張洪威 張文學(xué)

(廣州市地下鐵道總公司車輛中心,511430,廣州∥第一作者,助理工程師)

廣州地鐵3號(hào)線電客車是由西門子與南車株洲電力機(jī)車廠聯(lián)合制造的,其車體外表由上到下分別涂裝了灰、白、橙3種顏色。自2006年6月3號(hào)線首通段(廣州東站——客村)開通以來,電客車已經(jīng)上線運(yùn)行3年。由于種種原因,電客車的側(cè)墻白油漆帶出現(xiàn)了黃斑,這給電客車的整體美觀造成了不良的影響。

廣州地鐵的電客車每天均由自動(dòng)列車清洗機(jī)(下文簡稱“洗車機(jī)”)以及保潔人員進(jìn)行保潔工作。洗車機(jī)負(fù)責(zé)電客車外表面的清潔工作。若車體外表面的污漬不能及時(shí)去除,經(jīng)過長時(shí)間的積累沉淀,日曬雨淋,就會(huì)逐漸附著在車體表面,形成黃斑。本文著重圍繞洗車機(jī)的洗車機(jī)機(jī)械構(gòu)造、洗車工藝布置、洗滌劑選用等3方面來對(duì)電客車清洗效果的改善進(jìn)行探討。

1 洗車機(jī)機(jī)械構(gòu)造

洗車機(jī)機(jī)械構(gòu)造的主要組成部分是洗車線上的側(cè)刷機(jī)構(gòu)以及端刷機(jī)構(gòu)。側(cè)刷機(jī)構(gòu)擔(dān)負(fù)著電客車車體側(cè)墻的洗刷任務(wù)和大部分的洗車作業(yè)工序,包括側(cè)面初刷洗、側(cè)面次刷洗、側(cè)面終刷洗。故本文在“洗車機(jī)機(jī)械構(gòu)造”部分僅僅圍繞側(cè)刷機(jī)構(gòu)展開討論。

1.1 側(cè)刷機(jī)構(gòu)的組成

側(cè)刷機(jī)構(gòu)主要由單擺臂側(cè)刷機(jī)構(gòu)以及雙擺臂側(cè)刷機(jī)構(gòu)組成,其結(jié)構(gòu)圖見圖1、圖2,工作原理示意圖分別見圖3、圖4。

圖1 單擺臂側(cè)刷機(jī)構(gòu)

1.2 側(cè)刷機(jī)構(gòu)的工作原理

洗車機(jī)處于“自動(dòng)”模式下,側(cè)刷機(jī)構(gòu)在氣缸直線運(yùn)動(dòng)的推動(dòng)下沿圖3、4的箭頭方向擺出,使在電機(jī)帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)的刷毛接觸車體,從而進(jìn)行車體側(cè)墻的刷洗作業(yè)。

圖2 雙擺臂側(cè)刷機(jī)構(gòu)

圖3 單擺臂側(cè)刷機(jī)構(gòu)工作原理圖

圖4 雙擺臂刷側(cè)機(jī)構(gòu)工作原理圖

1.3 從洗車機(jī)機(jī)械構(gòu)造著手改善清洗效果的思考

刷毛是與清洗效果直接相關(guān)的載體,直接與車體接觸,其相關(guān)因素直接關(guān)系到清洗效果的好壞。在本節(jié)中,著重從刷毛的旋轉(zhuǎn)速度以及車體吃毛量兩個(gè)方面來闡述清洗效果的改善問題。

由于電客車車體側(cè)墻中部有白色油漆帶,因此清洗效果的改善首先會(huì)在白色油漆帶上展現(xiàn)明顯的效果,故下文所述均以車體側(cè)墻的白色油漆帶為例。

1.3.1 刷毛的旋轉(zhuǎn)速度

洗車機(jī)刷毛的旋轉(zhuǎn)通過電機(jī)以及減速箱來實(shí)現(xiàn)。其中電機(jī)型號(hào)為SEW DT100LS4,功率為2.2 k W,通過減速箱后輸出軸的轉(zhuǎn)速為159 r/min(即刷毛的轉(zhuǎn)速)。通過相關(guān)公式可以求得刷毛旋轉(zhuǎn)過程中給予車體的動(dòng)量(能量)E。計(jì)算如下:

已知刷毛長度l=0.43 m,刷毛轉(zhuǎn)速n=159 r/min,則:

刷毛角速度,rad/min:

刷毛線速度,m/min(最外側(cè)端點(diǎn)為例)

刷毛動(dòng)量,kg·m/s(最外側(cè)端點(diǎn)為例)

刷毛單位時(shí)間作用于車體表面的力,N(最外側(cè)端點(diǎn)為例)

式中:

m——刷毛的質(zhì)量,kg;

t——刷毛旋轉(zhuǎn)過程中作用于車體表面的時(shí)間,min。

由于轉(zhuǎn)速恒定,刷毛分布均勻,理論上可以認(rèn)為每根刷毛的m和t是相同的,因此,每根刷毛作用于車體表面的動(dòng)量(能量)E和作用力F是相同的。

下面以1號(hào)線洗車機(jī)的刷毛轉(zhuǎn)速為例來進(jìn)行計(jì)算。假設(shè)將1號(hào)線洗車機(jī)側(cè)刷電機(jī)以及減速箱安裝在3號(hào)線洗車機(jī)的側(cè)刷上,計(jì)算如下:

已知刷毛轉(zhuǎn)速n=300 r/min。由于其他條件均不變,根據(jù)式(3),刷毛的動(dòng)量

刷毛單位時(shí)間作用于車體表面的力

由于車體表面污漬是與車體表面緊密粘連的,因此刷毛作用于車體表面的動(dòng)量(能量)E和作用力F越大,也就意味著刷毛作用于車體表面的污漬的動(dòng)量(能量)E和作用力F越大。

通過式(3)～式(6)的比較,在其他條件不變的情況下,假設(shè)將1號(hào)線側(cè)刷電機(jī)及減速箱安裝在3號(hào)線洗車機(jī)的側(cè)刷上,可以得出刷毛的相關(guān)數(shù)據(jù),見表1。

表1 刷毛數(shù)據(jù)表

從表1中的數(shù)據(jù)可以看出,使用1號(hào)線的電機(jī)以及減速箱,可使刷毛的相關(guān)參數(shù)比使用3號(hào)線的電機(jī)以及減速箱提高效率88.68%。

因此,提高刷毛的轉(zhuǎn)速,可以使刷毛作用于車體表面的動(dòng)量以及作用力得以提高,對(duì)洗車機(jī)清洗效果會(huì)有一定的改善。

1.3.2 車體吃毛量

從上文的式(3)、(4)可以看出,刷毛旋轉(zhuǎn)的過程中,在其他條件不變的情況下,刷毛半徑(即刷毛長度l)越大,刷毛的動(dòng)量以及作用力越大,刷毛作用于車體表面的動(dòng)量以及作用力也越大。

刷毛最外側(cè)端點(diǎn)獲得的動(dòng)量以及作用力最大,動(dòng)量以及作用力隨著刷毛半徑的減小而減少,因此,合適的車體吃毛量,是另外一個(gè)改善洗車機(jī)清洗效果的措施。

理論上,刷毛最外側(cè)端點(diǎn)恰恰與車體接觸的情況下,刷毛施加在車體表面的動(dòng)量和作用力是最大的,清洗效果也是最好的。但是考慮到每根刷毛制作過程中的長度差異、刷毛使用過程中的磨損以及電客車在洗車作業(yè)時(shí)與刷毛之間的距離等因素,為了確保刷毛旋轉(zhuǎn)時(shí)能夠與車體側(cè)墻接觸,按照實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),筆者認(rèn)為,車體平均吃毛量在5～7 mm以內(nèi)才能保證車體表面獲得盡可能大的動(dòng)量和作用力,從而獲得良好的清洗效果。

2 清洗工藝布置

洗車的清洗工藝布置直接關(guān)系到洗滌劑從附著在車體外表面到被沖洗的反應(yīng)時(shí)間,洗滌劑反應(yīng)時(shí)間必須與洗車工藝布置相匹配,才能獲得最佳的洗滌劑使用效果。

圖5為3號(hào)線列車清洗機(jī)清洗工藝布置圖。

圖5 3號(hào)線列車清洗機(jī)清洗工藝布置圖

2.1 洗車機(jī)洗車流程分析

3號(hào)線電客車沿圖5箭頭方向單向進(jìn)入洗車機(jī)進(jìn)行洗車。其中電客車速度為v電客車=3 km/h,側(cè)刷1與側(cè)刷2的距離為L1-2=20 m,側(cè)刷2與側(cè)刷3的距離為L2～3=9 m。

根據(jù)以上數(shù)據(jù),可以得出提供給洗滌劑在車體表面的反應(yīng)時(shí)間為24 s。具體洗車流程見圖6。

圖6 洗車流程

2.2 從洗車工藝布置改善清洗效果的思考

從以上計(jì)算可知,3號(hào)線電客車在進(jìn)行非端洗作業(yè)時(shí),從洗滌劑被涂抹在車體表面(洗車工序1,側(cè)刷1)到被沖洗(洗車工序2,側(cè)刷2),洗滌劑附著在車體表面的時(shí)間(即洗滌劑與污漬的反應(yīng)時(shí)間)僅僅為24 s。

根據(jù)3號(hào)線洗車機(jī)的實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),洗車機(jī)所使用過的洗滌劑,包括GD-21B、速可潔Ⅱ等產(chǎn)品,均無法在24 s內(nèi)與污漬發(fā)生有效反應(yīng)。

為此,在洗車機(jī)的設(shè)計(jì)中,對(duì)電客車行駛速度不變的情況,洗車工序以及洗滌劑之間的關(guān)系應(yīng)當(dāng)從以下兩種思路去進(jìn)行優(yōu)化配置:

(1)先確定洗滌劑類型,后對(duì)洗車工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)。針對(duì)洗滌劑的反應(yīng)時(shí)間,對(duì)洗車工藝進(jìn)行設(shè)計(jì),確保在執(zhí)行洗車工藝的過程中能夠給予洗滌劑充分的反應(yīng)時(shí)間,從而保證洗車效果。

(2)先確定洗車工藝,后尋找與洗車工藝相匹配的洗滌劑。針對(duì)洗車工藝,尋找合適反應(yīng)時(shí)間的洗滌劑,確保洗滌劑與污漬的反應(yīng)時(shí)間能夠與洗車工藝相匹配,從而保證洗車效果。

3 洗車機(jī)用洗滌劑的選用

洗滌劑直接與車體表面的污漬接觸,因此所選用洗滌劑的好壞,在很大程度上直接影響著洗車機(jī)的清洗效果。根據(jù)廣州地鐵洗車工藝的實(shí)際情況,對(duì)洗滌劑的選用原則總結(jié)如下。

3.1 p H值在6～8之間

pH值在中性范圍之內(nèi),確保了洗滌劑微弱腐蝕性,保證了車體材質(zhì)、油漆涂層以及車底吊掛設(shè)備的安全,也首先確保了洗車作業(yè)的安全。

3.2 環(huán)保型,不污染環(huán)境

基于廣州地鐵新線的洗車機(jī)污水處理工藝較為簡單、洗車庫為開放式等特點(diǎn),洗滌劑的環(huán)保性顯得尤為重要。要確保洗車過程中向周圍飛濺的洗滌劑不會(huì)對(duì)周圍的環(huán)境以及植被造成損害。

3.3 對(duì)頑垢、動(dòng)物蛋白垢有效滲透

目前,廣州地鐵3號(hào)線為車速達(dá)120 km/h的高速線路。由于列車速度高,隧道區(qū)間的粉塵、雜質(zhì)等與車體碰撞后極易產(chǎn)生頑垢;而廣州地鐵4號(hào)線為高架線路,由于存在露天區(qū)間,飛禽、昆蟲等與車體碰撞后會(huì)產(chǎn)生動(dòng)物蛋白垢。因此,洗滌劑必須對(duì)頑垢、動(dòng)物蛋白垢有較強(qiáng)的滲透能力,才能確保洗滌劑去除污漬的有效性。

3.4 親水性好

親水性好的洗滌劑可以杜絕車窗玻璃的掛水現(xiàn)象,易于漂洗,防止洗滌劑殘留在車體表面。

3.5 對(duì)車體外表的涂層、玻璃、橡膠等非金屬材質(zhì)無腐蝕

可以確保長期使用而不會(huì)對(duì)車體外表造成損壞。

3.6 可稀釋

基于節(jié)能降耗的理念,優(yōu)秀的洗滌劑應(yīng)可在稀釋20～30倍的情況下保持與原液一致的特性。

4 結(jié)語

洗車機(jī)要取得良好的洗車效果,不僅需要有各種高質(zhì)量的零部件作為基本保證,同時(shí)也必須從洗車機(jī)的機(jī)械構(gòu)造、洗車工藝布置、洗滌劑選用等3方面,根據(jù)不同地域、氣候、列車表面涂裝等進(jìn)行全面優(yōu)化,統(tǒng)籌配合。

[1]劉旭東,馬金鐘.VEIC-GZ3廣州市軌道交通3號(hào)線列車自動(dòng)清洗機(jī)機(jī)械系統(tǒng)圖冊(cè)[M].廣州:哈爾濱威克技術(shù)開發(fā)公司,2006.

[2]WESUMAT.Operation Instructions for a train washing system[M].德國.WESUM AT Co.,Ltd.,1996.