大轴重车辆通用救援起复技术创新办法研究

柳自峰+王学峰+赵世超

摘 要：铁路运输在神华集团物流中占有举足轻重的位置。运输机车、车辆种类繁多，车体构造差异性大，现有救援设备无法实施救援作业。由于现有起复救援设备主升缸吨位及配置、横移吨位及距离等结构和技术参数、作业速度等方面不能满足对救援设备的救援作业要求，对需多顶点起复C80、KM98多节车辆无法多顶点协同作业。为了应对列车的快速救援、快速起复，在确保安全救援的前提下，特为此研究了列车的快速救援起复的办法。这种新的救援起复办法彻底解决了列车出现大范围脱线事故时千斤顶无法安置的问题和快速起复的问题。节省了铁路救援时间，提高了工作效率，同时也排除了在起复救援过程中车辆不稳定的问题。该办法适用于单节或多节列车的大范围脱线事故救援。

关键词：列车；顶点；起复救援；四缸筒部；垫块；横移梁；横移车；C80列车

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.21.022

1 概述

C80型列车轮对两侧的顶点不适合用于起复车辆，因为该顶点紧靠车辆轮对中间的弹簧箱，该弹簧箱的下端面已经接近钢轨上平面，这给救援设备中的横移梁放置和横移车的大范围运行（300-500毫米）产生干涉。另外车辆的脱线带有不可预期性，脱线距离不可能事先预定，这就要求横移车在救援过程中必须保证一次安装就能够大范围的横移，以提高救援效率。通过现场测量与论证，要将救援设备的顶点放置到轮对与配重箱之间就能解决一次安装就可以大范围横移的问题，该处正好对应车厢两侧的加强立筋，这样就能起复C80（满载）列车。但该处的侧边梁无加强顶板，要将该侧边梁内填实才可以起复重载车辆。为此设计一个能快速拆装的填充垫块来解决问题。

采用先进的液压泵站，选取四个顶升缸，避免传统复轨器的支点不足，至使复轨时发生侧翻，利用机械控制技术实现同步起复。结合线路复杂、天气不良等情况容易引发的救援复轨失败原因，强化横移梁、勾链锁实现复轨设备安全可靠，复轨一步到位。

2 C80列车顶点偏置研究

通过实地考察试验，C80列车的原顶点设置在弹簧箱外侧，弹簧箱的下端面紧靠钢轨的上平面，中间的距离过于狭小，无法安装横移车的卡座体，使列车顶起后横移复轨受到限制，无法完成起复作业。在C80列车两侧配置箱和车轮弹簧箱中间有较大的设备安装空间，充分力利用该空间，可以快速的安装液压起复设备，只要设计一个可以快速拆装的填充垫块对侧边梁空腔进行填充，就能满足快速救援起复C80（重载）列车的侧边梁强度要求。

快速拆装垫块设计图如下。

图示说明：

垫块为分体式垫块，分为上垫块1和下垫块2， 首先将上垫块1安放在侧边梁3内，再将下垫块2放在上垫块1的下方并对其两个端面，然后将垫块正对车厢立筋，安装完成。

3 连体列车（满载）平稳起复研究

3.1 四缸同步起复作业

C80列车多数为两节连体车辆，列车脱线后中间无法顺利脱开，只能将连体处的两个相邻的轮对同时进行起复作业，常规的单节列车的单缸起复已经无法对事故列车（满载车辆）进行救援，只能使用4支油缸对脱线列车进行同步起复，方可快速的起复救援。将4支顶升油缸分别安装上述2所描述的位置，通过同步控制平台，控制4支油缸同步进行顶升作业，然后根据脱线距离控制横移车进行同步有序复轨作业。

3.2 单缸作业与4缸同步作业的优缺点对比

常规的单缸起复无法满足对C80（满载）列车的起复救援作业，因为是满载列车，单缸起复时车辆不平稳定，容易造成救援事故，另外单缸起复时，顶点处所受的应力过大，容易对顶点处造成破坏。4缸同步作業是将4支油缸分别置放在车辆连体处得四周，这样解决了列车在起复过程中的平稳问题，同时也解决了车辆在起复过程中的溜滑问题，降低了顶点处得应力过大问题，给快速起复救援带来技术保证。

4 四缸同步控制系统研究

4.1 四缸同步电控系统研制背景

由于液压起复救援机具广泛适用于桥梁、隧道、山体、建筑物等狭小空间的机车复轨作业，尤其对电力机车实施复轨作业时省去了拆线及复轨后重新架设线路的复杂施工过程，受到液压起复救援机具施工单位好评。现有救援机具采用的液压起复机具，在救援作业时必须有人靠近事故车辆附近观察设备运行情况，并指挥操作人员对油泵手动进行操作，整个过程繁琐，易产生二次事故。为确保铁路运输工作的安全高效稳定，面临事故列车救援起复能够做到快速恢复，适应铁路“大运量、高密度”的生产方式，保证事故列车能够及时快速救援起复，有效节省救援时间，提高工作效率。特此研制了四缸同步电控系统。设备适用于单节或多节车厢的一般脱轨事故的救援起复作业。

4.2 四缸同步电控系统详解

电气控制系统组成部分：该电控系统包括PLC控制系统、人机界面监控、外围电路、遥控器、信号单元、摄像装置六部分。

4.2.1 PLC控制系统

PLC是可编程控制器的一种缩写，是一种新型的通用自动化控制装置，它将传统的继电器控制技术、计算机控制技术和通讯技术融为一体，具有控制功能强、可靠性高，抗干扰能力强，使用灵活方便，易于扩展等优点，本系统使用PLC为控制核心，结合各类外围I/O扩展、模拟量扩展完成系统的控制。

4.2.2 人机界面监控系统

人机界面（简称HMI），又称用户界面或使用者界面，是人与计算机之间传递、交换信息的媒介和对话接口，它实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换。通过界面我们可以看到系统内部阀门运转情况、车辆升起高度、系统压力等各类参数。

4.2.3 外围电路

外围电路部分是本系统的动力提供、执行部分，同时也具备短路、过载保护功能，它将PLC系统发出的信号一一执行，使系统安全平稳运行。外围电路细分可分为电动机电路、PLC中间继电器电路以及DC24V电路三个小部分。endprint

4.2.4 遥控器

遥控器部分分为遥控器本体和手持遥控器两部分，遥控器本体接收手持遥控器发送的无线信号，内部电路动作后将信号传入PLC系统，操作者可以通过遥控器在远方控制本系统，便于操作者能在更合理的位置操控本系统。

4.2.5 信号单元

信号单元包含四套光学（激光）位移传感器和四套无线发射装置以及一套无线接收装置，光学位移传感器实时检测大轴重车辆的升起位移情况，无线发射装置将位移信号发射，并由无线接收装置接收并传送到PLC系统。

4.2.6 控制原理

固定于横移车上的光学检测系统，不间断检测顶升油缸的升起位移信息，无线信号发射装置将检测信号发射并由无线接收器接收传输至PLC控制系统，控制系统采集到四路信号后，在每个采样周期内进行运算处理，输出控制指令，驱动外围电路控制液压换向系统工作，系统的采样周期为100ms，使得电控系统能快速响应，这就保证了起复设备的同步安全运行。

4.2.7 系统优点

控制方式先进：传统作业方式为人工手动操作阀门，操作繁琐，现升级为电气自动控制系统，控制方式先进，操作简单，灵活方便。

实现同步升降：本系统自动控制大轴重车辆同步升降，升降过程中无需人工操作，全程实现自动控制。

配备位移检测信号装置，实现无线接收：配备光学位移传感器，实时监测大轴重车辆的升起位移情况，位移信号与控制柜实现无线通讯，通讯最远可达3KM，无需现场布线，避免了现场布线的繁琐和出现线路故障的隐患。

可远程遥控操作设备，灵活方便：配备遥控器，操作者可手持遥控器现场灵活操作，操作者可以在更合理的位置对系统进行操控，这样大大方便了现场救援。

4.3 四缸同步电控系统研制目的

主要目的是解决传统的起复救援设备不能精确控制起复车辆，传统的起复救援设备主要是依靠人眼观察，这难以保证起复设备的同步性能，该电控系统解决了传统的技术难题，利用高精度传感器控制车辆同步起升。该系统从根本上解决了传统的起复设备需要人眼观察的弊端，能够准确的判断和控制车辆同步起复，同时救援人员在救援过程中可以远离事故车辆，提高救援作业的安全性。该实用新型的技术效果明显，在使用过程中，能够准确的判断车辆起复高度，同时也能够控制车辆同步起复。

5 横移梁置放角度研究

横移车跑偏是一直困扰起复救援设备的问题，在过去的救援设备中不论是单缸起复还是多缸起复，始终是没有彻底解决横移车跑偏问题，通常的做法就是将横移车进行刚性限位，硬性的将横移车束缚在横移梁上，表面看来是限制了横移车跑偏，但实际是整个顶升机构在横移运行过程中发生了位移或倾斜。要进行大范围的脱线救援时，横移车跑偏问题会明显的凸显出来，即便是在横移车或横移梁上做上硬限位，也是没有从理论上解决该问题所在，只是表面看起来横移车没有跑偏，仔细观察会发现，整套顶升机构产生了滑动位移或者顶升缸产生倾斜现象，这是救援作业的严重隐患，当整套顶升机构对地面的摩擦力大于顶升缸顶点对于车辆的摩擦力时，该位移将发生在顶升缸顶点和车辆之间，一旦发生滑动位移，将使救援作业中途停止，耽误宝贵的救援时间，当该处的滑动位移过大而又未被及时发现时将导致车辆突然间从顶点处脱落，造成救援事故。

理论分析如下：

车辆在被顶升后横移时，是围绕着另一端的芯盘转动，被顶升端的横向运行轨迹就是以另一端的芯盘中心为圆心，顶点和芯盘中心为半径所画的圆弧。横向运行的轨迹并非垂直于钢轨。

通过理论分析与优化，C80型车辆在救援时将横移梁向另一端芯盘位置倾斜12°是最理想的圆弧轨迹切线方向，在该方向放置横移梁，能够杜绝横移车的跑偏现象，解决了硬限位所带来的隐患。

6 结论

通过理论研究和实际验证，列车救援过程中，使用创新办法：4支油缸的同步作业，横移梁合理的置放角度，填充墊块的快速安装，彻底解决了常规单缸起复作业的弊端，为快速起复救援作业奠定了充分的技术保证。

参考文献：

[1]中华人民共和国铁路行业标准TB/T3123.1-8-2005

[2]李创.铁路安全救援设备发展分析[J].铁路科学院信息研究所.

[3]廖常初.S7-200PLC基础教程（第二版）[M].北京：机械工业出版社，2009.

[4]王永华.现代电气控制及PLC应用技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.endprint