地鐵工程車多功能檢修裝置的研究

許維平

（福州地鐵集團有限公司，福建福州 350012）

0 引言

根據(jù)交通運輸部官方數(shù)據(jù)，截至2021年3 月，全國（不含港澳臺地區(qū)）共有45 個城市開通運營城市軌道交通線路236 條，運營里程7 691.9 km，我國城市軌道交通進入快速發(fā)展期。同時，中共中央、國務院印發(fā)《交通強國建設綱要》明確提出交通裝備先進適用、完備可控，推進設備技術升級，推廣應用交通裝備的智能檢測監(jiān)測和運維技術。車輛作為城市軌道交通設備的核心，是確保地鐵安全、高效、智能運營的關鍵，隨著技術的進步和管理的優(yōu)化，探索城市軌道交通車輛檢修、設備維保創(chuàng)新與實踐十分必要。本課題以地鐵工程車安全、高效、智能檢修為研究對象，著力于解決目前大部件檢修與故障處理過程中的難點、痛點，為城軌工程車高質(zhì)量檢修及運用安全提供解決方案。

1 研究背景

在地鐵建設及運營的各階段，大量的材料、設備、物資需通過地鐵工程車運往相關工地和線路；新購入的地鐵電客車需用調(diào)機或軌道車編組牽引至相關區(qū)域；地鐵線路在試運行前，需使用工程車對線路壓道、軌道檢查、接觸網(wǎng)檢測；地鐵線路投入運營后，需使用工程車配合進行設備設施定期檢查維護。因此，地鐵工程車主要承擔物料運輸、場段調(diào)車作業(yè)、線路施工和養(yǎng)護、正線突發(fā)事故救援等作業(yè)任務。工程車主要包括電力蓄電池工程車、內(nèi)燃調(diào)機、重型軌道車、鋼軌打磨車、接觸網(wǎng)檢修作業(yè)車、軌道檢測車、隧道清洗車、平板車和放線車等。

基于地鐵運營的特點，運營安全及設備質(zhì)量至關重要，應定期開展計劃修，確保各型工程車能夠安全可靠運行。但在地鐵各型工程車檢修實踐過程中，受制于維護場地、人員技能、輔助檢修裝置等因素，時常面臨發(fā)動機、發(fā)電機、動力單元、車軸齒輪箱、傳動軸、車鉤和單元制動器等大部件拆裝與維修的難題?，F(xiàn)場需四五個人共同協(xié)作，在車底極其狹窄的空間內(nèi)，用身體或手臂的力量扛著或托舉數(shù)百公斤的部件，配合進行開口銷、螺栓、線纜等拆裝工序。遇到難點時幾個人一扛就是近0.5 h，不僅勞動強度高，安全也得不到保障，稍不注意就會砸傷手腳。在檢修中經(jīng)常出現(xiàn)體力透支需臨時換人及磕碰受傷的情況。

針對地鐵車輛或工程車等專業(yè)的重點部件檢修需求，目前，市場上出現(xiàn)諸如車鉤拆卸工裝、傳動軸拆卸裝置、車下設備拆裝車、車下電氣拆裝小車、軸承搬運小車及車輛檢修輔助搬運設備等。在實際運用過程中，上述設備或裝置暴露出了功能單一、操作復雜、適配性差等問題。各運營單位采購投資巨大，但一線運用人員對其接受度不高，使得設備閑置或處于封存狀態(tài)。因此，本文創(chuàng)新性地研究設計出一套多功能檢修裝置，吸取目前市場上同類產(chǎn)品的技術優(yōu)點，一機多用，以機器設備替代檢修作業(yè)過程中的人工托舉和搬運，保障檢修人員安全，提高檢修效率。同時，可大幅減少檢修輔助設備種類與數(shù)量，降低運營成本。

2 設計原理

在日常生活中，大量用到手動叉車、動力叉車等移動搬運工具和機械，它們良好的操控性和移動靈活的特點深受好評。手動叉車作為一種起升裝卸和短距離運輸兩用車，特別適用于汽車裝卸及特殊物品的裝卸運輸，產(chǎn)品具有重量輕、價格低、升降平衡、轉(zhuǎn)動靈活、操作方便、安全可靠、耐用等特點，經(jīng)濟實用，最主要的是一般人均可操作，使用起來簡單舒適。

受叉車等搬運設備工作特點和工作原理的啟發(fā)，設計初期嘗試利用現(xiàn)有廢舊手動叉車，切除叉車中部橫梁以上部分，改造拆除叉頭相關部件，然后用螺紋連接一個可以360°旋轉(zhuǎn)的正方形支撐平面，利用螺紋連接的平面托舉單元制動器等比較笨重的部件。需要托舉時，通過液壓油缸使支撐平面上升，調(diào)整到與相應部件緊貼的高度，確認支撐有效后進行鎖定。這樣操作人員可專心進行設備拆裝與檢修，不用再肩扛手舉。作業(yè)完成后通過泄壓，使得部件和支撐平面一起下降，當降低到合適高度后，利用叉車底部輪子進行移動，可方便取出及搬運檢修部件。手動叉車改造前后對比如圖1 所示。

圖1 手動叉車改造前后對比

3 技術規(guī)格

在實際設計應用過程中，為了達到取材簡易、組裝方便、成本低廉、使用可靠的目的，在保證結構強度和輕量化的前提下，高和長方向的兩根支架，綜合比較選用槽型鋼材較為合適，槽鋼寬10 cm，厚度4 mm。為使用、安裝和焊接方便，寬度方向的兩根橫梁和加強筋，綜合比較選用板材較為合適，板材寬10 cm，厚度5 mm。裝置頂部工作面的托板考慮到旋轉(zhuǎn)、定位、平衡和承重要求，綜合比較選用0.4 m×0.4 m，厚10 mm的方形鋼板，在一側開0.2 m×0.1 m的長方形槽口，做定位使用。具體選材及性能參數(shù)見表1。多功能檢修裝置CAD 設計示意見圖2。

表1 具體選材及性能參數(shù)

圖2 多功能檢修裝置CAD 設計示意圖

4 多功能應用

（1）車鉤高度調(diào)整。該裝置頂部的支撐結構能有效托舉車鉤，其液壓結構升降精準、鎖定可靠。在檢修過程中可方便添加和撤除車鉤墊板、叢板，并能整體移動車鉤，適應各型車輛的車鉤高度調(diào)整和拆裝工作。

（2）傳動軸拆裝（圖3）。通過在裝置的正方形支撐平面上安裝兩個半圓形防滾爪（托架），該裝置能在傳動軸拆裝中起支撐和定位作用。常規(guī)情況下甚至不用改裝就能直接應用于傳動軸拆裝項目，可提高拆裝的便捷性、節(jié)省人力，保證安全。

圖3 傳動軸拆裝防滾托架

（3）車軸齒輪箱開蓋（圖4）。在車軸齒輪箱故障處理、開蓋檢查過程中經(jīng)常需要保持平衡及防止輪對轉(zhuǎn)動。應用該裝置在車輛檢修生產(chǎn)庫區(qū)及車底檢修地溝中能較好地鎖緊齒輪箱副板、支撐箱體以防止翻轉(zhuǎn)。

圖4 在齒輪箱檢修中的應用

（4）單元制動器檢修。使用該裝置的正方形支撐托架后，該裝置能有效固定單元制動器?？蓾M足單元制動器部件更換、拆裝對位等，有效解決了作業(yè)空間狹小、部件笨重等難題。

（5）基礎制動部件探傷。軌道車及大型養(yǎng)路機械等部分車型的制動系統(tǒng)采用機械式基礎制動部件，每年探傷拆解工作量極大，在受限空間內(nèi)作業(yè)效率低下。該裝置能在狹小作業(yè)空間內(nèi)靈活移動，可快速抓牢各基礎制動部件并進行分解、轉(zhuǎn)動及搬運至指定位置。

（6）搬運不規(guī)則物體。借助該裝置升降動作可靠、移動靈活、固定形式多樣、結構輕巧的特點，除日常檢修作業(yè)應用外，還能廣泛用于搬運不規(guī)則重物，減少了對各類搬運車的采購與依賴。

5 使用效果

對比測試表明，使用多功能檢修裝置后，拆裝1 臺工程車制動梁或傳動軸的工作量由以前4 人8 h 變?yōu)? 人4 h，檢修工時減少了3/4。拆裝人員幾乎不需要消耗體力，只需剪斷開口銷，取出定位銷軸，拿出支撐吊板或松開相關螺栓即可。在實際應用過程中從未發(fā)生因人員配合或體力不支而砸傷手腳等勞動安全問題，有效消除了安全隱患（圖5）。

圖5 多功能檢修裝置應用現(xiàn)場

應用該裝置進行車鉤檢修后，原生產(chǎn)庫區(qū)配置的輔助檢修設備，如起重機械以及起重機司機和司索指揮人員均可取消。進一步提升了檢修精度，顯著降低了作業(yè)過程中的安全風險。

該裝置在日常檢修作業(yè)過程中省時省力、輕便靈活、使用高效和功能多樣。目前，已廣泛應用在地鐵工程車、國鐵大型養(yǎng)路機械和軌道車等專業(yè)日常維保及大架修作業(yè)中。

6 結束語

秉承結構簡單、操作方便、成本低廉、安全可靠的研究設計基本原則，在該裝置設計、使用、反饋和持續(xù)改進中，不斷根據(jù)檢修實際情況進行優(yōu)化。例如，為方便靈活移動，增大走行輪的尺寸；為增大油缸行程，降低底板高度；為受力均勻、支撐平穩(wěn)和定位需要，將支撐平面開槽處理；為方便進出生產(chǎn)庫區(qū)及車底檢修地溝，補焊吊耳等。在后續(xù)批次研究中，將努力創(chuàng)新，并應用新材料、新技術，力求設計出更加實用的多功能檢修裝置，更好服務于地鐵工程車檢修。