車輛段架車機的選型及設(shè)計

■ 喻曉

1 選型原則

隨著城市軌道交通的迅猛發(fā)展，我國地鐵交通也呈快速增長趨勢，許多城市新建或續(xù)建地鐵工程，修建了多條地鐵線路，并采購了不同類型和編組的地鐵車輛。

固定式架車機（簡稱UFLS）是車輛的重要架修設(shè)備，用于軌道車輛固定臺位的架車作業(yè)，可對一單元列車或一編組列車在不摘鉤狀態(tài)下進行同步架車作業(yè)，也能在摘鉤狀態(tài)下對單節(jié)車進行架車作業(yè)。固定式架車機在車輛檢修中能起到減少檢修車輛停運時間、降低檢修成本和提高檢修質(zhì)量等作用[1]。

固定式架車機具有列車整體升降、轉(zhuǎn)向架升降和車體升降3種基本功能（見圖1）。

圖1 固定式架車機列車升降功能

在實際工作中，需根據(jù)不同類型和編組應(yīng)用，對固定式架車機進行選型。良好的選型可使地鐵線網(wǎng)最大限度實現(xiàn)對不同類型和編組車輛的架車，達到降低投資、資源共享的目的。設(shè)計統(tǒng)型也可使地鐵線網(wǎng)內(nèi)標準統(tǒng)一，降低維護成本，對線網(wǎng)后期運營有較大影響。具體選型原則如下：

（1）適應(yīng)本線路車輛架修條件，滿足檢修需求，適當留有儲備和發(fā)展余地；

（2）兼容其他線路車輛架修，考慮有利于資源共享；

（3）統(tǒng)一標準，降低后期運營維護成本；

（4）符合國家產(chǎn)業(yè)政策，支持設(shè)備國產(chǎn)化率的要求。

2 滿足車輛要求選型

地鐵車輛依據(jù)客流量，通過車型和編組選擇，使其滿足線路運營載客量需求。根據(jù)《城市軌道交通建設(shè)標準》規(guī)定，分為A、B、C、D型車，地鐵線路通常采用A、B型。

2.1 技術(shù)參數(shù)

A、B、C型車技術(shù)參數(shù)見表1；A型車與固定式架車機臺位的對應(yīng)尺寸見圖2。

由表1、圖2可知，不同類型車在車輛定距、轉(zhuǎn)向架軸距、相鄰兩車轉(zhuǎn)向架中心距、車輛長度、車體架車點的參數(shù)均不相同，單一類型固定式架車機無法同時兼容不同車型。因此，定修車輛段只需配置適應(yīng)本線路車輛固定式架車機，而大修車輛段需多種類型的固定式架車機。

2.2 編組方式

地鐵車輛依據(jù)客流量選擇編組方式：客流量大的線路采用8節(jié)編組方式，客流量較大的線路采用6節(jié)編組方式，客流量小的線路采用4節(jié)編組方式。

1個編組通常由2或3個單元車輛組成，每個單元又有A、B、C等3種車型，通過半自動車鉤或半永久牽引桿連接而成。A為帶司機室拖車，即列車的首、尾兩節(jié)車廂；B為帶受電弓動車；C為不帶受電弓動車。自動車鉤（=）安裝在A車的1端，用于跟其他列車或牽引、救援車的連接；半自動車鉤（-）通常用于2個單元間車廂的連接，便于拆解；半永久牽引桿（*）用于同一單元內(nèi)各車廂的連接，不便于拆解[2]。

車輛架車作業(yè)有2種方式：

（1）對地鐵進行局部解體，進行單節(jié)、單元的車輛架修。單節(jié)車架車前事先需拆除半自動車鉤和半永久牽引桿，費時費力。單元車架車前僅需拆除半自動車鉤。

（2）不解體對整列車進行架載，無需拆除，效率最高。

通過對比發(fā)現(xiàn)：1編組不解體架車作業(yè)效率最高，1單元架車作業(yè)效率其次，單節(jié)架車作業(yè)效率最低。因此，選擇編組方式中，選擇作業(yè)效率的高低，決定了固定式架車機的組成。

表1 A、B、C型車技術(shù)參數(shù)

圖2 A型車與固定式架車機臺位對應(yīng)尺寸

2.3 選型要求

車輛對固定式架車機選型的要求如下：

（1）不同的車型無法兼容架車，車輛段需要配置相應(yīng)車型的固定式架車機；

（2）在場地容許的情況下，盡量按編組的方式選型，編組數(shù)大向下兼容編組數(shù)小的設(shè)計；

（3）在場地不容許的情況下，盡量采用按單元方式設(shè)計；

（4）按單元方式設(shè)計要考慮兼容四節(jié)車等非常單元的架車需求；

（5）同類固定式架車機的車體架車點必須標準統(tǒng)一。

3 滿足技術(shù)需求選型

3.1 轉(zhuǎn)向架作業(yè)需求

目前，國內(nèi)的固定式架車機主要分為柱式和懸臂式2種設(shè)計方式。由于地鐵車輛架修作業(yè)需要將轉(zhuǎn)向架與車體分離并移出，因此，轉(zhuǎn)向架舉升機構(gòu)采用懸臂式方式，車體舉升機構(gòu)采用柱式方式。

3.2 轉(zhuǎn)向架舉升機構(gòu)同步需求

轉(zhuǎn)向架舉升機構(gòu)由4個舉升柱組成，相鄰的2個舉升柱共同支撐1個活動軌橋，通過軌橋?qū)囕v進行直接舉升（見圖3），舉升同步方式有2種：

圖3 轉(zhuǎn)向架舉升機構(gòu)示意圖

（1）獨立驅(qū)動，機械同步。每個轉(zhuǎn)向架舉升柱分別由1臺電機驅(qū)動，相對的2個電機由萬向軸聯(lián)接，實現(xiàn)橫向舉升同步。由相鄰的2個舉升柱共同支撐1個活動軌橋，確?？v向舉升柱縱向舉升同步[3]。常見型號有Windhoff固定式架車機。

（2）集中驅(qū)動，速度同步。每個轉(zhuǎn)向架舉升單元采用“工”字形連接同步，4個轉(zhuǎn)向架舉升柱由電機驅(qū)動，通過萬向軸聯(lián)接4個轉(zhuǎn)向架舉升柱，由于速度一致，可實現(xiàn)舉升同步[4-5]。常見型號有Pfaff、Neuero、青島四方等固定式架車機。

對比發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)向架舉升機舉升同步方式采用“工”字形連接簡單，同步一致性好。同時，采用雙電機冗余驅(qū)動的方式也更安全。

3.3 控制需求

固定式架車機控制系統(tǒng)一般由可編程邏輯控制器（PLC）、觸摸屏或顯示屏、操作臺、控制柜、舉升單元柜等部分組成，通常有單PLC、雙PLC、安全PLC等3種控制方式[5]：

（1）單PLC控制方式結(jié)構(gòu)簡單，但不能避免主機失控時設(shè)備不安全運行的隱患。

（2）雙PLC控制方式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安全可靠，但線路冗余大。通常設(shè)有2臺PLC，1臺PLC為主控機，負責(zé)設(shè)備運行和操作，1臺PLC為監(jiān)控機，同時讀取設(shè)備各類信息，并監(jiān)控主控機、現(xiàn)場總線的狀態(tài)，可在異常情況下及時有效停止整個設(shè)備運行（見圖4）。

（3）安全PLC方式線路冗余小。安全PLC內(nèi)部所有元器件采用冗余結(jié)構(gòu)，2個處理器處理時進行交叉檢測，每個處理器的處理結(jié)果儲存在各自內(nèi)存中，只有處理結(jié)果完全一致時才進行輸出，如果處理期間出現(xiàn)任何不一致，設(shè)備立即停機，可有效避免雙PLC控制方式中當現(xiàn)場總線崩潰后監(jiān)控PLC無法工作的隱患。

圖4 雙PLC控制系統(tǒng)方式

通過對比，控制系統(tǒng)首選安全PLC控制，其次雙PLC控制，不推薦單PLC控制的方式。

4 滿足操作使用需求選型

4.1 操作界面需求

固定式架車機人機界面通常有儀表盤和觸摸屏2種操作方式。儀表盤操作方式一般用指示燈、按鈕、開關(guān)等模擬設(shè)備現(xiàn)場狀態(tài)，操作相應(yīng)部分指示燈動作，具有直接明了的效果（見圖5），但功能簡單、結(jié)構(gòu)繁復(fù)。故障報警采用文本顯示器顯示故障代碼，然后通過人工查詢故障代碼表確認故障。

觸摸屏控制系統(tǒng)分為操作、控制、現(xiàn)場層。操作層由3臺觸摸屏組成的人機界面，采用一主兩從模式?？刂茖佑?臺PLC（1臺主控PLC，1臺監(jiān)控PLC）組成?，F(xiàn)場層由多個分布式I/O模塊組成。觸摸屏的使用可節(jié)省許多按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)、中間繼電器、時間繼電器等硬元件，通過組態(tài)軟件將整個系統(tǒng)的現(xiàn)場數(shù)據(jù)集中在觸摸屏上顯示，方便觀察、自動記錄、人機界面好、易于安裝、便于維護[6]。

通過對比，固定式架車機的操作首選觸摸屏方式，不推薦儀表盤操作方式。

4.2 應(yīng)急救援需求

固定式架車機發(fā)生故障時，需要將被舉升的地鐵車輛從架車機平穩(wěn)放至地面軌道。通常有2種方式：（1）在維修模式下，松開舉升電機的剎車盤，搖柄連接電機軸或萬向節(jié)上，人工通過手動方式將電機旋轉(zhuǎn)，帶動舉升機構(gòu)將列車放下。（2）在維修模式下，應(yīng)急救援電路直接控制舉升電機，帶動舉升機構(gòu)將列車放下，不受固定式架車機故障的影響。

建議配置應(yīng)急救援裝置，推薦配置有應(yīng)急救援電路設(shè)計。

綜上所述，固定式架車機選型及設(shè)計不僅需立足當下，滿足車輛、技術(shù)、操作使用方面需求，還需考慮長遠。

圖5 儀表盤

[1] 章?lián)P，陳輝． 網(wǎng)絡(luò)化條件下地鐵車輛選型和列車編組研究[J]． 中國鐵路，2011(9)：64-68．

[2] 丁輝，王明海． CRH動車組地坑式架車機的研究與設(shè)計[J]． 電力機車與城軌車輛，2011(2)：19-21．

[3] Windhoff固定式架車機維護手冊．2003．

[4] Pfaff固定式架車機維護手冊． 2008．

[5] Neuero固定式架車機維護手冊． 2010．

[6] 唐源，胡潔芬，張江堯． 地鐵車輛四日檢維修制度研究[J]． 鐵路技術(shù)創(chuàng)新，2016(4)：47-51．