孫海龍

摘要：旅客捷運系統(tǒng)（automatedpeoplemover）是一套無人自動駕駛、立體交叉的大眾運輸系統(tǒng)，其組成包括列車、軌道及中控三大部分。這個鐵路名詞通常只形容在范圍狹小的地區(qū)所運行的低載量鐵路運輸，例如機場、城市商業(yè)區(qū)或主題公園的鐵路運輸。2008年國內(nèi)首條旅客捷運系統(tǒng)（APM）在首都機場三號航站樓正式啟用，全天24小時不間斷運行，致力于為旅客提供便捷的出行體驗。APM列車驅動系統(tǒng)方面采用傳統(tǒng)的有刷直流電機，每列車共兩臺為其提供動力，全年最多行駛十二萬公里。長年高負荷運轉勢必影響電機使用壽命，這其中最為顯著的問題就是電機碳刷磨損率異常超出標準值，碳刷更換周期明顯大幅縮短為運行埋下了安全隱患。找到磨損率超標的原因及解決辦法才能防患于未然，變被動為主動，堅守民航安全。

關鍵詞：磨損率;同心度;平整度

1. 緒論

1.1 旅客捷運系統(tǒng)介紹

旅客捷運系統(tǒng)（_utom_tdcpdopldmovdr）是一套無人自動駕駛.立體交叉的大眾運輸系統(tǒng)，其組成包括列車.軌道及中控三大部分。旅客捷運系統(tǒng)（APM）作為首都機場三號航站樓樓宇間重要的交通運輸系統(tǒng)起著必不可少的作用（見圖1.1）。

2.3異常電機狀況匯總

同時期在對7臺異常電機調(diào)查中發(fā)現(xiàn)碳刷磨損率均高于標準值0.3mm/1000km，最低的是BCPB-012電機，數(shù)值為0.65mm/1000km，磨損率最高的是BCPA-022電機，數(shù)值為0.87mm/1000km（見圖2.3），7臺電機磨損率平均值為0.76mm/1000km。所以目標設定將原7臺電機碳刷磨損率降低到標準值0.3mm/1000km以下。

1.2 研究背景

首都機場APM列車每年共安全行駛約140萬公里，目前現(xiàn)場18輛車共36臺電機中已有7臺碳刷磨損程度偏高超出廠家規(guī)定的行業(yè)標準，用磨損率表示即磨損量與產(chǎn)生磨損的行程或時間之比。電機碳刷磨損率超標按照廠家要求需返廠檢驗維修，但是捷運系統(tǒng)每天承載著重要的旅客進出港任務，若返廠維修會導致列車運力下降，運行壓力劇增，并且當下新冠疫情期間返廠周期較長。為保障運行，若購買新電機進行替換，每臺電機價格在80萬人民幣左右，價格昂貴。為了解決上述問題，必須找出電機碳刷磨損率超標的原因及解決辦法。

2.1所有電機的整體現(xiàn)狀

在對部門18輛列車的36臺電機運行里程數(shù)據(jù)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，有7臺電機因磨損率偏高超出維護手冊中的標準值0.3mm/1000km，若強制運行勢必存在極大風險。剩下的29臺電機碳刷磨損率良好，均未超過標準值，其占總電機數(shù)量的81%（見圖2.1）。

2.2正常電機狀匯總

3 異常電機碳刷磨損率超標的原因分析

3.1 同心度超標

同心度即插芯內(nèi)徑距離整個圓心的偏移程度。

查閱維護手冊中電機的制造結構，有以下四種原因會導致碳刷磨損率偏高，即同心度超標.碳刷卡簧拉力值低.碳刷與刷握間隙過大.換向器軌道平整度超標。首先對電機同心度超標檢驗，參照手冊提供的標準，同心度變化小于0.1mm屬于正常。在對同時期電機同心度的現(xiàn)場測量中發(fā)現(xiàn)，1組中7臺異常電機與2至5組中29臺正常的電機同心度均符合標準未發(fā)生變化，所以排除同心度超標的可能。

3.2 碳刷卡簧拉力值低

其次電機結構的另一部分就是壓制碳刷的卡簧，參照手冊提供的標準隨后對同時期的29臺正常電機碳刷磨損率進行統(tǒng)計匯總，并與維護手冊的標準值對比（見圖2.2）。

卡簧拉力應在2.72至3.18千克（6至7磅）之間。同時期對36臺電機的卡簧拉力用測力計進行測量，結果顯示所有電機的卡簧拉力值都在正常范圍之內(nèi)。1組中7臺異常電機的卡簧拉力分別是6.34磅.6.44磅.6.88磅.6.67磅.6.76磅.6.55磅.6.48磅，因此排除碳刷卡簧拉力值低的可能。

3.3 碳刷與刷握間隙過大

電機中使碳刷固定的部分叫刷握，其與碳刷間隙過大會導致磨損率異常。參照手冊提供的標準，碳刷與刷握內(nèi)壁的間隙在0.1-0.3mm之間屬于正常。同時期對7臺異常電機與29臺正常電機的碳刷與刷握內(nèi)壁間隙用塞尺進行測量，發(fā)現(xiàn)1組7臺異常電機與其它組正常電機的間隙均在正常范圍之內(nèi)，因此排除碳刷與刷握間隙過大的可能。

3.4換向器軌道平整度超標

平整度即突起表面與絕對水平之間的差值。

電機的另一個主要組成部分是換向器，換向器的平整度對碳刷磨損率也起著決定性作用。參照手冊提供的標準，換向器表面軌道平整度小于等于0.1mm屬于正常范圍。同時期對7臺異常電機與29臺正常電機進行測量，結果顯示1組中7臺異常電機的軌道平整度均大于0.1mm，而2至5組中29臺正常電機的軌道平整度均在正常范圍，因此可以肯定換向器軌道平整度超標是碳刷磨損率異常的主要原因。

4 電機碳刷磨損率超標的解決方案

4.1 方案制定

通過四種對策的比較，用專用打磨工具和400號砂紙都是可行的，但從技術專業(yè)程度考慮，前者可以將軌道表面修復的更加完善，不足之處是需要采購設備不能立即執(zhí)行。后者操作簡單打磨效果差，可以現(xiàn)場立即執(zhí)行。最后從長遠抓系統(tǒng)建設的思路考慮要保證設備修復具有長久的時效性，不能經(jīng)常返工，所以采用專用打磨工具是最佳選擇。

4.2 方案實施

電機打磨的四個步驟∶

（1）將專用打磨工具固定在電機上與換向器軌道貼合：（2）電機外接恒流源供電，將轉速控制在10m/s上下：

啟動恒流源保持電機轉速，按壓打磨工具對軌道表面進行研磨，力量不可過大，接觸即可：

打磨完成后使用高壓風槍（注∶壓力不能超過80PsI）對電機進行清潔以保證換向器軌道無雜質(zhì)：

（5）用軌道平整度測試設備對其檢測，檢驗打磨效果。

4.3方案實施前后效果對比

這里對7臺電機打磨前后的換向器軌道平整度進行了統(tǒng)計。由這些數(shù)據(jù)統(tǒng)計可見電機在進行打磨之后軌道平整度下降到0.1mm之內(nèi)的正常范圍（見圖4.1）。

5方案實施后的效果檢查

5.1 列車運行1000公里后的電機碳刷磨損狀況

為了檢驗項目是否達到了預期的目標，這里對7臺打磨過的電機碳刷磨損率進行跟蹤驗證（見圖5.1），列車運行1000公里后電機碳刷磨損率均在0.3mm/1000km以內(nèi)。

5.2 列車運行2000公里后的電機碳刷磨損狀況

根據(jù)統(tǒng)計，這7臺電機的碳刷磨損率有效控制0.3mm/1000km的范圍內(nèi)，目標達成。隨后繼續(xù)進行跟蹤，對電機運行2000公里后碳刷磨損率進行再次統(tǒng)計（見圖5.2），其數(shù)值在標準值內(nèi)。

5.3 列車運行3000公里后的電機碳刷磨損狀況

由統(tǒng)計圖看出，電機在運行2000公里后碳刷依然保持在標準范圍0.3mm/1000km內(nèi)，目標達成。最后電機運行3000公里后對碳刷磨損率做最終統(tǒng)計，查看效果保持情況（見圖5.3）。

5.4 三次電機碳刷磨損狀況對比

電機運行3000公里后碳刷磨損率呈現(xiàn)極小范圍的波動，但仍舊穩(wěn)定保持在標準范圍內(nèi)。這里把三次跟蹤測試的結果統(tǒng)一匯總觀察其波動范圍（見圖5.4）。由匯總圖看出，7臺電機碳刷磨損率有效保持在0.3mm/1000km范圍內(nèi)，項目目標達成。

6完善電機檢查工單的內(nèi)容

為了日后再次解決電機碳刷磨損率超標問題，必須采取標準化的制定，修改電機檢查工單，增加換向器軌道打磨項目。

7 電機碳刷磨損率超標問題解決后的效益

7.1 經(jīng)濟效益

APM列車牽引電機返廠維修單臺成本10萬元人民幣，維修好7臺電機共節(jié)約資金70萬元。若購買新電機進行更換每臺電機80萬元，7臺共計560萬元。

7.2 社會效益

首先，電機返廠維修需耗時數(shù)月，返廠后列車不能使用必然導致系統(tǒng)運力下降。其次，購買新電機也需要數(shù)月之久，繼續(xù)使用異常電機運行存在較大安全隱患，兩種方案皆會對首都機場整體運營帶來不利影響。盡快找出電機故障原因及解決辦法才是最佳選擇，繼續(xù)保持良好的運行態(tài)勢勢必帶來持續(xù)好評。同時北京2022年冬奧會即將舉辦，保障期間列車高品質(zhì)的運行體驗也將進一步打造捷運系統(tǒng)安全.高效.便捷的品牌形象。

8 結束語

APM列車電機碳刷磨損率超標是電機使用過程中較為常見的問題，故障顯現(xiàn)時間不可預估，列車運行幾十至上百萬公里皆有可能發(fā)生，唯一有效應對的措施就是制定一套完備的故障處理方法，未雨綢繆。這樣才能保證捷運系統(tǒng)安全平穩(wěn)運行，堅守航空安全底線。同時故障處理方法也在隨著當前科學技術發(fā)展在不斷修改完善，每次重新研究都有不一樣的發(fā)現(xiàn)。本論文在符合科學嚴謹?shù)膶W術研究態(tài)度下還是略有不足之處，敬請讀者指正共同學習。

參考文獻

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