廣州地鐵直線電機車輛電機高度控制探究

唐 宋

（廣州市地下鐵道總公司 運營事業總部，廣東廣州510000）

廣州地鐵直線電機車輛電機高度控制探究

唐 宋

（廣州市地下鐵道總公司 運營事業總部，廣東廣州510000）

介紹直線電機技術特點和氣隙要求，分析影響直線電機高度的各種因素，結合運用經驗，給出合理的直線電機高度控制范圍，最后對精確直線電機高度控制范圍提出一定的建議。

廣州地鐵；直線電機；電機高度；控制

1 直線電機技術特點

直線電機車輛在支承和導向方面與旋轉電機車輛的輪軌系統相同，即利用車輪起支承和導向作用，但在驅動方面直線電機卻采用了磁浮系統牽引。該系統在牽引上突破了傳統的旋轉電機牽引模式，不再受制于輪軌間的黏著，但又不像磁浮那樣需要嚴格控制車體的懸浮。

普通旋轉電機中電磁吸引力僅為轉子的內力，對電機外表面而言除了重力，電磁力合力為零。而直線電機結構如同將旋轉電機的轉子與定子展開成直線形狀，如圖1所示，在理論上可以把它近似地看成為具有無限大半徑的傳統旋轉電機，直線電機三維的電磁力都出現在外面，初級對次級的電磁吸引力相當大。

圖1 從旋轉電機向直線電機的展開示意圖

2 直線電機氣隙要求

直線電機的定子與轉子在平面內是平行的，直線電機的定子部分安裝在車輛的車底下，轉子部分是安裝在軌道上的感應板，直線電機氣隙示意圖如圖2所示。直線感應電機與旋轉感應電機的基本原理相同，但是直線電機的鐵芯不像旋轉電機那樣具有閉合的圓環形狀，而是長直的，兩端是開斷的鐵芯，因而存在著縱向邊端效應和橫向邊端效應，所以直線感應電機和感應板之間的氣隙遠大于旋轉感應電機定子與轉子之間的氣隙。

對于直線電機來說，從提高電機效率方面考慮，氣隙值越小，電機效率就越高，消耗電能就越少。但從安全方面考慮，氣隙值不能設定得過小，以防車輛振動、輪軌磨耗、感應板安裝精度誤差、電機垂向吸引力等因素造成直線電機定子和感應板相接觸，影響車輛的運行安全。通過理論計算和試驗運行，從保證中大運量地鐵車輛提高電機效率和運行安全兩方面綜合考慮，廣州地鐵直線電機車輛的電機額定氣隙規定為mm。為保證直線電機靜態額定氣隙值，在車輛維護過程中需要定期調整直線電機高度。

圖2 直線電機氣隙示意圖

3 直線電機高度控制

直線電機高度是指電機定子下表面到鋼軌軌頭上表面之間的垂直距離。除直線電機與感應板之間的額定氣隙之外，決定直線電機靜態高度的因素有感應板安裝高度、鋼軌轉換帶來的差值，以及輪軌系統磨耗和直線電機懸掛系統橡膠蠕變產生的偏差。

（1）感應板的安裝高度

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

圖3 感應板安裝示意圖

（2）鋼軌轉換帶來的差值

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LM磨耗型踏面曲線與50 kg/m鋼軌和60 kg/m鋼軌接觸點不同，計算出兩種鋼軌上直線電機高度差值為0.77 mm－0.06 mm＝0.71 mm，即車輛在50 kg/m鋼軌轉換到60 kg/m鋼軌上電機高度會降低0.71 mm。

（3）輪軌系統磨耗和直線電機懸掛系統橡膠蠕變產生的偏差

輪軌系統磨耗是指車輛在運行過程中輪對和鋼軌產生的磨耗，尤其是輪對踏面直徑方向的消耗將直接引起直線電機高度變化。直線電機懸掛系統中電機垂向吊桿關節采用橡膠關節，起彈性支撐作用，并提供一定的剛度效應，但由于橡膠材料的黏彈效應，橡膠關節的垂向剛度隨載荷的增加而產生一定的非線性變化，同時，在恒定載荷或者變載荷作用下，橡膠關節隨時間的延長會產生一定的蠕變效應。

根據實際運用經驗，整個輪軌系統磨耗和直線電機懸掛系統橡膠蠕變半年產生的偏差會造成直線電機高度降低總量約0.8 mm，該數值作為直線電機高度值的補償值，需要在車輛半年檢修作業中補償直線電機高度，以防直線電機氣隙超出額定氣隙的下限。

圖5 標準60 kg/m軌與LM踏面的配合圖

結合實際運用經驗，直線電機實際高度值＝直線電機理論高度值24.71mm＋補償值0.8 mm＝25.5mm。由于直線電機作為一個平面，為了保證電機與感應板的平行度，電機4個測量點的高度差值要求在1 mm之內，同時考慮到保證直線電機高度調整的精確性，直線電機高度實際調整范圍為25.5～26.5 mm。

4 精確直線電機高度控制范圍的建議

目前廣州地鐵正在籌劃在直線電機車輛上安裝氣隙在線檢測系統，可實時監測直線電機定子和感應板之間的氣隙，對超出合理范圍的電機高度進行報警，及時安排超標列車檢修維護，避免發生安全事件。同時，根據測量的數據進行統計分析，制定更為準確的直線電機高度調整范圍，并形成相應的管理維護制度，以保證車輛高效、安全的運行。

5 結束語

廣州地鐵4號、5號、6號線采用直線電機車輛，是國內首批采用直線電機牽引的中大運量地鐵車輛。就目前來看，由于直線電機車輛具有造價低、振動小、噪聲低、爬坡能力強、牽引能力優越、通過曲線半徑小、能耗低、污染小、安全性能好等諸多優點，非常適合大中城市中大等運量交通發展的要求，是21世紀城市軌道交通發展的方向，必將在我國城市軌道交通線路得到越來越多的應用。

直線電機高度調整作業是直線電機車輛日常檢修維護工作中一項較為頻繁和重要的作業，直線電機高度值作為直線電機車輛重要技術參數，是保證車輛高效、安全運行最為重要的技術指標，其準確性不能出現較大偏差。通過多年的摸索與探究，以及廣州地鐵4號、5號線至今7年的運用經驗，25.5～26.5 mm是適用于廣州地鐵中大運量直線電機地鐵車輛電機高度的調整范圍。

［1］ 龐紹煌，高 偉.廣州地鐵4號線直線電機車輛［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：中國勞動社會保障出版社，2009.

［3］ 嚴雋耄，傅茂海.車輛工程［M］.北京：中國鐵道出版社，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）