地铁车厢清洁车的设计

南松　刘志运　周少艺

摘要 由于地铁运营特性，使得地铁车辆清洁的时间有限。同时由于地铁车厢内顶部较高，工作人员难以直接进行擦拭，造成车厢内顶部清洁耗费时间较多，清洁效率不高。文章所设计的地铁车厢清洁车正是在轨道交通智慧运维的大背景下，应用净干湿一体化技术等实现机器换人完成地铁车厢内顶部的清洁工作，有效解决地铁车厢内顶部清洁作业存在的问题和困难。

关键词 地铁清洁;结构设计;轨道交通

中图分类号 U231 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）10-0067-03

0 引言

地铁因其能耗低、乘坐便捷等特点在城市交通中快速发展[1]。为了更好地服务乘客出行，地铁线路运营时间较长，尤其在节假日运营时间还会延长，造成对地铁列车的清洁时间相对减少。通常地铁公司只对次日需要出库运营的车辆进行正常保洁，其中少数车辆进行深度保洁，导致清洁效率不高，清洁质量难以得到保证。为了优化地铁列车的清洁时间和提高地铁列车的清洁质量，魏培欣等人通过研究干冰喷射技术，提出了利用干冰在高压气流中加速，冲击地铁列车的表层，实现对列车的清洗[2]。王玉敏设计了自动洗车工艺，解决了牵引小车作为动力时引起轨道开裂的难题，运用接触轨不进库自动洗车创新技术，实现了洗车、淋雨一体化功能，促进了洗车设施技术的升级[3]。在现有研究中，大多是对于地铁车辆外部结构或零部件的清洁，尚缺少针对地铁列车车厢内部环境清洁的相关研究。通过调研走访发现对于地铁车厢内部的清洁工作主要通过人工完成，其中对于车厢内顶部的清洁作业，往往由于地铁列车车厢高度的原因，清洁人员难以方便的进行清洁，导致清洁效率低，同时现有的人工清洁方式还存在许多缺陷。该文采用模块化设计的地铁车厢清洁车正是基于人工清洁存在的问题而设计，应用了当前多种主流技术，配备智能化信息管理系统，打破了传统的人工用抹布、拖布的清洁模式，能有效清洁一些人工难以清洁的死角，降低作业的遗留，解决清洁不到位等问题，大大提高了清洁效率。

1 设计背景及意义

随着轨道交通技术的不断发展，智能化、自动化的地铁列车检修设备正在逐渐代替传统的人工完成对地铁列车的日常检修工作，但是对于地铁车厢内部的日常清洁工作仍是通过人工完成的。人工作业存在遗漏、清洁不到位及作业环境差等缺点。低效率的清洁工作日益成为制约城市轨道交通快速发展、公共交通服务质量提升的不利因素。为了提高地铁列车的清洁效率以及改善清洁人员的工作环境。有必要开发设计一种结构新颖、便携小巧、使用方便的地铁车厢清洁装置，该地铁车厢清洁车可以解决地铁车厢内顶部清洁作业存在的问题和困难。

2 传统清洁方式存在的问题

目前对于地铁车厢内部的清洁方式主要是以清洁人员使用抹布擦拭清洁为主，清洁面积小，效率低，清洁人工需求量大;还有一部分是使用平板拖布进行清洁，这种清洁方式虽然增大了清洁面积，但对于车厢内顶部的空调出风口以及非平面区域清洁难度较大，效果也不是很理想。在对多家地铁公司走访调研后，发现对车厢内顶部清洁过程中，传统清洁方式存在的主要问题有：

（1）清洁效率低。清洁人员需进入整体长度达120～160 m的地铁车厢内部，对处于车厢顶部的空调出风口进行卫生清洁，而空调出风口大多设计在距地面约2.26～2.35 m处。清洁人员需借助工作梯站立才可以清洁，而且清洁区域有限，整体清洁的耗时较长。

（2）清洁难度大。地铁车辆为满足不同环境下的载客需求，会设计不同尺寸、形状的出风口，如人字形、扇形等。而且，出风口的角度又分为斜向下、垂直向下、侧向等类型。清洁工作中所使用的普通抹布难以深入出风口内部，导致灰尘、污渍残留，影响空调出风质量。

（3）工作环境差。地铁在运行后，由于经过了大量人群密集的地区，所产生的流动性空气较多，空气中所含的灰尘、细菌等微小颗粒增多，经空调对车厢内部空气循环处理后，大部分仍残留在空调出风口处，形成深厚的积污层。工作人员需手持清洁用具近距离对出风口进行清洁，而车厢内顶部存在照明系统，清洁人员同时受到距光源过近、距离积污层过近、长时间抬头、举手等影响，对清洁人员的视力、呼吸系统、脊椎、手臂肌肉等造成一定程度的劳损。

3 地铁车厢清洁车结构设计

该地铁车厢清洁车采用模块化设计，分为底部、中部、顶部三部分。如图1所示。

3.1 底部结构

底部结构由4个万向轮及底板组成移动装置，在移动装置上安装有储水装置，储水装置材质为铝合金，铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，抗蚀性好[4]。采用铝合金制作水箱既能保证清洁小车的强度要求，又能降低清洁小车的重量，从而提高便捷性。内圈装污水，外圈装清水，使清水与污水分开，提高清水利用率。

3.2 中部结构

中部结构由触摸式的控制面板、输送管道和扶手装置构成。在中部结构的内腔夹层中布置有电路板、水泵和电源装置。电池续航能力强弱直接决定了清洁小车的实用性。经过对比，该清洁小车采用磷酸铁锂电池，磷酸铁锂电池具有高储存能量密度、重量轻、安全性能好、循环寿命长、原材料来源广泛、无环境污染等优点[5]，满足多功能清洁小车的供能需求。

3.3 顶部结构

顶部结构主要由预紧弹簧和清洁头组成。其中清洁头主要由电动滚筒、压缩弹簧、张力支撑机构、清洁布、从动轮组成，清洁头运用电动滚筒将电机和减速器共同置于滚筒体内部带动从动轮和清洁布运动。为了克服清洁布松弛以及增大清洁布与车厢内顶部的摩擦达到更好的效果，采用了张力支撑机构，其功能基于压缩弹簧自适应调节实现。如图2所示。

4 技术原理

4.1 净污水分离技术

传统人工擦拭時净水和污水混在一起，导致水利用率低，并且难以对地铁列车车厢进行有效的清洁。该地铁清洁车采用净污水分离技术，将污水和净水分离开来，改变传统作业时只有一桶水的情况。该地铁车厢清洁车的净水和污水分别储存在两个共轴但相互隔离的圆柱容器中，且容器内内壁涂有防腐涂料。进水口设计在净水箱外侧，可以观察到净水量。净水箱中除了盛放干净的水源外，还可以加入清洁剂以增强对地铁车厢的清洁效果。污水箱是用于盛放从清洁车顶部清洁头所排出来的污水。考虑车厢清洁车工作的可靠性，在污水箱安装有水压传感器，当收集的污水达到污水箱体积的90%时，会自动报警，以防止污水倒灌损坏清洁车。为方便污水的排放，排污口设计在污水箱的底部。净水箱和污水箱采用共轴设计，相对于传统的中间隔断设计，共轴设计可大大提升装置的稳定性和平衡性，也解决了在清洁过程中由于净水量体积不断减小，污水量体积不断增加，造成的设备重心偏移问题。

4.2 干湿一体化设计

该车厢清洁车清洁过程采用干湿一体化设计。清洁头能够以干湿两级来去除灰尘、污渍。工作原理为：将伸缩管道调节至适当高度后，清洁头在预紧弹簧的作用下，与车厢内顶部进行贴合。清洁头上半部的清洁布在电动滚筒的驱动下对车厢内顶部进行清洁作用，清洁布擦拭车厢内顶部完毕后，会进入底部的抽污区域，此时，抽污装置会对清洁布表面进行抽污和吸干处理，之后清洁布会进入到旁边的润湿区域，此时喷水装置（水或者水混合清洁剂）会对清洁布进行润湿（附着清洁剂），如图3所示。干湿一体化清洁模块具有消耗水量低、除尘效率高及处理能力强等特性。同时，可以根据不同的清洁部位及肮脏程度来选择干擦、湿擦或者先湿后干擦方式。较人工而言，擦洗的选择面更广，效率更高。

4.3 信息管理智能化

为了便于对车厢清洁车的工作状态和使用情况进行管理，清洁车中部安装触摸式的控制面板。控制面板可以实时显示清洁车的续航能力（剩余电量和净水量）、作业模式、作业指导以及作业人员相关信息等内容，让工作人员更加方便地使用清洁车以及了解清洁车的工作状况。每完成一次车厢清洁作业，控制面板就会将该次作业的相关信息生成作业记录，进行本地化存储，以便后期对数据进行统计分析处理。车厢清洁车需要在控制面板输入使用人员身份后才可以启动，倘若清洁车出现故障，可以及时联系到使用人员，从而降低清洁车的维护成本，提高清洁车的使用效率。

4.4 可伸缩式的管道

按照国内通用标准，城市轨道交通（地铁、轻轨、市域快线等）车辆类型主要可分為：A、B、C、D及L型，也有特殊型号如APM列车、单轨列车、有轨电车等[6]。针对不同型号地铁列车车厢内部高度存在的差异，该地铁车厢清洁小车采用可伸缩式的管道设计，可以使得顶部结构的清洁头与车厢被清洁表面紧密贴合，管道结构如图4所示。同时，可伸缩式的管道设计也可以方便地使车厢清洁车通过地铁列车的车端连接处，提高作业效率。伸缩管道由内杆和外杆组成，内杆上每隔一定距离安装有圆形销孔，外杆下端安装有固定的卡销，外杆卡销和内杆对应销孔进行配合可以使整个管道伸缩。伸缩管道内部有预紧力装置、净水管路、污水管路。伸缩管道顶部安装有喷水口和吸污口，吸污口可以对清洁布进行抽污和吸干，喷水口可以对清洁布进行喷水润湿。

5 总结

该地铁车厢清洁车是基于企业生产一线走访调研而提出的解决方案，具有结构新颖、便携小巧、安装使用方便等优点，弥补了人工清洁方式的缺点，能够标准化地进行地铁车厢内顶部的清洁工作，大大提升作业质量和效率，降低一线工作人员劳动强度，改善作业环境。因此，该文所设计的地铁车厢清洁车具有一定的使用价值和经济推广效益。

参考文献

[1]刘一舟， 张冀新. 地铁运营风险及安全管理研究[J]. 老字号品牌营销， 2022（6）： 69-71.

[2]魏培欣， 宗艳， 王燕生. 干冰技术在地铁列车清洗中的应用[J]. 石化技术， 2020（8）： 196-197.

[3]王玉敏. 地铁车辆自动洗车工艺研究[J]. 科技创新与应用， 2019（30）： 76-78.

[4]刘达工， 吴江峰. 铝合金弧焊工艺在轻量化车身上的应用[J]. 汽车工艺师， 2017（6）： 12-13.

[5]蒋志君. 锂离子电池正极材料磷酸铁锂： 进展与挑战[J]. 功能材料， 2010（3）： 365-368.

[6]地铁设计规范： GB 50157—2013[S]. 北京：中国建筑工业出版社， 2013.