列車自動(dòng)清洗機(jī)運(yùn)行結(jié)構(gòu)與原理

黃婕

摘 要：列車自動(dòng)清洗機(jī)（簡(jiǎn)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(guò)水、洗滌劑及清洗刷的作用自動(dòng)清洗列車的兩側(cè)、端部，包括車門(mén)和車窗玻璃。列車自動(dòng)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(guò)清洗線完成洗刷的形式，自動(dòng)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(wú)灰塵、泥土和其它附著物。

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

1 運(yùn)行結(jié)構(gòu)與原理

列車自動(dòng)清洗機(jī)主要具備的功能有：具備自動(dòng)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(dú)側(cè)洗以及側(cè)洗端洗相組合的功能，可單獨(dú)選擇折返洗功能;各工位手動(dòng)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(shí)候能夠自動(dòng)響應(yīng)，緊急停機(jī)，同時(shí)進(jìn)行聲光報(bào)警和故障顯示。其自動(dòng)化運(yùn)行主要通過(guò)以下各大模塊進(jìn)行實(shí)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(kāi)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(mén)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(tái)：控制臺(tái)上層部分：兩側(cè)配置2臺(tái)顯示器，分別連接著工控機(jī)和硬盤(pán)錄像機(jī)。中間配置各功能按鈕及顯示燈，1臺(tái)西門(mén)子觸摸屏與工控機(jī)實(shí)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(lái)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(mén)子PLC的CPU內(nèi)。

工控機(jī)內(nèi)安裝的是Windows系統(tǒng)，運(yùn)行時(shí)間久后，較易出現(xiàn)系統(tǒng)故障，而控制臺(tái)上的西門(mén)子觸摸屏就是針對(duì)該情況出現(xiàn)時(shí)的備用機(jī)，完全實(shí)現(xiàn)冷機(jī)切換，同等級(jí)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(wú)法使用時(shí)，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(shuō)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(xiàng)以及端洗操作注意事項(xiàng)。

（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(shí)，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(kāi)啟關(guān)閉，可在該界面單獨(dú)控制，如果對(duì)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(kāi)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(shí)使用或者不用該設(shè)備。

（4）手動(dòng)控制界面：該界面是用來(lái)實(shí)現(xiàn)各個(gè)工位的單步手動(dòng)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(kù)時(shí)，模式開(kāi)關(guān)“手動(dòng)/停止/自動(dòng)”切換到自動(dòng)模式，系統(tǒng)根據(jù)車輛行進(jìn)位置自動(dòng)啟動(dòng)各工位。

（6）報(bào)警信息界面：系統(tǒng)上電后，出現(xiàn)的任何情況報(bào)警均匯總于該界面，包含報(bào)警時(shí)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(gè)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(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)擺臂，擺臂上裝有一個(gè)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(guò)遠(yuǎn)。

工作原理：側(cè)刷機(jī)構(gòu)通過(guò)減速機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)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(guò)調(diào)整后固定，通過(guò)氣缸與緩沖彈簧及限位裝置的相互作用，來(lái)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(dòng)清洗機(jī)端部刷洗機(jī)構(gòu)由左右兩個(gè)延軌道縱向移動(dòng)的龍門(mén)架、可垂直擺動(dòng)90°的刷組、驅(qū)動(dòng)/傳動(dòng)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(hào)停車，系統(tǒng)檢測(cè)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(shí)，水平刷組旋轉(zhuǎn)90度呈水平狀態(tài)，通過(guò)提升系統(tǒng)的勻速運(yùn)動(dòng)與經(jīng)變頻調(diào)速后的水平走行運(yùn)動(dòng)合成，使水平刷組運(yùn)動(dòng)軌跡擬合車體端部輪廓，并通過(guò)功率傳感器監(jiān)控刷子旋轉(zhuǎn)時(shí)刷毛與車體的接觸壓力，以達(dá)到最佳清洗效果，同時(shí)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(duì)端部表面的清洗，做到對(duì)流線型車頭實(shí)施無(wú)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(cè)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(shuō)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(jì)算出每一點(diǎn)的參考速度，同時(shí)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(duì)應(yīng)刷毛與車體間的壓力），與通過(guò)PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)傳輸過(guò)來(lái)的電流值進(jìn)行比較、計(jì)算，來(lái)控制、調(diào)整端刷與車頭端面的相對(duì)速度，以完成仿形清洗的控制。

2 自動(dòng)化運(yùn)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(shí)際情況進(jìn)行設(shè)備優(yōu)化，保證設(shè)備與現(xiàn)場(chǎng)工況相適應(yīng)，對(duì)故障進(jìn)行修理，通過(guò)故障分析、研究故障進(jìn)行故障診斷、故障預(yù)報(bào)、研究故障機(jī)理、排除故障和改進(jìn)設(shè)計(jì)的方法，以減少或消除故障的發(fā)生，提高設(shè)備運(yùn)用的可靠性和有效利用率。設(shè)備的自動(dòng)化優(yōu)化通常也是對(duì)出現(xiàn)的故障進(jìn)行優(yōu)化，提高設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。接下來(lái)以一個(gè)典型自動(dòng)化故障對(duì)設(shè)備檢修中的自動(dòng)化優(yōu)化進(jìn)行說(shuō)明：

列車自動(dòng)清洗機(jī)設(shè)備是用來(lái)對(duì)地鐵車輛進(jìn)行外觀清潔的自動(dòng)運(yùn)行設(shè)備，當(dāng)開(kāi)關(guān)打至自動(dòng)位置時(shí)，PLC進(jìn)行自檢，自檢完成后即可等待進(jìn)入自動(dòng)清洗程序。

在某一次洗車作業(yè)時(shí)，進(jìn)行手動(dòng)或者自動(dòng)噴水時(shí)，水供給系統(tǒng)水壓傳感器報(bào)警，工位噴嘴無(wú)水噴出。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)收集及分析歸納總結(jié)，補(bǔ)水罐補(bǔ)水不成功故障主要分為以下三個(gè)主要原因，具體技術(shù)分析如下：（1）補(bǔ)水罐的補(bǔ)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(shí)，補(bǔ)水罐通向循環(huán)水池的水管會(huì)因?yàn)榈组y密封不嚴(yán)而導(dǎo)致管路中的水全部漏完，導(dǎo)致補(bǔ)水罐中的水無(wú)法與循環(huán)水池內(nèi)的水連通，從而水泵無(wú)法泵水。（2）補(bǔ)水時(shí)補(bǔ)水罐的水未補(bǔ)滿便結(jié)束補(bǔ)水操作。由于對(duì)補(bǔ)水罐進(jìn)行補(bǔ)水是手動(dòng)操作，所以在補(bǔ)水的同時(shí)需要手動(dòng)將手扳球閥打開(kāi)，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(bǔ)水罐已補(bǔ)滿水。（3）補(bǔ)水后，排氣球閥打開(kāi)后未關(guān)閉。補(bǔ)水時(shí)將排氣球閥手動(dòng)打開(kāi)，罐內(nèi)的空氣完全排出后，未將排氣球閥手動(dòng)關(guān)閉，導(dǎo)致水泵在泵水過(guò)程中空氣從排氣球閥管路進(jìn)入補(bǔ)水罐，造成水路中斷，無(wú)法繼續(xù)泵水。所以導(dǎo)致水壓傳感器報(bào)警，水供給系統(tǒng)無(wú)法正常供水，水泵空轉(zhuǎn)保護(hù)停止運(yùn)行，無(wú)法進(jìn)行洗車作業(yè)。

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

排氣補(bǔ)水管路的改造為將側(cè)洗水泵補(bǔ)水罐的補(bǔ)水管和排水排氣管與端洗水泵補(bǔ)水罐的補(bǔ)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(gè)支路，1條為自動(dòng)排氣管路（開(kāi)始補(bǔ)水的同時(shí)，排氣管路的電動(dòng)閥門(mén)自動(dòng)開(kāi)啟，待補(bǔ)水罐水補(bǔ)滿后，可以從自動(dòng)排氣管路進(jìn)行溢流），另外1條支路為手動(dòng)排水排氣管路（在管路上安裝手扳球閥，當(dāng)電動(dòng)閥故障無(wú)法自動(dòng)打開(kāi)時(shí)，可以手動(dòng)將手扳球閥打開(kāi)進(jìn)行溢流）。

PLC程序的修改為開(kāi)機(jī)后系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)排氣補(bǔ)水操作，PLC控制自動(dòng)排氣補(bǔ)水系統(tǒng)進(jìn)水管和排氣管上的電動(dòng)閥開(kāi)啟，開(kāi)始自動(dòng)補(bǔ)水5分鐘，5分鐘后PLC控制2個(gè)電動(dòng)閥門(mén)關(guān)閉結(jié)束自動(dòng)補(bǔ)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(duì)補(bǔ)水排氣作業(yè)的影響。

從以上內(nèi)容可以看出列車自動(dòng)清洗機(jī)自動(dòng)化運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)。在硬件設(shè)施無(wú)損壞的情況下，通過(guò)自動(dòng)控制能有效的避免操作的不規(guī)范性帶來(lái)的不利影響，同時(shí)也減輕的人工的操作負(fù)擔(dān)，也避免了因?yàn)槿藶椴僮鲗?dǎo)致的事故事件。因此，在的地鐵設(shè)備中采用自動(dòng)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(yùn)營(yíng)分公司，福建 福州 350000）