地鐵車輛直線電機下沉救援起升裝置研制

戴 斌

（廣州地鐵集團有限公司，廣東廣州 510710）

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地鐵車輛直線電機下沉救援起升裝置研制

戴 斌

（廣州地鐵集團有限公司，廣東廣州 510710）

摘 要：根據直線電機懸掛結構及運營經驗，研制了適用于地鐵車輛直線電機下沉救援起升的專用裝置。利用該裝置，無需第三軌斷電，可在列車客室內完成直線電機救援起升，填補了直線電機下沉救援設備的空白，提高了救援效率和安全性。

關鍵詞：地鐵車輛；直線電機；救援起升

廣州地鐵 4號線為國內首條直線電機車輛線路，配屬 30 列 4 節編組全動車，其后的 5號、6號線也采用直線電機車輛，5號線配屬 62 列 6 節編組全動車，6號線一期投入 40 列 4 節編組全動車。截至 2016 年1月，4號、5號、6號線共投入運營直線電機列車 132 列計 652 輛。4號、5號、6號線電客車均采用裝在轉向架上的集電靴自第三軌受流，第三軌距線路中心線1510mm，每臺轉向架均設 1 臺直線電機，3 條線裝車運營直線電機達1304 臺。

裝在轉向架上的直線電機相當于電機的定子，裝在線路上的感應板相當于電機的轉子，為控制二者之間的氣隙，達到降低能耗和溫升的目的，4號、5號、6號線直線電機均采用軸懸，懸掛裝置中橡膠件剛度較大。列車在運行過程中，因震動、部件質量等原因，可能出現直線電機吊桿、芯軸等吊掛裝置部件斷裂，會導致直線電機下沉，嚴重時會刮蹭感應板，甚至與感應板相抗。

當發生直線電機與感應板相抗時，會造成列車無法動車，導致正線停運，必須要實施正線救援，起升下沉的直線電機，才能出清線路，恢復運營。

1　直線電機下沉救援傳統方法及其弊端

1.1傳統救援方法

（1）第三軌斷電，掛接地線，設置線路防護；

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

（3）車底現場人員和工器具出清；

（4）恢復第三軌送電；

（5）動車出清線路。

1.2主要弊端

（1）流程繁復。救援過程包括斷電、車底作業和送電等，環節多，銜接和確認點也相應增多。

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

（3）耗時長。因流程繁復，救援完成需要耗時約60 min，導致正線運營中斷時間過長。

（4）風險大。一是需要與第三軌、車底電氣箱等設備近距離作業，存在觸電風險；二是在車底轉向架下狹窄空間作業，存在人員碰傷風險；三是直線電機運營溫度達到 150℃以上，進行電機抬升和懸吊作業時有人員燙傷風險；四是車底作業存在遺留工具影響運營安全風險；五是作業銜接點較多存在誤操作風險。

如上所述，傳統的直線電機救援起升方法存在流程繁復、人員需求多、耗時長、風險大等弊端。為提高直線電機下沉救援的效率，同時降低風險，在類似故障時能安全、快速完成救援，出清線路，恢復運營，有必要研制一種高效安全的列車直線電機下沉救援起升裝置。

2　轉向架、電機懸掛

直線電機救援起升裝置的核心目的是抬升電機并保證車輛的曲線通過能力，因而其上端和下端受力點的選擇是設計的首要關鍵，而受力點的選擇取決于轉向架和直線電機懸掛結構。

2.12種直線電機轉向架

直線電機車輛具有曲線通過能力強、爬坡能力強的特點。直線電機結構與傳統旋轉電機有很大差異，相應的轉向架要為直線電機做專門的設計。廣州地鐵投用的直線電機轉向架有 BM3000-LIM 型轉向架和 SDBLIM 型轉向架 2 種，二者在車體與轉向架連接方式、二系懸掛、軸箱、基礎制動裝置、電機高度調整裝置等方面均有區別。

BM3000-LIM 型轉向架用于 4號、5號、6號線，采用帶中心銷的搖枕與車體連接，內置軸箱同時作為直線電機支撐箱，采用軸端的軸盤制動裝置和螺紋式的無級電機高度調整裝置；SDB-LIM 型轉向架用于 4號、5號線增購車，采用空簧和中央牽引裝置與車體連接，外置軸箱，內置電機支撐箱，采用輪盤制動裝置和墊片式的有級電機高度調整裝置。見圖 1、圖 2。

2.2電機懸掛方式

2.2.1BM3000-LIM 型轉向架電機懸掛方式

BM3000-LIM 型轉向架采用內置軸箱，軸箱同時承擔直線電機支撐箱作用，每個轉向架裝備 1 臺直線電機，直線電機通過吊桿掛在懸掛梁上，懸掛梁橫跨輪對支撐在軸箱上，懸掛梁與軸箱的連接處設置有螺紋式的電機高度調整裝置，當車輪磨耗時，在客室內可以通過專用工具調整直線電機與感應板之間的氣隙（圖 3 ）。

圖1　BM3000-LIM 型轉向架

圖2　SDB-LIM 型轉向架

圖3　BM3000-LIM 型轉向架直線電機懸掛方式

2.2.2SDB-LIM 型轉向架電機懸掛方式

SDB-LIM 型轉向架采用軸箱與直線電機支撐箱分體設計，車輪外側設置軸箱，車輪內側設置電機支撐箱。電機吊掛方式與 BM3000-LIM 型轉向架基本相同，區別在于采用了墊片式的電機高度調整裝置，相應的電機高度調整方法也不同（圖4）。

圖4　SDB-LIM 型轉向架直線電機懸掛方式

3　起升裝置技術要求

根據上述轉向架結構和直線電機懸掛特點，結合救援高效、安全的實際需求，直線電機救援起升裝置需滿足以下技術要求：

（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，操作過程簡易，起升高度易于控制；

（2）救援起升裝置必須能承載 1 個電機以上的重量，各個著力點穩定，運行安全可靠；

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

（4）救援起升裝置操作使用必須全程在客室內完成，無需第三軌斷電下車底作業；

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

4　起升裝置設計及工作原理

如前所述，BM3000-LIM 型轉向架和 SDB-LIM 型轉向架二者在一系懸掛和二系懸掛的設計上均有較大差異。具體到與本次電機救援起升裝置研制相關的部件，主要是在電機高度調整裝置的結構上有差異，前者為螺紋式的，后者為墊片式的，相應的構件結構和調整、緊固方式也不同。因此，二者的直線電機救援起升裝置在上端著力部件的設計上有差異，以下以 BM3000-LIM 型轉向架為例展開介紹。

4.1起升裝置受力點選擇

4.1.1上端受力點選擇

考慮到列車過彎道時，車體與轉向架有回轉和垂向相對運動，電機起升上端受力點不宜設置在車體上。而轉向架構架在一系簧以上，其與電機之間有垂向相對運動，因此，電機起升上端受力點同樣不宜設置在構架上。綜合考慮轉向架結構和直線電機懸掛方式，選擇將起升裝置上端受力點設置在電機懸掛梁上。

4.1.2下端受力點選擇

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

4.2起升裝置方案及構件設計

綜合轉向架、電機高度調整裝置、懸掛梁和電機機體結構，選定用上端帶螺桿的吊鉤，利用螺紋副配合旋轉起升電機的設計方案，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、活動夾具、T 型螺桿和吊鉤等構件組成。固定夾具利用懸掛梁上的電機調整螺桿定位，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，使起升裝置穩定可靠，吊鉤則起連接夾具和電機的作用。主要構件設計見圖 6，其實物裝配見圖 7。

圖6　構件設計示意圖

圖7　起升裝置構件裝配圖

4.3起升裝置工作原理

如圖 5 所示，裝置上端為夾具（序號 4），夾具利用懸掛梁上的電機調整螺桿定位，夾持在懸掛梁上的上端受力點（序號 3）處，與懸掛梁貼緊，使起升裝置穩定可靠，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 5），吊鉤下端為半圓鉤，鉤入下端受力點即電機機體工藝孔（序號 6）內，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、收緊提升電機的作用；起升時，旋緊與吊鉤上端配合的螺母（序號 4），通過螺紋副轉動，收緊吊鉤（序號 5）將電機（序號 7）起升，達到救援的目的。所有操作均在客室內通過客室地板上的電機調整孔進行。

5　起升裝置驗證試驗

起升裝置制作完成后，開展了小半徑彎道驗證試驗，主要過程為：

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

（2）安裝直線電機救援起升裝置，提升電機，使吊桿芯軸離開懸掛梁；

（3）動車，列車通過半徑 65m 曲線段，觀察直線電機救援起升裝置、轉向架系統、電機高度狀態。

驗證試驗表明，直線電機救援起升裝置能夠實現直線電機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，提升工裝狀態正常，車體和轉向架功能不受到限制。

6　結論

（1）直線電機救援起升裝置經過多次靜態和小曲線動態驗證試驗，在 65m 小曲線等最惡劣情況下均能滿足直線電機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線路車輛救援設備標準配置；

（2）無需第三軌斷電，在客室內就能完成電機起升，提高了車輛直線電機下沉救援的工作效率，使單個直線電機救援起升工作得以在 10min 內完成，為縮短救援時間盡快恢復運營提供了有力保障；

（3）裝置結構簡單，實用性強，采用絲桿螺母副設計，救援起升高度易于控制，自鎖性好，承載能力強，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，保證了電機起升后，列車能在小曲線軌道上順暢行駛，順利進入存車線或回廠，盡快出清線路，恢復運營。

參考文獻

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責任編輯 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：U262

作者簡介：戴斌（1978—），男，工程師

收稿日期2016-02-25