同步控制鐵路架車機(jī)及其設(shè)計(jì)問(wèn)題研究

張久成 代俊

摘要：架車機(jī)是鐵路車輛檢修維護(hù)的常用設(shè)備，其主要用途在于架升車輛，便于檢修人員對(duì)轉(zhuǎn)向架以及車底一些部件進(jìn)行檢查維護(hù)。本文以我國(guó)自行研制的S7-200系列電動(dòng)架車機(jī)為例，結(jié)合鐵路架車機(jī)傳統(tǒng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，對(duì)系統(tǒng)PLC程序的同步控制原理進(jìn)行分析，探討了相關(guān)的設(shè)計(jì)問(wèn)題，以期能夠更好地指導(dǎo)實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：鐵路架車機(jī);同步控制;PLC;設(shè)計(jì)

近年來(lái)，我國(guó)鐵路交通行業(yè)實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展，尤其是高鐵，經(jīng)過(guò)對(duì)既有鐵路的高速化改造和高速鐵路的新建，中國(guó)現(xiàn)已擁有世界最大規(guī)模和最高運(yùn)營(yíng)速度的高速鐵路網(wǎng)，截止到2014年10月，高鐵總里程已突破12000公里這一大關(guān)，穩(wěn)居世界高鐵歷程榜首，而且中國(guó)高鐵正在走向世界。在此背景和趨勢(shì)下，機(jī)械化進(jìn)程對(duì)鐵路系統(tǒng)提出了更高的要求，作為鐵路車輛檢修維護(hù)的常用設(shè)備，對(duì)鐵路架車機(jī)也提出了新的要求。根據(jù)2014年1月1日起開(kāi)始實(shí)施的《鐵路安全管理?xiàng)l例》的相關(guān)內(nèi)容，鐵路架車機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)化也被提上日程，現(xiàn)階段，研究同步控制鐵路架車機(jī)及其設(shè)計(jì)問(wèn)題，具有重要的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

1.鐵路架車機(jī)同步控制概況

鐵路車輛的檢修周期都比較短，尤其是高速列車，其良好運(yùn)行狀態(tài)的保持依賴于高效率、高質(zhì)量的檢修維護(hù)作業(yè)流程，鐵路架車機(jī)同步控制是其關(guān)鍵的技術(shù)力量。目前，鐵路交通行業(yè)使用的架車機(jī)分為地坑式和移動(dòng)式兩種類型，其設(shè)計(jì)理念基本一致，架車機(jī)是鐵路車輛定修、臨修和大修的常用輔助設(shè)備，對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)，不僅要達(dá)到一定的升降要求，還應(yīng)具備同步控制的功能。在此以我國(guó)自主研制的S7-200系列電動(dòng)架車機(jī)為例，其同步控制系統(tǒng)的主控器是基于PLC原理設(shè)計(jì)而成，各項(xiàng)性能均能達(dá)到同步控制系統(tǒng)使用的技術(shù)要求，PLC技術(shù)是鐵路架車機(jī)同步控制的核心技術(shù)，具有可靠性高、可操作性高、精度高等特點(diǎn)，現(xiàn)已成為鐵路維修基地必備的專用檢修設(shè)備，在很大程度上提高了檢修維護(hù)作業(yè)的效率和質(zhì)量[1]。

2.鐵路架車機(jī)傳統(tǒng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求

鐵路架車機(jī)主要包括機(jī)械系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)兩部分，設(shè)備的兼容性主要取決于機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，這也是對(duì)架車機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)必須要解決的問(wèn)題。運(yùn)用架車機(jī)進(jìn)行檢修作業(yè)時(shí)，由于每臺(tái)架車機(jī)的電機(jī)性能參數(shù)很難保持完全一致，機(jī)車車體的重量分布也難以實(shí)現(xiàn)絕對(duì)平衡，在四臺(tái)架車機(jī)同時(shí)運(yùn)行時(shí)，其速度很難保持一致，進(jìn)而影響到架車機(jī)駕車點(diǎn)的高程，當(dāng)各駕車點(diǎn)的高差過(guò)大時(shí)，車體就會(huì)出現(xiàn)傾覆的危險(xiǎn)。由此可見(jiàn)，檢修維護(hù)作業(yè)中架車機(jī)的同步運(yùn)行已經(jīng)成為一項(xiàng)必須解決的安全問(wèn)題，其關(guān)鍵點(diǎn)是同步起車點(diǎn)的確定，主要取決于軸編碼器傳輸給PLC高速脈沖個(gè)數(shù)的準(zhǔn)確性。

目前使用的鐵路架車機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)，其托架的直線運(yùn)動(dòng)都是由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換而成，即通過(guò)PLC將擺線針輪減速機(jī)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的角度位移轉(zhuǎn)換成托架的直線位移，從而實(shí)現(xiàn)車體及轉(zhuǎn)向架的舉升。架車機(jī)的額定負(fù)載為為25t，最大負(fù)載為30t，最高升程1850mm，高差為8mm（到達(dá)12mm時(shí)系統(tǒng)會(huì)停機(jī)鎖定報(bào)警），整機(jī)使用壽命為30年，傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用模塊功能的設(shè)計(jì)可參照以下技術(shù)參數(shù)：車體和轉(zhuǎn)向架舉升速度<400（mm ），車體最大舉升高度為270mm，轉(zhuǎn)向架最大舉升高度為1600mm，托頭裝置空載橫向可調(diào)范圍為410mm，同步誤差范圍在4mm之間。借助傳動(dòng)系統(tǒng)，便于舉升整列機(jī)車以及對(duì)其進(jìn)行拆卸、裝配和檢查，適合在實(shí)際檢修維護(hù)中推廣應(yīng)用[2]。

3.鐵路架車機(jī)同步控制的PLC程序設(shè)計(jì)

架車機(jī)單組同步精度為±4mm，兩組同步精度為±6mm，三組以上同步精度為±8mm，架升高度由控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，將其控制在設(shè)定范圍內(nèi)，同步控制主要由硬件設(shè)計(jì)和PLC設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。

3.1硬件設(shè)計(jì)

架車機(jī)的升降驅(qū)動(dòng)裝置是一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)，借此實(shí)現(xiàn)托架起落功能，單組架車機(jī)的三相電機(jī)要與控制正反轉(zhuǎn)的主機(jī)電器觸點(diǎn)進(jìn)行串聯(lián)，這樣設(shè)計(jì)有以下優(yōu)點(diǎn)：一是能夠減少對(duì)主繼電器的使用，二是能夠?qū)苘嚈C(jī)架升高度進(jìn)行調(diào)整，糾正偏差。在上升操作過(guò)程中，架升高度最高的架車機(jī)相應(yīng)繼電器受控制斷開(kāi)，相應(yīng)架車機(jī)停止，等待其他三個(gè)架車機(jī)，當(dāng)架升高度達(dá)到設(shè)定范圍內(nèi)時(shí)再重新啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)四臺(tái)架車機(jī)同步上升;在下降操作過(guò)程中，下降高度最低的架車機(jī)繼電器斷電，主觸點(diǎn)斷開(kāi)，相應(yīng)架車機(jī)停止，等待其他三個(gè)架車機(jī)，當(dāng)下降高度達(dá)到設(shè)定范圍內(nèi)時(shí)，繼電器再次得電，實(shí)現(xiàn)四臺(tái)架車機(jī)同步下降[3]。

3.2程序分析

在檢修和維護(hù)過(guò)程中，由于裝配存在誤差和車梁存在撓度等原因，架車機(jī)各架車點(diǎn)的絕對(duì)高度難以保持一致，因此，同步度程序的設(shè)計(jì)，考慮的并不是距離地面的絕對(duì)高度，而是架車機(jī)上升或下降的相對(duì)高度。我國(guó)自主研制的S7-200系列電動(dòng)架車機(jī)，其同步控制系統(tǒng)的主控器是基于PLC原理設(shè)計(jì)而成，同步度控制程序大體主要分為脈沖信號(hào)接收處理、數(shù)據(jù)分析判斷和控制結(jié)果輸出三個(gè)部分[4]。根據(jù)相應(yīng)通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)與主站CPU模塊通訊與數(shù)據(jù)交換，將各架車機(jī)旋轉(zhuǎn)編碼器檢測(cè)到的高度脈沖值傳送到CPU模塊，移動(dòng)式架車機(jī)組通過(guò)旋轉(zhuǎn)編碼器進(jìn)行上升或下降高度監(jiān)控和計(jì)算，再將結(jié)果傳送到PLC，由PLC程序控制整組架車機(jī)的同步度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)架車機(jī)組的同步運(yùn)行，提高移動(dòng)式架車機(jī)組在使用過(guò)程中的安全性。

4.結(jié)論

我國(guó)高速鐵路的快速發(fā)展，高鐵運(yùn)行頻率的不斷加大，機(jī)車檢修維護(hù)作業(yè)也隨之變得更為頻繁，不間斷作業(yè)的要求也在提升，這對(duì)鐵路架車機(jī)也提出了更高的要求，鐵路架車機(jī)采用同步控制系統(tǒng)，通過(guò)PLC可編程控制器控制架車機(jī)的運(yùn)行，在一定程度上提高了檢修工藝的自動(dòng)化水平，簡(jiǎn)化了檢修維護(hù)的作業(yè)流程，符合機(jī)械化進(jìn)程對(duì)鐵路系統(tǒng)提出的要求以及《鐵路安全管理?xiàng)l例》的相關(guān)內(nèi)容。

參考文獻(xiàn)：

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[3]周文輝.帶測(cè)量功能的鐵路車輛架車機(jī)系統(tǒng)校準(zhǔn)方法[J].電力機(jī)車與城軌車輛，2008.13（5）：32-33.

[4]李政達(dá).架車機(jī)同步傳動(dòng)調(diào)速裝置的研究[D].西南交通大學(xué)，2014.