懸掛式單軌交通車輛檢修工藝及關鍵設備探討

薄海青

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300142)

1 懸掛式單軌交通系統概述

1.1 懸掛式單軌交通系統特點

懸掛式單軌交通系統在德國已經運營了20多年，其技術成熟，安全可靠。懸掛式單軌交通系統一般使用道路上部空間，設高架橋，故土地占用較少。大多數懸掛式單軌交通系統采用梁軌合一的軌道系統，車輛轉向架設走行輪、導向輪，并采用實心橡膠輪胎，可以適應急彎及大坡度，對復雜地形有較好的適應性，從而減少拆遷量。同時，懸掛式單軌交通系統建設工期較短，投資也小于地鐵系統。其主要特點如下。

(1)能有效利用城市空間

懸掛式單軌交通系統以高架結構為主，占地面積少，軌道梁寬度窄，占用空間小。

(2)運行安全

車輛轉向架上裝有走行輪和導向輪，走行機理與鋼輪鋼軌系統完全不同，在列車運行過程中，走行輪和導向輪始終在箱形軌道梁內部，因此充分保障了系統的運營安全。

(3)適應地形能力強

膠輪的粘著性能好，有利于加減速，適用于大坡道、站間距較短、小半徑曲線的線路上運行，可以適應急轉彎及大坡度，對復雜地形有較好的適用性，選線容易，從而可以減少拆遷量和施工期間對地面交通的影響。

(4)環境效應優越

車輛分設走行輪、導向輪，并采用實心膠輪，受力分散，走行噪聲低，距列車6.5 m處噪聲為65 dB。由于采用電力牽引，列車運行中無排氣污染，有利于保護城市環境;由于懸掛式單軌交通系統的軌道結構窄、梁柱細、對城市日照和景觀影響小;乘客在車上視野寬廣，眺望條件好，能起到游覽觀光的作用。

(5)施工簡便

軌道梁為箱形鋼結構，標準軌道梁便于工廠加工，現場拼裝，既保證了精度又便于施工，土建工程簡單，可以縮短建設工期。

1.2 懸掛式單軌交通系統軌道梁

懸掛式單軌交通系統軌道梁一般采用下面開口的鋼箱結構，車輛懸掛于橋梁下面，車輪支撐于開口的鋼箱內，電力、通信系統安裝在鋼箱內部;墩柱一般采用鋼管結構，單線地段為倒L形，雙線地段為Y形。懸掛式單軌交通系統示意如圖1所示。

圖1 懸掛式單軌交通系統示意

目前德國采用的軌道梁基本為38 m標準梁，結構內輪廓尺寸為1 100 mm×780 mm，允許最大撓度為2 cm。線路平面曲線、緩和曲線、豎曲線等變化因素均體現在軌道梁上，因此，采用工廠加工。軌道梁斷面如圖2所示。

圖2 軌道梁斷面(單位:mm)

懸掛式單軌交通系統一般采用站前折返，在站前設有單渡線，單開道岔相連。道岔轉換時間據觀察約3 s，道岔一年維修1次。道岔梁的形式比較單一，但構造復雜;道岔梁截面全部采用底部開口的箱形截面，箱梁的下翼緣兼做軌道，通過內部活動體的轉動，實現轉轍的功能。道岔軌道梁及其與墩柱的連接概況如圖3所示。

圖3 道岔梁仰視圖

1.3 懸掛式單軌交通系統車站

懸掛式單軌交通系統基本為高架線路，車站采用高架形式。車站設有自動售票系統，方便乘客售票。為保證乘客候車安全，車站設置安全門。經觀察屏蔽門和車輛門同時開關閉，時間約2 s即可完成。

列車運行中，橫向擺動幅度為6.5°，為保證列車進站安全，站臺邊緣需與車輛之間留有一定的空隙。在站臺邊緣設置寬30 cm的踏板，平時豎起，列車進站后踏板放下，僅與車輛留2 cm的空隙。同時，在站臺板下設置鎖定裝置，列車停穩后，將車輛固定住，保持車輛穩定和與站臺的距離。車輛鎖定裝置如圖4所示。

圖4 車輛鎖定裝置

1.4 懸掛式單軌交通車輛(圖5)

懸掛式單軌交通車輛與常見的地鐵鋼輪鋼軌車輛在結構和外形上有很大不同，它的車輛是懸掛在軌道梁下運行，每輛車有2個轉向架，每個轉向架有4個走行輪和8個導向輪。車輛靠走行輪支撐并在軌道梁上行走，車輛的導向輪沿在軌道梁內側面行走，保證了車輛的轉向和穩定。車輛的走行輪和導向輪均采用實心橡膠輪。

車輛的主要參數如下。

最高行駛速度:50 km/h;車輛長度:8 232 mm;車鉤中心距:9 200 mm;車輛寬度:2 244 mm;車輛高度:2 623 mm;車輛定距:5 890 mm。車輪(實心橡膠輪)直徑:540 mm;車門有效尺寸:1 350 mm×2 000 mm;司機室前端設緊急疏散門，寬度860 mm。

2 車輛檢修修程及檢修指標的確定

懸掛式單軌交通車輛是機電一體化的大型運用設備，包含大量部件的復雜動力設備，制定經濟合理、切實可行的車輛檢修周期，對確保車輛的安全運行、降低運營成本和延長車輛使用壽命有十分重要的意義。同時對車輛段的規模和工藝設計有較大影響。而車輛檢修制度則應根據車輛的技術條件、車輛供貨商的維修手冊、線路條件、地區環境、運營條件以及運用、檢修人員的技術水平和熟練程度、檢修設備的先進性和管理水平等多方面因素確定，并在實際運用中不斷調整和完善。

圖5 懸掛式單軌交通車輛簡圖(單位:mm)

2.1 影響車輛檢修周期的主要因素

車輛的檢修修程及其指標是確定檢修制度及檢修規模的基礎，主要取決于車輛的結構性能和質量、運行線路技術條件、車輛的使用環境條件、檢修人員的技術素質和經驗等。一般由車輛制造廠商提供基礎數據，而作為用戶一般要根據車輛的運用情況進行修訂，在確保行車安全的基礎上實現更高的經濟效益。

車輛的技術水平對車輛檢修制度的確定有著重要的影響，這主要體現在:對于不同技術水平的車輛，其修程及各修程對應的作業內容甚至檢修周期都會有所不同。懸掛式單軌交通車輛的重要部件基本上采用進口部件，因此車輛的檢修修程及其指標應結合國產化的具體水平來確定。除了車輛本身的因素外，在制定車輛檢修周期時還應考慮以下幾個重要因素。

(1)檢修工作人員的素質

檢修工作人員的素質優劣直接影響檢修質量與檢修周期，因此調動工人的積極性，提高工人的技術水平和操作技能，使作為車輛檢修制度主體的工人為車輛的檢修工作發揮其主觀能動性，以改善車輛的檢修質量，縮短檢修周期。

(2)車輛經濟使用壽命系數

車輛的經濟使用壽命系數是指車輛在一個大修修程內，其投入運用的時間與進行修理的時間之比。它實際上反映的是車輛的運用效率，比值越大，說明車輛在一個大修期內運營的時間越長，修理時間越短。

(3)故障出現的周期性

從地鐵車輛系統運營經驗看，車輛的故障出現是有一定規律的。即對于新車由于各系統運行尚不穩定，需要一段磨合期，這個階段小故障出現比較頻繁。至運營中期各系統已比較穩定，故障相對較少。而到了車輛各系統老化的時候，車輛故障再次出現高峰。對于不同質量的車輛這個周期長短不一，應在運用檢修過程中不斷摸索確定。這樣可以有針對性地進行車輛的維修，減少列車出現故障的可能性。

2.2 標準、規范規定

2.2.1 《城市軌道交通工程項目建設標準》(建標104—2008)

標準第六十八條規定:單軌車輛的檢修周期可按表1執行。

表1 單軌交通車輛檢修修程及指標

標準中單軌交通特指跨坐式單軌交通系統。

2.2.2 《跨坐式單軌交通設計規范》(GB50458—2008)

規范第22.2.2條規定:跨坐式單軌交通車輛檢修宜采用日常維修和定期檢修相結合的預防性檢修制度，并宜采用換件修。車輛的檢修修程及其指標在車輛制造廠商未制訂時，可按表2執行。

表2 跨坐式單軌交通車輛檢修修程及指標

2.3 懸掛式單軌交通車輛檢修修程及周期制訂

由于懸掛式單軌交通車輛結構有別于一般的城市軌道交通車輛，也不同于跨座式單軌交通車輛。懸掛式單軌交通車輛與城軌交通系統車輛最大區別主要是車體和轉向架。相對城軌交通系統車輛來說，懸掛式單軌交通車輛的車體尺寸相對小一些，其基本結構和材料基本相同。但是城市軌道交通車輛和跨座式單軌交通車輛安裝在轉向架上面，而懸掛式單軌交通車輛的車體則懸掛在轉向架下面，因此車輛轉向架(含懸吊結構)是懸掛式單軌交通車輛核心、關鍵技術。尤其是梁軌合一的軌道系統使得懸掛式車輛轉向架的結構獨特，比鋼輪轉向架復雜，制造工藝要求高。國內沒有先例，必須引進、消化、吸收國外轉向架的制造技術。

車輛引進和開發必須按照市場規律運作，以關鍵技術引進為龍頭，以國內企業為主導，通過市場換技術，推進技術引進和國產化工作。選擇合適的車輛生產廠和車輛配件生產廠家，通過工業化改造，生產出安全可靠、美觀大方、乘座舒適、維修方便、經濟合理并且國產化率達到70%以上的懸掛式單軌交通車輛是完全可行的。

綜上分析，建議懸掛式單軌交通車輛檢修采用日常維修和定期檢修相結合的預防性檢修制度，并宜采用換件修。車輛的檢修修程及其指標在車輛制造廠商不能提供時，建議按表3執行。

表3 建議的檢修修程及指標

各檢修修程作業內容如下。

全面檢修:系將車輛全部解體，架車、解體、檢修。主要對轉向架(含懸吊結構)等進行測量與整形，更換橡膠輪胎;對牽引電機、電器、電氣線路等部件全部進行分解、修理、調試和試驗，使其完全恢復技術性能;對車輛重新進行油漆標記;全面檢修應以配件互換為基礎;對重新組裝后的車輛進行靜、動態調試。

重點檢修:架車、基本解體、檢修。主要是對轉向架(含懸吊結構)、牽引電機、受電弓、制動系統、車鉤緩沖裝置、車門、各種電氣控制裝置等主要部件進行分解、檢查、修理、互換、調試、試驗，對儀器儀表進行校驗，對車體及其余部件的技術狀態進行檢查修理，更換橡膠輪胎及故障件并進行試驗，以保證車輛處于良好的運用技術狀態，重點檢修后應進行整列車輛的靜調、動調。

三月檢:主要是對轉向架、牽引電機及主要電器進行全面細部檢查，對重點部分如懸吊結構、走行部分、受流器、空調、電氣控制系統、牽引、制動等的部件進行檢查、修理、測試、更換損耗件，清洗空調空氣濾清器，根據需要進行蓄電池補充電。

列檢:對車輛的走行部分、牽引傳動系統、各種電氣裝置、制動控制裝置的狀態進行外觀檢查，更換損耗件，重點處理危及運行安全的故障，確保行車安全。

換輪:由于實心橡膠輪胎使用壽命大約8～10萬km，建議車輛走行10萬km或運行一年更換實心橡膠輪胎，實際運營時可結合線路條件、運營經驗進行調整。車輛換輪在檢修庫內進行，可與車輛的定期檢修相結合，利用定期檢修時更換實心橡膠輪胎。

3 懸掛式單軌交通車輛檢修工藝

車輛檢修工藝是指勞動者利用各種工藝、裝備和工器具等，對待修車輛進行解體、清洗(掃)、檢修、組裝、檢測和試運行的方法、技術和過程等，恢復車輛的性能。因此，各國技術水平不同，應用的車型不同，所采用的檢修工藝亦不同。

由于懸掛式單軌交通車輛的特殊走行機構以及特殊的軌道梁和道岔系統，使單軌車輛段在總平面布置和檢修工藝設計上與常規地鐵車輛段有較大的差異。根據懸掛式單軌交通車輛的特點，其檢修工藝也不同于一般城軌交通車輛的檢修工藝。主要檢修工藝流程:待修車輛首先進入清洗庫進行清潔后，用地面電源將車輛牽入設有車輛橫移裝置的臺位上，對車廂進行初步檢查后，通過車輛橫移裝置和地面電源將車輛移至相應的檢修線，進入專用檢修平臺對轉向架和車頂設備進行檢修。檢修好的車輛仍通過車輛橫移裝置和地面電源將車輛牽至測試線進行試驗。滿足技術要求后即可投入運營。

運用檢修工藝流程詳見圖6、圖7。

圖6 車輛運用工藝流程

圖7 車輛檢修工藝流程

4 車輛段主要檢修設施

4.1 車輛段基本設施

懸掛式單軌交通系統車輛段主要由檢修組合車庫、停車列檢庫、辦公生活綜合樓和綜合維修中心等組成。檢修組合車庫由吹掃庫、檢修主庫及邊跨、車體車間、轉向架車間、特種車庫、噴漆庫等組成。各建筑物之間由道路自然隔開，檢修、運用功能分區合理。

辦公、生活綜合樓內設有乘務員公寓、單身宿舍、食堂、浴室、培訓中心、生產辦公房屋(包括車輛段、機電、通號、供電、房建、工務等設施)。為了節約占地、減少單體建筑物，將設備車間、信號樓、變電所、物資總庫等布置在邊跨內。

車輛段內主要配置線路測試線、檢修庫線(包括全面檢修線、重點檢修線、臨修換輪線、解編線、靜調線等)、吹掃線、特種車存放線、停車列檢庫線、月檢線和洗車線等。

4.2 車輛段檢修設施

車輛段檢修組合車庫包括吹掃庫、檢修主庫及邊跨、車體車間、轉向架車間、特種車庫、噴漆庫等。重點介紹德國杜塞爾多夫機場線維修中心檢修車庫及其主要設備。

杜塞爾多夫機場線維修中心設測試線一條，長度350 m。檢修庫線三條，其中1條為貫通線，承擔車輛的清洗和解編任務;兩條庫內檢修線，承擔車輛的維修任務;1條盡頭庫線，負責特種車的存放和維護。維修中心配線詳見圖8。

圖8 維修中心配線

4.2.1 檢修車庫組合(圖9)

圖9 檢修車庫示意

維修中心設檢修組合車庫一座，主庫的長度滿足一次4輛車同時進庫檢修。主庫設3條檢修線，其中一條貫通線，承擔車輛的解編任務;同時庫前設有清洗設備，承擔車輛的清洗任務。另外兩線為盡頭線，承擔車輛的各級維修任務。其中一線還設有車體地面支承裝置，可承擔車輛的高級修程和車輛的組裝工作。庫內設有6.3 t和2×8 t起重機各一臺，還設有車輛橫移裝置和專用檢修平臺等設備。

工程設計時，依據系統線路走向及長度、運營交路、列車對數(含高峰小時和全日對數)、列車平均旅行速度、車輛的檢修周期及停時指標等資料進行工作量計算，根據工作量計算確定的檢修規模，調整檢修組合車庫的布置形式。

4.2.2 檢修庫主要設備

檢修主庫內設有起重機、車輛橫移裝置和專用檢修平臺等設備，重點介紹車輛橫移裝置和專用檢修平臺等設備。

(1)車輛橫移裝置(圖10、圖11)

車輛橫移裝置的作用將清洗后由貫通線進入檢修庫的車輛，解編后由橫移裝置依次送入相應的檢修線;反之將檢修后的車輛編組，由地面電源牽引出庫去測試線進行試驗。

車輛橫移裝置一次可以牽引兩輛車。

圖10 車輛橫移裝置正面

圖11 車輛橫移裝置側面

(2)檢修平臺

檢修庫內的檢修平臺為地面支撐的復合平臺，平臺上設有車輛走行軌;平臺上的車輛走行軌及部分平臺可以移動。平臺上還設有簡易起重機構，用于支撐車輛。

當車輛駛入平臺后，轉向架與平臺上簡易起重機構對位固定后，將車輛抬升4 mm，平臺移動部分向兩側移開，露出車頂設備，便于檢查維修。如圖12～圖16所示。

圖12 檢修平臺

圖13 檢修平臺平臺上部

圖14 檢修平臺下部

(3)車體地面支承裝置

車體地面支承裝置用于輔助全面檢修和重點檢修車輛的解體、組裝工作。待修車輛通過車輛橫移裝置將車輛移至全面檢修(或重點檢修)線，進入專用檢修平臺，轉向架與平臺上簡易起重機構對位固定后，將車輛抬升4 mm，推入車體地面支承裝置支承車體，分解車體與轉向架連接裝置。將車體和轉向架送至相應的車間檢修。修好組裝的車輛反向操作。

(4)地面電源

檢修庫由于車輛檢修和車輛移動的需要，檢修庫內無法引入軌道梁，必須設置地面電源供電。電源插座采用AC400V。如圖17所示。

圖15 檢修平臺起重設備抬升車輛

圖16 部分檢修平臺平移

圖17 地面電源插座

5 結語

懸掛式單軌交通系統也是城市軌道交通的一種。在德國已經運營了20多年，其技術成熟，安全可靠。一般采用高架橋，利用道路上部空間，故占地少。目前國內還沒有實際運用。通過分析懸掛式單軌交通車輛的特點，結合國內現行標準、規范和其他軌道交通的經驗，初步制定懸掛式單軌交通車輛的檢修周期及檢修停時指標;通過了解國外的實際運用情況，制定懸掛式單軌交通車輛的運用檢修工藝流程;重點介紹了車輛檢修工藝中配備車輛橫移裝置和專用檢修平臺等關鍵設備。解決了懸掛式單軌交通系統車輛段工藝設計的幾個關鍵問題。隨著懸掛式單軌交通系統的工程實施，還有許多諸如車輛段總平面布置、停車列檢庫的布置型式、清洗及吹掃工藝、救援方式等難題需要進一步深入研究和探討。

［1］北京城建設計研究總院.GB50157—2003 地鐵設計規范［S］.北京:中國計劃出版社，2003.

［2］中華人民共和國建設部，等.建標104—2008 城市軌道交通工程項目建設標準［S］.北京:中國計劃出版社，2008.

［3］上海市隧道工程軌道交通設計研究院，等.DGJ08—109—2004城市軌道交通設計規范［S］.上海:上海市建設管理委員會，2004.

［4］中華人民共和國建設部.GB50458—2008 跨座式單軌交通設計規范［S］.北京:中國建筑工業出版社，2008.

［5］薄海青.展望未來機車的維修模式［J］.鐵道標準設計，2010(7):117-121.

［6］張永貴.天津市區至濱海新區快速軌道交通工程車輛基地工藝設計，2006(1):94-99.

［7］劉永鋒.重慶輕軌較新線一期工程PC軌道梁結構設計［J］.鐵道標準設計，2003(12):74-77.