车辆清洗装置清洗刷清洗的相关研究及秋田车辆中心的污垢改善措施

北见公一

（JR东日本研究开发中心创新服务研究所，日本，9990011）

技术圆桌 Technology Roundatable

车辆清洗装置清洗刷清洗的相关研究及秋田车辆中心的污垢改善措施

北见公一

（JR东日本研究开发中心创新服务研究所，日本，9990011）

本文探讨了车辆清洗装置的清洗刷清洗的技术问题，研制出新型车辆清洗刷清洗技术，并将该技术引入秋田车辆中心的车辆清洗装置中，收到了良好的清洗效果。

清洗装置；清洗刷；清洗效果；新干线

日本新干线等的车辆清洗存在几个尚未解决的课题，如“去除车门台阶处的污垢”、“消除斑驳”等。为此，JR东日本研究开发中心创新服务研究所致力于车辆清洗装置的相关研究开发，明确了现有清洗设备的车辆清洗装置的喷射水量和清洗刷清洗能力等基本的必要条件，力图通过优化各部位，针对各课题制定相应的清洗技术，从而，提高清洗质量。

在清洗刷清洗技术方面，涉及的清洗参数有很多，尚不明确各构成要素之间是否存在关联性，与之相关的清洗技术还没有确立。另外，目前的新干线车辆清洗装置依然沿用原铁路车辆清洗装置的设定值，适合新干线车辆清洗的设定值还未掌握，致使车辆清洗存在诸多问题。

在此，JR东日本研究开发中心创新服务研究所的北见公一等人利用其在创新服务研究所研究清洗刷清洗技术中获得的知识，结合自身的经验，研制出新型车辆清洗刷清洗技术，并将该技术引入秋田车辆中心的车辆清洗装置中。以下将介绍新开发清洗刷的清洗效果。

1 清洗刷清洗技术的优化研究

为了向新干线车辆提供最适合的清洗刷，本研究开发了3种清洗刷（PPN①～③）。

本研究将模拟污垢涂布于新干线车辆的涂装平面，在同一环境下，测定这3种清洗刷对污垢的洗净力（污垢去除率），试验结合不同的车辆通过速度（5km/h、10km/h）、清洗刷接触深度（75mm、25mm），比较了4种条件下清洗刷的清洗效果。

表1及图1是各种清洗刷的洗净力比较结果。同时，以在JR东日本管内的原铁路和新干线上实际使用的原清洗刷作比较，清洗参数包括：截面形状、线径（mm）、弹性常数（N/mm）、植毛数（根/孔）、单纤维质量（g/根）。

表1 各种清洗刷的洗净力比较（涂装平面）

图1 各清洗刷的洗净力比较结果（涂装平面）

试验结果表明：对于涂装平面，当清洗车辆通过速度为5km/h时，洗净力与清洗刷接触深度无关，各种清洗刷均能够保证洗净力。这表示各种清洗刷洗净力与其物性特性无依存关系，旋转的清洗刷完全能够跟随通过的车辆进行清洗。也就是说，车辆通过速度为5km/h时，洗净力与清洗刷的物性特性不存在大的依存性。

另一方面，当清洗车辆通过速度为10km/h时，旋转的清洗刷跟不上通过的车辆，各种清洗刷的洗净力与清洗刷的物性特性有依存关系。车辆通过速度为10km/h时，植毛根数多的话，单位时间与车辆接触的刷毛根数多，能够确保洗净力。要制作植毛根数多的清洗刷，因植入刷毛基座内的“孔”的有效内径必须为Ф10mm，受此限制，清洗刷的线径必须很细。

另外，清洗刷的截面形状对洗净率有影响。十字形和圆形波纹状截面刷的洗净力较低，以圆形为主体的清洗刷洗净力高。此外，清洗刷与清洗车辆表面的接触深度为7 5 m m时，洗净力最高，这是因为：针对涂装平面，当清洗刷采用了圆形截面，就增加了清洗刷与清洗车辆表面的有效接触面积，且洗净力随清洗刷接触面的加深而提高。要使清洗刷与车体密切接触，就要求清洗刷的弹性常数小，刷毛柔软。因此，适合涂装平面的清洗刷为PPN③（Φ0.8：圆形）、PBT（Φ0.35：圆形）和PPN①（Φ0.4：圆形）。

同样，本研究还比较了不同清洗刷对车辆窗框凹凸部分的洗净力。试验结果如表2、图2所示。

表2 各种清洗刷的洗净力比较（窗框凹凸部分）

图2 各清洗刷的洗净力比较（窗框凹凸部分）

从以上结果来看：在适合涂装平面的3种清洗刷中，通过对窗框凹凸部分洗净力高的PPN③（Φ0.8：圆形）和PBT（Φ0.35：圆形）比较分析，发现“植毛数”与“弹性常数”和“单纤维质量”存在关联性。如果将“弹性常数”与“单纤维质量”的乘积置换为“清洗刷的击打力”，如PBT清洗刷的击打力虽小，但植毛数多，PPN③清洗刷的植毛数虽少，但清洗刷的击打力大，因而，二者的洗净力都很高。图3是植毛数、弹性常数、单纤维质量之间的关系。

图3 植毛数、弹性常数、单纤维质量之间的关系

由此，可以从下式推导出清洗刷的洗净度。

【清洗刷洗净度】

其中，θ：清洗刷洗净度，α：植毛数（根/孔），β：弹性常数（N/mm），γ：单纤维质量（g/根）。由上式计算出的PPN③与PBT清洗刷的洗净度基本一致。具体计算如下：

由此看出，“植毛数”、“弹性常数”、“单纤维质量”之间存在相关性。

从以下几方面可提高清洗刷的洗净力。

1.1 植毛数（线径）

在车辆通过时的平均单位时间内，要增加车辆与清洁刷的接触面积，确保接触时间，在受植毛的有效内径Ф10mm的限制下，就要求线径要细，植毛根数多才能实现。图4是植毛数与线径之间的关系。

图4 植毛数与线径的关系

1.2 截面形状

清洗刷形状有十字形、三层形、波纹形状等，圆形截面清洗刷的接触面积“基本一致”，稳定性高。为确保清洗刷与车辆的接触状态，刷体截面形状为圆形时最为稳定。图5是清洗刷接触状态与截面形状的清洗效果比较。

图5 清洗刷接触状态及截面形状的清洗效果比较（数值为清洗力）

1.3 弹性常数·质量

在同等“弹性常数·质量”条件下，提高车辆通过速度，清洗刷的击打力增加，但由于清洗刷来回晃动、跳起，洗净力反而降低。因此，需要根据预估的车辆速度，选择清洗刷种类（弹性常数·质量）。图6是清洗速度和清洗刷运行状况的示意图。

图6 清洗速度和清洗刷运行状况的示意图

1.4 接触深度

车辆的外装部分如果本来就存在涂装平面和凹凸部位（门、连接部位、窗框密封部分等），在清洗时就必须考虑清洗刷与各部位相应的“接触深度（包括弹性常数）”。在去除涂装平面的污垢时，由于是与清洗刷腹部接触，因此弹性常数低，清洗刷必须柔软，与清洗物体保持紧密接触才行。另外，对于凹凸部位，如果是用刷毛尖端去除污垢，就要求清洗刷的弹性常数必须高，且刷毛要硬，确保刷毛尖端能够深入凹凸部位，使二者接触。图7是清洗部位与接触深度的示意图。

图7 清洗部位与接触深度的示意图

根据以上知识，今后在更换各新干线车辆所属区间的清洗刷时，将会优先采取以下形状的新型清洗刷。

<开发清洗刷的规格参数>

·清洗刷材质：聚丙烯

·线径、截面形状：Φ0.6（mm）、圆形

·单纤维质量：0.105（g/根）

·弹性常数：5.27（N/mm）

2 JR秋田车辆中心引进的新型洗净刷

2.1 污垢的现状

2013年9月，本研究接到来自JR秋田车辆中心的咨询，咨询“清洗装置很难去除E6系车辆窗玻璃及出入门凹陷部分的污垢。此外，平时还需采取人工手动清除作业，对此能否有所改进？”图8是E6系车辆清洗前的污垢附着状况。

图8 E6系车辆的污垢附着状况

2.2 追查污垢产生的原因

经查明，该车体污垢产生的原因是清洗刷更换前，由于使用的是形状与E3系车体形状相符的原清洗刷，当E6系车辆投入运行后，车体形状已发生改变，车体形状由E3系车体变为E6系车体，清洗刷与车体侧面的平均接触量出现变化，不能紧密接触。

2.3 针对清洗刷更换后清洗刷接触深度的探讨

本研究在引进高清洗效果的新型清洗刷时，探讨了清洗刷尖端与E6系车辆侧面均一接触的适宜清洗刷长度。

由于清洗刷被转矩电动机用一定强度按压，如果刷毛长度存在差异，就不能均一地与车体接触。在此，本研究提出新开发的清洗刷最大长度为145mm（清洗刷直径为Φ800～Φ960），清洗刷被转矩电动机按压，清洗刷与车体接触的覆盖量设定为清洗效果最好的75mm。图9是E6系车辆清洗刷的尺寸图。

2.4 清洗刷更换的施工状况

2015年3月，秋田车辆中心将原来的水清洗装置和药液清洗装置的清洗刷更换为新清洗刷。表3是清洗刷的更换个数的详细情况。图10是更换清洗刷的施工状况。

图9 E6系车辆清洗刷的尺寸图

白天（9:00～24:00）要对车辆进行清洗，清洗装置不能停止，更换清洗刷的作业选在夜间实施。

表3 清洗刷更换个数的详细情况

图10 更换清洗刷的施工状况

（5）新清洗刷清洗效果的确认

为了比较原清洗刷与新清洗刷的清洗效果，本试验在E6系车辆上涂布模拟污垢（黑色口红），测定了用这两种清洗刷清洗前后的口红色差。

原清洗刷清洗效果的确认于2015年3月9日实施，而新清洗刷清洗效果的确认于2015年4月27日实施。图11是原清洗刷的清洗效果。图12是新清洗刷的清洗效果。图13是清洗刷的清洗效果确认。

图11 原清洗刷的清洗效果

图12 新清洗刷的清洗效果

图13 清洗刷的清洗效果确认（色差计测定）

由于清洗效果确认日、车辆组成和模拟污垢不同，该实验结果不是在同一条件下得出的，因此，使用原清洗刷洗净前后的口红色差从66.6减少为17.0，污垢的去除率为75%；而使用新清洗刷洗净前后的口红色差则由55.0减少为9.1，污垢的去除率为84%。与原清洗刷洗净后的口红色差17.0比较，新清洗刷的口红色差为9.1，明显降低，提高了污垢的去除率。

3 结论

为了清除新干线车辆上的污垢，本研究参考了JR东日本研究开发中心创新服务研究所的清洗刷技术，并将新清洗刷技术引入秋田车辆中心车辆的清洗装置中。采用新清洗刷后，清洗效果明显提高。

今后，JR东日本研究开发中心创新服务研究所将进一步提升清洗效果，为乘坐新干线车辆的旅客提供更干净，更舒适的出行环境。

本文译自2015.9《R&M》

Research on the Cleaning of Cleaning Brush Installed on the Vehicle Cleaning Device and Dirt-treatment Improvement Measures in Akita Vehicle Center

Kouichi Kitami
(JR-EAST Research & Development Center Innovative Service Research Institute, Japan 9990011)

This paper discussed the technical problems on cleaning of cleaning brush cleaning installed on the vehicle cleaning device and introduced the application of a new-developed cleaning technology for vehicle cleaning brush of the vehicle cleaning device in Akita vehicle center, which achieved a good cleaning effect.

cleaning equipment; cleaning brush; cleaning effect; Shinkansen