同步控制铁路架车机及其设计问题研究

张久成 代俊

摘要：架车机是铁路车辆检修维护的常用设备，其主要用途在于架升车辆，便于检修人员对转向架以及车底一些部件进行检查维护。本文以我国自行研制的S7-200系列电动架车机为例，结合铁路架车机传统系统的设计要求，对系统PLC程序的同步控制原理进行分析，探讨了相关的设计问题，以期能够更好地指导实践。

关键词：铁路架车机;同步控制;PLC;设计

近年来，我国铁路交通行业实现了跨越式发展，尤其是高铁，经过对既有铁路的高速化改造和高速铁路的新建，中国现已拥有世界最大规模和最高运营速度的高速铁路网，截止到2014年10月，高铁总里程已突破12000公里这一大关，稳居世界高铁历程榜首，而且中国高铁正在走向世界。在此背景和趋势下，机械化进程对铁路系统提出了更高的要求，作为铁路车辆检修维护的常用设备，对铁路架车机也提出了新的要求。根据2014年1月1日起开始实施的《铁路安全管理条例》的相关内容，铁路架车机系统的优化也被提上日程，现阶段，研究同步控制铁路架车机及其设计问题，具有重要的现实指导意义。

1.铁路架车机同步控制概况

铁路车辆的检修周期都比较短，尤其是高速列车，其良好运行状态的保持依赖于高效率、高质量的检修维护作业流程，铁路架车机同步控制是其关键的技术力量。目前，铁路交通行业使用的架车机分为地坑式和移动式两种类型，其设计理念基本一致，架车机是铁路车辆定修、临修和大修的常用辅助设备，对其进行设计，不仅要达到一定的升降要求，还应具备同步控制的功能。在此以我国自主研制的S7-200系列电动架车机为例，其同步控制系统的主控器是基于PLC原理设计而成，各项性能均能达到同步控制系统使用的技术要求，PLC技术是铁路架车机同步控制的核心技术，具有可靠性高、可操作性高、精度高等特点，现已成为铁路维修基地必备的专用检修设备，在很大程度上提高了检修维护作业的效率和质量[1]。

2.铁路架车机传统系统的设计要求

铁路架车机主要包括机械系统和电气控制系统两部分，设备的兼容性主要取决于机械系统的结构，这也是对架车机进行设计时必须要解决的问题。运用架车机进行检修作业时，由于每台架车机的电机性能参数很难保持完全一致，机车车体的重量分布也难以实现绝对平衡，在四台架车机同时运行时，其速度很难保持一致，进而影响到架车机驾车点的高程，当各驾车点的高差过大时，车体就会出现倾覆的危险。由此可见，检修维护作业中架车机的同步运行已经成为一项必须解决的安全问题，其关键点是同步起车点的确定，主要取决于轴编码器传输给PLC高速脉冲个数的准确性。

目前使用的铁路架车机传动系统，其托架的直线运动都是由旋转运动转换而成，即通过PLC将摆线针轮减速机旋转运动的角度位移转换成托架的直线位移，从而实现车体及转向架的舉升。架车机的额定负载为为25t，最大负载为30t，最高升程1850mm，高差为8mm（到达12mm时系统会停机锁定报警），整机使用寿命为30年，传动系统应用模块功能的设计可参照以下技术参数：车体和转向架举升速度<400（mm ），车体最大举升高度为270mm，转向架最大举升高度为1600mm，托头装置空载横向可调范围为410mm，同步误差范围在4mm之间。借助传动系统，便于举升整列机车以及对其进行拆卸、装配和检查，适合在实际检修维护中推广应用[2]。

3.铁路架车机同步控制的PLC程序设计

架车机单组同步精度为±4mm，两组同步精度为±6mm，三组以上同步精度为±8mm，架升高度由控制系统进行自动调节，将其控制在设定范围内，同步控制主要由硬件设计和PLC设计实现。

3.1硬件设计

架车机的升降驱动装置是一台三相异步电动机，借此实现托架起落功能，单组架车机的三相电机要与控制正反转的主机电器触点进行串联，这样设计有以下优点：一是能够减少对主继电器的使用，二是能够对架车机架升高度进行调整，纠正偏差。在上升操作过程中，架升高度最高的架车机相应继电器受控制断开，相应架车机停止，等待其他三个架车机，当架升高度达到设定范围内时再重新启动，实现四台架车机同步上升;在下降操作过程中，下降高度最低的架车机继电器断电，主触点断开，相应架车机停止，等待其他三个架车机，当下降高度达到设定范围内时，继电器再次得电，实现四台架车机同步下降[3]。

3.2程序分析

在检修和维护过程中，由于装配存在误差和车梁存在挠度等原因，架车机各架车点的绝对高度难以保持一致，因此，同步度程序的设计，考虑的并不是距离地面的绝对高度，而是架车机上升或下降的相对高度。我国自主研制的S7-200系列电动架车机，其同步控制系统的主控器是基于PLC原理设计而成，同步度控制程序大体主要分为脉冲信号接收处理、数据分析判断和控制结果输出三个部分[4]。根据相应通讯协议实现与主站CPU模块通讯与数据交换，将各架车机旋转编码器检测到的高度脉冲值传送到CPU模块，移动式架车机组通过旋转编码器进行上升或下降高度监控和计算，再将结果传送到PLC，由PLC程序控制整组架车机的同步度，进而实现架车机组的同步运行，提高移动式架车机组在使用过程中的安全性。

4.结论

我国高速铁路的快速发展，高铁运行频率的不断加大，机车检修维护作业也随之变得更为频繁，不间断作业的要求也在提升，这对铁路架车机也提出了更高的要求，铁路架车机采用同步控制系统，通过PLC可编程控制器控制架车机的运行，在一定程度上提高了检修工艺的自动化水平，简化了检修维护的作业流程，符合机械化进程对铁路系统提出的要求以及《铁路安全管理条例》的相关内容。

参考文献：

[1]姚曙.浅谈地铁车辆段移动架车机同步控制[J].商，2013.12（3）：356-358.

[2]饶恕.铁路架车机传动系统控制探讨[J].装备制造技术，2013.11（6）：195-196.

[3]周文辉.带测量功能的铁路车辆架车机系统校准方法[J].电力机车与城轨车辆，2008.13（5）：32-33.

[4]李政达.架车机同步传动调速装置的研究[D].西南交通大学，2014.