地鐵車廂清潔車的設計

南松　劉志運　周少藝

摘要 由于地鐵運營特性，使得地鐵車輛清潔的時間有限。同時由于地鐵車廂內頂部較高，工作人員難以直接進行擦拭，造成車廂內頂部清潔耗費時間較多，清潔效率不高。文章所設計的地鐵車廂清潔車正是在軌道交通智慧運維的大背景下，應用凈干濕一體化技術等實現機器換人完成地鐵車廂內頂部的清潔工作，有效解決地鐵車廂內頂部清潔作業存在的問題和困難。

關鍵詞 地鐵清潔;結構設計;軌道交通

中圖分類號 U231 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）10-0067-03

0 引言

地鐵因其能耗低、乘坐便捷等特點在城市交通中快速發展[1]。為了更好地服務乘客出行，地鐵線路運營時間較長，尤其在節假日運營時間還會延長，造成對地鐵列車的清潔時間相對減少。通常地鐵公司只對次日需要出庫運營的車輛進行正常保潔，其中少數車輛進行深度保潔，導致清潔效率不高，清潔質量難以得到保證。為了優化地鐵列車的清潔時間和提高地鐵列車的清潔質量，魏培欣等人通過研究干冰噴射技術，提出了利用干冰在高壓氣流中加速，沖擊地鐵列車的表層，實現對列車的清洗[2]。王玉敏設計了自動洗車工藝，解決了牽引小車作為動力時引起軌道開裂的難題，運用接觸軌不進庫自動洗車創新技術，實現了洗車、淋雨一體化功能，促進了洗車設施技術的升級[3]。在現有研究中，大多是對于地鐵車輛外部結構或零部件的清潔，尚缺少針對地鐵列車車廂內部環境清潔的相關研究。通過調研走訪發現對于地鐵車廂內部的清潔工作主要通過人工完成，其中對于車廂內頂部的清潔作業，往往由于地鐵列車車廂高度的原因，清潔人員難以方便的進行清潔，導致清潔效率低，同時現有的人工清潔方式還存在許多缺陷。該文采用模塊化設計的地鐵車廂清潔車正是基于人工清潔存在的問題而設計，應用了當前多種主流技術，配備智能化信息管理系統，打破了傳統的人工用抹布、拖布的清潔模式，能有效清潔一些人工難以清潔的死角，降低作業的遺留，解決清潔不到位等問題，大大提高了清潔效率。

1 設計背景及意義

隨著軌道交通技術的不斷發展，智能化、自動化的地鐵列車檢修設備正在逐漸代替傳統的人工完成對地鐵列車的日常檢修工作，但是對于地鐵車廂內部的日常清潔工作仍是通過人工完成的。人工作業存在遺漏、清潔不到位及作業環境差等缺點。低效率的清潔工作日益成為制約城市軌道交通快速發展、公共交通服務質量提升的不利因素。為了提高地鐵列車的清潔效率以及改善清潔人員的工作環境。有必要開發設計一種結構新穎、便攜小巧、使用方便的地鐵車廂清潔裝置，該地鐵車廂清潔車可以解決地鐵車廂內頂部清潔作業存在的問題和困難。

2 傳統清潔方式存在的問題

目前對于地鐵車廂內部的清潔方式主要是以清潔人員使用抹布擦拭清潔為主，清潔面積小，效率低，清潔人工需求量大;還有一部分是使用平板拖布進行清潔，這種清潔方式雖然增大了清潔面積，但對于車廂內頂部的空調出風口以及非平面區域清潔難度較大，效果也不是很理想。在對多家地鐵公司走訪調研后，發現對車廂內頂部清潔過程中，傳統清潔方式存在的主要問題有：

（1）清潔效率低。清潔人員需進入整體長度達120～160 m的地鐵車廂內部，對處于車廂頂部的空調出風口進行衛生清潔，而空調出風口大多設計在距地面約2.26～2.35 m處。清潔人員需借助工作梯站立才可以清潔，而且清潔區域有限，整體清潔的耗時較長。

（2）清潔難度大。地鐵車輛為滿足不同環境下的載客需求，會設計不同尺寸、形狀的出風口，如人字形、扇形等。而且，出風口的角度又分為斜向下、垂直向下、側向等類型。清潔工作中所使用的普通抹布難以深入出風口內部，導致灰塵、污漬殘留，影響空調出風質量。

（3）工作環境差。地鐵在運行后，由于經過了大量人群密集的地區，所產生的流動性空氣較多，空氣中所含的灰塵、細菌等微小顆粒增多，經空調對車廂內部空氣循環處理后，大部分仍殘留在空調出風口處，形成深厚的積污層。工作人員需手持清潔用具近距離對出風口進行清潔，而車廂內頂部存在照明系統，清潔人員同時受到距光源過近、距離積污層過近、長時間抬頭、舉手等影響，對清潔人員的視力、呼吸系統、脊椎、手臂肌肉等造成一定程度的勞損。

3 地鐵車廂清潔車結構設計

該地鐵車廂清潔車采用模塊化設計，分為底部、中部、頂部三部分。如圖1所示。

3.1 底部結構

底部結構由4個萬向輪及底板組成移動裝置，在移動裝置上安裝有儲水裝置，儲水裝置材質為鋁合金，鋁合金密度低，但強度比較高，接近或超過優質鋼，塑性好，抗蝕性好[4]。采用鋁合金制作水箱既能保證清潔小車的強度要求，又能降低清潔小車的重量，從而提高便捷性。內圈裝污水，外圈裝清水，使清水與污水分開，提高清水利用率。

3.2 中部結構

中部結構由觸摸式的控制面板、輸送管道和扶手裝置構成。在中部結構的內腔夾層中布置有電路板、水泵和電源裝置。電池續航能力強弱直接決定了清潔小車的實用性。經過對比，該清潔小車采用磷酸鐵鋰電池，磷酸鐵鋰電池具有高儲存能量密度、重量輕、安全性能好、循環壽命長、原材料來源廣泛、無環境污染等優點[5]，滿足多功能清潔小車的供能需求。

3.3 頂部結構

頂部結構主要由預緊彈簧和清潔頭組成。其中清潔頭主要由電動滾筒、壓縮彈簧、張力支撐機構、清潔布、從動輪組成，清潔頭運用電動滾筒將電機和減速器共同置于滾筒體內部帶動從動輪和清潔布運動。為了克服清潔布松弛以及增大清潔布與車廂內頂部的摩擦達到更好的效果，采用了張力支撐機構，其功能基于壓縮彈簧自適應調節實現。如圖2所示。

4 技術原理

4.1 凈污水分離技術

傳統人工擦拭時凈水和污水混在一起，導致水利用率低，并且難以對地鐵列車車廂進行有效的清潔。該地鐵清潔車采用凈污水分離技術，將污水和凈水分離開來，改變傳統作業時只有一桶水的情況。該地鐵車廂清潔車的凈水和污水分別儲存在兩個共軸但相互隔離的圓柱容器中，且容器內內壁涂有防腐涂料。進水口設計在凈水箱外側，可以觀察到凈水量。凈水箱中除了盛放干凈的水源外，還可以加入清潔劑以增強對地鐵車廂的清潔效果。污水箱是用于盛放從清潔車頂部清潔頭所排出來的污水。考慮車廂清潔車工作的可靠性，在污水箱安裝有水壓傳感器，當收集的污水達到污水箱體積的90%時，會自動報警，以防止污水倒灌損壞清潔車。為方便污水的排放，排污口設計在污水箱的底部。凈水箱和污水箱采用共軸設計，相對于傳統的中間隔斷設計，共軸設計可大大提升裝置的穩定性和平衡性，也解決了在清潔過程中由于凈水量體積不斷減小，污水量體積不斷增加，造成的設備重心偏移問題。

4.2 干濕一體化設計

該車廂清潔車清潔過程采用干濕一體化設計。清潔頭能夠以干濕兩級來去除灰塵、污漬。工作原理為：將伸縮管道調節至適當高度后，清潔頭在預緊彈簧的作用下，與車廂內頂部進行貼合。清潔頭上半部的清潔布在電動滾筒的驅動下對車廂內頂部進行清潔作用，清潔布擦拭車廂內頂部完畢后，會進入底部的抽污區域，此時，抽污裝置會對清潔布表面進行抽污和吸干處理，之后清潔布會進入到旁邊的潤濕區域，此時噴水裝置（水或者水混合清潔劑）會對清潔布進行潤濕（附著清潔劑），如圖3所示。干濕一體化清潔模塊具有消耗水量低、除塵效率高及處理能力強等特性。同時，可以根據不同的清潔部位及骯臟程度來選擇干擦、濕擦或者先濕后干擦方式。較人工而言，擦洗的選擇面更廣，效率更高。

4.3 信息管理智能化

為了便于對車廂清潔車的工作狀態和使用情況進行管理，清潔車中部安裝觸摸式的控制面板。控制面板可以實時顯示清潔車的續航能力（剩余電量和凈水量）、作業模式、作業指導以及作業人員相關信息等內容，讓工作人員更加方便地使用清潔車以及了解清潔車的工作狀況。每完成一次車廂清潔作業，控制面板就會將該次作業的相關信息生成作業記錄，進行本地化存儲，以便后期對數據進行統計分析處理。車廂清潔車需要在控制面板輸入使用人員身份后才可以啟動，倘若清潔車出現故障，可以及時聯系到使用人員，從而降低清潔車的維護成本，提高清潔車的使用效率。

4.4 可伸縮式的管道

按照國內通用標準，城市軌道交通（地鐵、輕軌、市域快線等）車輛類型主要可分為：A、B、C、D及L型，也有特殊型號如APM列車、單軌列車、有軌電車等[6]。針對不同型號地鐵列車車廂內部高度存在的差異，該地鐵車廂清潔小車采用可伸縮式的管道設計，可以使得頂部結構的清潔頭與車廂被清潔表面緊密貼合，管道結構如圖4所示。同時，可伸縮式的管道設計也可以方便地使車廂清潔車通過地鐵列車的車端連接處，提高作業效率。伸縮管道由內桿和外桿組成，內桿上每隔一定距離安裝有圓形銷孔，外桿下端安裝有固定的卡銷，外桿卡銷和內桿對應銷孔進行配合可以使整個管道伸縮。伸縮管道內部有預緊力裝置、凈水管路、污水管路。伸縮管道頂部安裝有噴水口和吸污口，吸污口可以對清潔布進行抽污和吸干，噴水口可以對清潔布進行噴水潤濕。

5 總結

該地鐵車廂清潔車是基于企業生產一線走訪調研而提出的解決方案，具有結構新穎、便攜小巧、安裝使用方便等優點，彌補了人工清潔方式的缺點，能夠標準化地進行地鐵車廂內頂部的清潔工作，大大提升作業質量和效率，降低一線工作人員勞動強度，改善作業環境。因此，該文所設計的地鐵車廂清潔車具有一定的使用價值和經濟推廣效益。

參考文獻

[1]劉一舟， 張冀新. 地鐵運營風險及安全管理研究[J]. 老字號品牌營銷， 2022（6）： 69-71.

[2]魏培欣， 宗艷， 王燕生. 干冰技術在地鐵列車清洗中的應用[J]. 石化技術， 2020（8）： 196-197.

[3]王玉敏. 地鐵車輛自動洗車工藝研究[J]. 科技創新與應用， 2019（30）： 76-78.

[4]劉達工， 吳江峰. 鋁合金弧焊工藝在輕量化車身上的應用[J]. 汽車工藝師， 2017（6）： 12-13.

[5]蔣志君. 鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰： 進展與挑戰[J]. 功能材料， 2010（3）： 365-368.

[6]地鐵設計規范： GB 50157—2013[S]. 北京：中國建筑工業出版社， 2013.