城市轨道交通制动电阻片自动吹尘设备 研发与应用案例分析

　　摘要：针对城市轨道交通电客车制动电阻片人工吹尘作业效率低、清洁质量不稳定、粉尘污染作业环境、危害操作人员身体健康等实际问题，南宁地铁架大修车间创新小组自主研发了列车制动电阻片自动吹尘设备。该设备集成吹尘系统、排尘系统、电控系统与安全辅助系统，采用旋转载盘配合双面风刀实现自动化吹扫，配套负压除尘装置实现粉尘集中处理。现场应用数据表明，单列车吹尘作业工时由16h/人降至4h/人，环境卫生处理工时由8h/人降至3h/人，单列车可节约工时成本1620元，有效解决了传统人工吹扫的各类弊端。该设备为轨道交通车辆制动电阻片清洁作业提供了自动化、标准化、绿色化的解决方案，具备较高的现场应用价值与推广前景。

　　关键词：城市轨道交通;制动电阻片;自动吹尘设备;车辆架修;检修自动化

　　一、引言

　　制动电阻片是城市轨道交通电客车制动系统的核心部件，主要用于消耗列车制动过程中电网无法吸收的剩余电能，保障列车制动性能稳定[1]。列车长期运行过程中，灰尘会大量吸附在发热的制动电阻片表面，堆积后易堵塞风道、降低散热效率，直接影响列车运行安全。因此，制动电阻片定期清洁是车辆架修作业的关键工序。

　　目前国内轨道交通车辆架修领域，制动电阻片清洁普遍采用人工手持吹尘枪作业的方式，存在作业效率低、质量管控难度大、环保性差、职业健康风险高等问题。为破解上述现场难题，南宁地铁架大修车间创新小组于2024年3月启动技术攻关，自主研发制动电阻片自动吹尘设备，以技术创新优化检修工艺，提升车辆架修作业的效率、质量与安全性。

　　二、案例背景与核心问题分析

　　2.1 制动电阻片清洁的作业必要性

　　电客车制动时，制动电阻箱内的制动电阻片将多余电能转化为热能消耗，电阻片以竖向栅格状密集排布，运行中灰尘持续吸附在发热表面。灰尘堆积过多会造成风道堵塞，导致电阻散热效率下降、温度异常升高，引发制动性能衰减，严重威胁列车行车安全。在电客车架修作业中，必须对制动电阻片进行拆解与全面吹尘清洁，确保制动系统正常运行。

　　2.2 人工吹尘作业的核心问题

　　经现场实测与作业复盘，传统人工吹尘作业模式存在四项突出短板：

　　(1)作业效率低下

　　吹尘枪的出风口面积较小，而制动电阻片的吹扫范围较大且路径较长，导致单块电阻片的清洁时间约为15分钟。对于一列车共计48片电阻片，若由单人操作，则需耗时约12小时。在技术攻关之前，单列车的吹尘总工时高达16小时/人，这显著占用了架修工期。

　　(2)清洁质量不稳定

　　吹扫效果受操作人员手法及熟练度影响较大，易于出现局部漏吹或吹扫不彻底的现象，致使清洁质量无法统一达到标准要求，从而存在设备安全隐患。

　　(3)作业环境污染严重

　　由于缺乏专用粉尘收集装置，灰尘呈无组织扩散状态，导致作业区域粉尘浓度超标。此外，后续环境卫生处理工作耗时较长，约需8小时/人。

　　(4)职业健康风险高

　　操作人员需佩戴防毒面具、耳塞及防护服等全套个人防护装备，并长期暴露于粉尘和噪声环境中。即便如此，仍存在呼吸道损伤与听力受损等潜在健康风险。

　
　图1 人工吹尘作业图

　　三、自动吹尘设备的技术设计方案

　　设备采用吹尘系统、排尘系统、电控系统、安全辅助系统四模块集成设计，以密闭化、自动化、高效化、安全化为设计目标，实现制动电阻片批量自动清洁与粉尘达标排放。

　　3.1 吹尘系统

　　吹尘系统以密闭吹尘间为作业载体，核心结构包括密闭舱体、旋转载盘机构与双面风刀组件：

　　(1)密闭吹尘间

　　采用钢结构框架搭建，配合木板与密封胶密封，配备对开式前门、检修后门与观察窗，顶部加装照明灯具，实现封闭作业与外部可视化监控。

　　(2)旋转载盘机构

　　采用正六边形脚架，6个立向支脚搭配定滑轮支撑圆形载盘;载盘设置双托架，可同时装载4片制动电阻片，由减速电机驱动原位旋转，加装配重块保障转动平稳。

　　(3)双面风刀组件

　　载盘上下设置水平吹尘管，管体安装横向交错窄缝喷嘴，形成上下对吹的连续风刀，气流交错摩擦实现电阻片双面无死角吹扫。

　
　图 2 制动电阻片自动吹尘设备整体立体结构示意图以及内部结构组装示意图

　　3.2 排尘系统

　　排尘系统采用离心风机负压抽排结合分级除尘的处理模式：吹尘间侧壁设置排尘出口，经风管连接离心风机，将含尘空气抽至除尘装置;含尘空气先经沉降室粗除尘，再由布袋除尘器精过滤，实现粉尘集中收集与达标排放，彻底解决扬尘污染问题。

　
　图3离心风机

　　3.3 电控系统

　　设备配置吹尘控制柜与排尘控制柜，采用变频控制器分别调控减速电机与离心风机转速，可根据电阻片脏污程度调整吹扫与排尘参数，实现一键启动、自动运行的智能化操作，替代人工全程值守。

　
　图4减速风机

　　3.4 安全辅助系统

　　为防范粉尘爆炸、触电等安全风险，设备配备粉尘监控装置与声光报警器，顶部设置百叶通风口降低舱内粉尘浓度;所有金属部件做静电接地处理，供电线路套绝缘套管，构建全方位安全防护体系，符合轨道交通检修安全规范。

　　图 5 粉尘监控装置

　　四、设备实施进度与应用效果

　　4.1 项目实施

　　设备经系统设计与集成研制，依次完成吹尘间三维结构建模与精密加工、传动机构装配调试、电气及气路系统一体化布设与联调，确保吹扫风量稳定达到800～2000 m³/h的作业需求;最终完成整机集成与综合性能调试，各项技术指标均满足现场作业规范要求。

　　图6 制动电阻自动吹尘设备

　　4.2 应用效果验证

　　设备投入现场作业后，从效率、环境、经济、安全四个维度开展效果验证，数据均优于传统人工作业模式。

　　表1 设备应用成效对比表
 

对比维度	攻关前（人工）	攻关后（自动）
单列车吹尘工时	16h/人	4h/人
环境卫生处理工时	8h/人	3h/人
作业环境	粉尘弥漫，需全程防护	密闭作业，无粉尘暴露
作业协同	错峰作业，影响流程	同步作业，互不干扰

　　(1)作业效率显著提升

　　单列车吹尘工时压缩75%，程序标准化操控替代人工手动操作，吹扫质量统一达标，彻底解决漏吹、吹扫不净问题。

　　(2)环境治理效率优化

　　环境卫生处理工时缩短62.5%，密闭吹扫+集中除尘有效控制扬尘范围，作业环境大幅改善。

　　(3)经济效益突出

　　减少人工耗时与设备维护频次，单列车节约工时成本1620元，降低架修整体运营成本。

　　(4)安全与职业健康保障

　　操作人员无需进入粉尘环境，仅需外部监护，消除粉尘、噪声对人体的危害;设备固定吹扫程序，质量一致性大幅提升。

　　五、设备创新价值与推广应用

　　5.1 创新价值

　　(1)技术创新

　　集成机械传动、气动吹扫、负压除尘、智能电控、安全监控等技术，研发轨道交通车辆检修专用非标自动化设备，属于现场原创性技术成果。

　　(2)工艺优化

　　将人工粗放式吹扫转变为密闭自动吹扫+集中除尘的标准化工艺，实现检修作业的自动化、绿色化、规范化。

　　(3)管理提升

　　建立“现场问题-技术攻关-设备研发-应用推广”的技术创新机制，激发一线检修人员创新活力，完善车辆架修技术体系。

　　5.2 推广应用规划

　　设备经现场验证成熟后，创新小组完成关键部位材质升级，对作业人员开展操作与维护培训，实现架大修车间全面应用。

　　六、结论

　　城市轨道交通制动电阻片自动吹尘设备的研发与应用，精准解决了传统人工吹尘作业效率低、质量不稳、污染环境、危害健康的核心难题。该设备以自动化技术优化车辆架修工艺，实现了制动电阻片清洁作业的高效化、标准化、绿色化，既降低了运营成本，又保障了作业安全与职业健康，为轨道交通车辆检修自动化升级提供了可行方案。

　　未来，轨道交通行业可立足现场实际需求，持续推进专用检修设备研发与工艺优化，以技术创新提升车辆检修质量与效率，为城市轨道交通安全、稳定、高效运行提供坚实支撑。

　　参考文献

　　[1]李淑英,范志峰,刘子沁.地铁车辆过压吸收电阻电缆选型分析[J].技术与市场,2021,28(02):104-105.