唐 宋

（廣州市地下鐵道總公司 運(yùn)營(yíng)事業(yè)總部，廣東廣州510000）

廣州地鐵直線電機(jī)車輛電機(jī)高度控制探究

唐 宋

（廣州市地下鐵道總公司 運(yùn)營(yíng)事業(yè)總部，廣東廣州510000）

介紹直線電機(jī)技術(shù)特點(diǎn)和氣隙要求，分析影響直線電機(jī)高度的各種因素，結(jié)合運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)，給出合理的直線電機(jī)高度控制范圍，最后對(duì)精確直線電機(jī)高度控制范圍提出一定的建議。

廣州地鐵；直線電機(jī)；電機(jī)高度；控制

1 直線電機(jī)技術(shù)特點(diǎn)

直線電機(jī)車輛在支承和導(dǎo)向方面與旋轉(zhuǎn)電機(jī)車輛的輪軌系統(tǒng)相同，即利用車輪起支承和導(dǎo)向作用，但在驅(qū)動(dòng)方面直線電機(jī)卻采用了磁浮系統(tǒng)牽引。該系統(tǒng)在牽引上突破了傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)牽引模式，不再受制于輪軌間的黏著，但又不像磁浮那樣需要嚴(yán)格控制車體的懸浮。

普通旋轉(zhuǎn)電機(jī)中電磁吸引力僅為轉(zhuǎn)子的內(nèi)力，對(duì)電機(jī)外表面而言除了重力，電磁力合力為零。而直線電機(jī)結(jié)構(gòu)如同將旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子與定子展開(kāi)成直線形狀，如圖1所示，在理論上可以把它近似地看成為具有無(wú)限大半徑的傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)，直線電機(jī)三維的電磁力都出現(xiàn)在外面，初級(jí)對(duì)次級(jí)的電磁吸引力相當(dāng)大。

圖1 從旋轉(zhuǎn)電機(jī)向直線電機(jī)的展開(kāi)示意圖

2 直線電機(jī)氣隙要求

直線電機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子在平面內(nèi)是平行的，直線電機(jī)的定子部分安裝在車輛的車底下，轉(zhuǎn)子部分是安裝在軌道上的感應(yīng)板，直線電機(jī)氣隙示意圖如圖2所示。直線感應(yīng)電機(jī)與旋轉(zhuǎn)感應(yīng)電機(jī)的基本原理相同，但是直線電機(jī)的鐵芯不像旋轉(zhuǎn)電機(jī)那樣具有閉合的圓環(huán)形狀，而是長(zhǎng)直的，兩端是開(kāi)斷的鐵芯，因而存在著縱向邊端效應(yīng)和橫向邊端效應(yīng)，所以直線感應(yīng)電機(jī)和感應(yīng)板之間的氣隙遠(yuǎn)大于旋轉(zhuǎn)感應(yīng)電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙。

對(duì)于直線電機(jī)來(lái)說(shuō)，從提高電機(jī)效率方面考慮，氣隙值越小，電機(jī)效率就越高，消耗電能就越少。但從安全方面考慮，氣隙值不能設(shè)定得過(guò)小，以防車輛振動(dòng)、輪軌磨耗、感應(yīng)板安裝精度誤差、電機(jī)垂向吸引力等因素造成直線電機(jī)定子和感應(yīng)板相接觸，影響車輛的運(yùn)行安全。通過(guò)理論計(jì)算和試驗(yàn)運(yùn)行，從保證中大運(yùn)量地鐵車輛提高電機(jī)效率和運(yùn)行安全兩方面綜合考慮，廣州地鐵直線電機(jī)車輛的電機(jī)額定氣隙規(guī)定為mm。為保證直線電機(jī)靜態(tài)額定氣隙值，在車輛維護(hù)過(guò)程中需要定期調(diào)整直線電機(jī)高度。

圖2 直線電機(jī)氣隙示意圖

3 直線電機(jī)高度控制

直線電機(jī)高度是指電機(jī)定子下表面到鋼軌軌頭上表面之間的垂直距離。除直線電機(jī)與感應(yīng)板之間的額定氣隙之外，決定直線電機(jī)靜態(tài)高度的因素有感應(yīng)板安裝高度、鋼軌轉(zhuǎn)換帶來(lái)的差值，以及輪軌系統(tǒng)磨耗和直線電機(jī)懸掛系統(tǒng)橡膠蠕變產(chǎn)生的偏差。

（1）感應(yīng)板的安裝高度

直線電機(jī)車輛必須借助直線電機(jī)和感應(yīng)板的相互作用才能運(yùn)行，所以軌道線路內(nèi)均需要鋪設(shè)感應(yīng)板。廣州地鐵直線電機(jī)車輛線路感應(yīng)板安裝基面至鋼軌頂面的高度15＋1－2mm，感應(yīng)板安裝示意圖如圖3所示。

圖3 感應(yīng)板安裝示意圖

（2）鋼軌轉(zhuǎn)換帶來(lái)的差值

廣州地鐵正線線路采用U75V60 kg/m鋼軌，車輛段線路采用U71Mn50 kg/m鋼軌，直線電機(jī)車輛車輪采用LM磨耗型踏面，LM磨耗型踏面與50 kg/m鋼軌和60 kg/m鋼軌配合圖如圖4、圖5所示。根據(jù)LM磨耗型踏面曲線與50 kg/m鋼軌和60 kg/m鋼軌接觸點(diǎn)不同，計(jì)算出兩種鋼軌上直線電機(jī)高度差值為0.77 mm－0.06 mm＝0.71 mm，即車輛在50 kg/m鋼軌轉(zhuǎn)換到60 kg/m鋼軌上電機(jī)高度會(huì)降低0.71 mm。

（3）輪軌系統(tǒng)磨耗和直線電機(jī)懸掛系統(tǒng)橡膠蠕變產(chǎn)生的偏差

輪軌系統(tǒng)磨耗是指車輛在運(yùn)行過(guò)程中輪對(duì)和鋼軌產(chǎn)生的磨耗，尤其是輪對(duì)踏面直徑方向的消耗將直接引起直線電機(jī)高度變化。直線電機(jī)懸掛系統(tǒng)中電機(jī)垂向吊桿關(guān)節(jié)采用橡膠關(guān)節(jié)，起彈性支撐作用，并提供一定的剛度效應(yīng)，但由于橡膠材料的黏彈效應(yīng)，橡膠關(guān)節(jié)的垂向剛度隨載荷的增加而產(chǎn)生一定的非線性變化，同時(shí)，在恒定載荷或者變載荷作用下，橡膠關(guān)節(jié)隨時(shí)間的延長(zhǎng)會(huì)產(chǎn)生一定的蠕變效應(yīng)。

根據(jù)實(shí)際運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)，整個(gè)輪軌系統(tǒng)磨耗和直線電機(jī)懸掛系統(tǒng)橡膠蠕變半年產(chǎn)生的偏差會(huì)造成直線電機(jī)高度降低總量約0.8 mm，該數(shù)值作為直線電機(jī)高度值的補(bǔ)償值，需要在車輛半年檢修作業(yè)中補(bǔ)償直線電機(jī)高度，以防直線電機(jī)氣隙超出額定氣隙的下限。

圖5 標(biāo)準(zhǔn)60 kg/m軌與LM踏面的配合圖

結(jié)合實(shí)際運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)，直線電機(jī)實(shí)際高度值＝直線電機(jī)理論高度值24.71mm＋補(bǔ)償值0.8 mm＝25.5mm。由于直線電機(jī)作為一個(gè)平面，為了保證電機(jī)與感應(yīng)板的平行度，電機(jī)4個(gè)測(cè)量點(diǎn)的高度差值要求在1 mm之內(nèi)，同時(shí)考慮到保證直線電機(jī)高度調(diào)整的精確性，直線電機(jī)高度實(shí)際調(diào)整范圍為25.5～26.5 mm。

4 精確直線電機(jī)高度控制范圍的建議

目前廣州地鐵正在籌劃在直線電機(jī)車輛上安裝氣隙在線檢測(cè)系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)直線電機(jī)定子和感應(yīng)板之間的氣隙，對(duì)超出合理范圍的電機(jī)高度進(jìn)行報(bào)警，及時(shí)安排超標(biāo)列車檢修維護(hù)，避免發(fā)生安全事件。同時(shí)，根據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，制定更為準(zhǔn)確的直線電機(jī)高度調(diào)整范圍，并形成相應(yīng)的管理維護(hù)制度，以保證車輛高效、安全的運(yùn)行。

5 結(jié)束語(yǔ)

廣州地鐵4號(hào)、5號(hào)、6號(hào)線采用直線電機(jī)車輛，是國(guó)內(nèi)首批采用直線電機(jī)牽引的中大運(yùn)量地鐵車輛。就目前來(lái)看，由于直線電機(jī)車輛具有造價(jià)低、振動(dòng)小、噪聲低、爬坡能力強(qiáng)、牽引能力優(yōu)越、通過(guò)曲線半徑小、能耗低、污染小、安全性能好等諸多優(yōu)點(diǎn)，非常適合大中城市中大等運(yùn)量交通發(fā)展的要求，是21世紀(jì)城市軌道交通發(fā)展的方向，必將在我國(guó)城市軌道交通線路得到越來(lái)越多的應(yīng)用。

直線電機(jī)高度調(diào)整作業(yè)是直線電機(jī)車輛日常檢修維護(hù)工作中一項(xiàng)較為頻繁和重要的作業(yè)，直線電機(jī)高度值作為直線電機(jī)車輛重要技術(shù)參數(shù)，是保證車輛高效、安全運(yùn)行最為重要的技術(shù)指標(biāo)，其準(zhǔn)確性不能出現(xiàn)較大偏差。通過(guò)多年的摸索與探究，以及廣州地鐵4號(hào)、5號(hào)線至今7年的運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)，25.5～26.5 mm是適用于廣州地鐵中大運(yùn)量直線電機(jī)地鐵車輛電機(jī)高度的調(diào)整范圍。

［1］ 龐紹煌，高 偉.廣州地鐵4號(hào)線直線電機(jī)車輛［J］.都市快軌交通，2006，19（1）：77-79.

［2］ 朱士友，呂勁松.車輛檢修工［M］.北京：中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2009.

［3］ 嚴(yán)雋耄，傅茂海.車輛工程［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2008.

Study of Height Control for Linear Motor Vehicles of Guangzhou Metro Lines

TANG Song
（Operation Divisions，Guangzhou Metro Corporation，Guangzhou 510000 Guangdong，China）

Technical characteristics and air gap requirements of linear motors are introduced in this paper.Various influence factors on linear motor height are analyzed.Based on practical experience，a reasonable range of linear motor height is proposed.Finally，some suggestions are given to the precise range of linear motor height control.

guangzhou metro；linear motor；motor height；control

U239.5

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2014.03.16

1008－7842（2014）03－0066－03

?）男，助理工程師（

2013－11－07）