地铁工电维保工程车辆方案研究

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摘 要：通过分析地铁现有工务和接触网维保技术以及作业装置技术的现状，介绍一种综合性、系统化的工电维保工程车辆技术方案。该方案采用蓄电池电传动系统，搭载双侧外升作业平台、垂直升降作业平台及调平装置，实现零排放、低噪声环境下的贯通作业模式。

关键词：地铁;工程车辆;工务维保;接触网维保

中图分类号：U231+.94

0 引言

地铁设备和基础设施的维修保养（以下简称“维保”）作业是保障地铁安全、准时和快捷运营的手段，通常在运营结束后开始进行。随着地铁的快速发展，线路里程逐年大幅攀升，供电接触网、悬挂系统及隧道的维修量越来越大，可能出现由于维保作业时间极其有限导致维保不充分的现象。为了提高维保效率，降低维保成本，本文将研究一种综合性、多功能化的工电维保工程车辆方案。

1 工电维保作业概述

地铁工电维保作业主要包括工务设施和接触网设备的检修。本文中的工务维保作业是针对隧道、声屏障进行检修，主要检修内容为隧道拱顶、拱腰的剥离、掉块、裂缝、渗漏、空洞和声屏障的裂纹、破碎、变形等;接触网维保作业是针对地铁供电接触网系统中的接触线、承力索、吊弦、支撑装置、辅助悬挂、回流线和汇流排进行检修，主要检修内容为线夹松动、紧固件松动、支撑装置裂纹、线路磨损等。

2 工电维保作业现状及分析

2.1 工电维保作业现状

在地铁工务维保作业中，目前实施的方案主要有2种。一种方案是搭设铁路脚手架（图1），工务维保人员站立其上到达隧道壁的病害点，对隧道表面的剥离、掉块、裂缝、渗漏等病害进行检修，或采用敲击方式对空洞进行敲检。但是铁路脚手架存在安全隐患，作业效率低。另一种方案是采用升降旋转单平台作业车（图2），维保人员搭载其到达隧道拱顶和拱腰的病害点，对隧道表面的剥离、掉块、裂缝、渗漏等病害进行检修，或对空洞进行敲检。

在接触网维保作业中，目前实施的方案主要也有2种：①采用固定作业梯（图3），维保人员登乘至作业梯上部平台，站立在安全平台上进行作业;②采用单垂直升降作业平台接触网作业车（图4），接触网维保人员登乘至作业梯上部平台进行作业。

2.2 工电维保作业方案现状分析

现有的工电维保作业方案及维保作业工程车辆尚存在不足之处，主要表现在以下方面。

2.2.1 脚手架和固定作业梯

脚手架和固定作业梯作业方案存在以下不足：①只能实现轨道中心部位的检修，且需多人配合;②只能实现“点对点”作业，即只能进行一处维护检修，作业效率低;③作业高度较高，存在一定的安全隐患。

2.2.2 工电维保作业工程车辆

国内地铁线路主要采用内燃机驱动的接触网作业车辆实施检查及检修，在地下相对封闭的隧道内牵引发动机存在排放污染及噪声污染，即使采用随车配备的轴流风机（图5）对发动机排放的烟尘进行强制吹风，也无法达到理想的驱烟、驱尘效果。轴流风机采用辅助发电机供电，在驱烟的同时也会产生一定的噪声污染，而且该烟尘处理方式容易出现反复现象，因此没有从根本上解决问题。

单垂直升降作业平台接触网作业车只能旋转约30°，作业范围受到限制;同样，只能进行“点对点”作业，无法实现贯通作业。因此，作业效率较低。

3 工电维保作业工程车辆技术方案

为解决上述工电维保作业现状中的不足，本文将介绍一种工电维保作业工程车辆技术方案，实现供电接触网贯通作业及工务隧道水平“双点”作业，并满足零排放、低噪声的作业需求，从而改善隧道作业环境，提高作业安全性。

3.1 总体方案

工电维保作业工程车辆由车体、转向架、动力传动系统、制动系统、液压系统、电气系统以及作业平台等组成，采用常规的四轴电传动轨道车。

车体采用整体承载式全钢组焊结构，具有足够的强度和刚度，能承受车辆在正常运行时的冲击和振动。车体由车架和车棚组成，其中车架用于承载车辆上部的质量，而车棚用于布置司机室及车内设施。

转向架作为整车动力传动系统末端的走行系统，由轮对、构架、旁承、车轴、齿轮箱等组成，是整车质量承载和车辆走行及转向的关键部件。

动力传动系统主要由动力蓄电池、牵引变流器及牵引电机组成，如图6所示。系统采用磷酸铁锂动力蓄电池电传动（直—交）方式，以降低隧道作业时的噪声，避免烟尘排放。相比铅酸、镍氢、镍镉、钛酸锂、钴酸锂等类型的蓄电池和超级电容，磷酸铁锂蓄电池的能量密度高、允许的放大电流大、高温性能优异，且安全可靠、性价比高。该车动力蓄电池装机容量设计为700 kW · h，据估算可满足隧道内5 h的续航需求（具体需根据实际线路确定），整车最高运行速度为80 km/h。

制动系统主要有空气制动系统和电阻制动系统。其中，空气制动系统采用传统JZ-7型空气制动系统;电阻制动系统是电传动车辆特有的制动形式，可实现车辆长大下坡道匀速下坡，降低传统的踏面制动带来的闸瓦磨耗并消除制动力减弱的问题。

液压系统由泵站、管路及作业装置等组成，用于驱动液压装置。

電气系统由辅助发电机组、线束、控制及用电设备等组成。

以上关键部件与系统，以及其他整车结构件、部件及系统总成共同搭建匹配，组成了满足现有地铁线路技术现状、突破技术瓶颈的蓄电池工电维保作业工程车辆总体方案，如图7所示。

3.2 工电维保作业平台

工电维保作业平台采用可双侧外升的作业平台（如图8中A、B平台）和垂直升降作业平台（如图8中C平台）2个独立的作业平台机构组合，实现隧道内任意点位（高度）隧道病害、接触网线、吊弦、支撑装置、辅助悬挂、回流线、汇流排的安全维护;并实现隧道内或高架线路上的贯通作业长度达到10 000 mm，可进行单次对标停车2个吊弦（立柱）的作业，作业效率显著提高。

3.2.1 双侧外升作业平台

双侧外升作业平台（图9）主要用于搭载施工人员、手持检测设备、检修设备，对隧道全断面、声屏障等设施进行检测和检修。双侧外升作業平台包含2个可以水平伸展和垂直升降的A、B作业平台， 平台处于最高位时地板面距轨面5 500 mm，横向最大位置距轨道中心3 500 mm，满足车场线导高5 000 mm、立柱上部及外侧的检修。

双侧外升作业平台设置调平装置，可满足外轨超高175 mm的水平作业，并保证平台调平的稳定性。调平装置安装于双侧外升作业平台的底部，可实现±7.5°调平。根据外轨超高情况自动调平主立柱，从而使A、B作业平台处于水平状态，如图10所示。

调平装置由调平机构、电气控制系统、液压系统和锁定机构等构成。调平装置分为手动调平和自动调平2种控制方式。这2种控制方式具有互锁功能，可实现手动解锁、自动调平、自动复位、手控锁定等功能。

调平电气控制系统接入整车电气系统，完成调平控制。其原理是将倾角传感器检测到的主立柱倾斜角度信号传输给控制器，接收器通过内部运算输出控制信号，以此控制电磁阀调整油缸内的压力油量，从而调整活塞杆的伸缩量，达到调平作用。

调平液压系统接入整车液压系统，完成调平动作。其原理是压力油经调平油缸的电磁换向阀进入平衡阀，从而使调平油缸的活塞杆伸缩量发生变化或稳定在某一位置。

3.2.2 垂直升降作业平台

垂直升降作业平台（图11）主要用于接触网导线、承力索、支撑装置、辅助悬挂等设施的检修。垂直升降作业平台装置采用2级伸缩臂升降，平台处于最高位时地板面距轨面同样为5 500 mm，与双侧外升作业平台配合长度约为10 000 mm，可进行单次2个吊弦的检修，相比单升降旋转作业平台效率提高了2～3倍。

3.2.3 安全检测、监测设计

为了保障维保作业的安全性，地铁工电维保工程车辆设置了以下功能。

（1）双侧外升作业平台设置限位检测，作业平台外升至车辆轮廓限界处停止;手动开关解锁，方能实现继续外伸的动作。

（2）双侧外升作业平台设置障碍物检测，即作业平台四周设置500 mm的安全检测距离。当作业装置到达距离隧道拱腰、隧道拱顶或声屏障500 mm处时，作业平台停止侧伸或上升。

（3）轮对轴箱设置轴承温度检测系统，实现轴承温度实时监测及报警功能。

（4）动力蓄电池组设置过流、过压、过充、温度等实时监测及报警功能。

（5）整车设置运行安全监测及通信等功能。

4 结束语

随着地铁线网的不断扩张，工电设施设备的良好状态是地铁线路系统安全运营的重要保障。本文通过对工电设施设备维保技术和方案的现状分析，研究出一种有效适应我国地铁线路工电系统发展的系统化、综合性维保技术方案。该方案中的工电维保工程车辆以蓄电池为动力，采用蓄电池电传动（直—交）系统，解决了隧道内发动机排放及噪声污染问题;配备的双侧外升作业平台可实现隧道拱顶、拱腰和声屏障的检修与维护，垂直升降作业平台可与双侧外升作业平台配合，作业范围广，使用灵活，可满足接触线、承力索、吊弦、支撑装置、辅助悬挂、回流线等的检修，可较大幅度地提升工电维保作业效率;安全检测设计以及为作业平台设置的安全护栏，使作业安全性得以保障。

参考文献

[1]  陈丰宇，谭本旭. 上海轨道交通蓄电池电力工程车牵引性能参数探讨[J].电力机车与城轨车辆，2013，36（5）：61-63.

[2]  何国福，孟玉发，叶顶康，等. 2 000～2 500 kW混合动力机车开发[J].机车电传动，2017（6）：23-27.

[3]  邓焰. 蓄电池电力工程车可行性分析[J].电力机车与城轨车辆，2013，36（6）：75-77.

[4]  北京交通大学电气工程学院.中日铁道车辆混合动力技术交流会议资料汇编[G].北京：北京交通大学，2011.

[5]  孙竹生. 内燃机车总体及机车走行部[M]. 北京：中国铁道出版社，1984.

[6]  张成贵，蒋世明. 内燃机车总体[M].北京：中国铁道出版社，1982.

[7]  叶贤东. 高速铁路接触网作业车司机岗位培训教材[M].北京：中国铁道出版社，1982.

[8] 李向国. 高速铁路[M].北京：中国铁道出版社，2011.

[9]  王晓，罗强.简析成都工程车的维修保养[J].现代城市轨道交通，2014（3）：47-49.

[10] 宋永华，阳岳希，胡泽春. 电动汽车电池的现状及发展趋势[J].电网技术，2011，35（4）：1-7.

[11]戎喆慈. 混合动力汽车现状与发展[J].农业装备与车辆工程，2008（7）：5-8.

[12] 王峰. 地铁工程车辆的运用、维修管理探讨[J].科技与企业，2014（15）：13.

[13] 杨志华，陈成，毛如香. 地铁工程车的新发展——电力蓄电池双能源工程车[J].电力机车与城轨车辆，2010，33（4）：1-3.

[14] 林德友. 南京地铁工程车自主维修的探索与实施[J].现代城市轨道交通，2013（3）：65-67.

[15] 叶顶康，彭长福，刘顺国.混合动力牵引调车机车的研发. 机车电传动[J]. 2012（5）：17-20.

[16] 吴庆付，杨旭. 某型维修工程车16kW自发电系统设计[J].移动电源与车辆，2016（4）：1-6，21.

[17]刘向宁. 地铁机电设备维修管理工作的设计与运用分析[J].数字化用户，2018，24（1）：106.

[18] 孟玉發，彭长福，王选民，等. CKD6E5000型混合动力交流传动内燃调车机车的研制[J].铁道机车车辆，2011，31（4）：1-4.

[19] 陈丰宇，谭本旭. 上海轨道交通蓄电池电力工程车牵引性能参数探讨[J].电力机车与城轨车辆，2013，36（5）：61-63.

[20] 刘媛，文建峰，黄河，等. 动力蓄电池管理系统在混合动力机车上的应用[J]. 机车电传动，2017（6）：45-48.

[21] 陈力. 城市轨道交通地下车站排烟技术及应用测试[J].消防科学与技术，2016，35（11）：1541-1544.

收稿日期 2019-05-24

责任编辑 党选丽

Research on scheme for metro track works and OCS maintenance vehicle

Zhang Liang， Zhang Yongchao， Zhang Gaofeng， et al.

Abstract： By analyzing the current status of maintenance technology and its operation equipment for metro track works and overhead contact system OCS， this paper introduces a comprehensive and systematic technical scheme for maintenance machinery vehicles for track works and power supply. In this scheme， the battery-driven system is used， which carries the control of lifting operation platform at both sides， vertical lifting operation platform and leveling device to realize the through operation performance mode under zero emission and low noise environment.

Keywords： metro， maintenance vehicles， track work maintenance， OCS maintenance

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