广州地铁3号线电客车清洗效果的改善

张洪威 张文学

(广州市地下铁道总公司车辆中心,511430,广州∥第一作者,助理工程师)

广州地铁3号线电客车是由西门子与南车株洲电力机车厂联合制造的,其车体外表由上到下分别涂装了灰、白、橙3种颜色。自2006年6月3号线首通段(广州东站——客村)开通以来,电客车已经上线运行3年。由于种种原因,电客车的侧墙白油漆带出现了黄斑,这给电客车的整体美观造成了不良的影响。

广州地铁的电客车每天均由自动列车清洗机(下文简称“洗车机”)以及保洁人员进行保洁工作。洗车机负责电客车外表面的清洁工作。若车体外表面的污渍不能及时去除,经过长时间的积累沉淀,日晒雨淋,就会逐渐附着在车体表面,形成黄斑。本文着重围绕洗车机的洗车机机械构造、洗车工艺布置、洗涤剂选用等3方面来对电客车清洗效果的改善进行探讨。

1 洗车机机械构造

洗车机机械构造的主要组成部分是洗车线上的侧刷机构以及端刷机构。侧刷机构担负着电客车车体侧墙的洗刷任务和大部分的洗车作业工序,包括侧面初刷洗、侧面次刷洗、侧面终刷洗。故本文在“洗车机机械构造”部分仅仅围绕侧刷机构展开讨论。

1.1 侧刷机构的组成

侧刷机构主要由单摆臂侧刷机构以及双摆臂侧刷机构组成,其结构图见图1、图2,工作原理示意图分别见图3、图4。

图1 单摆臂侧刷机构

1.2 侧刷机构的工作原理

洗车机处于“自动”模式下,侧刷机构在气缸直线运动的推动下沿图3、4的箭头方向摆出,使在电机带动下旋转的刷毛接触车体,从而进行车体侧墙的刷洗作业。

图2 双摆臂侧刷机构

图3 单摆臂侧刷机构工作原理图

图4 双摆臂刷侧机构工作原理图

1.3 从洗车机机械构造着手改善清洗效果的思考

刷毛是与清洗效果直接相关的载体,直接与车体接触,其相关因素直接关系到清洗效果的好坏。在本节中,着重从刷毛的旋转速度以及车体吃毛量两个方面来阐述清洗效果的改善问题。

由于电客车车体侧墙中部有白色油漆带,因此清洗效果的改善首先会在白色油漆带上展现明显的效果,故下文所述均以车体侧墙的白色油漆带为例。

1.3.1 刷毛的旋转速度

洗车机刷毛的旋转通过电机以及减速箱来实现。其中电机型号为SEW DT100LS4,功率为2.2 k W,通过减速箱后输出轴的转速为159 r/min(即刷毛的转速)。通过相关公式可以求得刷毛旋转过程中给予车体的动量(能量)E。计算如下:

已知刷毛长度l=0.43 m,刷毛转速n=159 r/min,则:

刷毛角速度,rad/min:

刷毛线速度,m/min(最外侧端点为例)

刷毛动量,kg·m/s(最外侧端点为例)

刷毛单位时间作用于车体表面的力,N(最外侧端点为例)

式中:

m——刷毛的质量,kg;

t——刷毛旋转过程中作用于车体表面的时间,min。

由于转速恒定,刷毛分布均匀,理论上可以认为每根刷毛的m和t是相同的,因此,每根刷毛作用于车体表面的动量(能量)E和作用力F是相同的。

下面以1号线洗车机的刷毛转速为例来进行计算。假设将1号线洗车机侧刷电机以及减速箱安装在3号线洗车机的侧刷上,计算如下:

已知刷毛转速n=300 r/min。由于其他条件均不变,根据式(3),刷毛的动量

刷毛单位时间作用于车体表面的力

由于车体表面污渍是与车体表面紧密粘连的,因此刷毛作用于车体表面的动量(能量)E和作用力F越大,也就意味着刷毛作用于车体表面的污渍的动量(能量)E和作用力F越大。

通过式(3)～式(6)的比较,在其他条件不变的情况下,假设将1号线侧刷电机及减速箱安装在3号线洗车机的侧刷上,可以得出刷毛的相关数据,见表1。

表1 刷毛数据表

从表1中的数据可以看出,使用1号线的电机以及减速箱,可使刷毛的相关参数比使用3号线的电机以及减速箱提高效率88.68%。

因此,提高刷毛的转速,可以使刷毛作用于车体表面的动量以及作用力得以提高,对洗车机清洗效果会有一定的改善。

1.3.2 车体吃毛量

从上文的式(3)、(4)可以看出,刷毛旋转的过程中,在其他条件不变的情况下,刷毛半径(即刷毛长度l)越大,刷毛的动量以及作用力越大,刷毛作用于车体表面的动量以及作用力也越大。

刷毛最外侧端点获得的动量以及作用力最大,动量以及作用力随着刷毛半径的减小而减少,因此,合适的车体吃毛量,是另外一个改善洗车机清洗效果的措施。

理论上,刷毛最外侧端点恰恰与车体接触的情况下,刷毛施加在车体表面的动量和作用力是最大的,清洗效果也是最好的。但是考虑到每根刷毛制作过程中的长度差异、刷毛使用过程中的磨损以及电客车在洗车作业时与刷毛之间的距离等因素,为了确保刷毛旋转时能够与车体侧墙接触,按照实际应用经验,笔者认为,车体平均吃毛量在5～7 mm以内才能保证车体表面获得尽可能大的动量和作用力,从而获得良好的清洗效果。

2 清洗工艺布置

洗车的清洗工艺布置直接关系到洗涤剂从附着在车体外表面到被冲洗的反应时间,洗涤剂反应时间必须与洗车工艺布置相匹配,才能获得最佳的洗涤剂使用效果。

图5为3号线列车清洗机清洗工艺布置图。

图5 3号线列车清洗机清洗工艺布置图

2.1 洗车机洗车流程分析

3号线电客车沿图5箭头方向单向进入洗车机进行洗车。其中电客车速度为v电客车=3 km/h,侧刷1与侧刷2的距离为L1-2=20 m,侧刷2与侧刷3的距离为L2～3=9 m。

根据以上数据,可以得出提供给洗涤剂在车体表面的反应时间为24 s。具体洗车流程见图6。

图6 洗车流程

2.2 从洗车工艺布置改善清洗效果的思考

从以上计算可知,3号线电客车在进行非端洗作业时,从洗涤剂被涂抹在车体表面(洗车工序1,侧刷1)到被冲洗(洗车工序2,侧刷2),洗涤剂附着在车体表面的时间(即洗涤剂与污渍的反应时间)仅仅为24 s。

根据3号线洗车机的实际应用经验,洗车机所使用过的洗涤剂,包括GD-21B、速可洁Ⅱ等产品,均无法在24 s内与污渍发生有效反应。

为此,在洗车机的设计中,对电客车行驶速度不变的情况,洗车工序以及洗涤剂之间的关系应当从以下两种思路去进行优化配置:

(1)先确定洗涤剂类型,后对洗车工艺进行设计。针对洗涤剂的反应时间,对洗车工艺进行设计,确保在执行洗车工艺的过程中能够给予洗涤剂充分的反应时间,从而保证洗车效果。

(2)先确定洗车工艺,后寻找与洗车工艺相匹配的洗涤剂。针对洗车工艺,寻找合适反应时间的洗涤剂,确保洗涤剂与污渍的反应时间能够与洗车工艺相匹配,从而保证洗车效果。

3 洗车机用洗涤剂的选用

洗涤剂直接与车体表面的污渍接触,因此所选用洗涤剂的好坏,在很大程度上直接影响着洗车机的清洗效果。根据广州地铁洗车工艺的实际情况,对洗涤剂的选用原则总结如下。

3.1 p H值在6～8之间

pH值在中性范围之内,确保了洗涤剂微弱腐蚀性,保证了车体材质、油漆涂层以及车底吊挂设备的安全,也首先确保了洗车作业的安全。

3.2 环保型,不污染环境

基于广州地铁新线的洗车机污水处理工艺较为简单、洗车库为开放式等特点,洗涤剂的环保性显得尤为重要。要确保洗车过程中向周围飞溅的洗涤剂不会对周围的环境以及植被造成损害。

3.3 对顽垢、动物蛋白垢有效渗透

目前,广州地铁3号线为车速达120 km/h的高速线路。由于列车速度高,隧道区间的粉尘、杂质等与车体碰撞后极易产生顽垢;而广州地铁4号线为高架线路,由于存在露天区间,飞禽、昆虫等与车体碰撞后会产生动物蛋白垢。因此,洗涤剂必须对顽垢、动物蛋白垢有较强的渗透能力,才能确保洗涤剂去除污渍的有效性。

3.4 亲水性好

亲水性好的洗涤剂可以杜绝车窗玻璃的挂水现象,易于漂洗,防止洗涤剂残留在车体表面。

3.5 对车体外表的涂层、玻璃、橡胶等非金属材质无腐蚀

可以确保长期使用而不会对车体外表造成损坏。

3.6 可稀释

基于节能降耗的理念,优秀的洗涤剂应可在稀释20～30倍的情况下保持与原液一致的特性。

4 结语

洗车机要取得良好的洗车效果,不仅需要有各种高质量的零部件作为基本保证,同时也必须从洗车机的机械构造、洗车工艺布置、洗涤剂选用等3方面,根据不同地域、气候、列车表面涂装等进行全面优化,统筹配合。

[1]刘旭东,马金钟.VEIC-GZ3广州市轨道交通3号线列车自动清洗机机械系统图册[M].广州:哈尔滨威克技术开发公司,2006.

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