周智勇

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，武汉　430063)



动车组洗车机的国产化研究及应用

周智勇

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，武汉430063)

摘要：对动车组洗车机引进技术的国产化历程进行介绍，从技术因素、环境因素、用户要求等方面分析引进技术的不足，基于国内车型多、使用环境复杂、用户要求严格等条件，根据设计总结和实际工程经验，在充分消化吸收引进技术的基础上，在兼容性、功能性、安全性、可靠性、标准化设计等方面进行必要的改进，实现动车组清洗机生产技术的国产化改进和技术性能的完善。通过技术改进，不仅提高产品质量，也提高制造、安装、调试的效率，操作、维修方便，具有良好的经济效益。

关键词：动车组；洗车机；国产化

1概述

动车组洗车机在建设初期，以引进西班牙洗车机技术，国内生产为主。西班牙技术的动车组外皮清洗机具有明显的技术优势，其刷毛技术、水处理技术、端刷的仿形技术、雨刮器的保护技术以及操控性均领先于同行业。按引进技术生产制造的动车组洗车机于2007年4月开始投入使用。由于我国动车组车型较多，线路条件、气候条件、自然环境与西班牙也有较大差异，动车组洗车机在经过一段时间的使用后逐渐显现出一些不足，主要体现在清洗后的清洁度不理想、端洗适应性差、污水回收处理能力不足等方面。结合我国实际情况，经现场多次调研、实验室模拟实验后，完善设计方案，进行国产化改造，研发出适合我国实际情况的动车组洗车机。

2引进技术的不足

(1)技术因素

采用西班牙引进技术生产的动车组洗车机在投入使用后，发现主要存在以下技术问题。

刷组数量少，种类少，洗刷力度不足。动车组洗刷后车体表面一些部位有洗不掉的污渍。特别是在下雨后，车体洗刷后残留污渍的现象较明显。

强风吹扫的风压低、风量小，经强风吹扫后，车体表面仍有较多残留的水滴落。

由于我国动车组车型较多，动车组头部形状各异，端洗结构不能适应多种车型的需要，设备的兼容性较差。

洗车喷嘴压力和水量不足，影响洗刷效果。

(2)环境因素

中国铁路网发达，有部分动车组需要在既有普速线路上运行。既有线路属开放式线路，条件差，线路两旁较脏，导致动车组的外皮比预想中的要脏得多。既有线这种较为恶劣的环境，使得动车组洗车机在清洗力度方面更显不足，洗刷效果不够理想。

中国的高速动车组开通后，运行频率高，每日运营里程及运行时间远比西班牙的动车组要长，外皮被污染物重复覆盖，尤其在夏秋季节，各种飞虫在头车玻璃上反复碰撞，遗留大量飞虫遗体及血迹，给动车组的清洗增加了难度。

(3)用户因素

西班牙洗车重点是动车组两侧外皮，车体底裙、排障器等部位没有考虑在清洗的范围内。在洗车机投入使用后，各铁路局要求动车组外皮的清洗要求不留死角，对底裙、排障器等部位也要进行清洗，现有引进技术无法满足这些高难度的清洗要求。

3国产化改进

3.1兼容性改进3.1.1增加组合刷组

西班牙原有设计不具备清洗CRH2型车头侧凹处的功能，为满足CRH2型车头侧凹处(图1)的清洗要求，设计了组合刷组(图2)，解决了CRH2型动车组车头侧凹处清洗问题。

图1　CRH2型车端部

图2　组合刷组

组合刷组专用于清洗CRH2型车，在清洗完CRH2型车前端侧凹处后，刷组自动摆回。在后端进入组合刷洗刷区后，能够自动推出清洗后端侧凹处。清洗其他车型时，组合刷组的斜刷组不工作[1]。

3.1.2增加2种裙边刷组

由于动车组各车型底裙形状差异较大，底裙洗刷效果不理想，通过车辆截面图纸和对动车组的实地测量，对不同车型的裙边进行了详细的分析，研制了2种裙边刷组，以适应各型动车组底裙部位的清洗[2]。

3.1.3停车指示系统

目前动车组主要有4种车型，车辆编组及长度不一致，司机所在位置不同，端洗及切换弓的停车指示系统位置存在差异。为了使停车指示牌简单明了，优化和设计了停车指示牌系统，使前端洗一个停车位兼容4种车型的清洗。司机按照不同停车指示牌进行停车，完成不同车型的清洗作业。停车指示牌采用特殊技术，使司机在夜间也可以清晰观察，并按要求停车[3]。

3.2功能性改进

在清洗机的完善过程中，为改善洗车效果，提高了洗车设备能力和功能，进行了如下改进。

3.2.1提高刷组转速

清洗机刷组的转速对洗刷力度有直接关系，转数高则洗刷力度大。原设计刷组转速为90 r/min，适合于国外较洁净的运行环境。由于国内线路环境较差，车体污染严重，在我国实际使用过程中，该转速下的洗刷力不能达到很好的清洗效果，需要适当提高刷组的转速，以增强洗刷力度，提高洗车效果。但刷组的转速过高会损伤动车组的漆膜。通过多次的实验证明，将刷组转速提高至140 r/min，既不会损伤车体漆膜，同时也能达到有效清除车体表面污垢的目的。

3.2.2增加刷组数量

增加刷组的数量，使动车组单位面积的清洗次数增加，有效地提高了清洗效果。动车组的运行速度也直接影响洗车效果。北方地区动车组洗车时，短编组靠牵车机牵引，速度比较稳定；但南方地区为自运行洗车，车辆运行速度不稳定且普遍偏高，影响了洗刷的效果，增加刷组数量也是为了适应车辆自运行速度不稳定的情况。目前所使用的动车组清洗机增加了2个立侧组、6个底裙刷组和2个组合斜刷，通过增加刷组数量有效改善了清洗效果。

3.2.3提高冲洗能力

由于洗涤剂粘稠或冲洗强度不够，会有残留的洗涤剂粘附于表面。为了提高清洗能力，在出库端增加了高压冲洗喷管，加大了水量，提高了水压，冲洗效果有了明显的改善[4]。

3.2.4增加排障器冲洗

西班牙原有设计没有排障器自动清洗功能，根据调研，在国外排障器采用人工清洗。根据用户提出自动清洗排障器的要求，我院经过多次试验，采用了高压水旋转冲洗方式，实现了对排障器的非接触清洗，该清洗方法安全可靠，能够较好地对排障器进行冲洗，不会在清洗过程中对车辆造成安全隐患。

3.2.5增加测速装置

洗车速度过快会直接影响洗车效果，目前各动车所清洗机的超速洗车比较普遍，根据现场测量，在多数情况下，洗车速度均大于3 km/h，清洗效果欠佳，为了防止超速洗车，在出、入库两端增加了车速测速装置，具有超速报警、记录的功能，可随时提醒洗车机操作人员通知司机限速，保证洗车效果。

3.2.6增加冬季水管防冻排水功能

当洗车库主跨内的温度低于0 ℃以下时，刷组会出现结冰现象，为了防止冰碴划伤车体，洗车库禁止洗车。南方洗车库为露天库，冬天夜间有结冰现象，存在水管内的水会结冰冻裂水管，为了防止水管被冻裂，在完成洗车作业后，必须将水管内的水排空，为此增设了水管自动排水功能。在水管上接入压缩空气，操作人员只要打开排水旋钮，压缩空气能够自动将管内存水排除，防止水管冻裂。

3.3安全性改进

动车组外皮清洗机属于在线作业设备，除了要完成洗车作业外，对动车组安全性的保护至关重要[5]。

经过仔细研究和理论分析、模拟实验以及到洗车第一现场考察，充分考虑清洗机的每个细节，排查任何可能给动车组带来的安全隐患，认为清洗机对动车组最大的安全隐患是刷组的钢结构部分碰伤动车车体、玻璃或划伤表面漆膜。因此保证刷组的钢结构部分不侵入限界，就需要安全可靠的限位装置。为确保清洗机对动车运行的安全，对可能存在的安全隐患采取以下措施以提高动车组的安全性。

3.3.1增加刷组刚性限位装置

参与洗车的刷组共有5种，分别是立刷组、组合刷组、椭圆刷组、裙刷组和端刷组。

立刷组、组合刷组、裙刷组及端刷组都是横向摆出来对动车组车体进行清洗，通过可靠的限位装置限制刷组的摆出角度，就可以保证刷组在工作时不会侵入车辆限界。刷组的摆出角度在调试时已经确定，刚性的限位装置固定在刷组摆出的最大工作位置，刷组在摆到该位置后不会再摆出，确保刷组的最大工作位置不会侵入车辆限界[7]。

限位装置具有足够的刚性，保证在刷组在工作状态时承受最大接触力1 000 N的条件下不会产生变形，确保动车组运行安全。

3.3.2增加刷组安全锁

刷组摆动靠气缸的伸缩来完成，刷组在不工作时，如果没有风压，刷组可能自由摆出，存在一定的安全隐患。针对这个隐患，对刷组增加了安全锁，在洗车作业结束后，将安全锁锁住，待洗车作业前再将安全锁打开，保证刷组在不工作时不会自由摆出。

3.3.3增加椭圆刷安全链

椭圆刷在工作时是在垂直方向向下摆出，椭圆刷的最大摆出角度在安装时已经调好，工作时与车体还有很大的距离。目前椭圆刷采取了刚性固定限位装置，通过实际应用，限位装置安全可靠，不会出现超出限位的安全隐患。

为保证椭圆刷工作时更加安全，在原有限位装置强度足够的情况下，对每个椭圆刷再加装一条安全链，在椭圆刷推出极限时，安全链会拉住椭圆刷组，让椭圆刷在工作时多一道保护，避免发生意外。

3.3.4增加端刷防断裂措施

端刷主要用于清洗动车组的前后端面，需要横向摆出、上下升降和前后移动来完成洗车作业。端刷在动车的上方工作，如果在工作时端刷的升降链条出现断裂，有可能造成刷组碰伤车体。为了防止刷组升降链断裂，端刷的升降链采用双排链，同时又增加了一条钢丝绳保护，即使升降链出现断裂，钢丝绳还能起到保护作用，防止端刷碰伤动车。

3.3.5增加端刷的应急保护功能

清洗机在工作时如果出现意外，设备配备了急停开关，以便能够及时采取措施避免意外的发生。在按急停按钮后，为保证设备的安全，设备会自动复位。但在洗刷动车组后端面时，如果端刷复位会碰到动车车体。针对端刷的特点，在按下急停按钮后，端刷的保护功能可防止端刷碰伤车体。

3.3.6增加前后端洗确认开关

动车组在洗刷前后端面时，要求动车组必须停位准确。以前的操作方式为光电传感器感应动车组前后端面，自动运行端洗刷组，如果停车位置不准确，会对动车组或清洗机带来安全隐患。为确保在洗刷端面时万无一失，待动车组按规定位置停车，操作工与动车组司机呼唤应答再次确认后，操作工启动“端洗确认开关”，运行端洗刷组。

3.4可靠性的改进3.4.1增加高压水泵的补水装置

目前标准的立式高压离心水泵均不具备自吸功能，在使用过程中，由于底阀的故障、腐蚀、泄露等常常会引起水泵失水，水泵一旦失水，必然会导致水泵空转，容易使水泵的叶片受损，为了解决水泵失水的问题，我们研制了高压水泵自动补水装置。

该装置已经在所有动车所安装使用，经过实际使用，加装了补水装置的高压离心泵未曾出现过水泵失水的情况，经过测试，该装置对水泵的供水压力、流量、吸程、扬程等均不造成影响。使用该装置，能够实现洗车库泵房水泵供水的免维护，减少了大量的检查和维修工作量。

3.4.2端刷升降装置改滑动为滚动

原有西班牙设计的端刷升降装置为尼龙滑块结构。该结构在使用初期，尼龙滑块与滑槽的间隙比较小，升降过程中摩擦角小，不会出现自锁现象，但是由于尼龙滑块的磨损，使得尼龙滑块与滑槽之间的摩擦角越来越大，当摩擦角达到自锁角的临界状态时，升降装置容易自锁，导致滑块不容易下降，使得刷组在下降过程中抖动厉害，甚至有时候会出现刷组卡死在滑槽中的现象，严重影响了洗车安全和正常作业，为了彻底解决这个问题，针对该机构进行了改进，采用了金属滑轮，彻底避免了这一问题。该机构采用了8组滑轮，通过微调锁紧机构能够将滑轮紧贴滑槽，能够有效防止升降机构在X、Y、Z三个坐标角度的翻转和前后、左右两个角度的窜动，只能够上升和下降。使得刷组的升降平稳，噪声小，彻底解决了刷组卡死和抖动的问题。升降装置采用了双排链驱动结构，具有足够的安全系数，而且为了防止链条断裂，加装了不锈钢钢丝绳安全装置，即使链条断裂，刷组的升降装置也不会在使用过程中跌落而影响洗车安全。

3.4.3改变接近开关的选型

动车组外皮清洗机投入使用初期，刷组经常出现故障，通过对故障的统计分析，发现90%以上的故障是由于接近开关不工作造成，经过对接近开关的观察和分析，西班牙清洗机在设计时所选用的接近开关存在问题。原有接近开关采用开关头和开关线分开的形式，开关线采用密封插头与接近开关头连接，由于清洗机使用环境恶劣，密封技术水平达不到西班牙的施工要求，接近开关的密封插头常常出现漏水现象，密封插头一旦漏水，便会导致短路，甚至将密封插头端头的芯片烧坏，从而导致刷组故障。为了避免这种现象，经过对不同品牌的接近开关进行水下试验，现采用欧姆龙的一体浇铸型密封接近开关，并将现场所有的接近开关更换成欧姆龙产品，经过近几年的使用，还没有发生过因为接近开关漏水而导致的刷组故障，大大减少了检修工作。

3.4.4设备上的管线暗装

原有西班牙设计的所有刷组的管线电缆均走刷柱的外面，用简单的线槽封装，且气动三联件等配件均裸露安装在刷柱外部。由于洗车过程中含有洗涤液的水飞溅到这些配件的表面，容易使这些配件表面锈蚀，大大降低了配件的使用寿命，使得设备需要大量的检修工作。此外，这些配件裸露在外面使得整个刷组产品走线和布置凌乱，影响整个刷组的美观。

针对这一现象，设计方案对刷组进行了整改。将所有的电缆管线和气动原件均布置在立柱内部，立柱上开门，门上有密封圈防止洗车水的进入，既方便检修，而且能有效改变走线和布置凌乱的现象，避免锈蚀现象，使得整个刷组外观简洁、实用。

3.5标准化的改进

根据设计总结和清洗机在各地使用的实践经验，重新调整设计理念，对有些部件优化组合、模块化设计，方便安装、方便制造、方便维修、利于互换。

对通用设备的选型、技术要求、布置方法、安装质量、维修方便等方面都有重大意义，不仅提高产品质量，也提高了制造、安装、调试的效率，给操作、维修带来极大的方便。

3.5.1泵组的模块化

供水泵是清洗机的重要模块之一，其运行性能直接影响洗车质量。将自吸技术应用供水泵进行模块化设计制造，使普通多级泵按统一设计为自吸泵模块化组[6]。

多级泵自吸技术的成功研发具有重大意义，水泵不会出现失水而影响洗车和损坏水泵的现象，提高了洗车设备的可靠性，解决了洗车供水泵底阀不可靠的问题，可实现无底阀运行，可自动补水，避免了水泵因失水造成损坏。

3.5.2管线的布置

原设计管线为暗沟布置，在安装施工中很不方便，对设备的检修也造成困难。经优化管线设计，改为明沟布置，使管线的走向、布置更趋合理，安装、检修更加方便。

3.5.3土建条件的规范

将土建条件中的管沟、排水沟、整体道床、设备基础、水池、主跨尺寸、辅跨尺寸、供电要求、供水要求、供气要求、接地要求等条件进行规范设计，统一了表达方式和尺寸，使清洗机更加标准化。

3.5.4优化外观设计

对清洗机设备进行外观设计，在满足使用性能的前提下，使设备更美观；对操作台、控制柜进行了外观设计，外型更加美观，布置更加合理；对刷组外观优化设计，将明装的接线盒线槽改在立柱内，既美观又起到防水保护作用。

4结语

综上所述，通过对车型、运用环境以及用户需求的了解，归纳和分析了动车组外皮清洗机引进技术存在的不足，根据设计总结和清洗机在各地使用的实践经验，在充分消化吸收引进技术的基础上，在兼容性、功能性、安全性、可靠性、标准化等方便进行了大量的改进工作，对关键部件优化组合、模块化设计，实现了动车组清洗机生产技术的国产化改进和技术性能的完善。通过技术改进，不仅提高产品质量，也提高了制造、安装、调试的效率，给操作、维修带来极大的方便，具有良好的经济效益。

参考文献：

[1]许树强.列车端面洗车机洗刷技术及技术引进[J].世界轨道交通，2004(12)： 62-63.

[2]钟伟奎.洗车机端刷仿形清洗技术的应用[J].技术与市场 ，2012(7)：73-74.

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[4]陈海林.深铁沃尔新洗车机降低端洗工位故障率探讨[J].技术与市场，2012(6)：94-96.

[5]蔡援朝.配备双向洗车机的咽喉区通过式洗车线设计研究[J].铁道标准设计，2012(4)：135-137.

[6]邢勤国.自动洗车机参数计算及配套选择[J].机电信息，2011(21)：66-67.

[7]郑磊.地铁自动洗车机端洗打损雨刮器的分析与建议[J].现代城市轨道交通，2011(3)：46-47.

[8]国家铁路局.TB 10621—2014高速铁路设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2015.

[9]中华人民共和国住房和城乡建设部.GB 50157—2013地铁设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2013.

Research on EMU Washing Machine Localization and Its Application

ZHOU Zhi-yong

(China Railway Siyuan Survey and Design Group Co.， Ltd.， Wuhan 430063， China)

Abstract：This paper introduces the localization of EMU washing machine. The insufficiencies in the introduction of foreign technologies are analyzed in terms of technological condition， operating environment， user’s requirement and etc. Measures have been taken to improve EMU washing machine’s performance in view of its compatibility， function， safety， reliability and standardization according to the types of EMU， complexity of environment and requirements of the user. Thus， the localization of production and improvement of technical performances of the machine have been fulfilled. The technology introduction has improved not only product quality but also efficiency in manufacturing， installing， debugging， operating and maintenance.

Key words：EMU； Washing machine； Localization

中图分类号：U269

文献标识码：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2016.04.030

文章编号：1004-2954(2016)04-0125-05

作者简介：周智勇(1972—)，男，高级工程师，1994年毕业于西南交通大学电力牵引与传动控制专业，工学硕士，E-mail：632868547@qq.com。

收稿日期：2015-06-16； 修回日期：2015-09-09