GMC96B型钢轨打磨列车动力车电气系统开发研制

陈留金，苗素云

（中车北京二七机车有限公司工程机械研发中心，北京100072）

GMC96B型钢轨打磨列车动力车电气系统开发研制

陈留金，苗素云

（中车北京二七机车有限公司工程机械研发中心，北京100072）

介绍了七节GMC96B型钢轨打磨列车，阐述了该列车动力车（简称A车）电气系统。该系统联合CAT公司、VOITH公司及Rexroth公司，完成列车双模式牵引系统；联合法国SDMO公司及英国F.G.WILSON公司，完成动力车、宿营车及非打磨作业车风源系统的供电；联合北京东风机车电器厂、中铁咨询公司，实现了列车动力牵引PLC网络控制。最终较好地实现了GMC96型钢轨打磨列车动力车电气系统的开发研制。

GMC96B型钢轨打磨列车；动力车；牵引及供电；电气系统；开发研制

随着我国铁路事业的跨越式发展，特别是越来越多的高速动车组投入运行，对铁路钢轨状况提出了更高的要求，现有进口的8、16、32及48头打磨列车已不能满足要求。在铁道部的主持下，中车北京二七机车有限公司（简称BRE公司）与瑞士SPNEO公司通过技术引进与合作生产共同研制96头打磨列车（GMC96型钢轨打磨列车）。BRE公司主要承担动力车的研发，SPNEO公司主要承担打磨作业车研发，其中又有中间环节的联合研发工作。

钢轨打磨列车是对钢轨轨头进行打磨，以消除钢轨波磨、侧磨、擦伤、剥离、飞边等缺陷，从而恢复轨头工作部分的设计形状，提高轨面平顺度、改善轮轨关系的专项修理机械，也可用于预防性打磨。钢轨打磨能够延长钢轨使用寿命，提高轨道平顺性，减少列车运行躁声，降低能耗，并提高旅客列车的舒适度，确保列车安全运行，是各大干线、提速线路和客运专线安全运行不可缺少的设备。

1 GMC96B型钢轨打磨列车概述

GMC96B型钢轨打磨列车由7节车组成，按功能分为A、B、C车，其中A车为列车的动力车，B1、B2车为带司机室的作业车，C1、C2、C3和C4车为作业车。列车组成如图1所示的B1+C1+A+C2+C3+C4+ B2，是目前国内外市场上打磨头数量最多的钢轨打磨列车。其中A车为列车运行提供动力。A车由两个动力转向架、车体、车架、两台柴油发动机、主传动系统、作业运行液压传动系统、辅助传动系统、冷却系统、电气系统、制动系统以及辅助发电机组等组成。B车与C车为打磨作业车，每节车安装有16个打磨头，整车总计96个。其中B1和B2车带有司机室。打磨作业时，打磨供电系统分别由安装在C1、C2及C4车的柴油发电机组为B1+C1、C2+C3及C4+B2车供电；非打磨作业牵引时，A车的柴油发电机组为打磨小车作业的风源系统提供交流电力，直流电力由安装在B1和B2车的蓄电池提供。

图1 CMC96型钢轨打磨列车示意图

2 动力车（简称A车）电气系统

动力车电气系统包含供电及PLC网络控制两部分，实现了整车的双模式牵引运行及辅助交流供电。

所谓双模式牵引系统，即配有两台CAT 3512B型柴油机，每台柴油机带动一台Voith L520型液力传动箱，其中一台传动箱配有静液压低恒速控制系统。两套传动系统互为备份。在低速行驶或打磨作业时，单台柴油机、传动箱工作。高速行驶或者单台功率不够时两台同时工作。整车牵引系统工况分为无打磨作业牵引与打磨作业低恒速牵引。在无作业牵引时传动箱直接带动万向轴工作，在低恒速作业时柴油机直接带动力士乐静液压系统工作，实现低恒速0~15 km/h运行。

2.1 供电系统

2.1.1 直流供电系统

A车装有两台108 kW的辅助发电机组，为本车供电、为作业车提供泵风用电，分为交流及直流供电。

列车直流供电系统由4组24 V蓄电池及交流变压整流供电组成。

A车直流供电系统有两组蓄电池。A车两台柴油机启动电源由1组NM360AH蓄电池提供，采用交/直隔离电源充电方式完成柴油机启动；通过A车电器柜内的三相变压器及整流装置完成A车直流供电及整列车照明直流供电，另一组蓄电池采用浮充电形式，可根据季节及环境适当调节发电机组输出或变压器抽头实现直流电压的修订。

安装在B1和B2车2组蓄电池及安装在电器柜内的变压整流系统共同完成列车打磨系统的直流供电，蓄电池采用浮充电形式。

2.1.2 辅助交流供电系统

动力车配置2台P135英国威尔逊辅助交流发电机组（380 Vac、50 Hz、108 kW），BRE与SPENO双方确定了辅助交流系统供电方案。该机组为动力车提供辅助交流电力，为工作间、材料间及维修间提供辅助交流电力，为联挂的宿营车提供交流电力；在无作业牵引工况，机组为作业系统提供辅助交流电力；在低恒速打磨工况，作业系统辅助交流电力由作业发电机组提供。两台辅助交流发电机组互为备用。供电方案图见附图2（作业车以B1、C1为例，其他作业车相同）。

图2 GMC96B型钢轨打磨列车辅助交流供电系统

2.2 动力牵引PLC网络控制系统[1-3]

GMC96B型钢轨打磨列车牵引控制系统核心是PLC网络控制系统，其硬件采用三菱可编程逻辑控制器（PLC）。整套系统由四台PLC、若干PLC功能模块、两台触摸显示屏与一台调速模块组成。其中两台PLC与若干功能模块安装在A车，称为APLC与AFPLC.APLC为整个系统的主机，AFPLC为APLC故障情况下的备份。另外两台PLC与触摸显示屏安装在B1、B1车，称为B1PLC、B2PLC.整个系统组成如图3所示。

图3 控制系统连接示意图

GMC96B型钢轨打磨列车采用PLC网络控制系统以内燃机车微机控制理论为基础，专门为GMC96型钢轨打磨列车研发设计。为增加可靠性，系统采用三级工况，不完全依赖于网络。三级工况为：（1）CCLINK总线传输最优控制：司机的控制指令通过总线传递，并最终实现各部件最优控制，进行列车正常运行和可靠作业。（2）APLC自动控制：为提高列车运行的可靠性，考虑到可能出现的干扰造成CC-LINK总线通信传输故障时，APLC将部分功能转换为自动控制，仍然可以在列车两端的B1或B2司机室操作，实现打磨作业和列车牵引。（3）AFPLC应急控制：在APLC发生故障情况下作为备用控制部件，快速切换到AFPLC控制，停止作业，维持列车的正常牵引，脱离作业现场。对电气系统、柴油机系统以及传动箱故障实时进行自动诊断，实施保护，并通过触摸屏及司机室内蜂鸣器进行提示。同时记录故障类型、故障发生时间及相关状态数据，为故障处理提供信息。通过CAN总线，实现与力士乐液压控制系统的通信，在作业工况下实时监视低恒速机构的工作情况。同时通过力士乐控制器，将卡特柴油机组的重要参数传递至APLC，APLC将数据通过CC-LINK总线传递至B1、B2PLC并在触摸屏上显示。采用MODBUS通信总线实现作业发电机组的运行状态及参数的监视。

PLC网络控制系统主要完成的功能有：两台液力传动箱加载、力士乐低恒速系统的自动合齿、工况转换、辅助控制、通讯及自诊断。

PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同。随着电子技术的发展，PLC以其高可靠性越来越广泛的应用于工业领域。GMC96B型钢轨打磨车采用三菱FX3U系列PLC.

3 结束语

GMC96B型钢轨打磨列车动力车采用集成创新和消化吸收再创新的方法，联合CAT公司、VOITH公司及Rexroth公司，完成双模式牵引系统的通信及控制；联合法国SDMO公司及英国F．G．WILSON公司，完成供电系统的通信及控制；联合北京东风机车电器厂、中铁咨询公司，采用列车PLC网络控制技术，采用成熟可靠的国际知名品牌PLC网络通信系统，采用CAN通信及RS485通信系统，实现列车交流系统供电网络、直流系统供电网络及列车电气控制系统，最终实现GMC96B型钢轨打磨列车动力车电气系统研制。

GMC96B型钢轨打磨列车共完成了二十余列订单，在研发过程中，BRE先后成功解决了传动箱合齿困难、力士乐低恒速误差超标、列车网络通信不可靠、风源系统工作异常及列车制导系统不可靠等问题，BRE独立及配合SPENO成功进行了各项调试及试验，双方先后进行了部分完善，目前电气系统总体运行情况良好。

[1]LI Xue-min，MA Xiu-zhen，LI Wen-hui.Development and Test Research of New Diesel Engine Electronic Speed Gover nor System for Power Station[J].Chinese Internal Combustion Engine Engineering.2008，39（6）：81-84.

[2]路向阳.我国列车网络的发展与应用[J].机车电传动，2001（4）：16-20.

[3]常振臣，牛得田，王立德，等.列车通信网络研究现状及展望[J].电力机车与城轨车辆，2005（03）：60-65.

Development of Electric System for GMC96BRail Grinding Train Power Car

CHEN Liu-jin，MIAO Su-yun
（Beijing Zhongche Locomotive Co.，Ltd.，27 Mechanical Engineering Research and Development Center，Beijing 100072，China）

In this paper，the seven section GMC96Btype rail grinding train is introduced,and the electric system of the train（A）is described.This system combined with CAT company，VOITH company and Rexroth company，to complete the dual-mode traction system；combined with the French SDMO company and the British company F. G.WILSON，to complete the power car，camping vehicles and non car air supply system of the grinding operation power supply；Beijing Dongfeng Locomotive Electric Appliance Factory，iron consulting firm，realized the train traction power network control PLC.In the end，the development of the electric system of the GMC96 rail grinding train power vehicle is realized.

GMC96Brail grinding train；power train；traction and power supply；electrical system；development

U216.65

A

1672-545X（2016）11-0122-03

2016-08-02

陈留金（1985-），女，江西瑞昌人，本科，工程师，主要从事钢轨打磨车、接触网多功能综合作业车，地铁检测车等项目设计研究工作；苗素云（1964-），女，北京人，本科，高级工程师，主要从事钢轨打磨车、内燃调车、出口内燃机车等项目设计研究工作。