從安全角度淺述架車機的設(shè)計及使用

單仲喜

摘 要：從機械、電控角度分析了架車機的設(shè)計安全，從零部件加工方面分析了制造安全，再在設(shè)備使用過程中嚴(yán)格防止誤操作，以期提高架車機的性能和質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：鐵路；架車機；設(shè)計要求；電氣控制

中圖分類號：U279.3 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.03.121

1 移動式架車機概述

1.1 基本功能

移動式架車機全套設(shè)備一般由3組移動式架車機組組成，每組移動式架車機組由4臺移動式架車機組成。架車機起升時由電控系統(tǒng)進行同步控制，確保各架車機組之間均勻、同步架起整個列車（3輛編組）、多節(jié)車輛（或車體）、單節(jié)地鐵車輛（或車體）或1輛工程車。

1.2 安全方面的設(shè)計要求

架車機設(shè)計方案應(yīng)具有完整性和可靠性（少維修或易于維修）。

所設(shè)計的移動式架車機采用先進的機械、電氣、電子元件和優(yōu)質(zhì)材料制成，其中，PLC和觸摸屏的應(yīng)用極大地降低了控制系統(tǒng)的故障率，驅(qū)動系統(tǒng)選用的三合一減速機可達到少維修或免維修的要求。設(shè)備日常維修保養(yǎng)只需定期向絲杠絲母和導(dǎo)軌面補充潤滑脂，并清理電氣系統(tǒng)中的灰塵即可。各零部件均實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化，互換性好。

當(dāng)架車機高度范圍超過系統(tǒng)允許值時，系統(tǒng)自動停機、鎖定，并報警，同時顯示出故障架車機的位置，直至超限故障排除為止。為了保證操作安全，在總控制臺與車輛另外一側(cè)設(shè)置了遠程控制按鈕盒（移動式操作緊急按鈕）與總控制臺相連，用來監(jiān)控架車機的工作狀態(tài)，確認(rèn)主控制臺的起升、下降指令。

2 采用的規(guī)范和適用標(biāo)準(zhǔn)

架車機的設(shè)計采用的規(guī)范和適用標(biāo)準(zhǔn)主要有《地鐵設(shè)計規(guī)范》（GB 50157—2013）、《一般公差 未注公差的線性和角度尺寸的公差》（GB/T 1804—2000）、《形狀和位置公差 未注公差的規(guī)定》（GB/T 1184—1996）、《碳素結(jié)構(gòu)鋼》（GB/T 700—2006）、《氣焊、手工電弧焊及氣體保護焊焊縫坡口的基本形式與尺寸》（GB/T 985.1—2008）、《重型機械通用技術(shù)條件》（JB/T 5000—2007）、《機械設(shè)備安裝工程施工及驗收通用規(guī)范》（GB 50231—2009）、《工業(yè)金屬安裝工程施工及驗收規(guī)范》（GB 50235—1997）、《電氣裝置安裝工程電纜線路施工及驗收規(guī)范》（GB 50168—2006）和《起重機械設(shè)計規(guī)范》（GB/T 3811—2008）。

3 設(shè)備技術(shù)要求

3.1 機械方面的技術(shù)要求

移動式架車機的承載螺母設(shè)計為雙螺母結(jié)構(gòu)，安全螺母與工作螺母之間設(shè)置了三套檢測開關(guān)，可使架車機的安全得到雙重保證。

工作螺母監(jiān)測開關(guān)。工作螺母與安全螺母之間的接近傳感器可實時監(jiān)控、檢測承載螺母的磨損量。一旦承載的工作螺母超過設(shè)計磨耗量，工作螺母與安全螺母之間的接近傳感器就會被激發(fā)，安全螺母立刻作用，接近傳感器發(fā)出信號通知PLC進行報警、停機，提醒檢修人員及時檢修。

工作螺母脫扣監(jiān)測開關(guān)。一旦工作螺母螺紋被剪切造成脫扣，向下壓合脫扣監(jiān)測開關(guān)，脫扣監(jiān)測開關(guān)就會發(fā)出信號通知PLC進行報警、停機，提醒檢修人員及時檢修。

工作螺母和托架脫開監(jiān)測開關(guān)。當(dāng)托架在下降過程中因故障或受障礙物影響而卡死不動時，電機會驅(qū)動工作螺母繼續(xù)下降，而工作螺母與托架脫開，監(jiān)測開關(guān)被觸及，立即發(fā)出訊號，通過PLC進行報警和停機保護。

當(dāng)絲杠突然斷裂時（此種事件發(fā)生的概率非常?。?，由于絲杠采用上承載、上傳動的方式，所以只能是上承重部分絲杠斷裂，也就是絲杠螺母以上部分?jǐn)嗔眩z母下部絲杠還能作為支撐，且4臺架車機均衡地架起一臺車，如果一臺架車機絲杠突然斷裂，另一對角線上的2臺架車機完全有能力支撐住車體，防止所架車體變形或傾覆。

3.2 電氣控制方面的技術(shù)要求

所設(shè)計的移動式架車機組應(yīng)具有完善的故障自診斷功能，對設(shè)備狀態(tài)進行全面監(jiān)控和顯示報警。觸摸屏上應(yīng)顯示相應(yīng)的故障提示，只要根據(jù)相應(yīng)故障提示，便可知道故障性質(zhì)，然后根據(jù)故障性質(zhì)排除故障。故障診斷系統(tǒng)的顯示和操作界面均采用中文界面。

移動式架車機組的各電機采用電氣互鎖。當(dāng)一臺移動式架車機的電機出現(xiàn)故障（或被按下急停按鈕，或停止按鈕）時，系統(tǒng)內(nèi)各臺移動式架車機組的電機都自動停止運轉(zhuǎn)，以保護被架的車體。

每臺移動式架車機都應(yīng)配備相同型號的鼠籠式制動電機，當(dāng)設(shè)備在任一方向的運動過程中在任意位置上被緊急停機，系統(tǒng)將自動鎖定。只有重新供電，才能恢復(fù)任一方向的運動。這樣能防止誤操作引起的車輛和設(shè)備損壞。

各托架提升臂應(yīng)設(shè)有超高和超低位置的紅色燈光指示，每臺移動式架車機及其托架都應(yīng)設(shè)有高低限位開關(guān)。當(dāng)高度達到行程范圍最高值，或者任意一臺架車機達到最高升程或降到最低位置（限位開關(guān)動作）時，電控系統(tǒng)在自動切斷電機電源的同時，通過聲音報警提醒現(xiàn)場工作人員，同時整個系統(tǒng)自動停止工作，直到故障排除后，設(shè)備方可重新使用。

當(dāng)高低限位開關(guān)和緊急限位開關(guān)均出現(xiàn)故障時（此種可能性發(fā)生的概率非常?。跈C械上設(shè)有碰撞緩沖裝置的同時，電控系統(tǒng)應(yīng)能根據(jù)電機電流的變化自動切斷電機電源，以保護架車機。

當(dāng)移動式架車機組的同步系統(tǒng)發(fā)生錯誤時，電氣控制系統(tǒng)應(yīng)自動進行調(diào)整。如果在設(shè)定的調(diào)整時間內(nèi)，架車機組起升或下降還未同步，電控系統(tǒng)應(yīng)在自動切斷電機電源的同時，通過聲音報警提醒現(xiàn)場工作人員。

各行程開關(guān)均應(yīng)設(shè)有遮擋，防止工作中的誤碰。所有電源開關(guān)和選擇開關(guān)都是鑰匙型的，保證只有專業(yè)人員才能操作，以防因誤動作而引起人員或設(shè)備的損傷。

4 主要部件材料的焊接、涂裝處理

所有部件與零件均應(yīng)按照使用要求，保證足夠的強度和剛度，并采用防高溫老化、防水、防銹和防腐蝕的材料。如果表面采用涂料、噴漆或電鍍工藝來防水和防腐蝕，應(yīng)注明零件、防護層的材料和加工工藝，并注明使用壽命和使用要求。

機架和走行部組成的各零部件所用材料要符合GB 1591—88、GB 699—88、GB 700—88中的規(guī)定，并對主梁材料的化學(xué)成分進行檢查，出具質(zhì)量檢驗報告。

4.1 焊接處理

車架焊接應(yīng)選擇合理的焊接方法、焊接材料和焊接工藝參數(shù)等，并合理確定焊接坡口。通用技術(shù)要求如下：①各零部件的制造應(yīng)嚴(yán)格按照相應(yīng)的圖紙要求；②板材下料采用數(shù)控火焰切割機切割，并經(jīng)機械校平或人工矯正；③板材壓型后，其減少的壁厚不得大于原壁厚的10%，并不得有裂紋、皺折和過燒等缺陷；④車架和梁所有的焊接接頭和焊接坡口均應(yīng)通過機械加工來實現(xiàn)；⑤所有對接焊縫兩端都要加設(shè)引弧板、熄弧板；⑥車架和諸梁組焊前、后均應(yīng)除銹，其焊接要按照GB/T 985—2008和Q/ZB 74中的相關(guān)規(guī)定進行，阻焊完成后，需采用合適的方法消除內(nèi)應(yīng)力；⑦車架、諸梁及有關(guān)零部件的機械加工表面、非加工表面棱角要打磨修鈍；⑧材料不夠大時，允許選擇合適坡口對接，但應(yīng)對接牢固；⑨對接焊縫在車架、車梁某處只能是一條，即對接焊縫應(yīng)相互錯開，并選擇合理的對接處。

4.2 涂裝處理

為了提高設(shè)備油漆涂裝質(zhì)量，鋼結(jié)構(gòu)件在涂裝前應(yīng)進行磷化處理，主要工藝流程如下：

機架等大型構(gòu)件：鋼板、槽鋼、角鋼等型材進廠→抽檢→拋丸清理→下料→焊接→清理→磷化處理→涂防銹漆。

小構(gòu)件（≤2 000 mm×2 000 mm×10 mm）：鋼板、槽鋼、角鋼等型材進廠→抽檢→拋丸清理→下料→焊接→磷化處理→涂防銹漆。

按鐵路機車車輛工藝要求，涂裝一遍H06-2鐵紅環(huán)氧酯底漆和3遍丙烯酯聚氨酯瓷漆，涂層厚度50～60 μm。該配方為成熟的“三防”（防濕熱、防鹽霧、防霉菌）工藝。

5 設(shè)備安全與防護

5.1 防誤操作

在架車機的設(shè)計中，要設(shè)有誤操作診斷功能，故障顯示語言要通俗易懂。系統(tǒng)要具有各種失效、誤操作保護措施，包括：①“上升、下降”單項保護。在聯(lián)動操作時，電氣線路通過對“上升、下降”的互鎖，保證其只能向上或向下一個方向運作。②設(shè)置上工作限位和下工作限位。③當(dāng)一臺單機上的同步傳感器失效時，PLC根據(jù)同步傳感器輸出信號的異常立即發(fā)出信號，使其他架車機停止工作，以保護系統(tǒng)，防止車輛傾覆。④當(dāng)因某種原因造成電機轉(zhuǎn)動而載重螺桿卡死不轉(zhuǎn)時，PLC根據(jù)同步傳感器輸出信號的異常，將指令傳遞給控制系統(tǒng)作切斷操作，并報警，避免被架車輛傾覆。⑤當(dāng)選擇組合聯(lián)動操作后，如果出現(xiàn)的不同步范圍超過一車為任意二柱6 mm，相鄰二車為任意二柱6 mm，三車為任意二柱8 mm時，電氣控制系統(tǒng)自動進行調(diào)整。如果在設(shè)定的調(diào)整時間內(nèi)架車機組起升或下降還未同步，電控系統(tǒng)就會在自動切斷電機電源的同時，通過聲音報警提醒現(xiàn)場工作人員。⑥當(dāng)主接觸器失效時，PLC根據(jù)主接觸器輔助觸點輸出信號的異常情況。⑦輔助接觸器誤操作或失效時，PLC能進行監(jiān)控、保護。

5.2 環(huán)境防護

要使設(shè)備適應(yīng)自然環(huán)境，可采取以下防護措施：①移動式架車機配套使用的所有電氣元件、部件，包括控制臺連接使用的電纜均選用適合濕熱環(huán)境的產(chǎn)品，各種電線采用阻燃、無毒的產(chǎn)品；②所有機械緊固件均選用經(jīng)鍍鋅鈍化處理的產(chǎn)品，導(dǎo)電緊固件需具有良好電鍍層；③設(shè)備機械相對運動的部位都要采取相應(yīng)的潤滑措施。

5.3 電氣防護

整套設(shè)備具有可靠的接地、接零保護，端子板采用優(yōu)質(zhì)絕緣材料，同時具備電機任意兩相短路保護功能，A、C兩相對地短路保護功能，電動機的過載和過熱保護功能以及任意一點的保護接地功能。柜門設(shè)機械閉鎖、電氣閉鎖，臺柜內(nèi)照明設(shè)施齊全。

6 結(jié)束語

綜上所述，我們要嚴(yán)格把控架車機的設(shè)計和使用。為了加快鐵路機械設(shè)計技術(shù)的發(fā)展步伐，保證架車機產(chǎn)品的質(zhì)量，提高架車機的耐久性和可靠性，延長工件的使用壽命，在設(shè)計架車機時，要注重對細節(jié)的把握，全方面考慮架車機在使用中出現(xiàn)的各個方面的問題。在加工時，要注重具體的流程環(huán)節(jié)，仔細研究工藝技術(shù)對架車機質(zhì)量的影響，從而在不斷的實踐中發(fā)現(xiàn)規(guī)律方法，最終實現(xiàn)提升架車機性能和質(zhì)量的目的。

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〔編輯：王霞〕