)時(shí)，需到車輛底部進(jìn)行車輛走行部、車底電器的觀察和檢測。因此，軌道下方需要具備通透性和足夠的作業(yè)空間。參照地鐵軌道橋并結(jié)合磁浮軌道結(jié)構(gòu)的特殊性，設(shè)計(jì)出以下軌道橋形式，如圖4 所示。

圖4 軌道橋平剖視圖

軌道橋中 F 軌距地面標(biāo)高為 1 800 mm，鋼軌枕距離為 1 400 mm，每根鋼軌枕下設(shè) 2 根混凝土支撐柱，柱式支撐之間凈距為 600 mm，足以保證人員在軌面以下通行以及檢查作業(yè)，并在支撐柱合適位置設(shè)置照明及動力插座，長沙磁浮檢修庫中軌道橋如圖5 所示。

3.2 懸浮架拆裝小車

磁浮列車采用抱軌設(shè)計(jì)，懸浮架抱在 F 軌兩側(cè)，對于懸浮架的拆解維修非常麻煩。需要設(shè)計(jì)一種在不吊裝車體的情況下拆裝單個(gè)懸浮架的裝置。

懸浮架拆裝設(shè)備平時(shí)作為軌道的一部分，支撐車輛通行，懸浮架拆解作業(yè)時(shí)，需將待拆解懸浮架準(zhǔn)確停在拆裝設(shè)備上，將懸浮架上空氣簧與車體之間連接拆解后，拆裝設(shè)備的絲桿機(jī)構(gòu)將懸浮架下移，同時(shí)可通過自身小車將懸浮架由側(cè)向移出。

圖5 長沙磁浮車輛段檢修庫內(nèi)軌道橋

懸浮架拆裝設(shè)備主要由臺架、鎖閉裝置、升降裝置、走行裝置及 F 軌排等組成。懸浮架拆裝小車的結(jié)構(gòu)及參數(shù)如圖 6 和表 2 所示。

圖6 懸浮架拆裝小車

表2 懸浮架拆裝小車參數(shù)表

3.3 活動軌枕

磁浮列車的牽引逆變器、輔助逆變器等電器大部件位于車體的下方、2 個(gè)懸浮模塊之間。由于懸浮模塊的阻擋，這些大部件的維修不能像地鐵車輛一樣從側(cè)面進(jìn)行拆解，只能從車底進(jìn)行。但是由于庫內(nèi)軌道橋的特殊形式，鋼軌枕的縱向間距為 1 400 mm，凈間距約 1 200 mm，而車底電器部件最大尺寸為（L×D×H）1 450 mm×1 060 mm×635 mm，顯然不滿足拆裝空間要求，需設(shè)計(jì)一套活動軌枕機(jī)構(gòu)。

此機(jī)構(gòu)作為軌道結(jié)構(gòu)的一部分，由前后 4 個(gè)支座及 2 個(gè)絲杠固定鋼軌枕，保證日常車輛正常通行需要，拆裝時(shí)卸下支撐座降下絲杠，卸掉中間活動鋼軌枕與F 軌的連接，將絲桿機(jī)構(gòu)及鋼軌枕移出即可留出大設(shè)備的拆卸孔位。大部件拆裝工位的結(jié)構(gòu)如圖7 所示。

圖7 大部件拆裝工位

3.4 制動閘片及液壓輪檢修孔

車輛的機(jī)械制動采用液壓制動閘片，詳見圖3，因液壓制動閘片的一部分位于懸浮架內(nèi)側(cè)，不便于維修，需在軌道上制作特殊工藝孔，如圖8 所示。

圖8 閘片檢修孔

液壓輪作為車輛懸浮故障時(shí)的支撐裝置，保證車輛出現(xiàn)懸浮失效后，維持列車運(yùn)行到臨近的車站。支撐輪裝置具有耐磨、耐沖擊、耐腐蝕等性能要求。液壓輪的位置位于 F 軌內(nèi)側(cè)短柄處，維修存在困難，需要設(shè)置特殊工藝孔，工藝孔由 3 塊連接板和 8 個(gè)連接螺栓組成（圖9）。

圖9 液壓輪檢修孔

3.5 整車間隙檢測系統(tǒng)

中低速磁浮列車的懸浮間隙是保證車輛安全和穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素，是檢修測試中的一項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)，因此整車間隙檢測系統(tǒng)非常必要。

整車間隙檢測系統(tǒng)需安裝在車輛段檢修標(biāo)準(zhǔn)零軌軌道上，由傳感器測量系統(tǒng)（激光位移傳感器、微光測微計(jì)）、傳感器驅(qū)動機(jī)構(gòu)、傳感器升起機(jī)構(gòu)、測量控制系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等部分組成。用于磁浮車輛走行部檢修完工后，對電機(jī)氣隙和電磁鐵氣隙進(jìn)行檢測，或?qū)Υ鸥≤囕v出廠前的電機(jī)氣隙和電磁鐵氣隙進(jìn)行質(zhì)量檢測。

圖10 整車間隙檢測系統(tǒng)

3.5.1 主要技術(shù)參數(shù)

（1）直線電機(jī)氣隙。直線電機(jī)下極面與 F 軌鋁反應(yīng)板之間在垂向（Z 向）的最小間隙，測量電機(jī)長度范圍內(nèi)（X 向，線路縱向）該間隙的變化情況。綜合測量誤差不大于 0.3 mm。

（2）電磁鐵氣隙。電磁鐵磁極面與F軌磁極面之間在垂向（Z 向）的最小間隙，測量電磁鐵長度范圍內(nèi)（X 向，線路縱向）該間隙的變化情況。綜合測量誤差不大于 0.3 mm。

（3）電磁鐵橫向距離。電磁鐵外極板面到軌道中心線之間的橫向（Y向，線路橫向）距離。綜合測量誤差不大于 0.3 mm。

3.5.2 設(shè)備功能

（1）測量磁浮車輛落車和靜浮時(shí)，電機(jī)極面到鋁反應(yīng)板之間的最小間隙。

（2）測量磁浮車輛落車和靜浮時(shí)，電磁鐵極面到F軌極面之間的最小間隙。

（3）測量磁浮車輛落車時(shí)，電磁鐵相對于軌道的橫向距離。

3.6 懸浮系統(tǒng)綜合試驗(yàn)臺

懸浮系統(tǒng)綜合試驗(yàn)臺是對中低速磁浮列車懸浮控制器和傳感器的故障診斷、維修以及動態(tài)性能測試的專用裝備，主要由以下單元組成：磁浮軌道、單轉(zhuǎn)向架懸浮系統(tǒng)、二次懸掛系統(tǒng)、鋼架、輔助電源、地面風(fēng)機(jī)、故障檢測定位儀、懸浮控制器、懸浮傳感器（圖11）。懸浮控制器是磁浮交通系統(tǒng)中的核心控制部件，在懸浮控制器和傳感器裝配到車輛前或使用了一段時(shí)間后都需要進(jìn)行完整的故障隱患檢測和動態(tài)性能測試，以保障車輛懸浮系統(tǒng)的安全性和可靠性。懸浮系統(tǒng)綜合試驗(yàn)臺參數(shù)如表3所示，具備以下功能。

圖11 懸浮系統(tǒng)綜合試驗(yàn)臺

表3 懸浮系統(tǒng)綜合試驗(yàn)臺參數(shù)表

（1）實(shí)現(xiàn)懸浮小計(jì)算機(jī)箱的故障診斷和維護(hù)。

（2）實(shí)現(xiàn)懸浮大控制機(jī)箱的故障診斷和維護(hù)。

（3）實(shí)現(xiàn)懸浮控制器的動態(tài)性能測試。

（4）實(shí)現(xiàn)懸浮控制器的溫升測試和電磁兼容測試。

（5）實(shí)現(xiàn)懸浮傳感器的故障診斷和故障定位。

可以看出，軌道橋方便檢修工人在車體下作業(yè)；懸浮架拆裝小車和活動軌方便懸浮架及車體部件拆解；制動夾鉗及液壓輪設(shè)置檢修工藝孔方便檢修作業(yè)；整車間隙檢測系統(tǒng)及懸浮系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)臺用于車輛和懸浮系統(tǒng)綜合測試。以上設(shè)備均屬于針對磁浮車輛特殊研制的工裝，能保證中低速磁浮列車檢修的安全、方便、準(zhǔn)確。

4 小結(jié)

中低速磁浮列車具有轉(zhuǎn)彎半徑小、噪音低、磨耗低等優(yōu)點(diǎn)，且我國擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，在長沙磁浮工程中首次投入商業(yè)運(yùn)營，關(guān)于中低速磁浮車輛的運(yùn)用檢修仍在研究探索中。運(yùn)用檢修工藝設(shè)備對保障中低速磁浮車輛安全運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用，本文介紹了中低速磁浮列車目前已研制使用的部分關(guān)鍵檢修工藝設(shè)備，隨著中低速磁浮系統(tǒng)應(yīng)用逐漸成熟，可結(jié)合運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)，研制更多適用于中低速磁浮車輛檢修的工藝設(shè)備。

［1］ 彭奇彪，羅華軍，佟來生，等.中低速磁浮車輛懸浮架的技術(shù)特征［J］.電力機(jī)車與城軌車輛，2012，35 （6）：7-11.

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［4］ 中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.中低速磁浮車輛修程修制研究報(bào)告［R］.湖北武漢：中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2015.

［5］ 中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.中低速磁浮列車檢修關(guān)鍵技術(shù)研究報(bào)告 ［R］.湖北武漢：中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2015.

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責(zé)任編輯 凌晨

Study on Key Maintenance Equipment for Mid and Low Speed Maglev Train

Li Jingwei， Long Jianbing

Taking the fi rst maglev train depot in China for an example the paper studies the main features of maintenance for mid and low-speed maglev train through analyzing the principle and structure.Based on the main factors of train maintenance， it explores the key maintenance equipment for mid and low-speed maglev train， including track bridge，dismantling and assembly trolley with suspension frame and integrated test bench， providing references for the design of equipment for future mid and low speed maglev train.

mid and low-speed maglev train， maintenance，technical equipment， track bridge， dismantling and assembly trolley with suspension frame

U237

李經(jīng)偉（1985—），男，高級工程師

2015-10-19