从安全角度浅述架车机的设计及使用

单仲喜

摘 要：从机械、电控角度分析了架车机的设计安全，从零部件加工方面分析了制造安全，再在设备使用过程中严格防止误操作，以期提高架车机的性能和质量。

关键词：铁路；架车机；设计要求；电气控制

中图分类号：U279.3 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.03.121

1 移动式架车机概述

1.1 基本功能

移动式架车机全套设备一般由3组移动式架车机组组成，每组移动式架车机组由4台移动式架车机组成。架车机起升时由电控系统进行同步控制，确保各架车机组之间均匀、同步架起整个列车（3辆编组）、多节车辆（或车体）、单节地铁车辆（或车体）或1辆工程车。

1.2 安全方面的设计要求

架车机设计方案应具有完整性和可靠性（少维修或易于维修）。

所设计的移动式架车机采用先进的机械、电气、电子元件和优质材料制成，其中，PLC和触摸屏的应用极大地降低了控制系统的故障率，驱动系统选用的三合一减速机可达到少维修或免维修的要求。设备日常维修保养只需定期向丝杠丝母和导轨面补充润滑脂，并清理电气系统中的灰尘即可。各零部件均实现了标准化、模块化，互换性好。

当架车机高度范围超过系统允许值时，系统自动停机、锁定，并报警，同时显示出故障架车机的位置，直至超限故障排除为止。为了保证操作安全，在总控制台与车辆另外一侧设置了远程控制按钮盒（移动式操作紧急按钮）与总控制台相连，用来监控架车机的工作状态，确认主控制台的起升、下降指令。

2 采用的规范和适用标准

架车机的设计采用的规范和适用标准主要有《地铁设计规范》（GB 50157—2013）、《一般公差 未注公差的线性和角度尺寸的公差》（GB/T 1804—2000）、《形状和位置公差 未注公差的规定》（GB/T 1184—1996）、《碳素结构钢》（GB/T 700—2006）、《气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式与尺寸》（GB/T 985.1—2008）、《重型机械通用技术条件》（JB/T 5000—2007）、《机械设备安装工程施工及验收通用规范》（GB 50231—2009）、《工业金属安装工程施工及验收规范》（GB 50235—1997）、《电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范》（GB 50168—2006）和《起重机械设计规范》（GB/T 3811—2008）。

3 设备技术要求

3.1 机械方面的技术要求

移动式架车机的承载螺母设计为双螺母结构，安全螺母与工作螺母之间设置了三套检测开关，可使架车机的安全得到双重保证。

工作螺母监测开关。工作螺母与安全螺母之间的接近传感器可实时监控、检测承载螺母的磨损量。一旦承载的工作螺母超过设计磨耗量，工作螺母与安全螺母之间的接近传感器就会被激发，安全螺母立刻作用，接近传感器发出信号通知PLC进行报警、停机，提醒检修人员及时检修。

工作螺母脱扣监测开关。一旦工作螺母螺纹被剪切造成脱扣，向下压合脱扣监测开关，脱扣监测开关就会发出信号通知PLC进行报警、停机，提醒检修人员及时检修。

工作螺母和托架脱开监测开关。当托架在下降过程中因故障或受障碍物影响而卡死不动时，电机会驱动工作螺母继续下降，而工作螺母与托架脱开，监测开关被触及，立即发出讯号，通过PLC进行报警和停机保护。

当丝杠突然断裂时（此种事件发生的概率非常小），由于丝杠采用上承载、上传动的方式，所以只能是上承重部分丝杠断裂，也就是丝杠螺母以上部分断裂，丝母下部丝杠还能作为支撑，且4台架车机均衡地架起一台车，如果一台架车机丝杠突然断裂，另一对角线上的2台架车机完全有能力支撑住车体，防止所架车体变形或倾覆。

3.2 电气控制方面的技术要求

所设计的移动式架车机组应具有完善的故障自诊断功能，对设备状态进行全面监控和显示报警。触摸屏上应显示相应的故障提示，只要根据相应故障提示，便可知道故障性质，然后根据故障性质排除故障。故障诊断系统的显示和操作界面均采用中文界面。

移动式架车机组的各电机采用电气互锁。当一台移动式架车机的电机出现故障（或被按下急停按钮，或停止按钮）时，系统内各台移动式架车机组的电机都自动停止运转，以保护被架的车体。

每台移动式架车机都应配备相同型号的鼠笼式制动电机，当设备在任一方向的运动过程中在任意位置上被紧急停机，系统将自动锁定。只有重新供电，才能恢复任一方向的运动。这样能防止误操作引起的车辆和设备损坏。

各托架提升臂应设有超高和超低位置的红色灯光指示，每台移动式架车机及其托架都应设有高低限位开关。当高度达到行程范围最高值，或者任意一台架车机达到最高升程或降到最低位置（限位开关动作）时，电控系统在自动切断电机电源的同时，通过声音报警提醒现场工作人员，同时整个系统自动停止工作，直到故障排除后，设备方可重新使用。

当高低限位开关和紧急限位开关均出现故障时（此种可能性发生的概率非常小），在机械上设有碰撞缓冲装置的同时，电控系统应能根据电机电流的变化自动切断电机电源，以保护架车机。

当移动式架车机组的同步系统发生错误时，电气控制系统应自动进行调整。如果在设定的调整时间内，架车机组起升或下降还未同步，电控系统应在自动切断电机电源的同时，通过声音报警提醒现场工作人员。

各行程开关均应设有遮挡，防止工作中的误碰。所有电源开关和选择开关都是钥匙型的，保证只有专业人员才能操作，以防因误动作而引起人员或设备的损伤。

4 主要部件材料的焊接、涂装处理

所有部件与零件均应按照使用要求，保证足够的强度和刚度，并采用防高温老化、防水、防锈和防腐蚀的材料。如果表面采用涂料、喷漆或电镀工艺来防水和防腐蚀，应注明零件、防护层的材料和加工工艺，并注明使用寿命和使用要求。

机架和走行部组成的各零部件所用材料要符合GB 1591—88、GB 699—88、GB 700—88中的规定，并对主梁材料的化学成分进行检查，出具质量检验报告。

4.1 焊接处理

车架焊接应选择合理的焊接方法、焊接材料和焊接工艺参数等，并合理确定焊接坡口。通用技术要求如下：①各零部件的制造应严格按照相应的图纸要求；②板材下料采用数控火焰切割机切割，并经机械校平或人工矫正；③板材压型后，其减少的壁厚不得大于原壁厚的10%，并不得有裂纹、皱折和过烧等缺陷；④车架和梁所有的焊接接头和焊接坡口均应通过机械加工来实现；⑤所有对接焊缝两端都要加设引弧板、熄弧板；⑥车架和诸梁组焊前、后均应除锈，其焊接要按照GB/T 985—2008和Q/ZB 74中的相关规定进行，阻焊完成后，需采用合适的方法消除内应力；⑦车架、诸梁及有关零部件的机械加工表面、非加工表面棱角要打磨修钝；⑧材料不够大时，允许选择合适坡口对接，但应对接牢固；⑨对接焊缝在车架、车梁某处只能是一条，即对接焊缝应相互错开，并选择合理的对接处。

4.2 涂装处理

为了提高设备油漆涂装质量，钢结构件在涂装前应进行磷化处理，主要工艺流程如下：

机架等大型构件：钢板、槽钢、角钢等型材进厂→抽检→抛丸清理→下料→焊接→清理→磷化处理→涂防锈漆。

小构件（≤2 000 mm×2 000 mm×10 mm）：钢板、槽钢、角钢等型材进厂→抽检→抛丸清理→下料→焊接→磷化处理→涂防锈漆。

按铁路机车车辆工艺要求，涂装一遍H06-2铁红环氧酯底漆和3遍丙烯酯聚氨酯瓷漆，涂层厚度50～60 μm。该配方为成熟的“三防”（防湿热、防盐雾、防霉菌）工艺。

5 设备安全与防护

5.1 防误操作

在架车机的设计中，要设有误操作诊断功能，故障显示语言要通俗易懂。系统要具有各种失效、误操作保护措施，包括：①“上升、下降”单项保护。在联动操作时，电气线路通过对“上升、下降”的互锁，保证其只能向上或向下一个方向运作。②设置上工作限位和下工作限位。③当一台单机上的同步传感器失效时，PLC根据同步传感器输出信号的异常立即发出信号，使其他架车机停止工作，以保护系统，防止车辆倾覆。④当因某种原因造成电机转动而载重螺杆卡死不转时，PLC根据同步传感器输出信号的异常，将指令传递给控制系统作切断操作，并报警，避免被架车辆倾覆。⑤当选择组合联动操作后，如果出现的不同步范围超过一车为任意二柱6 mm，相邻二车为任意二柱6 mm，三车为任意二柱8 mm时，电气控制系统自动进行调整。如果在设定的调整时间内架车机组起升或下降还未同步，电控系统就会在自动切断电机电源的同时，通过声音报警提醒现场工作人员。⑥当主接触器失效时，PLC根据主接触器辅助触点输出信号的异常情况。⑦辅助接触器误操作或失效时，PLC能进行监控、保护。

5.2 环境防护

要使设备适应自然环境，可采取以下防护措施：①移动式架车机配套使用的所有电气元件、部件，包括控制台连接使用的电缆均选用适合湿热环境的产品，各种电线采用阻燃、无毒的产品；②所有机械紧固件均选用经镀锌钝化处理的产品，导电紧固件需具有良好电镀层；③设备机械相对运动的部位都要采取相应的润滑措施。

5.3 电气防护

整套设备具有可靠的接地、接零保护，端子板采用优质绝缘材料，同时具备电机任意两相短路保护功能，A、C两相对地短路保护功能，电动机的过载和过热保护功能以及任意一点的保护接地功能。柜门设机械闭锁、电气闭锁，台柜内照明设施齐全。

6 结束语

综上所述，我们要严格把控架车机的设计和使用。为了加快铁路机械设计技术的发展步伐，保证架车机产品的质量，提高架车机的耐久性和可靠性，延长工件的使用寿命，在设计架车机时，要注重对细节的把握，全方面考虑架车机在使用中出现的各个方面的问题。在加工时，要注重具体的流程环节，仔细研究工艺技术对架车机质量的影响，从而在不断的实践中发现规律方法，最终实现提升架车机性能和质量的目的。

参考文献

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〔编辑：王霞〕