车辆段架车机的选型及设计

2018-06-11喻晓

铁路技术创新 2018年2期

■ 喻晓

1 选型原则

随着城市轨道交通的迅猛发展，我国地铁交通也呈快速增长趋势，许多城市新建或续建地铁工程，修建了多条地铁线路，并采购了不同类型和编组的地铁车辆。

固定式架车机（简称UFLS）是车辆的重要架修设备，用于轨道车辆固定台位的架车作业，可对一单元列车或一编组列车在不摘钩状态下进行同步架车作业，也能在摘钩状态下对单节车进行架车作业。固定式架车机在车辆检修中能起到减少检修车辆停运时间、降低检修成本和提高检修质量等作用[1]。

固定式架车机具有列车整体升降、转向架升降和车体升降3种基本功能（见图1）。

图1 固定式架车机列车升降功能

在实际工作中，需根据不同类型和编组应用，对固定式架车机进行选型。良好的选型可使地铁线网最大限度实现对不同类型和编组车辆的架车，达到降低投资、资源共享的目的。设计统型也可使地铁线网内标准统一，降低维护成本，对线网后期运营有较大影响。具体选型原则如下：

（1）适应本线路车辆架修条件，满足检修需求，适当留有储备和发展余地；

（2）兼容其他线路车辆架修，考虑有利于资源共享；

（3）统一标准，降低后期运营维护成本；

（4）符合国家产业政策，支持设备国产化率的要求。

2 满足车辆要求选型

地铁车辆依据客流量，通过车型和编组选择，使其满足线路运营载客量需求。根据《城市轨道交通建设标准》规定，分为A、B、C、D型车，地铁线路通常采用A、B型。

2.1 技术参数

A、B、C型车技术参数见表1；A型车与固定式架车机台位的对应尺寸见图2。

由表1、图2可知，不同类型车在车辆定距、转向架轴距、相邻两车转向架中心距、车辆长度、车体架车点的参数均不相同，单一类型固定式架车机无法同时兼容不同车型。因此，定修车辆段只需配置适应本线路车辆固定式架车机，而大修车辆段需多种类型的固定式架车机。

2.2 编组方式

地铁车辆依据客流量选择编组方式：客流量大的线路采用8节编组方式，客流量较大的线路采用6节编组方式，客流量小的线路采用4节编组方式。

1个编组通常由2或3个单元车辆组成，每个单元又有A、B、C等3种车型，通过半自动车钩或半永久牵引杆连接而成。A为带司机室拖车，即列车的首、尾两节车厢；B为带受电弓动车；C为不带受电弓动车。自动车钩（=）安装在A车的1端，用于跟其他列车或牵引、救援车的连接；半自动车钩（-）通常用于2个单元间车厢的连接，便于拆解；半永久牵引杆（*）用于同一单元内各车厢的连接，不便于拆解[2]。

车辆架车作业有2种方式：

（1）对地铁进行局部解体，进行单节、单元的车辆架修。单节车架车前事先需拆除半自动车钩和半永久牵引杆，费时费力。单元车架车前仅需拆除半自动车钩。

（2）不解体对整列车进行架载，无需拆除，效率最高。

通过对比发现：1编组不解体架车作业效率最高，1单元架车作业效率其次，单节架车作业效率最低。因此，选择编组方式中，选择作业效率的高低，决定了固定式架车机的组成。

表1 A、B、C型车技术参数

图2 A型车与固定式架车机台位对应尺寸

2.3 选型要求

车辆对固定式架车机选型的要求如下：

（1）不同的车型无法兼容架车，车辆段需要配置相应车型的固定式架车机；

（2）在场地容许的情况下，尽量按编组的方式选型，编组数大向下兼容编组数小的设计；

（3）在场地不容许的情况下，尽量采用按单元方式设计；

（4）按单元方式设计要考虑兼容四节车等非常单元的架车需求；

（5）同类固定式架车机的车体架车点必须标准统一。

3 满足技术需求选型

3.1 转向架作业需求

目前，国内的固定式架车机主要分为柱式和悬臂式2种设计方式。由于地铁车辆架修作业需要将转向架与车体分离并移出，因此，转向架举升机构采用悬臂式方式，车体举升机构采用柱式方式。

3.2 转向架举升机构同步需求

转向架举升机构由4个举升柱组成，相邻的2个举升柱共同支撑1个活动轨桥，通过轨桥对车辆进行直接举升（见图3），举升同步方式有2种：

图3 转向架举升机构示意图

（1）独立驱动，机械同步。每个转向架举升柱分别由1台电机驱动，相对的2个电机由万向轴联接，实现横向举升同步。由相邻的2个举升柱共同支撑1个活动轨桥，确保纵向举升柱纵向举升同步[3]。常见型号有Windhoff固定式架车机。

（2）集中驱动，速度同步。每个转向架举升单元采用“工”字形连接同步，4个转向架举升柱由电机驱动，通过万向轴联接4个转向架举升柱，由于速度一致，可实现举升同步[4-5]。常见型号有Pfaff、Neuero、青岛四方等固定式架车机。

对比发现，转向架举升机举升同步方式采用“工”字形连接简单，同步一致性好。同时，采用双电机冗余驱动的方式也更安全。

3.3 控制需求

固定式架车机控制系统一般由可编程逻辑控制器（PLC）、触摸屏或显示屏、操作台、控制柜、举升单元柜等部分组成，通常有单PLC、双PLC、安全PLC等3种控制方式[5]：

（1）单PLC控制方式结构简单，但不能避免主机失控时设备不安全运行的隐患。

（2）双PLC控制方式结构复杂，安全可靠，但线路冗余大。通常设有2台PLC，1台PLC为主控机，负责设备运行和操作，1台PLC为监控机，同时读取设备各类信息，并监控主控机、现场总线的状态，可在异常情况下及时有效停止整个设备运行（见图4）。

（3）安全PLC方式线路冗余小。安全PLC内部所有元器件采用冗余结构，2个处理器处理时进行交叉检测，每个处理器的处理结果储存在各自内存中，只有处理结果完全一致时才进行输出，如果处理期间出现任何不一致，设备立即停机，可有效避免双PLC控制方式中当现场总线崩溃后监控PLC无法工作的隐患。

图4 双PLC控制系统方式

通过对比，控制系统首选安全PLC控制，其次双PLC控制，不推荐单PLC控制的方式。

4 满足操作使用需求选型

4.1 操作界面需求

固定式架车机人机界面通常有仪表盘和触摸屏2种操作方式。仪表盘操作方式一般用指示灯、按钮、开关等模拟设备现场状态，操作相应部分指示灯动作，具有直接明了的效果（见图5），但功能简单、结构繁复。故障报警采用文本显示器显示故障代码，然后通过人工查询故障代码表确认故障。

触摸屏控制系统分为操作、控制、现场层。操作层由3台触摸屏组成的人机界面，采用一主两从模式。控制层由2台PLC（1台主控PLC，1台监控PLC）组成。现场层由多个分布式I/O模块组成。触摸屏的使用可节省许多按钮、转换开关、中间继电器、时间继电器等硬元件，通过组态软件将整个系统的现场数据集中在触摸屏上显示，方便观察、自动记录、人机界面好、易于安装、便于维护[6]。

通过对比，固定式架车机的操作首选触摸屏方式，不推荐仪表盘操作方式。

4.2 应急救援需求

固定式架车机发生故障时，需要将被举升的地铁车辆从架车机平稳放至地面轨道。通常有2种方式：（1）在维修模式下，松开举升电机的刹车盘，摇柄连接电机轴或万向节上，人工通过手动方式将电机旋转，带动举升机构将列车放下。（2）在维修模式下，应急救援电路直接控制举升电机，带动举升机构将列车放下，不受固定式架车机故障的影响。

建议配置应急救援装置，推荐配置有应急救援电路设计。

综上所述，固定式架车机选型及设计不仅需立足当下，满足车辆、技术、操作使用方面需求，还需考虑长远。