广州地铁4/5/6号线贯通道系统的应用及优化研究

黄 捷，李杭健

（广州地铁集团有限公司，广东广州 510000）

0 引言

广州地铁4/5/6号线采用的是直线电机地铁车辆，以上线路类型均包含有地下段和高架段，线路具有转弯半径小、坡道坡度大等特点，因此，直线电机地铁车辆贯通道系统功能设计要求满足列车顺利通过车辆段60 m、辅助线100 m、正线150 m最小平面曲线半径的需要，其技术规格要求与传统的旋转电机地铁列车相比更为严格[1]。

自2005年广州第一条直线电机地铁线路开通运营以来，贯通道系统在运用过程中出现了较多故障问题，给车辆正线运营服务质量带来极大影响，也给车辆检修带来较大的压力。本文将挑选故障率较高的典型问题进行分析，从材质选型、结构尺寸和维护策略等各方面，对贯通道提出相应的优化改进建议。

1 贯通道基本结构与功能

贯通道主要功能是在两节车之间形成一个可靠、安全、无阻碍的乘客通道，并能在列车的任何运行条件下均保证整列车的连接[2]，此外，还要具有良好的隔音、隔热、密封性、低噪声、耐磨损及阻燃性等，能很好地满足车辆运动，使用寿命长，维护成本低，安全可靠[3]。

通道系统主要由折棚组成、护板组成、顶板组成、踏板组成、渡板组成、渡板支撑、护板支撑座组成、车钩磨耗板组成以及踏板体等部分构成[5]。如图1所示。

图1 贯通道构成

2 运用故障情况统计

对地铁4/5/6号线自开通运营至今，贯通道系统的主要故障类型和故障率进行统计，如图2所示，贯通道系统故障率排占比排前三位的故障类型分别为异响问题、折棚老化破损问题、渡板损坏或塌陷问题，以上故障类型共占到了贯通道故障总数量的75.7%，属于贯通道系统在运用中较为典型的故障问题。

图2 贯通道系统主要故障类型和故障率比例统计

3 典型故障及优化改进措施

3.1 贯通道异响

由于直线电机地铁线路的曲线半径小、坡道坡度大等特点，使贯通道系统在正常运行尤其是通过弯道或上下坡时，较容易出现因形变量过大或受力摩擦不合理而产生噪声异响[4]，当异响持续发生并超过乘客承受限度时，则会频繁出现乘客投诉车辆服务质量等问题，目前贯通道异响产生的原因主要有接触磨耗件的材质选型存在缺陷，以及连接部件的尺寸设计及制作存在偏差等所导致。

（1）针对贯通道接触磨耗件的材质选型存在缺陷产生的噪声问题，根据滑动摩擦力f=μ·N原理公式（μ为摩擦系数，N为表面正压力），可先通过采用摩擦系数更低的材质来组成新摩擦副，例如顶板组件因摩擦副摩擦力过大产生噪声问题，原摩擦副材质为尼龙（聚酰胺）—不锈钢，摩擦系数为0.34～0.37，可将边顶板的磨耗条由尼龙更换为自粘式毛毡，摩擦系数降为0.18～0.21，此外，在连杆与中间护板轴套处增加蝶形垫圈，以增加连杆处顶板组件间的间隙，这样既可降低摩擦面的正压力，减少滑动摩擦力，也避免各板块相互间的挤压变形，有效消除了顶板组件之间滑动摩擦过大或机构变形产生的异响噪音。如图3、图4所示。

（2）针对因连接部件的尺寸设计及制作存在偏差，导致部件异常碰撞或摩擦产生的噪声问题，可根据实际运营情况对相关零部件的尺寸和结构进行结构优化，如顶板组件因波浪条和连杆销轴的尺寸异常导致其与顶板边碰撞异响，可通过缩减波浪条安装孔间距，进而缩减波浪弯曲后的高度，同时在连杆上增加尼龙材质保护套，保护套端面为斜面，当连杆销轴发生运动侧滚时，顶板将从保护套上顺利滑过，最终使波浪条和连杆销轴不再与边顶板因运动异常干涉产生撞击声，如图5、图6所示。

图3 顶板磨耗条由尼龙改为自粘式毛毡

图4 侧护板改造后的断面示意图

图5 波浪条安装孔位置和孔径优化

图6 经过改造后的波浪条位置效果图

3.2 折棚老化破损

直线电机地铁线路类型包含有高架段和地下段，贯通道折棚在运用中不仅需长期经受线路外界环境的风化腐蚀等考验，且由于频繁通过小曲线和大坡道，棚布弯弧位置褶皱严重，过曲线或坡道时，棚布的拉伸与压缩不均匀，导致局部应力加剧，使棚布极容易出现疲劳撕裂、老化破损等问题[6]。如图7、图8所示。

图7 贯通道外层棚布弯弧处磨损

图8 贯通道外棚布弯弧处开裂

针对对此类问题，可通过局部修复及换型改造方式解决，若折棚出现小面积破损，则采用冷补胶片进行修补，可以起到缓解破损加剧作用，但若开裂长度过大，由于车辆运行通过曲线时折蓬会频繁伸缩磨损，一个月后基本会重新松脱，因此可结合检修情况将侧护板打开，根据现场折棚布损坏程度，对破损棚布进行局部更换处理，此外，为彻底解决该问题，可结合车辆架大修等大型作业将贯通道整体解编并从车体上拆卸下来，对外层棚布进行全部更换改造为高强度纤维复合橡胶材质的弹性蒙皮布。同时，在后续的新购车的设计选型上采用更高强度、耐磨耐老化的进口弹性面料。

3.3 渡板塌陷

直线电机地铁车辆每天运行线路的最小曲线半径R=60 m，以及通过R60m-5m-R65m类型的S型曲线，其线路较为复杂，设备要求较高[7]。针对车辆通过以上路况期间，贯通道渡板发生的塌陷故障，分析其原因首先为渡板组件的结构强度考虑不足，在列车经过小曲线时，若踏板组件间的高度差超过0i 2 mm范围，会导致渡板与踏板或车体地板之间形成运动干涉或相抗，最终使渡板发生断裂塌陷。

为解决该问题，可根据实际运用情况，将2块中间渡板结构改为1块整体的中间渡板，提高横向刚度，将渡板整体加厚，提高垂向承载能力，此外，渡板材质可选用耐蚀性、耐磨性和强度更优的06Cr19Ni10高合金钢，根据CJ/T353-2010和IEC 61373等相关标准，运用ANSYS软件建立模型，对优化后的渡板组件进行有限元分析，

分析结果显示最大拉压应力区域在支座下部和渡板两端及中间支撑梁，均为60 MPa左右，最大应力点在两侧小渡板的尖点处，有应力集中现象，为190 MPa，但未超过06Cr19Ni10的屈服强度（205 MPa）。

此外，提高对踏板组件高度差的日常检查频率，严格控制高度差在标准范围内，对发现超差的及时进行调整处理，其中，若活动页过高，则采用打磨的方式将踏板活动页边缘进行倒圆角处理，若活动页过低，则通过增加调整垫片进行调整加高，如图9所示。

图9 通过增加调整垫片调整踏板活动页高度

4 结语

直线电机地铁车辆具有通过曲线半径小、爬坡能力强等特点，线路类型包含地下段和高架段，因此，贯通道较容易出现因形变量过大、老化磨损，以及尺寸超标等导致的车辆检修维护难题，对运营造成了一定的影响。为保证运营安全，经不断探索研究及经验积累，通过以上一系列的改进措施，能有效解决贯通道系统在直线电机地铁线路运营出现的典型故障，提高贯通道系统的运用安全性和可靠性，对于直线电机地铁车辆的故障预防和日常维护具有一定的指导意义，也在一定程度上为以后新购列车的贯通道系统设计提供参考依据。

［1］朱士友.城市轨道交通大中运量直线电机车辆运用与检修［M］.北京：中国劳动社会保障出版社，2009.

［2］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.

［3］严隽耄，傅茂海.车辆工程［M］.北京：中国铁道出版社，2008.

［4］庞绍煌，高伟.广州地铁4号线直线电机车辆［J］.都市快轨交通，2006，19（1）：77-79.

［5］中车青岛四方机车车辆股份有限公司.广州地铁4号线直线电机车辆维修手册［M］.青岛：中车青岛四方机车车辆股份有限公司，2003.

［6］中车青岛四方机车车辆股份有限公司.广州地铁5号线直线电机车辆维修手册［M］.青岛：中车青岛四方机车车辆股份有限公司，2008.

［7］中车青岛四方机车车辆股份有限公司.广州地铁6号线直线电机车辆维修手册［M］.青岛：中车青岛四方机车车辆股份有限公司，2010.