列車自動清洗機端刷機構結構優化可行性分析

董海濤

（福州地鐵集團有限公司，福建福州 350009）

0 引言

列車自動清洗機實現了電客車外表面的機械化、自動化清潔，降低了人員保潔費用支出，且大大提高了電客車的清洗效率。目前隨著全自動無人駕駛地鐵線路的建設開通，列車自動清洗機不僅實現了清潔工作的自動化，而且自動清洗機與信號系統相互聯接，實現了設備操作的無人化，實現了電客車從進入洗車機到整列車清洗完成的全過程無人值守作業。這就要求列車自動清洗機不僅要有良好的清潔效果，還要有更高的運行穩定性。端洗機構做為設備在整個洗車作業中動作幅度最大、最頻繁的部件，其結構型式的合理性，對電客車端面的清潔效果和整個設備的穩定性起到至關重要的作用。本文結合福州地鐵5 號線列車自動清洗機項目實施過程中存在問題，對端刷機構的結構型式進行優化方案的分析。

1 福州地鐵5 號線端洗情況

福州地鐵5 號線列車自動清洗機安裝完成后，在清洗調試過程中發現自動清洗機對電客車端面的清洗效果不佳（圖1）。可以看出在電客車的端面下部還存在較大的未清洗區域，端面側部也存在部分區域沒有清洗到位。而在洗車測試過程中，多次發生端洗機構故障現象，導致洗車過程中斷。

圖1 端面清洗效果

2 原因分析

2.1 端面側部

從圖2b）可以看出電客車端部側面未清洗到位區域不大，這主要是由于端刷刷毛與側刷刷毛均未刷到此區域而導致的死角。側刷機械主要用于刷洗電客車側面，如果為了覆蓋這一小塊區域而改變側刷的結構，不僅性價比不高，而且可能造成限侵刮傷電客車側面的情況，所以可以通過增加端刷機構該區域的刷毛長度以及增大端刷刷毛的吃毛量，解決端刷側部清洗不到位的問題。

圖2 端刷機構最低限位尺寸

2.2 端面下部

經測量，端面下部未清洗到位的區域為防爬器上部約300 mm的寬度范圍。端刷機構下降至最低位置時的尺寸如圖2 所示，此時端刷刷軸中心距離電客車車輪走行軌道面的高度為1580 mm，中部的端刷刷毛的極限位置距離防爬器上部為246 mm，與實際的清洗效果相吻合。

3 端刷效果不佳整改方案確定

通過上述分析可以得知，不管端面側部還是端面下部的清洗問題，均可通過對端刷機構進行調整來解決。側部的問題相對比較簡單，通過增加刷毛長度以及加大吃毛量即可解決，最主要的問題是端面下部的清洗問題。解決端面下部刷洗不到位問題的核心是降低端刷刷軸的最低下限位，以便使端刷刷毛盡可能地刷洗到電客車端面下部區域。經分析，以下3 套方案可以達到降低端刷刷軸最低下限位的目的。

3.1 方案1

首先分析端刷機構的結構，由于端刷的擺動機構設置在端刷刷軸下部，此部分擺動固定座的高度為400 mm，如果可以把擺動電機及固定座放置到端刷行車臺面的內部，可以降低高度280 mm（圖3、圖4）。

圖3 原端刷擺動機構固定座位于行走臺面上方

圖4 端刷機構擺動固定座放入行走臺面內部

可以看出，如果將端刷機構擺動固定座放入行走臺面內部后，固定座面板距離行走臺面的高度從原來的400 mm 降到120 mm，相當于端刷刷軸下限位向下延伸了280 mm，這樣就可以涵蓋無法清洗到位的246 mm 區域，理論上可以解決端面下部清洗效果不佳的問題。此方案的缺點是端刷擺動機構位于行走臺面內部后，后期擺動電機維修難度較大，維修人員無操作空間。

3.2 方案2

第2 套方案是優化現有端刷傳動機構，盡量將傳動機構的部件尺寸縮短，以達到端刷刷軸高度下降的目的。原結構的端刷刷軸的最低高度距離端刷走行軌面1345 mm，電客車車輪走行軌面較端刷走行軌面低235 mm（圖5）。端刷刷軸固定架固定于鏈條上，通過鏈條圍繞鏈條滾軸傳動，從而實現端刷刷軸的提升或上降。

圖5 端刷機構刷軸最低位

在不將端刷擺動電機放入行走臺面內部的情況下，端刷刷軸固定架已經無法整體下降，但通過調整限位塊、限位方管、鏈條座、鏈條滾軸固定座的尺寸，可以適當降低端刷刷軸的最低下限位。經分析核算，將限位塊縮短10 mm、限位方管下降66 mm、鏈條座縮短20 mm 以及鏈條滾軸固定座降低20 mm，可使端刷刷軸最低位置下降116 mm，即使端刷刷軸中心距離端刷走行軌面的高度縮小至1229 mm（圖6）。

圖6 調整后端刷機構刷軸最低位

同時配合調整端刷刷毛的長度和吃毛量，理論上可以使端刷刷洗下部區域下降約150 mm，但距離無法清洗到位的246 mm區域仍有約100 mm 差距。此方案的改動量最小、施工周期最短、對日常洗車作業影響最小，但無法達到預期效果，仍留有100 mm 左右的無法清洗區域。

3.3 方案3

第3 套方案是將下部端刷旋轉電機的安裝位置移至端刷架上部，這樣可以將原來端刷走行臺面上旋轉電機占用的空間用于端刷刷軸的上下移動（圖7）。

圖7 旋轉電機移至上方

通過調整電機安裝位置，使端刷刷軸的下部最低點大大下降，最低下限位可達到距離端刷走行軌面1050 mm 的高度，即由原來的1345 mm下降為950 mm，下降了395 mm，這樣可以完全覆蓋端面原來無法清洗的300 mm 左右的區域。此方案效果最佳，但改動量最大，需要對端刷框架重新進行加工，同時由于端刷旋轉電機移至上部，為了保障端刷的上限位不受影響，整個框架的高度需要增加，導致上部走行天軌的高度也要相應提高，所以原來墻體上的天軌安裝預埋板也要加長。

4 確定優化方案

綜合對比以上3 套方案，考慮到電客車做為面對乘客，其衛生清潔情況展示著地鐵公司的形象，所以最終決定采用方案3，即將下部端刷旋轉電機安裝位置移至端刷架上部的整改方案。洗車機廠家按此方案對端刷機構進行整改后，重新進行洗車效果驗證，最終結果顯示原無法清洗到位的端洗區域已可以刷洗到位，證明該洗車機刷機構結構型式優化方案合理可行（圖8）。

圖8 整改后端面清洗效果

5 結束語

列車自動清洗機作為電客車外部清潔的設備，其設計需要適應電客車外觀尺寸，尤其是端刷機構，除了刷毛形狀須與電客車的輪廓貼合外，端刷上下移動區域應覆蓋電客車端面整個須清洗區域（一般為防爬器上方）。考慮到土建單位在施工時，端刷走行軌道的標高很可能與圖紙有較大偏差等因素，還應預留一定的裕量，否則就容易出現本文所遇到問題。同時電客車端面設計時除了考慮美觀外，也應考慮后續清洗的便利性，盡量避免凹面等異形輪廓，以及防爬器設置不宜過于突出，否則容易造成清潔死角。