感应板在城市轨道交通中的维护技术探究

吕锐

广州地铁集团有限公司运营事业总部，广东广州，510000

摘要：文章介绍了直线电机系统的工作原理以及系统中重要组成设备——感应板。并指出在感应板的维护方面最重要的是感应板与直线电机之间的间隙管理，分析了影响间隙的因素、间隙检测方法及周期，并探讨了感应板维护原则，以及提出了感应板维护过程中的注意事项，为合理地制定间隙及感应板的日常维护标准提供了宝贵经验，为城市轨道交通的安全运营带来了保障。

关键词：城市轨道交通、直线电机、感应板、维护

0 前言

直线电机轨道交通系统（简称直线电机系统）是采用直线感应电机（Linear Induction Motor，简称LIM）牵引。直线电机系统具有车身低、自重小、发出噪声小、通过小半径曲线及爬坡能力强这四大优点，并且在系统在使用的车辆型号缩小了地铁隧道的横断面，节约了成本。直线电机运载系统起源于加拿大，现在日本、美国、马来西亚等国家已经建成运用，技术成熟可靠[1-2]。同时，近年来直线感应电机技术被越来越广泛的运用到国内城市轨道交通中。2005年广州市地铁四号线在国内首次采用直线电机技术作为城市轨道交通牵引技术，之后广州地铁五号线、六号线及北京市机场线均采用了该项技术[3-5]。

1 直线电机系统工作原理简介

普通旋转电机的轮轨式列车工作原理：线圈通电产生电磁力矩驱动转子，经轴箱齿轮、连杆等一系列传动装置带动轮轴转动，通过车轮与钢轨的摩擦产生牵引力使列车前进。直线电机的基本原理[6]：普通的多相旋转感应电动机原理如图1所示，如将电机沿径向切开并拉直，展成直线状，并用导电片代替转子。于是就得到了一台扁平型直线感应电动机。对应旋转电机定子的部分叫初级，对应转子的部分叫次级。在初级绕组中通过多相交流电，便产生一个平移交变磁场（称为行波磁场），次级也感生一个行波磁场。两个磁场相互作用，次级（导电片）便沿着行波方向作平行移动。同理，若将转子（次级）固定，而定子（初级）安装在列车上，则当初级绕组中通过多相交流电时，直线电机产生移动磁场，与固定的转子作用产生推力，磁场作用会使初级绕组作平行运动，因“转子”固定在轨道上，所以直线电机就产生运动，从而带动车辆前进或后退。为了安装方便和节约工程造价，通常采用单边形短定子形式，即把定子部分装在车体上，转子部分平铺在轨道上，定子简称为直线电机，转子称作感应板，如图2所示。

图1 直线感应电机工作原理

图2 直线电机系统组成图

2 感应板概述

感应板(Reaction Plate，简称R.p)，也叫反应轨。从结构上看，感应板实际上是一条铺设在线路中央的铝铁（或铜铁）复合而成的金属板，并以模块为单位安装在正线及车辆段中。

感应板作为直线电机系统的主要组成部分之一，对规格、结构材料以及类型都有严格的要求。感应板的结构是一种装配式钢结构，并由上表面的金属复合板和安装支架两大部分组成，上表面的复合板通过M10螺栓与下部的安装支架连接。上表面的复合板与直线电机相互感应产生电流，从而转化为车辆的牵引力，这就要求复合板应具备良好的导电性能。因此，感应板上表面的材料通常选择是导电性能良好的铝板或铜板，如图3所示。

图3 感应板上表面铝质、铜质材料

3 感应板维护技术

目前，感应板已在各城市轨道交通中运用广泛，感应板设备也在每日的列车运行过程中，被电机吸力作用而需要定期维护。在感应板的维护方面最重要的是其与直线电机之间的间隙管理，缩短间隙能改善直线电机的效率与功率因素，使之推动力增大；但间隙太小，列车在某些地段出现晃动时，电机与感应板容易造成碰撞而破坏电机与感应板，所以需将电机与感应板间隙值严格控制在规定范围之内。

3.1 影响间隙的因素

影响间隙的主要因素有：（1）直线电机以及感应板的安装误差；（2）直线电机以及车辆走行部在列车荷载较大时产生的变形挠度；（3）车轮磨耗；（4）钢轨磨耗；（5）线路病害，如低接头等；（6）感应板变形挠度；（7）车辆走行系统的几何偏差；（8）维修不当及其他。针对以上影响间隙的因素，在感应板的日常维护管理中应制定相应的防范和整治措施。

感应板与直线电机之间的间隙维护要求那么高，而日常对间隙的维护工作通常是对轨面至感应板面的高度控制，在此高度符合标准的条件下若仍发现间隙偏差，则应对转向架上直线电机的悬挂螺母进行调整。

3.2 间隙检修方法及周期

目前广州地铁4、5、6号线均使用的直线电机牵引系统，感应板的维护技术也是国内领先。在检测方法上，广州地铁以动态检测及人工静态检测共同实施；在间隙检测周期上，动态检测周期为一个月实施两至三次，人工静态检测为一年实施一次。同时，每条线均设置了间隙限值报警器，当检测到间隙小于规定数值时自动拉报警。

3.3 紧固装置的维护

对于感应板的紧固装置的维修养护，其方式方法以及周期等均应与轨道扣件相似，如定期检查其是否松动、失效，并定期涂油、紧固或更换等。

3.4 维护原则

感应板是车辆的驱动设备，固定在轨道的轨枕或道床板上，由于感应板与轨道结构均存在不同型式，感应板支架间距、长度形式尺寸、轨枕布置、施工误差及养护允差应匹配。其养护原则如下：（1）保持感应板和钢轨的相对位置，使其处在线性电机车辆要求的范围内；（2）感应板的横向偏差应保证在设计允许的范围内；（3）保证感应板平顺，使其与轨道线路相匹配；（4）定期检查感应板的固定装置，防止螺母变松、脱落；（5）保持感应板上表面干净，没有碎石等杂物；（6）特别加强道岔区、小半径曲线等感应板断开地段的养护维修量。

3.5 维护作业注意事项

感应板设备在维护工程中也需注意以下事项：（1）禁止碰撞、敲击、踩踏等影响感应板几何尺寸和形位的行为，不得在感应板上行走和放置工器具等物品；（2）作业出清前要注意把感应板面上的杂物清扫干净，保持感应板外观的整洁度；（3）由于直线电机与感应板存在磁场关系，车载磁铁对轨道一定范围内的金属物会产生吸引力，故任何施工作业后不得在轨道上遗留任何物体，且用于固定设备的金属扣件要常处于紧固状态；（4）加强小半径曲线、道岔及气隙过渡路段的感应板几何尺寸及紧固装置的日常检查；（5）要加强控制线路垫、拆胶垫作业项目，以免感应板在车辆动态作用下的高度受到影响。

4 结语

直线电机系统作为一种新型的列车驱动技术，拥有降低地铁建设成本、爬坡能力强、容易通过小半径曲线、发出噪声小的优点，在城市轨道交通中运用广泛。所以感应板的日常维护就显得相当重要，并且在感应板的维护方面最重要的是感应板与直线电机之间的间隙管理。通过了解影响间隙的因素，合理地制定出间隙及感应板的日常维护标准，为城市轨道交通的安全运营带来了保障。

参考文献

[1] 杨中平.日本直线感应电机地铁的发展[J].都市快轨交通,2006,19(1):19-24.

[2] 昊礼本.国外城市轻轨交通及其车辆的发展概况[J].国外铁道车辆.2003(4):1-4.

[3] 刘友梅,杨颖.城轨交通的一种新模式一直线电机驱动地铁车辆.电力机车与城轨车辆.2003(4):4-7.

[4] 范瑜,李国国,吕刚.直线电机及其在城市轨道交通中的应用[J].都市快轨交通,2006,19(1).

[5] 俞展献.直线电机在城市轨道交通系统中的应用[J].城市轨道与交通2003(3):46-48.

[6] 叶云岳.直线电机原理与应用.北京:机械工业出版社,2000.