肖鋒

（廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 廣州510010）

城市軌道交通直線電機(jī)車(chē)輛段設(shè)計(jì)與研究

肖鋒

（廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 廣州510010）

通過(guò)對(duì)直線電機(jī)車(chē)輛技術(shù)特點(diǎn)的分析，研究直線電機(jī)車(chē)輛的檢修俢程，制訂了適用的線路和道岔設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，減少了車(chē)輛段的占地面積，并特別提出直線電機(jī)車(chē)輛段設(shè)計(jì)需重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題，為今后國(guó)內(nèi)軌道交通直線電機(jī)車(chē)輛段的設(shè)計(jì)提供了指導(dǎo)。

直線電機(jī)；車(chē)輛段；設(shè)計(jì)；研究

車(chē)輛段作為軌道交通線路的維修和后勤保障基地，對(duì)維持軌道交通線路的正常運(yùn)營(yíng)是必不可少的。然而，車(chē)輛段占地面積大，在城市建設(shè)用地日益緊張的今天，建設(shè)的代價(jià)和難度也非常大。如何在保證車(chē)輛段使用功能的前提下，研究減小車(chē)輛段的占地面積，對(duì)軌道交通線網(wǎng)的建設(shè)具有極大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

廣州市軌道交通4，5號(hào)線采用直線電機(jī)（linear inductionmotor）系統(tǒng)，牽引驅(qū)動(dòng)方式及運(yùn)營(yíng)控制模式均同國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的城市軌道交通系統(tǒng)有較大差別。國(guó)內(nèi)沒(méi)有直線電機(jī)系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，給設(shè)計(jì)帶來(lái)了許多新的挑戰(zhàn)。為了確保廣州市軌道交通4，5號(hào)線運(yùn)用直線電機(jī)成功，并盡量減少車(chē)輛段用地，需對(duì)直線電機(jī)車(chē)輛段的主要功能和布局進(jìn)行研究，為4，5號(hào)線工程的建設(shè)、運(yùn)營(yíng)以及今后采用直線電機(jī)系統(tǒng)的軌道交通線路提供重要的指導(dǎo)。

1 直線電機(jī)車(chē)輛的檢修修程研究

目前日本國(guó)內(nèi)各城市已經(jīng)投入運(yùn)營(yíng)的使用直線電機(jī)車(chē)輛的地鐵線路有七十多公里，在車(chē)輛檢修制度上積累了比較豐富的經(jīng)驗(yàn)，其車(chē)輛的檢修修程如表1。

表1 日本直線電機(jī)車(chē)輛檢修修程Tab.1 Maintenance process of linear inductionmotor vehicle in Japan

馬來(lái)西亞PUTRALRT線車(chē)輛的修程和檢修作業(yè)內(nèi)容如表2所示。

表2 馬來(lái)西亞PUTRALRT車(chē)輛檢修修程Tab.2 Maintenance process of linear inductionmotor vehicle in Malaysia PUTRALRT

從表1、表2可以看出，直線電機(jī)車(chē)輛的檢修周期和檢修內(nèi)容都與傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)車(chē)輛有不小的差異。根據(jù)廣州市軌道交通工程直線電機(jī)車(chē)輛選型的總體技術(shù)特征，并參考國(guó)外直線電機(jī)車(chē)輛的運(yùn)用檢修經(jīng)驗(yàn)，廣州地鐵直線電機(jī)車(chē)輛檢修的修程確定為大修、架修、定修、三月檢和六日檢。車(chē)輛的檢修指標(biāo)如表3。

表3 廣州地鐵直線電機(jī)車(chē)輛檢修修程Tab.3 Maintenance process of linear inductionmotor vehicle in Guangzhou Metro

2 直線電機(jī)車(chē)輛段設(shè)計(jì)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題

2.1 關(guān)于直線電機(jī)車(chē)輛的檢修修程

同傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)車(chē)輛相比，4號(hào)線采用的直線電機(jī)車(chē)輛的大修、架修及定修周期分別延長(zhǎng)了40×104，20×104km和8×104km，同時(shí)，建議取消了列檢作業(yè)而代之以六日檢。檢修周期的延長(zhǎng)，減少了車(chē)輛段的設(shè)計(jì)規(guī)模，節(jié)約了用地，也大大減少了運(yùn)營(yíng)期間的檢修工作量。

2.2 關(guān)于車(chē)輛段采用接觸軌

直線電機(jī)車(chē)輛普遍采用第三軌供電，集電靴受電的方式，同時(shí)也可以采用接觸網(wǎng)供電的方式。對(duì)直線電機(jī)車(chē)輛段，段內(nèi)的供電方式也有兩種：目前國(guó)外直線電機(jī)采用的是DC750V的供電電壓，段內(nèi)的供電方式與正線一樣是第三軌供電；廣州地鐵4號(hào)線采用的是DC1500V的供電電壓，為保障段內(nèi)作業(yè)人員的安全，在正線采用第三軌供電，而在車(chē)輛段內(nèi)采用架空接觸網(wǎng)供電。

由于4號(hào)線的直線電機(jī)車(chē)輛在正線采用集電靴取流，在車(chē)輛段內(nèi)采用受電弓取流。因此，車(chē)輛在出入段時(shí)存在“網(wǎng)軌轉(zhuǎn)換”，在車(chē)輛段的工程設(shè)計(jì)中要考慮在出入段線的適當(dāng)位置設(shè)置網(wǎng)軌轉(zhuǎn)換段，而在運(yùn)營(yíng)過(guò)程當(dāng)中車(chē)輛在網(wǎng)軌轉(zhuǎn)換段需停車(chē)，進(jìn)行網(wǎng)軌轉(zhuǎn)換。同時(shí)，由于4號(hào)線直線電機(jī)車(chē)輛既裝有集電靴，又裝有受電弓，為對(duì)車(chē)輛的性能進(jìn)行全面試驗(yàn)，在車(chē)輛段的試車(chē)線上必須同時(shí)設(shè)置接觸網(wǎng)和接觸軌。

2.3 關(guān)于直線電機(jī)的氣隙檢測(cè)、調(diào)整和裝卸

1）LIM氣隙的檢測(cè)。為了提高直線電機(jī)的效率，同時(shí)為了避免車(chē)輛運(yùn)行中定子與轉(zhuǎn)子之間相互碰撞，運(yùn)營(yíng)過(guò)程中必須對(duì)直線電機(jī)的氣隙進(jìn)行嚴(yán)密地檢測(cè)和管理。一方面要對(duì)鋪設(shè)在軌道上的感應(yīng)板狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，另一方面還要對(duì)安裝在車(chē)輛上的LIM進(jìn)行監(jiān)測(cè)。影響氣隙大小的因素及限制值見(jiàn)表 4，直線電機(jī)與感應(yīng)板的氣隙標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表 5。

表4 影響氣隙大小的因素及限制值Tab.4 Factors influencing the size of air gap and their lim iting values

表5 直線電機(jī)與感應(yīng)板的氣隙標(biāo)準(zhǔn)Tab.5 Air gap standard of linear inductionmotor and induction plate

目前，國(guó)外是通過(guò)在20%車(chē)輛上安裝間隙傳感器來(lái)檢測(cè)全線的感應(yīng)板與LIM之間的間隙，通過(guò)判斷間隙值的縮小或增大來(lái)確認(rèn)全線鋪設(shè)的感應(yīng)板有無(wú)異常。20%列車(chē)記錄的“氣隙異常+地點(diǎn)距離”這兩種信息，能確定正線中檢測(cè)到的感應(yīng)板氣隙有異常的地方。在目視無(wú)法判明異常狀況時(shí)，在當(dāng)日運(yùn)營(yíng)完后使用軌道檢測(cè)車(chē)對(duì)地面上的感應(yīng)板實(shí)施詳細(xì)的檢測(cè)。車(chē)輛上LIM狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，一般是通過(guò)設(shè)在停車(chē)庫(kù)入口處的地面?zhèn)鞲衅鱽?lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)激光和感應(yīng)器測(cè)定的數(shù)據(jù)被傳送到檢查機(jī)器室，如發(fā)現(xiàn)相關(guān)參數(shù)超過(guò)允許值，須根據(jù)其警報(bào)指令再次檢查。因此，我們建議在六日檢庫(kù)、三月檢庫(kù)的出庫(kù)端以及出入段線的適當(dāng)位置設(shè)置氣隙檢測(cè)裝置。

2）LIM氣隙的調(diào)整。由于車(chē)輪的磨損和鏇削以及軌道的磨損，LIM氣隙會(huì)超過(guò)規(guī)定的范圍，因此必須經(jīng)常調(diào)整。根據(jù)日本和加拿大的經(jīng)驗(yàn)，車(chē)輪磨損和鏇削后，應(yīng)調(diào)整LIM的懸掛高度；軌道磨損后，需調(diào)整感應(yīng)板的安裝高度，使LIM氣隙維持在規(guī)定范圍內(nèi)。因此車(chē)輛段設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮調(diào)整LIM懸掛高度的方法、所需設(shè)備與地點(diǎn)。

為方便列車(chē)直線電機(jī)高度的調(diào)整，應(yīng)在定修修程以下的檢修線上布置一臺(tái)直線電機(jī)升降平臺(tái)；臨修線上布置一臺(tái)直線電機(jī)升降平臺(tái)；轉(zhuǎn)向架檢修間布置一臺(tái)直線電機(jī)升降平臺(tái)。如果列車(chē)數(shù)量較少，可考慮通過(guò)調(diào)車(chē)來(lái)滿足直線電機(jī)高度調(diào)整的需要。

搭建一個(gè)直播平臺(tái)，主要用到的是云服務(wù)平臺(tái)的PaaS服務(wù)，由云環(huán)境提供存儲(chǔ)和CDN推流以及API接口，直播框架如圖1所示。用戶只要將自己編寫(xiě)的播放器集成到云服務(wù)提供的SDK上，就能夠快速搭建一個(gè)屬于自己的直播平臺(tái)。云產(chǎn)品的PaaS服務(wù)對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)安裝簡(jiǎn)易，按需收費(fèi)不存在資源的浪費(fèi)，同時(shí)能滿足各種需求的拓展性。云環(huán)境下搭建微課直播平臺(tái)，能夠大量減少花費(fèi)在CDN分發(fā)、即時(shí)通信等困難技術(shù)上的時(shí)間，幫助用戶更便捷地根據(jù)需要搭建自己的直播平臺(tái)。

3）LIM的安裝與拆卸。由于LIM安裝在轉(zhuǎn)向架車(chē)軸的下方，傳統(tǒng)的吊車(chē)和架車(chē)機(jī)都不能直接使用。在車(chē)輛段設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮LIM的裝拆方法，所需設(shè)備及設(shè)備安裝地點(diǎn)。

2.4 檢查線上感應(yīng)板與地溝的設(shè)置

1）感應(yīng)板的鋪設(shè)。為使列車(chē)在檢查線可以利用自身動(dòng)力運(yùn)行，需在靜調(diào)線、定修線、三月檢線、六日檢線的上方設(shè)架空接觸網(wǎng)，在檢查線的地溝中央布置感應(yīng)板，感應(yīng)板的設(shè)置原則如下：

①感應(yīng)板的長(zhǎng)度應(yīng)滿足列車(chē)能正常啟動(dòng)且最大限度減小對(duì)檢修作業(yè)的影響；②保證任何時(shí)刻總有1輛車(chē)有1個(gè)直線電機(jī)全部在感應(yīng)板上；③考慮列車(chē)的停車(chē)誤差，適當(dāng)加長(zhǎng)感應(yīng)板。

在設(shè)置感應(yīng)板的時(shí)候應(yīng)特別注意它的位置：如果是4輛編組列車(chē)，感應(yīng)板應(yīng)設(shè)置在對(duì)應(yīng)于第2輛車(chē)或第3輛車(chē)的位置；如果是6輛編組列車(chē)，感應(yīng)板應(yīng)設(shè)置在對(duì)應(yīng)于第1輛車(chē)和第4輛車(chē)的位置。在進(jìn)行檢查線地溝設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)仔細(xì)考慮感應(yīng)板的安裝方法，保證檢修人員在整個(gè)地溝內(nèi)能通行。

2）檢查坑的寬度和深度。由于車(chē)輛地板高度比旋轉(zhuǎn)電機(jī)車(chē)輛低，而且LIM下表面距軌面只有25mm，因此檢修地溝應(yīng)加深。在車(chē)輛段設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)各股道的檢修內(nèi)容，合理決定地溝深度。對(duì)定修列位宜設(shè)通長(zhǎng)寬型檢查坑，股道外側(cè)坑深宜為1.3m，坑寬不宜小于車(chē)輛寬度加1.0m。而對(duì)定修、臨修、三月檢線的股道內(nèi)側(cè)坑深宜為1.5～1.7m。

3 直線電機(jī)車(chē)輛段設(shè)計(jì)及應(yīng)用情況

廣州地鐵4號(hào)線新造車(chē)輛段作為國(guó)內(nèi)第1個(gè)直線電機(jī)車(chē)輛段，車(chē)輛段的設(shè)計(jì)采用5號(hào)道岔和65m曲線半徑，其占地面積與采用7號(hào)道岔和150m曲線半徑的情況相比，占地面積節(jié)省了28%。目前，廣州地鐵4號(hào)線車(chē)輛段已經(jīng)建成并投入運(yùn)營(yíng)，從使用情況來(lái)看，4號(hào)線車(chē)輛段能夠滿足直線電機(jī)車(chē)輛的停放、保養(yǎng)及檢修等運(yùn)行要求，保證了我國(guó)首條直線電機(jī)地鐵線路的成功運(yùn)營(yíng)。

廣州地鐵5號(hào)線車(chē)輛段作為廣州地鐵直線電機(jī)車(chē)輛的大、架修基地，借鑒了4號(hào)線車(chē)輛段的成功經(jīng)驗(yàn)，其設(shè)計(jì)充分吸收了4號(hào)線的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和研究成果。5號(hào)線車(chē)輛段的設(shè)計(jì)也采用了5號(hào)道岔和65m曲線半徑，其占地面積為25.7hm2，與采用7號(hào)道岔和150m曲線半徑的情況相比，占地面積節(jié)省了21%，有效地突出了直線電機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，為地鐵新技術(shù)的發(fā)展樹(shù)立了良好的榜樣。

4 主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

1）提出了在直線電機(jī)車(chē)輛段采用5號(hào)道岔和65m小半徑曲線的可行性。目前，5號(hào)道岔及65m的曲線半徑已經(jīng)應(yīng)用于廣州地鐵4號(hào)線和5號(hào)線直線電機(jī)車(chē)輛段的設(shè)計(jì)中，使車(chē)輛段的布置更加緊湊，大大縮小了用地面積。

2）根據(jù)日本直線電機(jī)車(chē)輛的檢修經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合我國(guó)地鐵車(chē)輛檢修的實(shí)際情況，提出了適合廣州地鐵直線電機(jī)車(chē)輛的檢修修程。

在廣州地鐵4，5號(hào)線車(chē)輛段的設(shè)計(jì)中，將直線電機(jī)車(chē)輛的檢修修程確定為大修、架修、定修、三月檢、六日檢等5個(gè)級(jí)別，其中大修周期為160×104km，架修周期為80×104km，定修周期為20×104km，比傳統(tǒng)電機(jī)的大修、架修及定修周期分別延長(zhǎng)了40×104，20×104km和8×104km，大大減少了檢修工作量，也減少了大、架、定修的設(shè)計(jì)臺(tái)位，從而相應(yīng)縮減了車(chē)輛段的規(guī)模。

3）研究提出了直線電機(jī)車(chē)輛的檢修作業(yè)內(nèi)容，為直線電機(jī)車(chē)輛段的工藝設(shè)計(jì)和檢修設(shè)施的配備提供了依據(jù)。

4）提出了車(chē)輛段內(nèi)設(shè)置網(wǎng)軌轉(zhuǎn)換段的概念和具體布置要求。

廣州地鐵4號(hào)線部分線路為高架線，考慮高架線路的景觀影響，車(chē)輛在正線采用第三軌供電形式；而對(duì)于車(chē)輛段，鋪設(shè)于地面的第三軌對(duì)段內(nèi)的作業(yè)人員會(huì)形成較大的安全隱患，因此，車(chē)輛段采用架空接觸網(wǎng)的形式。網(wǎng)軌轉(zhuǎn)換段的提出，解決了車(chē)輛出段上正線或離開(kāi)正線入段時(shí)第三軌與架空接觸網(wǎng)的轉(zhuǎn)換問(wèn)題。網(wǎng)軌轉(zhuǎn)換段設(shè)置于車(chē)輛段出入段線上，長(zhǎng)度為一列車(chē)長(zhǎng)加安全距離，其線路坡度一般不大于15‰，并可與信號(hào)轉(zhuǎn)換段合并設(shè)置。

5）針對(duì)直線電機(jī)車(chē)輛的檢修特點(diǎn)，研究提出了直線電機(jī)車(chē)輛段設(shè)計(jì)需重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題，同時(shí)提出了檢修設(shè)備配置標(biāo)準(zhǔn)和具體清單，為直線車(chē)輛段的設(shè)計(jì)作出指導(dǎo)。

5 效益分析

5.1 經(jīng)濟(jì)效益

1）節(jié)省工程造價(jià)。根據(jù)上述4，5號(hào)線車(chē)輛段采用5號(hào)道岔和65m半徑曲線與采用7號(hào)道岔和150m半徑曲線的對(duì)比分析，直線電機(jī)車(chē)輛段采用5號(hào)道岔和65m半徑曲線與傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)車(chē)輛段相比，其占地面積節(jié)省21%～28%。

同時(shí)，通過(guò)國(guó)內(nèi)外的廣泛調(diào)研和分析研究，提出了直線電機(jī)車(chē)輛的合理檢修修程，延長(zhǎng)了檢修周期，大修、架修和定修的檢修周期與傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)車(chē)輛相比延長(zhǎng)了33%、33%和67%，大大減少了檢修工作量和大、架、定修的設(shè)計(jì)臺(tái)位，節(jié)省了車(chē)輛段的占地面積。因此，直線電機(jī)車(chē)輛段可大大節(jié)省工程初期投資。

2）降低運(yùn)營(yíng)檢修成本。由于直線電機(jī)車(chē)輛采用合理的檢修修程，檢修周期較傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)車(chē)輛延長(zhǎng)了三分之一以上，使檢修工作量大為減少，節(jié)省了運(yùn)營(yíng)檢修成本。

同時(shí)，直線電機(jī)車(chē)輛由于沒(méi)有復(fù)雜的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，維修工作量相應(yīng)減少，也減少了檢修設(shè)備和維修人員的配置，可相應(yīng)地節(jié)省運(yùn)營(yíng)檢修成本。

5.2 社會(huì)效益

車(chē)輛段需要巨額的投資和占用大量的土地資源，使之成為城市軌道交通建設(shè)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。因此，在車(chē)輛段的規(guī)劃和設(shè)計(jì)中，作為一種大型的土地和技術(shù)資源，必須予以合理配置，以實(shí)現(xiàn)在滿足功能要求的前提下，最大程度節(jié)約社會(huì)資源。

以4號(hào)線新造車(chē)輛段和5號(hào)線魚(yú)珠車(chē)輛段為例，直線電機(jī)車(chē)輛段采用5號(hào)道岔和65m曲線半徑，與傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)車(chē)輛采用7號(hào)道岔和150m曲線半徑相比，4號(hào)線新造車(chē)輛段可節(jié)省土地4.6hm2，5號(hào)線魚(yú)珠車(chē)輛段可節(jié)省土地5.3hm2，大大節(jié)省了寶貴的土地資源。同時(shí)，節(jié)省的土地資源如用于商業(yè)開(kāi)發(fā)，可為政府創(chuàng)造極為可觀的財(cái)政收入。

6 結(jié)論

通過(guò)對(duì)直線電機(jī)車(chē)輛的技術(shù)特點(diǎn)分析，直線電機(jī)車(chē)輛段的設(shè)計(jì)延長(zhǎng)了車(chē)輛的檢修周期，減少了檢修工作量，從而相應(yīng)縮減了車(chē)輛段的設(shè)計(jì)規(guī)模；同時(shí)，直線電機(jī)車(chē)輛段采用5號(hào)道岔和65m曲線半徑，使車(chē)輛段的布置更加緊湊，大大縮小了用地面積，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。另外，與傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)車(chē)輛段相比，直線電機(jī)車(chē)輛段設(shè)計(jì)需重點(diǎn)關(guān)注弓網(wǎng)轉(zhuǎn)換、氣隙檢測(cè)、檢查坑內(nèi)感應(yīng)板的布置等問(wèn)題。通過(guò)廣州地鐵4號(hào)線、5號(hào)線直線電機(jī)車(chē)輛段的成功設(shè)計(jì)、施工以及運(yùn)營(yíng)，實(shí)踐證明上述研究成果是合理可行的，其所采用的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)具有非常大的推廣和應(yīng)用空間，將為今后廣州和國(guó)內(nèi)軌道交通線路采用直線電機(jī)車(chē)輛的車(chē)輛段的設(shè)計(jì)提供具體、實(shí)用的技術(shù)參考和指導(dǎo)。

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Research on Linear Induction Motor Vehicle Base in Urban Rail Transit

Xiao Feng
（Guangzhou Metro Design&Research Institute Co.，Ltd.，Guangzhou 510010,China）

Through the analysis of technical characteristics of the linear inductionmotor vehicle,this paper studied themaintenance process in linear inductionmotor vehicle and set standards for the design of lines and turnouts,whichmay reduce the area of vehicle base.This paper also put forward the problems that need to be paid attention to in the design of linear inductionmotor vehicle base,providing guidance for the design of future domestic linear inductionmotor vehicle base in urban rail transit.

linear inductionmotor；vehicle base；design；research

1005-0523（2017）05-0029-06

U260

A

2017－06－01

肖鋒（1970—），男，高級(jí)工程師，工學(xué)學(xué)士，研究方向?yàn)檐壍澜煌ā?/p>

（責(zé)任編輯 劉棉玲）