城市軌道交通直線電機車輛段設計與研究

肖鋒

（廣州地鐵設計研究院有限公司，廣東 廣州510010）

城市軌道交通直線電機車輛段設計與研究

肖鋒

（廣州地鐵設計研究院有限公司，廣東 廣州510010）

通過對直線電機車輛技術特點的分析，研究直線電機車輛的檢修俢程，制訂了適用的線路和道岔設計標準，減少了車輛段的占地面積，并特別提出直線電機車輛段設計需重點關注的問題，為今后國內軌道交通直線電機車輛段的設計提供了指導。

直線電機；車輛段；設計；研究

車輛段作為軌道交通線路的維修和后勤保障基地，對維持軌道交通線路的正常運營是必不可少的。然而，車輛段占地面積大，在城市建設用地日益緊張的今天，建設的代價和難度也非常大。如何在保證車輛段使用功能的前提下，研究減小車輛段的占地面積，對軌道交通線網的建設具有極大的社會經濟效益。

廣州市軌道交通4，5號線采用直線電機（linear inductionmotor）系統，牽引驅動方式及運營控制模式均同國內現有的城市軌道交通系統有較大差別。國內沒有直線電機系統的相關設計、施工、運營經驗，給設計帶來了許多新的挑戰。為了確保廣州市軌道交通4，5號線運用直線電機成功，并盡量減少車輛段用地，需對直線電機車輛段的主要功能和布局進行研究，為4，5號線工程的建設、運營以及今后采用直線電機系統的軌道交通線路提供重要的指導。

1 直線電機車輛的檢修修程研究

目前日本國內各城市已經投入運營的使用直線電機車輛的地鐵線路有七十多公里，在車輛檢修制度上積累了比較豐富的經驗，其車輛的檢修修程如表1。

表1 日本直線電機車輛檢修修程Tab.1 Maintenance process of linear inductionmotor vehicle in Japan

馬來西亞PUTRALRT線車輛的修程和檢修作業內容如表2所示。

表2 馬來西亞PUTRALRT車輛檢修修程Tab.2 Maintenance process of linear inductionmotor vehicle in Malaysia PUTRALRT

從表1、表2可以看出，直線電機車輛的檢修周期和檢修內容都與傳統的旋轉電機車輛有不小的差異。根據廣州市軌道交通工程直線電機車輛選型的總體技術特征，并參考國外直線電機車輛的運用檢修經驗，廣州地鐵直線電機車輛檢修的修程確定為大修、架修、定修、三月檢和六日檢。車輛的檢修指標如表3。

表3 廣州地鐵直線電機車輛檢修修程Tab.3 Maintenance process of linear inductionmotor vehicle in Guangzhou Metro

2 直線電機車輛段設計應重點關注的問題

2.1 關于直線電機車輛的檢修修程

同傳統的旋轉電機車輛相比，4號線采用的直線電機車輛的大修、架修及定修周期分別延長了40×104，20×104km和8×104km，同時，建議取消了列檢作業而代之以六日檢。檢修周期的延長，減少了車輛段的設計規模，節約了用地，也大大減少了運營期間的檢修工作量。

2.2 關于車輛段采用接觸軌

直線電機車輛普遍采用第三軌供電，集電靴受電的方式，同時也可以采用接觸網供電的方式。對直線電機車輛段，段內的供電方式也有兩種：目前國外直線電機采用的是DC750V的供電電壓，段內的供電方式與正線一樣是第三軌供電；廣州地鐵4號線采用的是DC1500V的供電電壓，為保障段內作業人員的安全，在正線采用第三軌供電，而在車輛段內采用架空接觸網供電。

由于4號線的直線電機車輛在正線采用集電靴取流，在車輛段內采用受電弓取流。因此，車輛在出入段時存在“網軌轉換”，在車輛段的工程設計中要考慮在出入段線的適當位置設置網軌轉換段，而在運營過程當中車輛在網軌轉換段需停車，進行網軌轉換。同時，由于4號線直線電機車輛既裝有集電靴，又裝有受電弓，為對車輛的性能進行全面試驗，在車輛段的試車線上必須同時設置接觸網和接觸軌。

2.3 關于直線電機的氣隙檢測、調整和裝卸

1）LIM氣隙的檢測。為了提高直線電機的效率，同時為了避免車輛運行中定子與轉子之間相互碰撞，運營過程中必須對直線電機的氣隙進行嚴密地檢測和管理。一方面要對鋪設在軌道上的感應板狀態進行監測，另一方面還要對安裝在車輛上的LIM進行監測。影響氣隙大小的因素及限制值見表 4，直線電機與感應板的氣隙標準見表 5。

表4 影響氣隙大小的因素及限制值Tab.4 Factors influencing the size of air gap and their lim iting values

表5 直線電機與感應板的氣隙標準Tab.5 Air gap standard of linear inductionmotor and induction plate

目前，國外是通過在20%車輛上安裝間隙傳感器來檢測全線的感應板與LIM之間的間隙，通過判斷間隙值的縮小或增大來確認全線鋪設的感應板有無異常。20%列車記錄的“氣隙異常+地點距離”這兩種信息，能確定正線中檢測到的感應板氣隙有異常的地方。在目視無法判明異常狀況時，在當日運營完后使用軌道檢測車對地面上的感應板實施詳細的檢測。車輛上LIM狀態的監測，一般是通過設在停車庫入口處的地面傳感器來實現，通過激光和感應器測定的數據被傳送到檢查機器室，如發現相關參數超過允許值，須根據其警報指令再次檢查。因此，我們建議在六日檢庫、三月檢庫的出庫端以及出入段線的適當位置設置氣隙檢測裝置。

2）LIM氣隙的調整。由于車輪的磨損和鏇削以及軌道的磨損，LIM氣隙會超過規定的范圍，因此必須經常調整。根據日本和加拿大的經驗，車輪磨損和鏇削后，應調整LIM的懸掛高度；軌道磨損后，需調整感應板的安裝高度，使LIM氣隙維持在規定范圍內。因此車輛段設計時必須考慮調整LIM懸掛高度的方法、所需設備與地點。

為方便列車直線電機高度的調整，應在定修修程以下的檢修線上布置一臺直線電機升降平臺；臨修線上布置一臺直線電機升降平臺；轉向架檢修間布置一臺直線電機升降平臺。如果列車數量較少，可考慮通過調車來滿足直線電機高度調整的需要。

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3）LIM的安裝與拆卸。由于LIM安裝在轉向架車軸的下方，傳統的吊車和架車機都不能直接使用。在車輛段設計時，必須考慮LIM的裝拆方法，所需設備及設備安裝地點。

2.4 檢查線上感應板與地溝的設置

1）感應板的鋪設。為使列車在檢查線可以利用自身動力運行，需在靜調線、定修線、三月檢線、六日檢線的上方設架空接觸網，在檢查線的地溝中央布置感應板，感應板的設置原則如下：

①感應板的長度應滿足列車能正常啟動且最大限度減小對檢修作業的影響；②保證任何時刻總有1輛車有1個直線電機全部在感應板上；③考慮列車的停車誤差，適當加長感應板。

在設置感應板的時候應特別注意它的位置：如果是4輛編組列車，感應板應設置在對應于第2輛車或第3輛車的位置；如果是6輛編組列車，感應板應設置在對應于第1輛車和第4輛車的位置。在進行檢查線地溝設計時，應仔細考慮感應板的安裝方法，保證檢修人員在整個地溝內能通行。

2）檢查坑的寬度和深度。由于車輛地板高度比旋轉電機車輛低，而且LIM下表面距軌面只有25mm，因此檢修地溝應加深。在車輛段設計時，應根據各股道的檢修內容，合理決定地溝深度。對定修列位宜設通長寬型檢查坑，股道外側坑深宜為1.3m，坑寬不宜小于車輛寬度加1.0m。而對定修、臨修、三月檢線的股道內側坑深宜為1.5～1.7m。

3 直線電機車輛段設計及應用情況

廣州地鐵4號線新造車輛段作為國內第1個直線電機車輛段，車輛段的設計采用5號道岔和65m曲線半徑，其占地面積與采用7號道岔和150m曲線半徑的情況相比，占地面積節省了28%。目前，廣州地鐵4號線車輛段已經建成并投入運營，從使用情況來看，4號線車輛段能夠滿足直線電機車輛的停放、保養及檢修等運行要求，保證了我國首條直線電機地鐵線路的成功運營。

廣州地鐵5號線車輛段作為廣州地鐵直線電機車輛的大、架修基地，借鑒了4號線車輛段的成功經驗，其設計充分吸收了4號線的設計經驗和研究成果。5號線車輛段的設計也采用了5號道岔和65m曲線半徑，其占地面積為25.7hm2，與采用7號道岔和150m曲線半徑的情況相比，占地面積節省了21%，有效地突出了直線電機系統的技術優勢，為地鐵新技術的發展樹立了良好的榜樣。

4 主要技術創新點

1）提出了在直線電機車輛段采用5號道岔和65m小半徑曲線的可行性。目前，5號道岔及65m的曲線半徑已經應用于廣州地鐵4號線和5號線直線電機車輛段的設計中，使車輛段的布置更加緊湊，大大縮小了用地面積。

2）根據日本直線電機車輛的檢修經驗，并結合我國地鐵車輛檢修的實際情況，提出了適合廣州地鐵直線電機車輛的檢修修程。

在廣州地鐵4，5號線車輛段的設計中，將直線電機車輛的檢修修程確定為大修、架修、定修、三月檢、六日檢等5個級別，其中大修周期為160×104km，架修周期為80×104km，定修周期為20×104km，比傳統電機的大修、架修及定修周期分別延長了40×104，20×104km和8×104km，大大減少了檢修工作量，也減少了大、架、定修的設計臺位，從而相應縮減了車輛段的規模。

3）研究提出了直線電機車輛的檢修作業內容，為直線電機車輛段的工藝設計和檢修設施的配備提供了依據。

4）提出了車輛段內設置網軌轉換段的概念和具體布置要求。

廣州地鐵4號線部分線路為高架線，考慮高架線路的景觀影響，車輛在正線采用第三軌供電形式；而對于車輛段，鋪設于地面的第三軌對段內的作業人員會形成較大的安全隱患，因此，車輛段采用架空接觸網的形式。網軌轉換段的提出，解決了車輛出段上正線或離開正線入段時第三軌與架空接觸網的轉換問題。網軌轉換段設置于車輛段出入段線上，長度為一列車長加安全距離，其線路坡度一般不大于15‰，并可與信號轉換段合并設置。

5）針對直線電機車輛的檢修特點，研究提出了直線電機車輛段設計需重點關注的問題，同時提出了檢修設備配置標準和具體清單，為直線車輛段的設計作出指導。

5 效益分析

5.1 經濟效益

1）節省工程造價。根據上述4，5號線車輛段采用5號道岔和65m半徑曲線與采用7號道岔和150m半徑曲線的對比分析，直線電機車輛段采用5號道岔和65m半徑曲線與傳統旋轉電機車輛段相比，其占地面積節省21%～28%。

同時，通過國內外的廣泛調研和分析研究，提出了直線電機車輛的合理檢修修程，延長了檢修周期，大修、架修和定修的檢修周期與傳統旋轉電機車輛相比延長了33%、33%和67%，大大減少了檢修工作量和大、架、定修的設計臺位，節省了車輛段的占地面積。因此，直線電機車輛段可大大節省工程初期投資。

2）降低運營檢修成本。由于直線電機車輛采用合理的檢修修程，檢修周期較傳統旋轉電機車輛延長了三分之一以上，使檢修工作量大為減少，節省了運營檢修成本。

同時，直線電機車輛由于沒有復雜的機械傳動機構，維修工作量相應減少，也減少了檢修設備和維修人員的配置，可相應地節省運營檢修成本。

5.2 社會效益

車輛段需要巨額的投資和占用大量的土地資源，使之成為城市軌道交通建設中的重點和難點。因此，在車輛段的規劃和設計中，作為一種大型的土地和技術資源，必須予以合理配置，以實現在滿足功能要求的前提下，最大程度節約社會資源。

以4號線新造車輛段和5號線魚珠車輛段為例，直線電機車輛段采用5號道岔和65m曲線半徑，與傳統旋轉電機車輛采用7號道岔和150m曲線半徑相比，4號線新造車輛段可節省土地4.6hm2，5號線魚珠車輛段可節省土地5.3hm2，大大節省了寶貴的土地資源。同時，節省的土地資源如用于商業開發，可為政府創造極為可觀的財政收入。

6 結論

通過對直線電機車輛的技術特點分析，直線電機車輛段的設計延長了車輛的檢修周期，減少了檢修工作量，從而相應縮減了車輛段的設計規模；同時，直線電機車輛段采用5號道岔和65m曲線半徑，使車輛段的布置更加緊湊，大大縮小了用地面積，具有良好的經濟效益和社會效益。另外，與傳統旋轉電機車輛段相比，直線電機車輛段設計需重點關注弓網轉換、氣隙檢測、檢查坑內感應板的布置等問題。通過廣州地鐵4號線、5號線直線電機車輛段的成功設計、施工以及運營，實踐證明上述研究成果是合理可行的，其所采用的設計標準具有非常大的推廣和應用空間，將為今后廣州和國內軌道交通線路采用直線電機車輛的車輛段的設計提供具體、實用的技術參考和指導。

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Research on Linear Induction Motor Vehicle Base in Urban Rail Transit

Xiao Feng
（Guangzhou Metro Design&Research Institute Co.，Ltd.，Guangzhou 510010,China）

Through the analysis of technical characteristics of the linear inductionmotor vehicle,this paper studied themaintenance process in linear inductionmotor vehicle and set standards for the design of lines and turnouts,whichmay reduce the area of vehicle base.This paper also put forward the problems that need to be paid attention to in the design of linear inductionmotor vehicle base,providing guidance for the design of future domestic linear inductionmotor vehicle base in urban rail transit.

linear inductionmotor；vehicle base；design；research

1005-0523（2017）05-0029-06

U260

A

2017－06－01

肖鋒（1970—），男，高級工程師，工學學士，研究方向為軌道交通。

（責任編輯 劉棉玲）