轨道交通车辆主动径向系统故障导向安全策略研究*

2018-09-27罗湘萍肖春昱田师峤

城市轨道交通研究 2018年9期

罗湘萍肖春昱田师峤

(同济大学铁道与城市轨道交通研究院，201804，上海//第一作者，副教授)

近年来，城市轨道交通发展十分迅速，但其线路设置受城市布局影响较大，线路多出现小半径曲线。考虑到车辆运行安全及轮轨磨耗，列车在小半径曲线段不得不限速运行。这影响了车辆的运行效率。随着人们对城市轨道交通要求的进一步提高，传统模式的走行部已经成为了制约城市轨道交通发展的关键环节。为解决上述矛盾，可采用先进的主动径向技术。

主动径向技术是提高转向架曲线通过性能，解决曲线通过性与直线稳定性之间矛盾的有效方法。

任何主动系统的各子部件都存在失效的可能[1-3]。主动径向系统在某一时刻发生故障时，若不对故障行为加以控制及约束，将导致列车出轨等一系列严重后果，危及行车安全。因此进行主动径向系统设计必须遵循故障导向安全原则[4]。

1 总体技术要求与故障导向安全原则

1.1 总体技术要求

(1) 在正常工作状态下，主动径向系统必须保证转向架运行稳定及安全，并应兼顾主动径向功能。

(2) 在故障模式下，主动径向系统应具有可靠的故障导向安全功能，必须保证车辆的运行安全。此时对系统的径向效果不作要求，应等同于被动导向的传统模式。

1.2 故障导向安全原则

对于与车辆运行安全性相关的主动径向系统，必须具备故障导向安全功能。为此提出如下安全原则：

(1) 在车辆正常运行，并且不希望主动径向时，故障导向安全原则是要避免产生主动径向行为，维持车辆安全运行。

(2) 在主动径向系统发生故障，但车辆仍希望运行时，故障导向安全原则是使车辆维持安全运行状态。

基于上述两点原则，将主动径向系统故障导向安全的模式定义为：转向架轮对轴回到无偏转角的被动位。

2 主动径向系统驱动单元技术方案

2.1 技术方案一

图1为方案一驱动单元布置架构。1个转向架配备的2套驱动单元，各自连接转向架构架与轴箱。同转向架的驱动单元由1台径向控制器控制。当列车行驶在直线上时，驱动单元不动作，其作动器处于自锁状态而成为二力杆；当列车进入曲线时，驱动单元动作，其作动器推拉轴箱，轮对绕另一端轴箱定位点转动，进而处于“八字”形径向位置。图2为作动器驱动单边轴箱时的轮对齿轮箱状态位置。

图1 方案一驱动单元布置架构

图2 方案一轮对齿轮箱状态位置

设作动器横向跨距为2 m，转向架轴距为2.5 m，列车径向通过最小曲线半径为200 m，考虑一定设计余量，则作动器推拉最大行程定为±15 mm。

2017年韩国化妆品对中国大陆出口同比增长23.1%，达129亿元。而经过一年的调整，以爱茉莉太平洋及LG生活健康为代表的韩妆企业迎来了新的曙光。2018年第二季度，二者化妆品业务销售额及营业利润均达到双位数增长，高端品牌表现亮眼。

本技术方案特点如下：

(1) 动作模式为单边作动器推拉轴箱。

(2) 正常工作时通过径向控制器统一管理，2套驱动单元的状态信息、故障信息、指令信息在径向控制器处汇总，从而实现单元间的信息互通。

(3) 如图2所示，当作动器单边驱动位移达到15 mm时，在联轴器处将产生约9 mm的附加纵向位移。

本方案动作模式为单边推拉轴箱。当某驱动单元故障时，系统若要满足轮对车轴回到无偏转角的被动位要求，需额外配备1套储能机构(如储能器)，以提供备用动力。此举将降低整套系统的集成度，不利于系统的小型化。。

2.2 技术方案二

图3为方案二驱动单元布置架构。驱动单元连接转向架构架与轴箱。1个转向架配备的4套驱动单元，由1台径向控制器控制。正常工作模式下，4套驱动单元共同工作。

图3 方案二动作执行单元布置架构

作动器推拉最大行程为方案一的一半，即±7.5 mm。此种布局架构可降低驱动单元的功率，使其结构尺寸减小，便于系统集成。

本技术方案特点如下：

(2) 正常工作时，在径向控制器的统一管理下，4套驱动单元同时工作，促使轮对处于“八字”形径向位置。4套驱动单元的状态信息、故障信息、指令信息在径向控制器处汇总，以实现驱动单元间的信息互通。

(3) 当1个径向作动器发生故障后，该作动器自锁，停在故障位。径向控制器给同轴异侧作动器下达动作指令，使该作动器的输出位移与故障作动器相同。进而保证故障状态下，轮对轴能回到无偏转角的被动位。

(4) 图4为作动器动作及故障状态时轮对齿轮箱的状态位置。当同一轮对上的2套作动器各动作7.5 mm时，轮对绕其中心线转动，处于径向位置，而在联轴器处产生的附加纵向位移为1.5 mm。当作动器在最大行程7.5 mm处发生故障而自锁时，同轴异侧正常作动器动作至故障侧相同位移，维持轮对无偏转角，即进入故障导向安全模式。此时，联轴器产生的附加纵向位移为7.5 mm，略小于方案一。