地铁车辆直线电机下沉救援起升装置研制

戴 斌

（广州地铁集团有限公司，广东广州 510710）



地铁车辆直线电机下沉救援起升装置研制

戴 斌

（广州地铁集团有限公司，广东广州 510710）

摘 要：根据直线电机悬挂结构及运营经验，研制了适用于地铁车辆直线电机下沉救援起升的专用装置。利用该装置，无需第三轨断电，可在列车客室内完成直线电机救援起升，填补了直线电机下沉救援设备的空白，提高了救援效率和安全性。

关键词：地铁车辆；直线电机；救援起升

广州地铁 4号线为国内首条直线电机车辆线路，配属 30 列 4 节编组全动车，其后的 5号、6号线也采用直线电机车辆，5号线配属 62 列 6 节编组全动车，6号线一期投入 40 列 4 节编组全动车。截至 2016 年1月，4号、5号、6号线共投入运营直线电机列车 132 列计 652 辆。4号、5号、6号线电客车均采用装在转向架上的集电靴自第三轨受流，第三轨距线路中心线1510mm，每台转向架均设 1 台直线电机，3 条线装车运营直线电机达1304 台。

装在转向架上的直线电机相当于电机的定子，装在线路上的感应板相当于电机的转子，为控制二者之间的气隙，达到降低能耗和温升的目的，4号、5号、6号线直线电机均采用轴悬，悬挂装置中橡胶件刚度较大。列车在运行过程中，因震动、部件质量等原因，可能出现直线电机吊杆、芯轴等吊挂装置部件断裂，会导致直线电机下沉，严重时会刮蹭感应板，甚至与感应板相抗。

当发生直线电机与感应板相抗时，会造成列车无法动车，导致正线停运，必须要实施正线救援，起升下沉的直线电机，才能出清线路，恢复运营。

1　直线电机下沉救援传统方法及其弊端

1.1传统救援方法

（1）第三轨断电，挂接地线，设置线路防护；

（2）抢险救援人员下车底，用千斤顶顶升下沉电机，用钢丝绳、帆布吊带、卡码等工具悬吊电机；

（3）车底现场人员和工器具出清；

（4）恢复第三轨送电；

（5）动车出清线路。

1.2主要弊端

（1）流程繁复。救援过程包括断电、车底作业和送电等，环节多，衔接和确认点也相应增多。

（2）人员需求多。需要下车底顶升电机，并完成电机的悬吊工作，至少需要 4 人车底作业。

（3）耗时长。因流程繁复，救援完成需要耗时约60 min，导致正线运营中断时间过长。

（4）风险大。一是需要与第三轨、车底电气箱等设备近距离作业，存在触电风险；二是在车底转向架下狭窄空间作业，存在人员碰伤风险；三是直线电机运营温度达到 150℃以上，进行电机抬升和悬吊作业时有人员烫伤风险；四是车底作业存在遗留工具影响运营安全风险；五是作业衔接点较多存在误操作风险。

如上所述，传统的直线电机救援起升方法存在流程繁复、人员需求多、耗时长、风险大等弊端。为提高直线电机下沉救援的效率，同时降低风险，在类似故障时能安全、快速完成救援，出清线路，恢复运营，有必要研制一种高效安全的列车直线电机下沉救援起升装置。

2　转向架、电机悬挂

直线电机救援起升装置的核心目的是抬升电机并保证车辆的曲线通过能力，因而其上端和下端受力点的选择是设计的首要关键，而受力点的选择取决于转向架和直线电机悬挂结构。

2.12种直线电机转向架

直线电机车辆具有曲线通过能力强、爬坡能力强的特点。直线电机结构与传统旋转电机有很大差异，相应的转向架要为直线电机做专门的设计。广州地铁投用的直线电机转向架有 BM3000-LIM 型转向架和 SDBLIM 型转向架 2 种，二者在车体与转向架连接方式、二系悬挂、轴箱、基础制动装置、电机高度调整装置等方面均有区别。

BM3000-LIM 型转向架用于 4号、5号、6号线，采用带中心销的摇枕与车体连接，内置轴箱同时作为直线电机支撑箱，采用轴端的轴盘制动装置和螺纹式的无级电机高度调整装置；SDB-LIM 型转向架用于 4号、5号线增购车，采用空簧和中央牵引装置与车体连接，外置轴箱，内置电机支撑箱，采用轮盘制动装置和垫片式的有级电机高度调整装置。见图 1、图 2。

2.2电机悬挂方式

2.2.1BM3000-LIM 型转向架电机悬挂方式

BM3000-LIM 型转向架采用内置轴箱，轴箱同时承担直线电机支撑箱作用，每个转向架装备 1 台直线电机，直线电机通过吊杆挂在悬挂梁上，悬挂梁横跨轮对支撑在轴箱上，悬挂梁与轴箱的连接处设置有螺纹式的电机高度调整装置，当车轮磨耗时，在客室内可以通过专用工具调整直线电机与感应板之间的气隙（图 3 ）。

图1　BM3000-LIM 型转向架

图2　SDB-LIM 型转向架

图3　BM3000-LIM 型转向架直线电机悬挂方式

2.2.2SDB-LIM 型转向架电机悬挂方式

SDB-LIM 型转向架采用轴箱与直线电机支撑箱分体设计，车轮外侧设置轴箱，车轮内侧设置电机支撑箱。电机吊挂方式与 BM3000-LIM 型转向架基本相同，区别在于采用了垫片式的电机高度调整装置，相应的电机高度调整方法也不同（图4）。

图4　SDB-LIM 型转向架直线电机悬挂方式

3　起升装置技术要求

根据上述转向架结构和直线电机悬挂特点，结合救援高效、安全的实际需求，直线电机救援起升装置需满足以下技术要求：

（1）救援起升装置必须使用方便快捷，用较少的人就可完成救援起升操作，操作过程简易，起升高度易于控制；

（2）救援起升装置必须能承载 1 个电机以上的重量，各个着力点稳定，运行安全可靠；

（3）救援起升装置必须支撑在转向架上，与车体无牵连，使得直线电机救援起升后，车辆在小曲线轨道上运行顺畅，车体和转向架功能不受限，被救援电机高度稳定；

（4）救援起升装置操作使用必须全程在客室内完成，无需第三轨断电下车底作业；

（5）救援起升装置结构要紧凑，各部件能在客室地板上的电机调整孔中穿过，作业人员能够通过电机调整孔完成部件的安装和调整等全部操作。

4　起升装置设计及工作原理

如前所述，BM3000-LIM 型转向架和 SDB-LIM 型转向架二者在一系悬挂和二系悬挂的设计上均有较大差异。具体到与本次电机救援起升装置研制相关的部件，主要是在电机高度调整装置的结构上有差异，前者为螺纹式的，后者为垫片式的，相应的构件结构和调整、紧固方式也不同。因此，二者的直线电机救援起升装置在上端着力部件的设计上有差异，以下以 BM3000-LIM 型转向架为例展开介绍。

4.1起升装置受力点选择

4.1.1上端受力点选择

考虑到列车过弯道时，车体与转向架有回转和垂向相对运动，电机起升上端受力点不宜设置在车体上。而转向架构架在一系簧以上，其与电机之间有垂向相对运动，因此，电机起升上端受力点同样不宜设置在构架上。综合考虑转向架结构和直线电机悬挂方式，选择将起升装置上端受力点设置在电机悬挂梁上。

4.1.2下端受力点选择

直线电机采用钢制机体，为便于安装吊杆下端穿销，在机体上设置了工艺孔，选择该工艺孔作为起升装置下端受力点，无需新增夹持件的情况下即可满足受力需求。

4.2起升装置方案及构件设计

综合转向架、电机高度调整装置、悬挂梁和电机机体结构，选定用上端带螺杆的吊钩，利用螺纹副配合旋转起升电机的设计方案，见图 5。

图5　起升装置方案示意图

起升装置主要由固定夹具、活动夹具、T 型螺杆和吊钩等构件组成。固定夹具利用悬挂梁上的电机调整螺杆定位，通过T型螺杆和配套的螺母，将固定夹具和活动夹具夹持在悬挂梁上，与悬挂梁贴紧，夹具在救援中起定位和承载重量的作用，与悬挂梁为面接触，使起升装置稳定可靠，吊钩则起连接夹具和电机的作用。主要构件设计见图 6，其实物装配见图 7。

图6　构件设计示意图

图7　起升装置构件装配图

4.3起升装置工作原理

如图 5 所示，装置上端为夹具（序号 4），夹具利用悬挂梁上的电机调整螺杆定位，夹持在悬挂梁上的上端受力点（序号 3）处，与悬挂梁贴紧，使起升装置稳定可靠，夹具在救援中起定位和承载重量的作用；装置下部为吊钩（序号 5），吊钩下端为半圆钩，钩入下端受力点即电机机体工艺孔（序号 6）内，吊钩上端带有外螺纹，穿过夹具上配套的孔，与螺母配合，吊钩在救援中起连接夹具和电机、收紧提升电机的作用；起升时，旋紧与吊钩上端配合的螺母（序号 4），通过螺纹副转动，收紧吊钩（序号 5）将电机（序号 7）起升，达到救援的目的。所有操作均在客室内通过客室地板上的电机调整孔进行。

5　起升装置验证试验

起升装置制作完成后，开展了小半径弯道验证试验，主要过程为：

（1）在检修股道将直线电机吊杆与悬挂梁安装螺栓松开 5～10mm 间隙，切除相应车辆 VVVF 电源；

（2）安装直线电机救援起升装置，提升电机，使吊杆芯轴离开悬挂梁；

（3）动车，列车通过半径 65m 曲线段，观察直线电机救援起升装置、转向架系统、电机高度状态。

验证试验表明，直线电机救援起升装置能够实现直线电机提升并保持高度基本不变，列车能够顺利通过小半径曲线段，提升工装状态正常，车体和转向架功能不受到限制。

6　结论

（1）直线电机救援起升装置经过多次静态和小曲线动态验证试验，在 65m 小曲线等最恶劣情况下均能满足直线电机下沉或倾斜情况下的救援需要，并已作为广州地铁直线电机线路车辆救援设备标准配置；

（2）无需第三轨断电，在客室内就能完成电机起升，提高了车辆直线电机下沉救援的工作效率，使单个直线电机救援起升工作得以在 10min 内完成，为缩短救援时间尽快恢复运营提供了有力保障；

（3）装置结构简单，实用性强，采用丝杆螺母副设计，救援起升高度易于控制，自锁性好，承载能力强，操作方便快捷，安全可靠；

（4）装置采用悬挂梁支撑，与车体无牵连，保证了电机起升后，列车能在小曲线轨道上顺畅行驶，顺利进入存车线或回厂，尽快出清线路，恢复运营。

参考文献

[1] 南车四方机车车辆股份有限公司. 广州市轨道交通5号线直线电机车辆转向架说明书[R]. 山东青岛：南车四方机车车辆股份有限公司，2009.

[2] 广州市轨道交通5号线增购直线电机车辆转向架说明书[R]. 山东青岛：南车四方机车车辆股份有限公司，2011.

[3] 朱士友，吕劲松. 车辆检修工[M]. 北京：中国劳动社会保障出版社，2009.

[4] 罗曦春，罗世辉. 直线电机地铁车辆转向架[J]. 电力机车与城轨车辆，2008（5）.

[5] 戴焕云. 直线电机转向架结构型式研究[J]. 内燃机车，2008（12）.

[6] 张雄飞，李言义. 国产新型直线电机地铁车辆转向架[J]. 铁路技术创新，2014（4）.

责任编辑 朱开明

Development of Lifting Device for Lifting and Rescue of Metro Vehicle Linear Motor

Dai Bin

Abstract:Based on the linear motor suspension structure and operational experience, a special device for the application of lifting the settlement and rescue of the linear motor for metro vehicles is developed. Using the device, there is no need to power off the third rail power supply, which can be lifted in the train compartment for linear motor rescue. This is a complete new equipment of the linear motor in rescue and lifting work, improving the rescue effi ciency and safety.

Keywords:metro vehicle, linear motor, rescue and lifting

中图分类号：U262

作者简介：戴斌（1978—），男，工程师

收稿日期2016-02-25