跨座式单轨工程检修车关键技术研究

■ 林永康 高林 易明德 张辉

随着我国城市化发展的加快、人口的迅猛增长导致客流量不断加大，致使交通压力与日俱增。为缓解地面交通拥堵状况，许多城市都在积极筹划轨道交通建设项目。2017年9月，比亚迪云轨作为我国首条拥有完全自主知识产权的跨座式单轨在银川建成并通车[1]，并相继在我国多地区投入建设。跨座式单轨交通的快速发展对单轨轨道交通建设的工程质量和效率也提出了更高要求，同时也对相应工程机械设备提出了更高需求和挑战。

1 发展现状分析

城市单轨交通的快速发展，意味着单轨轨道电气化施工、检修和维护需要大量的相关工程机械装备[2]。目前我国市场上的单轨轨道交通专用工程机械设备的应用发展还处于相对薄弱的阶段，众多配套工程设备尚未形成标准化和系列化。我国只有少数公司在经营单轨轨道交通工程机械设备这一产业，常见的专用工程机械设备主要采用内燃式发动机，以柴油为燃料，有动力足、结构简单、易于维护等优点，但同时也存在空气污染[3]、制造成本高、区域转移性差的缺点，并且发动机在工作时源源不断的轰鸣声也使得现场作业环境非常差，很不利于员工的身心健康，而且车身自质量大、吊装困难，不适合跨区域搬运转移。

随着城市单轨轨道交通建设进一步向建设周期短、投资成本低、安全可靠性高等方向发展，行业内对单轨轨道交通工程设备的可靠、高效、经济、环保、舒适性等方面也提出了更迫切需求，这将推动相关专业技术的研究，同时也必然提升我国设计制造水平，并完善相应的产品体系和技术标准，以满足城市单轨轨道交通建设日益增长的需求。

2 工程检修车概述

在当前技术发展趋势下，云轨轨道交通建设若要实现将造价缩减到地铁的1/5、建设周期缩减到地铁的1/3[4]这一目标，传统施工方式的效率低下，已严重制约云轨轨道交通的建设，传统施工方式的效率见表1，因此迫切需要更加高效实用、经济效益更优的工程机械设备来辅助工程施工。

表1 传统施工方式的效率

因此自主开发一种更经济、环保、布局更合理的跨座式单轨工程检修车，用于更快更有效地辅助云轨轨道交通建设所涉及的导电轨安装、线缆敷设以及品质检验和后期维护等作业。主要包括造型设计、性能指标、尺寸参数、总装布置，以及整车的动力性、经济性、环保性、舒适性和可靠性设计。

工程检修车主体结构包括主框架、电池装置、驱动装置、电控装置、导向轮和稳定轮装置以及制动装置。电池装置采用安全性高、成本低、循环寿命长、绿色环保的比亚迪自主研发铁电池；驱动装置采用一整套三合一模块（电机、减速机、行走轮）；电控装置采用可靠性高的PLC控制；驱动电机采用低速大扭矩电机，以保证较大的起动扭矩和良好的低速稳定性，电控装置与电机驱动为闭式回路系统相连，采用脉冲变频调速，可使工程车在0～20 km/h实现无级调速。制动装置、抱梁装置与液压开式回路系统相连，多种安全保护装置确保工程检修车安全运行。与现有技术相比，其优点是操纵更简单、传动效率更高，运行更平稳、环保且舒适。

2.1 主要技术要求

2.1.1 功能要求

功能要求见表2。

2.1.2 材料要求

材料质量直接影响整车载质量，因此工程检修车所选用的材料必须按照设计要求选用。在满足现行国标的要求下，宜采用轻量化、高强度的金属材料。

2.1.3 焊接要求

工程检修车主框架（见图1）采用的是一体焊接方式，是车上各装置机构的载体，是整车结构的重要部分。其焊接精度和强度直接影响部件安装和整车质量安全，所以必须由具有焊接资质的专业人员实施。同时焊接前做好技术交底，并严格按照焊接工艺施工，完成后对焊缝和质量进行检查与验收。

表2 主要功能要求

图1 工程检修车主框架

2.1.4 涂装要求

由于户外使用环境的特殊性，工程检修车的金属表面极易发生氧化锈蚀，进而使整车承载性能下降或损坏。表面涂装则是为防止车辆金属部位被氧化腐蚀的重要手段。工程检修车要求涂装前必须先清理表面的尘土、铁锈、油脂、焊渣等附着物，且在环境温度5～35 ℃进行底漆、中涂漆、面漆的防腐蚀涂层施工，并保证涂层及漆面连续完整无损，结合良好。装配好后，被损伤的涂层部位应先将表面处理干净后再用同质、同色的涂料进行修补。

2.2 遵循标准及规范

工程检修车在设计与制造以及安装和验收上遵循如下现行有效的标准（包括但不限于）：

（1）GB 50458—2008《跨座式单轨交通设计规范》；

（2）GB 50205—2001《钢结构工程施工质量验收规范》；

（3）GB 50054《低压配电设计规范》；

（4）GB 50254《电气装置安装工程低压电器施工及验收规范》。

2.3 整车功能

工程检修车共分为六大功能区，分别为：驱动功能、防护功能、行走功能、控制功能、转向功能、辅助功能，具体功能见图2。

3 工程检修车组成

根据功能需求，工程检修车设计成一种既能满足工程作业，又能满足品质检验的施工辅助工程检修车。

（1）工程检修车由主框架、作业平台、电池装置、驱动装置、制动装置、照明装置及随车工具等组成；

（2）搭载消防器材及警示装置各1套；

（3）设置220 V交流电源输出接口和0～36 V直流电源输出接口；

图2 工程检修车功能树形图

（4）选配备用发电机1台。

3.1 主框架

工程检修车框架采用H形承载结构，主要利用60 mm×60 mm、40 mm×40 mm、20 mm×20 mm方通和3 mm防滑钢板由焊接工艺制作，框架及其他结构件的关键部位的焊缝大部采用满焊工艺，具有足够的强度和刚度，承载性良好。

3.2 作业平台

（1）作业平台为半封闭式结构，一端为延伸半开放工作平台，封闭外皮材质为1．5 mm冷轧钢板，采用螺栓紧固与焊接组合工艺；

（2）平台两端设计成围栏结构，以保证平台透光性和厢内人员的视野；

（3）平台单侧承载500 kg，空间尺寸为：950 mm×6 070 mm，可满足4名作业人员同时进行施工作业；

（4）平台两侧各设有防爆大灯，且随车配备常用维护工具；

（5）平台两侧都设有上下楼梯，方便作业人员左右互通，并提供作业人员到轨道梁面的出入通道。

3.3 电池装置

电池装置采用安全性高、成本低、循环寿命长、绿色环保的比亚迪自主研发铁电池，并通过与之配套的电池管理装置给工程检修车提供电力，相比内燃式发动机更经济环保（见图3）。电池管理装置具备专用充电桩和市电交流220 V插座2种接入充电方式，在使用时更加方便。并可选择随车配备发电机作为备用电源以应对突发情况。

3.4 驱动装置

驱动装置包括行走轮、减速机、大扭矩电机等，采用链条和链轮传动（见图4），行走时轻便、平稳、舒适性好，不会出现行走轮滑移的现象。行走轮和导向轮均采用实心橡胶轮胎，与主框架为非刚性连接，各导向轮对轨道梁侧面压力通过减振弹簧来调节。

3.5 制动装置

工程检修车的制动装置由行车制动和驻车制动2部分构成（见图5）。

行车制动主要有电气制动和碟刹制动。电气制动是利用车辆在停止过程中施加与电机转动方向相反的扭矩以限制工程检修车移动[5]。碟刹制动包括制动盘和制动钳，安装在制动钳上的摩擦块与制动盘共同组成一对摩擦副，通过摩擦制动盘面达到制动目的[6]。

驻车制动采用液压抱梁，即通过液压动力促使抱梁装置对轨道梁施加压力以增大工程车和轨道梁间的摩擦力，确保工程检修车在驻车作业时的人机安全。

3.6 起吊环

在工程检修车顶端四角对称位置设置有8个起吊环，以确保在工程检修车起吊时重心平衡并提高安全性，将4条专用吊带分别挂在8个起吊环上，利用起重机将工程检修车整体起吊上梁。

3.7 主要部件

主要部件见表3。

4 工程检修车应用实例

图3 动力电池组

图4 传动装置

图5 盘式制动器

表3 主要部件清单

该工程检修车作为跨座式单轨设施建设和维护检修的安全高效平台，目前已经成功导入济宁和安阳云轨线路中使用。经过长期使用验证，工程检修车单次满电续航里程可达20 km，可用于云轨轨道交通的绝缘支架安装、接触轨安装、电缆敷设、品质检测、维护检修等，并能适应轨道最小转弯半径45 m、上下坡斜度最大100‰的复杂作业环境，同时在使用该工程检修车之后，在效率和经济效益方面较之前都有很大提升（见表4、图6）。

表4 使用工程检修车之后效率

图6 应用展示

5 结束语

工程检修车是基于机械设计与制造技术、自动控制技术、智能检测技术，为跨座式单轨轨道交通建设服务的专用设备。由于采用比亚迪铁电池作为电力源，不仅安全可靠，还可以满足施工现场的长时间、长距离作业；并且采用电机作为驱动方式，相比传统内燃机方式，传动结构简单，维护方便，造价更低，且没有发动机噪声，能效转换率更高，更加节能环保；同时有效提高作业效率，降低劳动强度，保障工程质量，对缩短单轨轨道交通的建设周期和保障建设安全有重要意义。