列車自動清洗機(jī)運行結(jié)構(gòu)與原理

黃婕

摘 要：列車自動清洗機(jī)（簡稱洗車機(jī)）適用于清洗地鐵列車外表面的灰塵、油污及其它污漬。通過水、洗滌劑及清洗刷的作用自動清洗列車的兩側(cè)、端部，包括車門和車窗玻璃。列車自動清洗機(jī)由刷洗系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、水供給系統(tǒng)、洗滌劑供給系統(tǒng)、水循環(huán)系統(tǒng)等組成。采用列車自行牽引、以3-5km/h的速度通過清洗線完成洗刷的形式，自動進(jìn)行列車兩側(cè)及端部的刷洗和沖洗工作。清洗后車體外表面無灰塵、泥土和其它附著物。

關(guān)鍵詞：自動化;列車自動清洗機(jī);PROFIBUS網(wǎng)絡(luò);PLC

1 運行結(jié)構(gòu)與原理

列車自動清洗機(jī)主要具備的功能有：具備自動清洗列車前后兩端面、兩側(cè)面和側(cè)頂面等外表面的功能;單獨側(cè)洗以及側(cè)洗端洗相組合的功能，可單獨選擇折返洗功能;各工位手動調(diào)試和排水的功能;豐富的系統(tǒng)流程工況顯示以及故障顯示功能;完善的系統(tǒng)保護(hù)功能，在發(fā)生緊急故障的時候能夠自動響應(yīng)，緊急停機(jī)，同時進(jìn)行聲光報警和故障顯示。其自動化運行主要通過以下各大模塊進(jìn)行實現(xiàn)：

1.1控制模塊：

1.1.1主電控柜：主電控柜左側(cè)主要包含總電源開關(guān)Q0;主接觸器;各電機(jī)控制斷路器、接觸器;控制回路斷路器;接線端子排。右側(cè)主要包含西門子PLC;液位控制器;變頻器及輸入輸出電抗器;中間繼電器等。

1.1.2控制臺：控制臺上層部分：兩側(cè)配置2臺顯示器，分別連接著工控機(jī)和硬盤錄像機(jī)。中間配置各功能按鈕及顯示燈，1臺西門子觸摸屏與工控機(jī)實現(xiàn)操作系統(tǒng)一備一用。關(guān)系闡述如下：

洗車機(jī)系統(tǒng)配備的工控機(jī)和觸摸屏采用的即為雙主機(jī)模式，二者內(nèi)部安裝的僅僅是人機(jī)操作界面系統(tǒng)，用來進(jìn)行清洗模式選擇、工位切換、流程監(jiān)視等操作，調(diào)試完畢的洗車程序保存于主電控柜里西門子PLC的CPU內(nèi)。

工控機(jī)內(nèi)安裝的是Windows系統(tǒng)，運行時間久后，較易出現(xiàn)系統(tǒng)故障，而控制臺上的西門子觸摸屏就是針對該情況出現(xiàn)時的備用機(jī)，完全實現(xiàn)冷機(jī)切換，同等級別控制，在工控機(jī)界面能夠完成的任何操作，在該觸摸屏上也是完全一致的，因此，當(dāng)工控機(jī)無法使用時，使用觸摸屏可以正常完成洗車作業(yè)任務(wù)。

1.1.3人機(jī)界面內(nèi)容

（1）系統(tǒng)說明界面：主要介紹設(shè)備系統(tǒng)概況、性能參數(shù)、操作員和司機(jī)注意事項以及端洗操作注意事項。

（2）工位狀態(tài)檢視界面：主要傳感器和急停的狀態(tài)檢查審視。主要傳感器和急停的狀態(tài)檢查審視出現(xiàn)異常狀態(tài)時，可查閱幫助功能，排除故障。

（3）設(shè)備選擇界面：系統(tǒng)各側(cè)刷工位的開啟關(guān)閉，可在該界面單獨控制，如果對應(yīng)工位側(cè)刷有異?，F(xiàn)象，可先關(guān)閉該工位，其他工位系統(tǒng)仍可正常完成洗車作業(yè)，待修復(fù)故障后，再次開啟。設(shè)備選擇的作用是選擇或關(guān)閉相應(yīng)設(shè)備，在清洗時使用或者不用該設(shè)備。

（4）手動控制界面：該界面是用來實現(xiàn)各個工位的單步手動控制功能，主要用于設(shè)備維修檢查作業(yè)，而非用于洗車作業(yè)。圖示狀態(tài)是各工位均處于停止?fàn)顟B(tài)。

（5）洗車流程監(jiān)視界面：正常洗車作業(yè)準(zhǔn)備工作完成后，切換入該界面，等待洗車。以系統(tǒng)平面布置俯視圖的方式構(gòu)建，上半部分是洗車區(qū)各工位，下半部分是液位、水泵等，待洗車輛準(zhǔn)備入庫時，模式開關(guān)“手動/停止/自動”切換到自動模式，系統(tǒng)根據(jù)車輛行進(jìn)位置自動啟動各工位。

（6）報警信息界面：系統(tǒng)上電后，出現(xiàn)的任何情況報警均匯總于該界面，包含報警時間和內(nèi)容。

1.2刷洗機(jī)構(gòu)：

1.2.1側(cè)面刷洗機(jī)構(gòu)

結(jié)構(gòu)：列車側(cè)面刷洗機(jī)構(gòu)分初刷、次刷、精刷三部分組成，左右三套滾刷和相應(yīng)噴淋管組成。每個工序在軌道兩側(cè)安裝兩套側(cè)刷機(jī)構(gòu)。立柱上裝有一個可轉(zhuǎn)動擺臂，擺臂上裝有一個垂直的刷體，刷體的旋轉(zhuǎn)依靠頂部裝有的減速機(jī);擺臂外側(cè)裝有氣缸控制擺臂的伸出與收回，內(nèi)側(cè)裝有彈簧緩沖器。側(cè)刷機(jī)構(gòu)框架上安裝有擋水屏，在伸向軌道中心位置最大擺角處設(shè)有可調(diào)擋塊，防止側(cè)刷伸出過遠(yuǎn)。

工作原理：側(cè)刷機(jī)構(gòu)通過減速機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動刷纖維作用于車輛外表面，使涂抹工位的洗滌劑充分乳化，與車體污漬進(jìn)一步反應(yīng)，達(dá)到去除污漬的目的。刷子與車體的接觸壓力通過調(diào)整后固定，通過氣缸與緩沖彈簧及限位裝置的相互作用，來調(diào)整刷毛的接觸深度。

1.2.2端面刷洗機(jī)構(gòu)

結(jié)構(gòu)與功能：列車自動清洗機(jī)端部刷洗機(jī)構(gòu)由左右兩個延軌道縱向移動的龍門架、可垂直擺動90°的刷組、驅(qū)動/傳動機(jī)構(gòu)、噴水裝置等組成，水平端刷置于可水平軌向行走的機(jī)架上。端面洗刷具有適應(yīng)不同地鐵列車車型的頭部/尾部形狀的功能，列車走行至端部刷洗工位后，根據(jù)指示信號停車，系統(tǒng)檢測到車輛停位是否準(zhǔn)確，如果車輛停在允許范圍之外（±1.0米），系統(tǒng)提示司機(jī)重新調(diào)整位置;當(dāng)列車停止等待清洗端面時，水平刷組旋轉(zhuǎn)90度呈水平狀態(tài)，通過提升系統(tǒng)的勻速運動與經(jīng)變頻調(diào)速后的水平走行運動合成，使水平刷組運動軌跡擬合車體端部輪廓，并通過功率傳感器監(jiān)控刷子旋轉(zhuǎn)時刷毛與車體的接觸壓力，以達(dá)到最佳清洗效果，同時刷子上帶有的噴水支架上的噴嘴噴出洗滌劑或清水，從而完成對端部表面的清洗，做到對流線型車頭實施無死角刷洗。

工作原理：采用帶有通信功能（PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)）的傳感器檢測端刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)的負(fù)載工作電流，負(fù)載工作電流直接反應(yīng)了刷毛與車體間的接觸深度（吃毛量）即刷毛與車頭的接觸壓力，也就是說負(fù)載工作電流的數(shù)值直接反應(yīng)了端刷的刷洗效果。為保證刷洗均勻，控制系統(tǒng)軟件根據(jù)車頭的輪廓曲線計算出每一點的參考速度，同時根據(jù)端刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)負(fù)載工作電流和端刷吃毛量的關(guān)系曲線預(yù)設(shè)參數(shù)（即對應(yīng)刷毛與車體間的壓力），與通過PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程實時傳輸過來的電流值進(jìn)行比較、計算，來控制、調(diào)整端刷與車頭端面的相對速度，以完成仿形清洗的控制。

2 自動化運行故障與優(yōu)化：

設(shè)備出廠投入使用之后，作為檢修技術(shù)人員，需要根據(jù)實際情況進(jìn)行設(shè)備優(yōu)化，保證設(shè)備與現(xiàn)場工況相適應(yīng)，對故障進(jìn)行修理，通過故障分析、研究故障進(jìn)行故障診斷、故障預(yù)報、研究故障機(jī)理、排除故障和改進(jìn)設(shè)計的方法，以減少或消除故障的發(fā)生，提高設(shè)備運用的可靠性和有效利用率。設(shè)備的自動化優(yōu)化通常也是對出現(xiàn)的故障進(jìn)行優(yōu)化，提高設(shè)備運行的穩(wěn)定性。接下來以一個典型自動化故障對設(shè)備檢修中的自動化優(yōu)化進(jìn)行說明：

列車自動清洗機(jī)設(shè)備是用來對地鐵車輛進(jìn)行外觀清潔的自動運行設(shè)備，當(dāng)開關(guān)打至自動位置時，PLC進(jìn)行自檢，自檢完成后即可等待進(jìn)入自動清洗程序。

在某一次洗車作業(yè)時，進(jìn)行手動或者自動噴水時，水供給系統(tǒng)水壓傳感器報警，工位噴嘴無水噴出。經(jīng)過數(shù)據(jù)收集及分析歸納總結(jié)，補水罐補水不成功故障主要分為以下三個主要原因，具體技術(shù)分析如下：（1）補水罐的補水管路底閥密封效果不佳，產(chǎn)生漏水，在洗車機(jī)多日未安排洗車時，補水罐通向循環(huán)水池的水管會因為底閥密封不嚴(yán)而導(dǎo)致管路中的水全部漏完，導(dǎo)致補水罐中的水無法與循環(huán)水池內(nèi)的水連通，從而水泵無法泵水。（2）補水時補水罐的水未補滿便結(jié)束補水操作。由于對補水罐進(jìn)行補水是手動操作，所以在補水的同時需要手動將手扳球閥打開，讓罐內(nèi)的空氣排出，直到管內(nèi)有完整的水柱流出，才認(rèn)定為補水罐已補滿水。（3）補水后，排氣球閥打開后未關(guān)閉。補水時將排氣球閥手動打開，罐內(nèi)的空氣完全排出后，未將排氣球閥手動關(guān)閉，導(dǎo)致水泵在泵水過程中空氣從排氣球閥管路進(jìn)入補水罐，造成水路中斷，無法繼續(xù)泵水。所以導(dǎo)致水壓傳感器報警，水供給系統(tǒng)無法正常供水，水泵空轉(zhuǎn)保護(hù)停止運行，無法進(jìn)行洗車作業(yè)。

故通過制定整改方案的方向?qū)⒀a水罐排氣補水的方式由手動改為系統(tǒng)全自動排氣補水，從根本上消除由于人為因素造成的補水罐補水不成功的故障，即洗車機(jī)操作系統(tǒng)啟動后，PLC程序自行進(jìn)行排氣補水操作。

排氣補水管路的改造為將側(cè)洗水泵補水罐的補水管和排水排氣管與端洗水泵補水罐的補水管和排水排氣管分別連通為1條管路，并在排水排氣管路上再分為2個支路，1條為自動排氣管路（開始補水的同時，排氣管路的電動閥門自動開啟，待補水罐水補滿后，可以從自動排氣管路進(jìn)行溢流），另外1條支路為手動排水排氣管路（在管路上安裝手扳球閥，當(dāng)電動閥故障無法自動打開時，可以手動將手扳球閥打開進(jìn)行溢流）。

PLC程序的修改為開機(jī)后系統(tǒng)自動啟動排氣補水操作，PLC控制自動排氣補水系統(tǒng)進(jìn)水管和排氣管上的電動閥開啟，開始自動補水5分鐘，5分鐘后PLC控制2個電動閥門關(guān)閉結(jié)束自動補水排氣，洗車機(jī)操作人員可以進(jìn)行下一步整備作業(yè)。由此可以完全消除人為因素對補水排氣作業(yè)的影響。

從以上內(nèi)容可以看出列車自動清洗機(jī)自動化運行的優(yōu)點。在硬件設(shè)施無損壞的情況下，通過自動控制能有效的避免操作的不規(guī)范性帶來的不利影響，同時也減輕的人工的操作負(fù)擔(dān)，也避免了因為人為操作導(dǎo)致的事故事件。因此，在的地鐵設(shè)備中采用自動化控制技術(shù)，可以有效提高設(shè)備的穩(wěn)定性，增強(qiáng)安全生產(chǎn)的穩(wěn)定性。

（福州地鐵集團(tuán)有限公司運營分公司，福建 福州 350000）