廣州地鐵4/5/6號線貫通道系統的應用及優化研究

黃 捷，李杭健

（廣州地鐵集團有限公司，廣東廣州 510000）

0 引言

廣州地鐵4/5/6號線采用的是直線電機地鐵車輛，以上線路類型均包含有地下段和高架段，線路具有轉彎半徑小、坡道坡度大等特點，因此，直線電機地鐵車輛貫通道系統功能設計要求滿足列車順利通過車輛段60 m、輔助線100 m、正線150 m最小平面曲線半徑的需要，其技術規格要求與傳統的旋轉電機地鐵列車相比更為嚴格[1]。

自2005年廣州第一條直線電機地鐵線路開通運營以來，貫通道系統在運用過程中出現了較多故障問題，給車輛正線運營服務質量帶來極大影響，也給車輛檢修帶來較大的壓力。本文將挑選故障率較高的典型問題進行分析，從材質選型、結構尺寸和維護策略等各方面，對貫通道提出相應的優化改進建議。

1 貫通道基本結構與功能

貫通道主要功能是在兩節車之間形成一個可靠、安全、無阻礙的乘客通道，并能在列車的任何運行條件下均保證整列車的連接[2]，此外，還要具有良好的隔音、隔熱、密封性、低噪聲、耐磨損及阻燃性等，能很好地滿足車輛運動，使用壽命長，維護成本低，安全可靠[3]。

通道系統主要由折棚組成、護板組成、頂板組成、踏板組成、渡板組成、渡板支撐、護板支撐座組成、車鉤磨耗板組成以及踏板體等部分構成[5]。如圖1所示。

圖1 貫通道構成

2 運用故障情況統計

對地鐵4/5/6號線自開通運營至今，貫通道系統的主要故障類型和故障率進行統計，如圖2所示，貫通道系統故障率排占比排前三位的故障類型分別為異響問題、折棚老化破損問題、渡板損壞或塌陷問題，以上故障類型共占到了貫通道故障總數量的75.7%，屬于貫通道系統在運用中較為典型的故障問題。

圖2 貫通道系統主要故障類型和故障率比例統計

3 典型故障及優化改進措施

3.1 貫通道異響

由于直線電機地鐵線路的曲線半徑小、坡道坡度大等特點，使貫通道系統在正常運行尤其是通過彎道或上下坡時，較容易出現因形變量過大或受力摩擦不合理而產生噪聲異響[4]，當異響持續發生并超過乘客承受限度時，則會頻繁出現乘客投訴車輛服務質量等問題，目前貫通道異響產生的原因主要有接觸磨耗件的材質選型存在缺陷，以及連接部件的尺寸設計及制作存在偏差等所導致。

（1）針對貫通道接觸磨耗件的材質選型存在缺陷產生的噪聲問題，根據滑動摩擦力f=μ·N原理公式（μ為摩擦系數，N為表面正壓力），可先通過采用摩擦系數更低的材質來組成新摩擦副，例如頂板組件因摩擦副摩擦力過大產生噪聲問題，原摩擦副材質為尼龍（聚酰胺）—不銹鋼，摩擦系數為0.34～0.37，可將邊頂板的磨耗條由尼龍更換為自粘式毛氈，摩擦系數降為0.18～0.21，此外，在連桿與中間護板軸套處增加蝶形墊圈，以增加連桿處頂板組件間的間隙，這樣既可降低摩擦面的正壓力，減少滑動摩擦力，也避免各板塊相互間的擠壓變形，有效消除了頂板組件之間滑動摩擦過大或機構變形產生的異響噪音。如圖3、圖4所示。

（2）針對因連接部件的尺寸設計及制作存在偏差，導致部件異常碰撞或摩擦產生的噪聲問題，可根據實際運營情況對相關零部件的尺寸和結構進行結構優化，如頂板組件因波浪條和連桿銷軸的尺寸異常導致其與頂板邊碰撞異響，可通過縮減波浪條安裝孔間距，進而縮減波浪彎曲后的高度，同時在連桿上增加尼龍材質保護套，保護套端面為斜面，當連桿銷軸發生運動側滾時，頂板將從保護套上順利滑過，最終使波浪條和連桿銷軸不再與邊頂板因運動異常干涉產生撞擊聲，如圖5、圖6所示。

圖3 頂板磨耗條由尼龍改為自粘式毛氈

圖4 側護板改造后的斷面示意圖

圖5 波浪條安裝孔位置和孔徑優化

圖6 經過改造后的波浪條位置效果圖

3.2 折棚老化破損

直線電機地鐵線路類型包含有高架段和地下段，貫通道折棚在運用中不僅需長期經受線路外界環境的風化腐蝕等考驗，且由于頻繁通過小曲線和大坡道，棚布彎弧位置褶皺嚴重，過曲線或坡道時，棚布的拉伸與壓縮不均勻，導致局部應力加劇，使棚布極容易出現疲勞撕裂、老化破損等問題[6]。如圖7、圖8所示。

圖7 貫通道外層棚布彎弧處磨損

圖8 貫通道外棚布彎弧處開裂

針對對此類問題，可通過局部修復及換型改造方式解決，若折棚出現小面積破損，則采用冷補膠片進行修補，可以起到緩解破損加劇作用，但若開裂長度過大，由于車輛運行通過曲線時折蓬會頻繁伸縮磨損，一個月后基本會重新松脫，因此可結合檢修情況將側護板打開，根據現場折棚布損壞程度，對破損棚布進行局部更換處理，此外，為徹底解決該問題，可結合車輛架大修等大型作業將貫通道整體解編并從車體上拆卸下來，對外層棚布進行全部更換改造為高強度纖維復合橡膠材質的彈性蒙皮布。同時，在后續的新購車的設計選型上采用更高強度、耐磨耐老化的進口彈性面料。

3.3 渡板塌陷

直線電機地鐵車輛每天運行線路的最小曲線半徑R=60 m，以及通過R60m-5m-R65m類型的S型曲線，其線路較為復雜，設備要求較高[7]。針對車輛通過以上路況期間，貫通道渡板發生的塌陷故障，分析其原因首先為渡板組件的結構強度考慮不足，在列車經過小曲線時，若踏板組件間的高度差超過0i 2 mm范圍，會導致渡板與踏板或車體地板之間形成運動干涉或相抗，最終使渡板發生斷裂塌陷。

為解決該問題，可根據實際運用情況，將2塊中間渡板結構改為1塊整體的中間渡板，提高橫向剛度，將渡板整體加厚，提高垂向承載能力，此外，渡板材質可選用耐蝕性、耐磨性和強度更優的06Cr19Ni10高合金鋼，根據CJ/T353-2010和IEC 61373等相關標準，運用ANSYS軟件建立模型，對優化后的渡板組件進行有限元分析，

分析結果顯示最大拉壓應力區域在支座下部和渡板兩端及中間支撐梁，均為60 MPa左右，最大應力點在兩側小渡板的尖點處，有應力集中現象，為190 MPa，但未超過06Cr19Ni10的屈服強度（205 MPa）。

此外，提高對踏板組件高度差的日常檢查頻率，嚴格控制高度差在標準范圍內，對發現超差的及時進行調整處理，其中，若活動頁過高，則采用打磨的方式將踏板活動頁邊緣進行倒圓角處理，若活動頁過低，則通過增加調整墊片進行調整加高，如圖9所示。

圖9 通過增加調整墊片調整踏板活動頁高度

4 結語

直線電機地鐵車輛具有通過曲線半徑小、爬坡能力強等特點，線路類型包含地下段和高架段，因此，貫通道較容易出現因形變量過大、老化磨損，以及尺寸超標等導致的車輛檢修維護難題，對運營造成了一定的影響。為保證運營安全，經不斷探索研究及經驗積累，通過以上一系列的改進措施，能有效解決貫通道系統在直線電機地鐵線路運營出現的典型故障，提高貫通道系統的運用安全性和可靠性，對于直線電機地鐵車輛的故障預防和日常維護具有一定的指導意義，也在一定程度上為以后新購列車的貫通道系統設計提供參考依據。

［1］朱士友.城市軌道交通大中運量直線電機車輛運用與檢修［M］.北京：中國勞動社會保障出版社，2009.

［2］朱士友，呂勁松.車輛檢修工［M］.北京：中國勞動社會保障出版社，2009.

［3］嚴雋耄，傅茂海.車輛工程［M］.北京：中國鐵道出版社，2008.

［4］龐紹煌，高偉.廣州地鐵4號線直線電機車輛［J］.都市快軌交通，2006，19（1）：77-79.

［5］中車青島四方機車車輛股份有限公司.廣州地鐵4號線直線電機車輛維修手冊［M］.青島：中車青島四方機車車輛股份有限公司，2003.

［6］中車青島四方機車車輛股份有限公司.廣州地鐵5號線直線電機車輛維修手冊［M］.青島：中車青島四方機車車輛股份有限公司，2008.

［7］中車青島四方機車車輛股份有限公司.廣州地鐵6號線直線電機車輛維修手冊［M］.青島：中車青島四方機車車輛股份有限公司，2010.