車輛清洗裝置清洗刷清洗的相關(guān)研究及秋田車輛中心的污垢改善措施

北見公一

（JR東日本研究開發(fā)中心創(chuàng)新服務(wù)研究所，日本，9990011）

技術(shù)圓桌 Technology Roundatable

車輛清洗裝置清洗刷清洗的相關(guān)研究及秋田車輛中心的污垢改善措施

北見公一

（JR東日本研究開發(fā)中心創(chuàng)新服務(wù)研究所，日本，9990011）

本文探討了車輛清洗裝置的清洗刷清洗的技術(shù)問題，研制出新型車輛清洗刷清洗技術(shù)，并將該技術(shù)引入秋田車輛中心的車輛清洗裝置中，收到了良好的清洗效果。

清洗裝置；清洗刷；清洗效果；新干線

日本新干線等的車輛清洗存在幾個(gè)尚未解決的課題，如“去除車門臺階處的污垢”、“消除斑駁”等。為此，JR東日本研究開發(fā)中心創(chuàng)新服務(wù)研究所致力于車輛清洗裝置的相關(guān)研究開發(fā)，明確了現(xiàn)有清洗設(shè)備的車輛清洗裝置的噴射水量和清洗刷清洗能力等基本的必要條件，力圖通過優(yōu)化各部位，針對各課題制定相應(yīng)的清洗技術(shù)，從而，提高清洗質(zhì)量。

在清洗刷清洗技術(shù)方面，涉及的清洗參數(shù)有很多，尚不明確各構(gòu)成要素之間是否存在關(guān)聯(lián)性，與之相關(guān)的清洗技術(shù)還沒有確立。另外，目前的新干線車輛清洗裝置依然沿用原鐵路車輛清洗裝置的設(shè)定值，適合新干線車輛清洗的設(shè)定值還未掌握，致使車輛清洗存在諸多問題。

在此，JR東日本研究開發(fā)中心創(chuàng)新服務(wù)研究所的北見公一等人利用其在創(chuàng)新服務(wù)研究所研究清洗刷清洗技術(shù)中獲得的知識，結(jié)合自身的經(jīng)驗(yàn)，研制出新型車輛清洗刷清洗技術(shù)，并將該技術(shù)引入秋田車輛中心的車輛清洗裝置中。以下將介紹新開發(fā)清洗刷的清洗效果。

1 清洗刷清洗技術(shù)的優(yōu)化研究

為了向新干線車輛提供最適合的清洗刷，本研究開發(fā)了3種清洗刷（PPN①～③）。

本研究將模擬污垢涂布于新干線車輛的涂裝平面，在同一環(huán)境下，測定這3種清洗刷對污垢的洗凈力（污垢去除率），試驗(yàn)結(jié)合不同的車輛通過速度（5km/h、10km/h）、清洗刷接觸深度（75mm、25mm），比較了4種條件下清洗刷的清洗效果。

表1及圖1是各種清洗刷的洗凈力比較結(jié)果。同時(shí)，以在JR東日本管內(nèi)的原鐵路和新干線上實(shí)際使用的原清洗刷作比較，清洗參數(shù)包括：截面形狀、線徑（mm）、彈性常數(shù)（N/mm）、植毛數(shù)（根/孔）、單纖維質(zhì)量（g/根）。

表1 各種清洗刷的洗凈力比較（涂裝平面）

圖1 各清洗刷的洗凈力比較結(jié)果（涂裝平面）

試驗(yàn)結(jié)果表明：對于涂裝平面，當(dāng)清洗車輛通過速度為5km/h時(shí)，洗凈力與清洗刷接觸深度無關(guān)，各種清洗刷均能夠保證洗凈力。這表示各種清洗刷洗凈力與其物性特性無依存關(guān)系，旋轉(zhuǎn)的清洗刷完全能夠跟隨通過的車輛進(jìn)行清洗。也就是說，車輛通過速度為5km/h時(shí)，洗凈力與清洗刷的物性特性不存在大的依存性。

另一方面，當(dāng)清洗車輛通過速度為10km/h時(shí)，旋轉(zhuǎn)的清洗刷跟不上通過的車輛，各種清洗刷的洗凈力與清洗刷的物性特性有依存關(guān)系。車輛通過速度為10km/h時(shí)，植毛根數(shù)多的話，單位時(shí)間與車輛接觸的刷毛根數(shù)多，能夠確保洗凈力。要制作植毛根數(shù)多的清洗刷，因植入刷毛基座內(nèi)的“孔”的有效內(nèi)徑必須為Ф10mm，受此限制，清洗刷的線徑必須很細(xì)。

另外，清洗刷的截面形狀對洗凈率有影響。十字形和圓形波紋狀截面刷的洗凈力較低，以圓形為主體的清洗刷洗凈力高。此外，清洗刷與清洗車輛表面的接觸深度為7 5 m m時(shí)，洗凈力最高，這是因?yàn)椋横槍ν垦b平面，當(dāng)清洗刷采用了圓形截面，就增加了清洗刷與清洗車輛表面的有效接觸面積，且洗凈力隨清洗刷接觸面的加深而提高。要使清洗刷與車體密切接觸，就要求清洗刷的彈性常數(shù)小，刷毛柔軟。因此，適合涂裝平面的清洗刷為PPN③（Φ0.8：圓形）、PBT（Φ0.35：圓形）和PPN①（Φ0.4：圓形）。

同樣，本研究還比較了不同清洗刷對車輛窗框凹凸部分的洗凈力。試驗(yàn)結(jié)果如表2、圖2所示。

表2 各種清洗刷的洗凈力比較（窗框凹凸部分）

圖2 各清洗刷的洗凈力比較（窗框凹凸部分）

從以上結(jié)果來看：在適合涂裝平面的3種清洗刷中，通過對窗框凹凸部分洗凈力高的PPN③（Φ0.8：圓形）和PBT（Φ0.35：圓形）比較分析，發(fā)現(xiàn)“植毛數(shù)”與“彈性常數(shù)”和“單纖維質(zhì)量”存在關(guān)聯(lián)性。如果將“彈性常數(shù)”與“單纖維質(zhì)量”的乘積置換為“清洗刷的擊打力”，如PBT清洗刷的擊打力雖小，但植毛數(shù)多，PPN③清洗刷的植毛數(shù)雖少，但清洗刷的擊打力大，因而，二者的洗凈力都很高。圖3是植毛數(shù)、彈性常數(shù)、單纖維質(zhì)量之間的關(guān)系。

圖3 植毛數(shù)、彈性常數(shù)、單纖維質(zhì)量之間的關(guān)系

由此，可以從下式推導(dǎo)出清洗刷的洗凈度。

【清洗刷洗凈度】

其中，θ：清洗刷洗凈度，α：植毛數(shù)（根/孔），β：彈性常數(shù)（N/mm），γ：單纖維質(zhì)量（g/根）。由上式計(jì)算出的PPN③與PBT清洗刷的洗凈度基本一致。具體計(jì)算如下：

由此看出，“植毛數(shù)”、“彈性常數(shù)”、“單纖維質(zhì)量”之間存在相關(guān)性。

從以下幾方面可提高清洗刷的洗凈力。

1.1 植毛數(shù)（線徑）

在車輛通過時(shí)的平均單位時(shí)間內(nèi)，要增加車輛與清潔刷的接觸面積，確保接觸時(shí)間，在受植毛的有效內(nèi)徑Ф10mm的限制下，就要求線徑要細(xì)，植毛根數(shù)多才能實(shí)現(xiàn)。圖4是植毛數(shù)與線徑之間的關(guān)系。

圖4 植毛數(shù)與線徑的關(guān)系

1.2 截面形狀

清洗刷形狀有十字形、三層形、波紋形狀等，圓形截面清洗刷的接觸面積“基本一致”，穩(wěn)定性高。為確保清洗刷與車輛的接觸狀態(tài)，刷體截面形狀為圓形時(shí)最為穩(wěn)定。圖5是清洗刷接觸狀態(tài)與截面形狀的清洗效果比較。

圖5 清洗刷接觸狀態(tài)及截面形狀的清洗效果比較（數(shù)值為清洗力）

1.3 彈性常數(shù)·質(zhì)量

在同等“彈性常數(shù)·質(zhì)量”條件下，提高車輛通過速度，清洗刷的擊打力增加，但由于清洗刷來回晃動(dòng)、跳起，洗凈力反而降低。因此，需要根據(jù)預(yù)估的車輛速度，選擇清洗刷種類（彈性常數(shù)·質(zhì)量）。圖6是清洗速度和清洗刷運(yùn)行狀況的示意圖。

圖6 清洗速度和清洗刷運(yùn)行狀況的示意圖

1.4 接觸深度

車輛的外裝部分如果本來就存在涂裝平面和凹凸部位（門、連接部位、窗框密封部分等），在清洗時(shí)就必須考慮清洗刷與各部位相應(yīng)的“接觸深度（包括彈性常數(shù)）”。在去除涂裝平面的污垢時(shí)，由于是與清洗刷腹部接觸，因此彈性常數(shù)低，清洗刷必須柔軟，與清洗物體保持緊密接觸才行。另外，對于凹凸部位，如果是用刷毛尖端去除污垢，就要求清洗刷的彈性常數(shù)必須高，且刷毛要硬，確保刷毛尖端能夠深入凹凸部位，使二者接觸。圖7是清洗部位與接觸深度的示意圖。

圖7 清洗部位與接觸深度的示意圖

根據(jù)以上知識，今后在更換各新干線車輛所屬區(qū)間的清洗刷時(shí)，將會(huì)優(yōu)先采取以下形狀的新型清洗刷。

<開發(fā)清洗刷的規(guī)格參數(shù)>

·清洗刷材質(zhì)：聚丙烯

·線徑、截面形狀：Φ0.6（mm）、圓形

·單纖維質(zhì)量：0.105（g/根）

·彈性常數(shù)：5.27（N/mm）

2 JR秋田車輛中心引進(jìn)的新型洗凈刷

2.1 污垢的現(xiàn)狀

2013年9月，本研究接到來自JR秋田車輛中心的咨詢，咨詢“清洗裝置很難去除E6系車輛窗玻璃及出入門凹陷部分的污垢。此外，平時(shí)還需采取人工手動(dòng)清除作業(yè)，對此能否有所改進(jìn)？”圖8是E6系車輛清洗前的污垢附著狀況。

圖8 E6系車輛的污垢附著狀況

2.2 追查污垢產(chǎn)生的原因

經(jīng)查明，該車體污垢產(chǎn)生的原因是清洗刷更換前，由于使用的是形狀與E3系車體形狀相符的原清洗刷，當(dāng)E6系車輛投入運(yùn)行后，車體形狀已發(fā)生改變，車體形狀由E3系車體變?yōu)镋6系車體，清洗刷與車體側(cè)面的平均接觸量出現(xiàn)變化，不能緊密接觸。

2.3 針對清洗刷更換后清洗刷接觸深度的探討

本研究在引進(jìn)高清洗效果的新型清洗刷時(shí)，探討了清洗刷尖端與E6系車輛側(cè)面均一接觸的適宜清洗刷長度。

由于清洗刷被轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)用一定強(qiáng)度按壓，如果刷毛長度存在差異，就不能均一地與車體接觸。在此，本研究提出新開發(fā)的清洗刷最大長度為145mm（清洗刷直徑為Φ800～Φ960），清洗刷被轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)按壓，清洗刷與車體接觸的覆蓋量設(shè)定為清洗效果最好的75mm。圖9是E6系車輛清洗刷的尺寸圖。

2.4 清洗刷更換的施工狀況

2015年3月，秋田車輛中心將原來的水清洗裝置和藥液清洗裝置的清洗刷更換為新清洗刷。表3是清洗刷的更換個(gè)數(shù)的詳細(xì)情況。圖10是更換清洗刷的施工狀況。

圖9 E6系車輛清洗刷的尺寸圖

白天（9:00～24:00）要對車輛進(jìn)行清洗，清洗裝置不能停止，更換清洗刷的作業(yè)選在夜間實(shí)施。

表3 清洗刷更換個(gè)數(shù)的詳細(xì)情況

圖10 更換清洗刷的施工狀況

（5）新清洗刷清洗效果的確認(rèn)

為了比較原清洗刷與新清洗刷的清洗效果，本試驗(yàn)在E6系車輛上涂布模擬污垢（黑色口紅），測定了用這兩種清洗刷清洗前后的口紅色差。

原清洗刷清洗效果的確認(rèn)于2015年3月9日實(shí)施，而新清洗刷清洗效果的確認(rèn)于2015年4月27日實(shí)施。圖11是原清洗刷的清洗效果。圖12是新清洗刷的清洗效果。圖13是清洗刷的清洗效果確認(rèn)。

圖11 原清洗刷的清洗效果

圖12 新清洗刷的清洗效果

圖13 清洗刷的清洗效果確認(rèn)（色差計(jì)測定）

由于清洗效果確認(rèn)日、車輛組成和模擬污垢不同，該實(shí)驗(yàn)結(jié)果不是在同一條件下得出的，因此，使用原清洗刷洗凈前后的口紅色差從66.6減少為17.0，污垢的去除率為75%；而使用新清洗刷洗凈前后的口紅色差則由55.0減少為9.1，污垢的去除率為84%。與原清洗刷洗凈后的口紅色差17.0比較，新清洗刷的口紅色差為9.1，明顯降低，提高了污垢的去除率。

3 結(jié)論

為了清除新干線車輛上的污垢，本研究參考了JR東日本研究開發(fā)中心創(chuàng)新服務(wù)研究所的清洗刷技術(shù)，并將新清洗刷技術(shù)引入秋田車輛中心車輛的清洗裝置中。采用新清洗刷后，清洗效果明顯提高。

今后，JR東日本研究開發(fā)中心創(chuàng)新服務(wù)研究所將進(jìn)一步提升清洗效果，為乘坐新干線車輛的旅客提供更干凈，更舒適的出行環(huán)境。

本文譯自2015.9《R&M》

Research on the Cleaning of Cleaning Brush Installed on the Vehicle Cleaning Device and Dirt-treatment Improvement Measures in Akita Vehicle Center

Kouichi Kitami
(JR-EAST Research & Development Center Innovative Service Research Institute, Japan 9990011)

This paper discussed the technical problems on cleaning of cleaning brush cleaning installed on the vehicle cleaning device and introduced the application of a new-developed cleaning technology for vehicle cleaning brush of the vehicle cleaning device in Akita vehicle center, which achieved a good cleaning effect.

cleaning equipment; cleaning brush; cleaning effect; Shinkansen