列車自動清洗機運行結構與原理

黃婕

摘 要：列車自動清洗機（簡稱洗車機）適用于清洗地鐵列車外表面的灰塵、油污及其它污漬。通過水、洗滌劑及清洗刷的作用自動清洗列車的兩側、端部，包括車門和車窗玻璃。列車自動清洗機由刷洗系統、電控系統、監控系統、水供給系統、洗滌劑供給系統、水循環系統等組成。采用列車自行牽引、以3-5km/h的速度通過清洗線完成洗刷的形式，自動進行列車兩側及端部的刷洗和沖洗工作。清洗后車體外表面無灰塵、泥土和其它附著物。

關鍵詞：自動化;列車自動清洗機;PROFIBUS網絡;PLC

1 運行結構與原理

列車自動清洗機主要具備的功能有：具備自動清洗列車前后兩端面、兩側面和側頂面等外表面的功能;單獨側洗以及側洗端洗相組合的功能，可單獨選擇折返洗功能;各工位手動調試和排水的功能;豐富的系統流程工況顯示以及故障顯示功能;完善的系統保護功能，在發生緊急故障的時候能夠自動響應，緊急停機，同時進行聲光報警和故障顯示。其自動化運行主要通過以下各大模塊進行實現：

1.1控制模塊：

1.1.1主電控柜：主電控柜左側主要包含總電源開關Q0;主接觸器;各電機控制斷路器、接觸器;控制回路斷路器;接線端子排。右側主要包含西門子PLC;液位控制器;變頻器及輸入輸出電抗器;中間繼電器等。

1.1.2控制臺：控制臺上層部分：兩側配置2臺顯示器，分別連接著工控機和硬盤錄像機。中間配置各功能按鈕及顯示燈，1臺西門子觸摸屏與工控機實現操作系統一備一用。關系闡述如下：

洗車機系統配備的工控機和觸摸屏采用的即為雙主機模式，二者內部安裝的僅僅是人機操作界面系統，用來進行清洗模式選擇、工位切換、流程監視等操作，調試完畢的洗車程序保存于主電控柜里西門子PLC的CPU內。

工控機內安裝的是Windows系統，運行時間久后，較易出現系統故障，而控制臺上的西門子觸摸屏就是針對該情況出現時的備用機，完全實現冷機切換，同等級別控制，在工控機界面能夠完成的任何操作，在該觸摸屏上也是完全一致的，因此，當工控機無法使用時，使用觸摸屏可以正常完成洗車作業任務。

1.1.3人機界面內容

（1）系統說明界面：主要介紹設備系統概況、性能參數、操作員和司機注意事項以及端洗操作注意事項。

（2）工位狀態檢視界面：主要傳感器和急停的狀態檢查審視。主要傳感器和急停的狀態檢查審視出現異常狀態時，可查閱幫助功能，排除故障。

（3）設備選擇界面：系統各側刷工位的開啟關閉，可在該界面單獨控制，如果對應工位側刷有異常現象，可先關閉該工位，其他工位系統仍可正常完成洗車作業，待修復故障后，再次開啟。設備選擇的作用是選擇或關閉相應設備，在清洗時使用或者不用該設備。

（4）手動控制界面：該界面是用來實現各個工位的單步手動控制功能，主要用于設備維修檢查作業，而非用于洗車作業。圖示狀態是各工位均處于停止狀態。

（5）洗車流程監視界面：正常洗車作業準備工作完成后，切換入該界面，等待洗車。以系統平面布置俯視圖的方式構建，上半部分是洗車區各工位，下半部分是液位、水泵等，待洗車輛準備入庫時，模式開關“手動/停止/自動”切換到自動模式，系統根據車輛行進位置自動啟動各工位。

（6）報警信息界面：系統上電后，出現的任何情況報警均匯總于該界面，包含報警時間和內容。

1.2刷洗機構：

1.2.1側面刷洗機構

結構：列車側面刷洗機構分初刷、次刷、精刷三部分組成，左右三套滾刷和相應噴淋管組成。每個工序在軌道兩側安裝兩套側刷機構。立柱上裝有一個可轉動擺臂，擺臂上裝有一個垂直的刷體，刷體的旋轉依靠頂部裝有的減速機;擺臂外側裝有氣缸控制擺臂的伸出與收回，內側裝有彈簧緩沖器。側刷機構框架上安裝有擋水屏，在伸向軌道中心位置最大擺角處設有可調擋塊，防止側刷伸出過遠。

工作原理：側刷機構通過減速機旋轉帶動刷纖維作用于車輛外表面，使涂抹工位的洗滌劑充分乳化，與車體污漬進一步反應，達到去除污漬的目的。刷子與車體的接觸壓力通過調整后固定，通過氣缸與緩沖彈簧及限位裝置的相互作用，來調整刷毛的接觸深度。

1.2.2端面刷洗機構

結構與功能：列車自動清洗機端部刷洗機構由左右兩個延軌道縱向移動的龍門架、可垂直擺動90°的刷組、驅動/傳動機構、噴水裝置等組成，水平端刷置于可水平軌向行走的機架上。端面洗刷具有適應不同地鐵列車車型的頭部/尾部形狀的功能，列車走行至端部刷洗工位后，根據指示信號停車，系統檢測到車輛停位是否準確，如果車輛停在允許范圍之外（±1.0米），系統提示司機重新調整位置;當列車停止等待清洗端面時，水平刷組旋轉90度呈水平狀態，通過提升系統的勻速運動與經變頻調速后的水平走行運動合成，使水平刷組運動軌跡擬合車體端部輪廓，并通過功率傳感器監控刷子旋轉時刷毛與車體的接觸壓力，以達到最佳清洗效果，同時刷子上帶有的噴水支架上的噴嘴噴出洗滌劑或清水，從而完成對端部表面的清洗，做到對流線型車頭實施無死角刷洗。

工作原理：采用帶有通信功能（PROFIBUS網絡）的傳感器檢測端刷旋轉電機的負載工作電流，負載工作電流直接反應了刷毛與車體間的接觸深度（吃毛量）即刷毛與車頭的接觸壓力，也就是說負載工作電流的數值直接反應了端刷的刷洗效果。為保證刷洗均勻，控制系統軟件根據車頭的輪廓曲線計算出每一點的參考速度，同時根據端刷旋轉電機負載工作電流和端刷吃毛量的關系曲線預設參數（即對應刷毛與車體間的壓力），與通過PROFIBUS網絡遠程實時傳輸過來的電流值進行比較、計算，來控制、調整端刷與車頭端面的相對速度，以完成仿形清洗的控制。

2 自動化運行故障與優化：

設備出廠投入使用之后，作為檢修技術人員，需要根據實際情況進行設備優化，保證設備與現場工況相適應，對故障進行修理，通過故障分析、研究故障進行故障診斷、故障預報、研究故障機理、排除故障和改進設計的方法，以減少或消除故障的發生，提高設備運用的可靠性和有效利用率。設備的自動化優化通常也是對出現的故障進行優化，提高設備運行的穩定性。接下來以一個典型自動化故障對設備檢修中的自動化優化進行說明：

列車自動清洗機設備是用來對地鐵車輛進行外觀清潔的自動運行設備，當開關打至自動位置時，PLC進行自檢，自檢完成后即可等待進入自動清洗程序。

在某一次洗車作業時，進行手動或者自動噴水時，水供給系統水壓傳感器報警，工位噴嘴無水噴出。經過數據收集及分析歸納總結，補水罐補水不成功故障主要分為以下三個主要原因，具體技術分析如下：（1）補水罐的補水管路底閥密封效果不佳，產生漏水，在洗車機多日未安排洗車時，補水罐通向循環水池的水管會因為底閥密封不嚴而導致管路中的水全部漏完，導致補水罐中的水無法與循環水池內的水連通，從而水泵無法泵水。（2）補水時補水罐的水未補滿便結束補水操作。由于對補水罐進行補水是手動操作，所以在補水的同時需要手動將手扳球閥打開，讓罐內的空氣排出，直到管內有完整的水柱流出，才認定為補水罐已補滿水。（3）補水后，排氣球閥打開后未關閉。補水時將排氣球閥手動打開，罐內的空氣完全排出后，未將排氣球閥手動關閉，導致水泵在泵水過程中空氣從排氣球閥管路進入補水罐，造成水路中斷，無法繼續泵水。所以導致水壓傳感器報警，水供給系統無法正常供水，水泵空轉保護停止運行，無法進行洗車作業。

故通過制定整改方案的方向將補水罐排氣補水的方式由手動改為系統全自動排氣補水，從根本上消除由于人為因素造成的補水罐補水不成功的故障，即洗車機操作系統啟動后，PLC程序自行進行排氣補水操作。

排氣補水管路的改造為將側洗水泵補水罐的補水管和排水排氣管與端洗水泵補水罐的補水管和排水排氣管分別連通為1條管路，并在排水排氣管路上再分為2個支路，1條為自動排氣管路（開始補水的同時，排氣管路的電動閥門自動開啟，待補水罐水補滿后，可以從自動排氣管路進行溢流），另外1條支路為手動排水排氣管路（在管路上安裝手扳球閥，當電動閥故障無法自動打開時，可以手動將手扳球閥打開進行溢流）。

PLC程序的修改為開機后系統自動啟動排氣補水操作，PLC控制自動排氣補水系統進水管和排氣管上的電動閥開啟，開始自動補水5分鐘，5分鐘后PLC控制2個電動閥門關閉結束自動補水排氣，洗車機操作人員可以進行下一步整備作業。由此可以完全消除人為因素對補水排氣作業的影響。

從以上內容可以看出列車自動清洗機自動化運行的優點。在硬件設施無損壞的情況下，通過自動控制能有效的避免操作的不規范性帶來的不利影響，同時也減輕的人工的操作負擔，也避免了因為人為操作導致的事故事件。因此，在的地鐵設備中采用自動化控制技術，可以有效提高設備的穩定性，增強安全生產的穩定性。

（福州地鐵集團有限公司運營分公司，福建 福州 350000）