单轨转向架换轮平台控制系统设计

张 腾，夏 青

（重庆机电装备技术研究院有限公司，重庆 401123）

单轨转向架换轮平台控制系统设计

张 腾，夏 青

（重庆机电装备技术研究院有限公司，重庆 401123）

单轨换轮装置的分离是单轨车辆维护中的重要环节，通过将转向架与车体分离，从而完成轮胎的定期充气、检查及更换。主要介绍换轮转向架换轮工作原理、工艺流程及控制系统设计。

单轨；转向架；换轮；控制系统

0 引言

在城市轨道交通系统中，跨座式单轨交通是一种典型制式，具有线路占地少、线路构造简单、转弯半径小、舒适性高、景观性好等特点，尤其适合山地城市、地形复杂城市和建筑集中度高的城区和城郊。随着重庆轨道交通的大力发展，单轨车次及车辆数逐步增加。在单轨车辆的维护中，因列车采用橡胶轮胎，磨损较大，需要定期对轮胎进行充气、检查，查看轮胎是否需要更换，换轮任务繁重。国内外均有类似设备，但国外设备价格昂贵，存在设备供货周期长、设备维护不便等诸多问题。因此，开发可靠性高、简便、高效且易于维护的转向架换轮平台势在必行。

1 换轮平台组成及工作原理

换轮平台由沉降梁、沉降梁旋转机构、沉降梁定位插销机构、升降机构、升降平台、水平保持机构、平台定位插销机构以及车体支撑装置组成，包含驱动装置、防护系统、控制系统及辅助系统四个子系统，如图1所示。

系统采用液压油缸进行驱动，由于油缸的作用，铰链机构作圆周运动，并带动沉降梁作以滑动轴承为中心的圆周运动，把油缸的直线推动运动转化为沉降梁的圆周运动。

换轮前，启动液压工作站，电控系统根据传感器反馈信号判断沉降梁、支撑装置和各插销位置是否准确，对不正确位置进行复位后，发出车辆准许进入信号。换轮时，单轨车辆首先进入沉降梁位置，由架车装置支撑单轨车辆，驱动升降平台将转向架及沉降梁本体下降至指定位置，进而控制液压系统输出转矩及转速驱动沉降梁旋转45°工位，与维修工位轨梁对接，从而使换轮得以实现。水平保持机构、锁紧机构、限位缓冲机构用于旋转梁旋转到位后的定位、锁紧及缓冲，用于保证系统的精度及安全。

2 换轮工艺流程

在充分了解并掌握转向架结构特点和组成的基础上，拟订了转向架与车体相分离及换轮工艺流程，如图2所示。

3 控制系统设计

采用静液压的方式传动具有结构紧凑、操作简单、传动平稳等优点，能很好地满足转向架分离装置的工作要求。换轮装置中比较重要的是平台升降机构，主要承受来至沉降梁、平台以及转向架等的载荷，采用两个单级同步液压油缸驱动，升降距离约为2200mm。升降时，整个机构要求冲击小、并确保定位准确。为保证平台的水平位置，机构同时采用了水平保持机构来进行刚性同步，从而保证平台在做上下运动时保持水平同步。

图1 系统结构图

图2 换轮工艺流程

当液压站启动以后，油箱里的液压油由液压泵经过高压过滤器打入液压系统回路，为转向架分离装置的各个运动提供动力。系统压力由电磁溢流阀的设定值决定。各个液压回路通过电磁换向阀的运作，来实现各自要求的功能。

3.1 换轮装置的升降运动

转向架分离装置的升降运动主要是操作两个单级同步油缸来完成的。上升运动，如图3所示，当两个比例电磁阀开启左位，油液经过液压锁进入液压缸油路，液压缸位移传感器反馈信号，经过比例阀放大器，控制两个比例阀的开口，从而使得两只缸完成同步上升动作。系统上升油路2位2通电磁换向阀为油缸上升辅助调速功能，常位为常开，控制其为右位时，上升油液经过节流阀节流。压力补偿器保证比例阀进出口的压力差，使得其不受油缸负载变化的影响。序号13为液压锁，比例阀不运作时油缸能自锁在某个位置。下降运动：比例阀切换到右位，油缸开始下降，序号24为节流阀，辅助调节下降速度，同时提供回油路背压。在断电等紧急情况下，本系统设置了紧急油口，保证该装置的正常升降。

图3 转向架分离装置升降运动液压回路

3.2 换轮装置的旋转运动

转向架分离装置的旋转运动主要由一个数字油缸来完成驱动，如图4所示。液压系统主要有比例阀、压力补偿器等组成。比例阀主要控制数字缸的转速，在各时间段通过比例控制器对数字油缸伸缩速度进行控制，就可以实现满足要求的沉降梁匀速转动。配置的压力补偿器主要对比例阀进出口（P—A，P—B）进行保压，使得数字缸的负载对比例阀无影响，确保比例阀控制的准确性。

图4 转向架分离装置旋转液压回路

3.3 换轮装置的插销运动

为确保转向架分离装置的升降定位和旋转运动定位，本套液压系统采用了插销机械精确定位。而各个插销的运作则均由插销液压缸来完成。如图5所示，液压系统设置了旋转定位插销和平台插销。当旋转油缸完成旋转运动后，油液经过电磁换向阀的换位进入两个旋转定位插销缸，完成旋转插销定位。旋转插销缸的运作速度由进油和回油路上的单向节流阀无级可调。同理，水平插销的运作是在转向架完成上升后进行的，四个插销经过电磁阀的换位同时推动水平插销完成水平机械定位，确保了转向架的安全。四个水平插销速度也是无级可调的。

3.4 电气控制系统设计

根据换轮装置的作用、功能及要求，进行了相应的电气控制系统的开发与设计。

电气控制系统主要有控制柜与操作台，以控制液压泵站的工作、阀的动作、油缸行程控制、运动机构的位置检测及控制、相关的信号指示等。操作台设置在八字形中央，立式按钮结构，由簿钢板、钢管焊接而成。

控制系统。控制系统采用可编程控制器（PLC），配合各位置检测开关和执行元件，保证系统的可靠性、稳定性、安全性及调试的方便性。

图5 转向架分离装置插销液压回路

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旋转驱动及定位。采用模拟量输出模块（-10V～+10V）驱动数字伺服缸，保证运行的平稳性，并采用高速脉冲计数模块，配合减速位置开关，确保定位的准确性和平稳性，使其定位精度满足与PC梁对接时的左右错位不大于3mm。

升降台上下。为了克服运行速度的变化及到位的平稳，在中间增加检测开关，配合液压系统，使升降台的速度可变，到位平稳。

油压检测。用压力继电器检测液压系统的压力，确保压力到达后才能进行转向架分离操作；并在操作中，由于压力失压，可停止操作，保证系统的安全性。

操作。可分别操作各个油缸单独动作，也可按换轮工艺进行分步自动操作，可适应各种操作的要求；且在操作时由PLC自动确定操作的可行性（例如没有拔销时，不能进行旋转或升降操作）。

状态显示。对各种运行状态和位置进行显示，以便操作者及时、清楚地了解设备的情况。

4 结论

本系统运用高精度电液比例控制技术及双缸同步控制策略、精确回转定位及安全自锁等关键技术，具有位置状态的检测和多种安全保护装置，以确保人员、车辆和设备的安全。经过单轨转向架换轮现场作业测试运用，系统高效、可靠，完全满足单轨车辆车体与转向架分离和转向架的换轮作业要求。该装置的研究实现，对助推轨道交通站场关键装备国产化、本地化具有重要意义。

[1] 易孟林.电液控制技术[M].湖北:华中科技大学出版社,2010.

[2] 丁又青.液压传动与控制[M].重庆:重庆大学出版社,2008.

[3] 张利平.现代液压技术应用[M].北京:化学工业出版社,2009.

[4] 周翊民.城市轨道交通的系统选择及其装备的国产化[J].城市轨道交通研究,2001,4(3):1-6.

Design of control system for change-wheel bogies platform in monorail train

ZHANG Teng, XIA Qing

TP271

：B

1009-0134(2017)03-0043-04

2016-12-23

张腾（1988 -），男，重庆人，硕士，研究方向为自动化控制和嵌入式系统。