悬挂式单轨交通车辆检修工艺及关键设备探讨

薄海青

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300142)

1 悬挂式单轨交通系统概述

1.1 悬挂式单轨交通系统特点

悬挂式单轨交通系统在德国已经运营了20多年，其技术成熟，安全可靠。悬挂式单轨交通系统一般使用道路上部空间，设高架桥，故土地占用较少。大多数悬挂式单轨交通系统采用梁轨合一的轨道系统，车辆转向架设走行轮、导向轮，并采用实心橡胶轮胎，可以适应急弯及大坡度，对复杂地形有较好的适应性，从而减少拆迁量。同时，悬挂式单轨交通系统建设工期较短，投资也小于地铁系统。其主要特点如下。

(1)能有效利用城市空间

悬挂式单轨交通系统以高架结构为主，占地面积少，轨道梁宽度窄，占用空间小。

(2)运行安全

车辆转向架上装有走行轮和导向轮，走行机理与钢轮钢轨系统完全不同，在列车运行过程中，走行轮和导向轮始终在箱形轨道梁内部，因此充分保障了系统的运营安全。

(3)适应地形能力强

胶轮的粘着性能好，有利于加减速，适用于大坡道、站间距较短、小半径曲线的线路上运行，可以适应急转弯及大坡度，对复杂地形有较好的适用性，选线容易，从而可以减少拆迁量和施工期间对地面交通的影响。

(4)环境效应优越

车辆分设走行轮、导向轮，并采用实心胶轮，受力分散，走行噪声低，距列车6.5 m处噪声为65 dB。由于采用电力牵引，列车运行中无排气污染，有利于保护城市环境;由于悬挂式单轨交通系统的轨道结构窄、梁柱细、对城市日照和景观影响小;乘客在车上视野宽广，眺望条件好，能起到游览观光的作用。

(5)施工简便

轨道梁为箱形钢结构，标准轨道梁便于工厂加工，现场拼装，既保证了精度又便于施工，土建工程简单，可以缩短建设工期。

1.2 悬挂式单轨交通系统轨道梁

悬挂式单轨交通系统轨道梁一般采用下面开口的钢箱结构，车辆悬挂于桥梁下面，车轮支撑于开口的钢箱内，电力、通信系统安装在钢箱内部;墩柱一般采用钢管结构，单线地段为倒L形，双线地段为Y形。悬挂式单轨交通系统示意如图1所示。

图1 悬挂式单轨交通系统示意

目前德国采用的轨道梁基本为38 m标准梁，结构内轮廓尺寸为1 100 mm×780 mm，允许最大挠度为2 cm。线路平面曲线、缓和曲线、竖曲线等变化因素均体现在轨道梁上，因此，采用工厂加工。轨道梁断面如图2所示。

图2 轨道梁断面(单位:mm)

悬挂式单轨交通系统一般采用站前折返，在站前设有单渡线，单开道岔相连。道岔转换时间据观察约3 s，道岔一年维修1次。道岔梁的形式比较单一，但构造复杂;道岔梁截面全部采用底部开口的箱形截面，箱梁的下翼缘兼做轨道，通过内部活动体的转动，实现转辙的功能。道岔轨道梁及其与墩柱的连接概况如图3所示。

图3 道岔梁仰视图

1.3 悬挂式单轨交通系统车站

悬挂式单轨交通系统基本为高架线路，车站采用高架形式。车站设有自动售票系统，方便乘客售票。为保证乘客候车安全，车站设置安全门。经观察屏蔽门和车辆门同时开关闭，时间约2 s即可完成。

列车运行中，横向摆动幅度为6.5°，为保证列车进站安全，站台边缘需与车辆之间留有一定的空隙。在站台边缘设置宽30 cm的踏板，平时竖起，列车进站后踏板放下，仅与车辆留2 cm的空隙。同时，在站台板下设置锁定装置，列车停稳后，将车辆固定住，保持车辆稳定和与站台的距离。车辆锁定装置如图4所示。

图4 车辆锁定装置

1.4 悬挂式单轨交通车辆(图5)

悬挂式单轨交通车辆与常见的地铁钢轮钢轨车辆在结构和外形上有很大不同，它的车辆是悬挂在轨道梁下运行，每辆车有2个转向架，每个转向架有4个走行轮和8个导向轮。车辆靠走行轮支撑并在轨道梁上行走，车辆的导向轮沿在轨道梁内侧面行走，保证了车辆的转向和稳定。车辆的走行轮和导向轮均采用实心橡胶轮。

车辆的主要参数如下。

最高行驶速度:50 km/h;车辆长度:8 232 mm;车钩中心距:9 200 mm;车辆宽度:2 244 mm;车辆高度:2 623 mm;车辆定距:5 890 mm。车轮(实心橡胶轮)直径:540 mm;车门有效尺寸:1 350 mm×2 000 mm;司机室前端设紧急疏散门，宽度860 mm。

2 车辆检修修程及检修指标的确定

悬挂式单轨交通车辆是机电一体化的大型运用设备，包含大量部件的复杂动力设备，制定经济合理、切实可行的车辆检修周期，对确保车辆的安全运行、降低运营成本和延长车辆使用寿命有十分重要的意义。同时对车辆段的规模和工艺设计有较大影响。而车辆检修制度则应根据车辆的技术条件、车辆供货商的维修手册、线路条件、地区环境、运营条件以及运用、检修人员的技术水平和熟练程度、检修设备的先进性和管理水平等多方面因素确定，并在实际运用中不断调整和完善。

图5 悬挂式单轨交通车辆简图(单位:mm)

2.1 影响车辆检修周期的主要因素

车辆的检修修程及其指标是确定检修制度及检修规模的基础，主要取决于车辆的结构性能和质量、运行线路技术条件、车辆的使用环境条件、检修人员的技术素质和经验等。一般由车辆制造厂商提供基础数据，而作为用户一般要根据车辆的运用情况进行修订，在确保行车安全的基础上实现更高的经济效益。

车辆的技术水平对车辆检修制度的确定有着重要的影响，这主要体现在:对于不同技术水平的车辆，其修程及各修程对应的作业内容甚至检修周期都会有所不同。悬挂式单轨交通车辆的重要部件基本上采用进口部件，因此车辆的检修修程及其指标应结合国产化的具体水平来确定。除了车辆本身的因素外，在制定车辆检修周期时还应考虑以下几个重要因素。

(1)检修工作人员的素质

检修工作人员的素质优劣直接影响检修质量与检修周期，因此调动工人的积极性，提高工人的技术水平和操作技能，使作为车辆检修制度主体的工人为车辆的检修工作发挥其主观能动性，以改善车辆的检修质量，缩短检修周期。

(2)车辆经济使用寿命系数

车辆的经济使用寿命系数是指车辆在一个大修修程内，其投入运用的时间与进行修理的时间之比。它实际上反映的是车辆的运用效率，比值越大，说明车辆在一个大修期内运营的时间越长，修理时间越短。

(3)故障出现的周期性

从地铁车辆系统运营经验看，车辆的故障出现是有一定规律的。即对于新车由于各系统运行尚不稳定，需要一段磨合期，这个阶段小故障出现比较频繁。至运营中期各系统已比较稳定，故障相对较少。而到了车辆各系统老化的时候，车辆故障再次出现高峰。对于不同质量的车辆这个周期长短不一，应在运用检修过程中不断摸索确定。这样可以有针对性地进行车辆的维修，减少列车出现故障的可能性。

2.2 标准、规范规定

2.2.1 《城市轨道交通工程项目建设标准》(建标104—2008)

标准第六十八条规定:单轨车辆的检修周期可按表1执行。

表1 单轨交通车辆检修修程及指标

标准中单轨交通特指跨坐式单轨交通系统。

2.2.2 《跨坐式单轨交通设计规范》(GB50458—2008)

规范第22.2.2条规定:跨坐式单轨交通车辆检修宜采用日常维修和定期检修相结合的预防性检修制度，并宜采用换件修。车辆的检修修程及其指标在车辆制造厂商未制订时，可按表2执行。

表2 跨坐式单轨交通车辆检修修程及指标

2.3 悬挂式单轨交通车辆检修修程及周期制订

由于悬挂式单轨交通车辆结构有别于一般的城市轨道交通车辆，也不同于跨座式单轨交通车辆。悬挂式单轨交通车辆与城轨交通系统车辆最大区别主要是车体和转向架。相对城轨交通系统车辆来说，悬挂式单轨交通车辆的车体尺寸相对小一些，其基本结构和材料基本相同。但是城市轨道交通车辆和跨座式单轨交通车辆安装在转向架上面，而悬挂式单轨交通车辆的车体则悬挂在转向架下面，因此车辆转向架(含悬吊结构)是悬挂式单轨交通车辆核心、关键技术。尤其是梁轨合一的轨道系统使得悬挂式车辆转向架的结构独特，比钢轮转向架复杂，制造工艺要求高。国内没有先例，必须引进、消化、吸收国外转向架的制造技术。

车辆引进和开发必须按照市场规律运作，以关键技术引进为龙头，以国内企业为主导，通过市场换技术，推进技术引进和国产化工作。选择合适的车辆生产厂和车辆配件生产厂家，通过工业化改造，生产出安全可靠、美观大方、乘座舒适、维修方便、经济合理并且国产化率达到70%以上的悬挂式单轨交通车辆是完全可行的。

综上分析，建议悬挂式单轨交通车辆检修采用日常维修和定期检修相结合的预防性检修制度，并宜采用换件修。车辆的检修修程及其指标在车辆制造厂商不能提供时，建议按表3执行。

表3 建议的检修修程及指标

各检修修程作业内容如下。

全面检修:系将车辆全部解体，架车、解体、检修。主要对转向架(含悬吊结构)等进行测量与整形，更换橡胶轮胎;对牵引电机、电器、电气线路等部件全部进行分解、修理、调试和试验，使其完全恢复技术性能;对车辆重新进行油漆标记;全面检修应以配件互换为基础;对重新组装后的车辆进行静、动态调试。

重点检修:架车、基本解体、检修。主要是对转向架(含悬吊结构)、牵引电机、受电弓、制动系统、车钩缓冲装置、车门、各种电气控制装置等主要部件进行分解、检查、修理、互换、调试、试验，对仪器仪表进行校验，对车体及其余部件的技术状态进行检查修理，更换橡胶轮胎及故障件并进行试验，以保证车辆处于良好的运用技术状态，重点检修后应进行整列车辆的静调、动调。

三月检:主要是对转向架、牵引电机及主要电器进行全面细部检查，对重点部分如悬吊结构、走行部分、受流器、空调、电气控制系统、牵引、制动等的部件进行检查、修理、测试、更换损耗件，清洗空调空气滤清器，根据需要进行蓄电池补充电。

列检:对车辆的走行部分、牵引传动系统、各种电气装置、制动控制装置的状态进行外观检查，更换损耗件，重点处理危及运行安全的故障，确保行车安全。

换轮:由于实心橡胶轮胎使用寿命大约8～10万km，建议车辆走行10万km或运行一年更换实心橡胶轮胎，实际运营时可结合线路条件、运营经验进行调整。车辆换轮在检修库内进行，可与车辆的定期检修相结合，利用定期检修时更换实心橡胶轮胎。

3 悬挂式单轨交通车辆检修工艺

车辆检修工艺是指劳动者利用各种工艺、装备和工器具等，对待修车辆进行解体、清洗(扫)、检修、组装、检测和试运行的方法、技术和过程等，恢复车辆的性能。因此，各国技术水平不同，应用的车型不同，所采用的检修工艺亦不同。

由于悬挂式单轨交通车辆的特殊走行机构以及特殊的轨道梁和道岔系统，使单轨车辆段在总平面布置和检修工艺设计上与常规地铁车辆段有较大的差异。根据悬挂式单轨交通车辆的特点，其检修工艺也不同于一般城轨交通车辆的检修工艺。主要检修工艺流程:待修车辆首先进入清洗库进行清洁后，用地面电源将车辆牵入设有车辆横移装置的台位上，对车厢进行初步检查后，通过车辆横移装置和地面电源将车辆移至相应的检修线，进入专用检修平台对转向架和车顶设备进行检修。检修好的车辆仍通过车辆横移装置和地面电源将车辆牵至测试线进行试验。满足技术要求后即可投入运营。

运用检修工艺流程详见图6、图7。

图6 车辆运用工艺流程

图7 车辆检修工艺流程

4 车辆段主要检修设施

4.1 车辆段基本设施

悬挂式单轨交通系统车辆段主要由检修组合车库、停车列检库、办公生活综合楼和综合维修中心等组成。检修组合车库由吹扫库、检修主库及边跨、车体车间、转向架车间、特种车库、喷漆库等组成。各建筑物之间由道路自然隔开，检修、运用功能分区合理。

办公、生活综合楼内设有乘务员公寓、单身宿舍、食堂、浴室、培训中心、生产办公房屋(包括车辆段、机电、通号、供电、房建、工务等设施)。为了节约占地、减少单体建筑物，将设备车间、信号楼、变电所、物资总库等布置在边跨内。

车辆段内主要配置线路测试线、检修库线(包括全面检修线、重点检修线、临修换轮线、解编线、静调线等)、吹扫线、特种车存放线、停车列检库线、月检线和洗车线等。

4.2 车辆段检修设施

车辆段检修组合车库包括吹扫库、检修主库及边跨、车体车间、转向架车间、特种车库、喷漆库等。重点介绍德国杜塞尔多夫机场线维修中心检修车库及其主要设备。

杜塞尔多夫机场线维修中心设测试线一条，长度350 m。检修库线三条，其中1条为贯通线，承担车辆的清洗和解编任务;两条库内检修线，承担车辆的维修任务;1条尽头库线，负责特种车的存放和维护。维修中心配线详见图8。

图8 维修中心配线

4.2.1 检修车库组合(图9)

图9 检修车库示意

维修中心设检修组合车库一座，主库的长度满足一次4辆车同时进库检修。主库设3条检修线，其中一条贯通线，承担车辆的解编任务;同时库前设有清洗设备，承担车辆的清洗任务。另外两线为尽头线，承担车辆的各级维修任务。其中一线还设有车体地面支承装置，可承担车辆的高级修程和车辆的组装工作。库内设有6.3 t和2×8 t起重机各一台，还设有车辆横移装置和专用检修平台等设备。

工程设计时，依据系统线路走向及长度、运营交路、列车对数(含高峰小时和全日对数)、列车平均旅行速度、车辆的检修周期及停时指标等资料进行工作量计算，根据工作量计算确定的检修规模，调整检修组合车库的布置形式。

4.2.2 检修库主要设备

检修主库内设有起重机、车辆横移装置和专用检修平台等设备，重点介绍车辆横移装置和专用检修平台等设备。

(1)车辆横移装置(图10、图11)

车辆横移装置的作用将清洗后由贯通线进入检修库的车辆，解编后由横移装置依次送入相应的检修线;反之将检修后的车辆编组，由地面电源牵引出库去测试线进行试验。

车辆横移装置一次可以牵引两辆车。

图10 车辆横移装置正面

图11 车辆横移装置侧面

(2)检修平台

检修库内的检修平台为地面支撑的复合平台，平台上设有车辆走行轨;平台上的车辆走行轨及部分平台可以移动。平台上还设有简易起重机构，用于支撑车辆。

当车辆驶入平台后，转向架与平台上简易起重机构对位固定后，将车辆抬升4 mm，平台移动部分向两侧移开，露出车顶设备，便于检查维修。如图12～图16所示。

图12 检修平台

图13 检修平台平台上部

图14 检修平台下部

(3)车体地面支承装置

车体地面支承装置用于辅助全面检修和重点检修车辆的解体、组装工作。待修车辆通过车辆横移装置将车辆移至全面检修(或重点检修)线，进入专用检修平台，转向架与平台上简易起重机构对位固定后，将车辆抬升4 mm，推入车体地面支承装置支承车体，分解车体与转向架连接装置。将车体和转向架送至相应的车间检修。修好组装的车辆反向操作。

(4)地面电源

检修库由于车辆检修和车辆移动的需要，检修库内无法引入轨道梁，必须设置地面电源供电。电源插座采用AC400V。如图17所示。

图15 检修平台起重设备抬升车辆

图16 部分检修平台平移

图17 地面电源插座

5 结语

悬挂式单轨交通系统也是城市轨道交通的一种。在德国已经运营了20多年，其技术成熟，安全可靠。一般采用高架桥，利用道路上部空间，故占地少。目前国内还没有实际运用。通过分析悬挂式单轨交通车辆的特点，结合国内现行标准、规范和其他轨道交通的经验，初步制定悬挂式单轨交通车辆的检修周期及检修停时指标;通过了解国外的实际运用情况，制定悬挂式单轨交通车辆的运用检修工艺流程;重点介绍了车辆检修工艺中配备车辆横移装置和专用检修平台等关键设备。解决了悬挂式单轨交通系统车辆段工艺设计的几个关键问题。随着悬挂式单轨交通系统的工程实施，还有许多诸如车辆段总平面布置、停车列检库的布置型式、清洗及吹扫工艺、救援方式等难题需要进一步深入研究和探讨。

［1］北京城建设计研究总院.GB50157—2003 地铁设计规范［S］.北京:中国计划出版社，2003.

［2］中华人民共和国建设部，等.建标104—2008 城市轨道交通工程项目建设标准［S］.北京:中国计划出版社，2008.

［3］上海市隧道工程轨道交通设计研究院，等.DGJ08—109—2004城市轨道交通设计规范［S］.上海:上海市建设管理委员会，2004.

［4］中华人民共和国建设部.GB50458—2008 跨座式单轨交通设计规范［S］.北京:中国建筑工业出版社，2008.

［5］薄海青.展望未来机车的维修模式［J］.铁道标准设计，2010(7):117-121.

［6］张永贵.天津市区至滨海新区快速轨道交通工程车辆基地工艺设计，2006(1):94-99.

［7］刘永锋.重庆轻轨较新线一期工程PC轨道梁结构设计［J］.铁道标准设计，2003(12):74-77.