城市軌道交通固定式架車機(jī)的安全可靠性因素分析

摘 要:鑒于城市軌道交通車輛的機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與運(yùn)營(yíng)作業(yè)要求，采用固定式架車機(jī)對(duì)車輛進(jìn)行解列或不解列的架落車作業(yè)，不僅可提高檢修作業(yè)的工作效率，同時(shí)保證檢修作業(yè)的安全可靠。本文通過(guò)分析固定式架車機(jī)的性能和機(jī)理，提出固定架車機(jī)在設(shè)計(jì)、制造中需重點(diǎn)考慮的涉及安全性、可靠性的主要因素。

研究結(jié)論:通過(guò)分析，提出固定式架車機(jī)在車輛段工藝設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的涉及安全性、可靠性的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞:固定式架車機(jī) 安全性 可靠性

中圖分類號(hào):U279.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2012)08(a)-0139-02城市軌道交通運(yùn)營(yíng)的特點(diǎn)和需求決定了地鐵列車實(shí)行高密度、小編組的開(kāi)行方案，一般情況下為固定編組，車輛與車輛之間通常采用半自動(dòng)車鉤和半永久牽引桿連接。當(dāng)列車隊(duì)中的車輛或某一轉(zhuǎn)向架發(fā)生故障需要維修時(shí)，則需要進(jìn)行架車作業(yè)，脫離故障單元。由于車輛之間不同連接方式的電氣連接、機(jī)械連接、風(fēng)管連接十分復(fù)雜，解編作業(yè)和架車作業(yè)將消耗很多時(shí)間。為提高作業(yè)效率，固定式架車機(jī)組應(yīng)運(yùn)而生，可極大地滿足城市軌道交通車輛段的檢修作業(yè)要求，目前這種設(shè)備已在國(guó)外以及上海、北京、廣州、南京等車輛段大量使用使用。

1 固定式架車機(jī)的使用目的

如前所述，固定式架車機(jī)組主要是滿足固定列車編組的檢修作業(yè)需要。其作用一是在不完全解體條件下的單節(jié)車輛解鉤或單個(gè)轉(zhuǎn)向架更換，二是整列車解鉤作業(yè)以及全部轉(zhuǎn)向架推出檢修。(圖1，2，3)

2 國(guó)內(nèi)地鐵領(lǐng)域固定式架車機(jī)的主要使用參數(shù)

2.1 環(huán)境參數(shù)

環(huán)境溫度:-5～45℃;

相對(duì)濕度:在25℃時(shí)相對(duì)濕度小于95%;

地震烈度為Ⅵ度;

海拔高度:≤1000m;

滿足安裝于室內(nèi)空氣中含有酸雨、灰塵、硫酸化合物、二氧化硫等腐蝕場(chǎng)合。

2.2 主要技術(shù)參數(shù)

(1)起重能力

每套架車機(jī)的轉(zhuǎn)向架架車單元合計(jì)起重能力:400kN;

每套架車機(jī)的車體架車單元合計(jì)起重能力 400kN。

(2)起升高度

車輛架車機(jī)最大升程≥1，600mm;

車體架車機(jī)最大凈升程 ≥3，000mm;

(3)各架車機(jī)升降立柱間凈寬

車輛架車機(jī)凈寬 ≥3，000mm;

車體架車機(jī)凈寬 ≥3，100mm;

(4)升降速度

各升降機(jī)升降速度≤400mm／min。

(5)升降同步誤差±5mm;

(6)驅(qū)動(dòng)功率:

轉(zhuǎn)向架架車單元5.5kW

合計(jì)5.5×6 =33kW

車體架車單元2.2kW

合計(jì)2.2×12=26.4kW

總計(jì)59.5kW

總計(jì):59.4kW

2.3 設(shè)備同步性能

(1)與相鄰架車機(jī)構(gòu)之間的高度偏差

8mm

(2)任何架車機(jī)之間的高度偏差

8mm

(3)每條軌道的兩端點(diǎn)間的水平偏差

+6mm

(4)每臺(tái)架車機(jī)兩條軌橋中心線間的水平偏差+6mm

(5)降下后的架車機(jī)橋應(yīng)與車間軌道平齊縱向間隙≤10mm

接頭高低差≤1mm

3 固定式架車機(jī)安全可靠性的保護(hù)措施

3.1 聲光警示

當(dāng)架車機(jī)工作時(shí)設(shè)有聲光警示信號(hào);

3.2 人工操作與監(jiān)護(hù)

(1)為能在控制架車機(jī)工作的同時(shí)還能及時(shí)了解車廂兩側(cè)的情況，通過(guò)PLC控制程序設(shè)置，兩個(gè)工作人員在車廂兩側(cè)共同控制相互確認(rèn)架車機(jī)處于安全工作狀態(tài)，并監(jiān)視車廂的舉升情況。控制器為安全模式配置，采用點(diǎn)動(dòng)下按運(yùn)行方式，任何一個(gè)人松手，架車機(jī)立即停機(jī)。

(2)專人操作

電源開(kāi)關(guān)和選擇開(kāi)關(guān)等都設(shè)置專門鑰匙，只有專業(yè)人員才能操作。

(3)維修開(kāi)關(guān)

在地坑一層的接線箱上安裝一個(gè)維修開(kāi)關(guān)，工作人員在地坑中檢修時(shí)，可以將這個(gè)開(kāi)關(guān)關(guān)斷，這時(shí)系統(tǒng)的動(dòng)力電源即被切斷，這樣可以防止維修過(guò)程中對(duì)設(shè)備誤操作并保證地坑中人員的人身安全。

3.3 機(jī)械保護(hù)

(1)承載螺母、安全螺母

承載螺母和安全螺母為青銅材料(GC-CuSn12)，耐用性好。在所有承載螺母的下面都設(shè)有安全螺母，一旦發(fā)生承載螺母破壞或螺桿螺紋破壞時(shí)，安全螺母將起到承載作用，以確保設(shè)備安全。

安全螺母采用特殊設(shè)計(jì)可承受全部載荷，因而，對(duì)整個(gè)架車機(jī)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)沒(méi)有緊急的危險(xiǎn)。主提升螺母和安全螺母的新安裝間隙為3.6～4.2mm。

(2)帶自鎖功能的螺紋絲桿

提升螺桿采用梯型螺紋，具有自鎖功能，梯形螺紋絲桿由C45碳鋼制造，有防塵的絲桿護(hù)套保護(hù)，這是架車機(jī)行業(yè)普遍認(rèn)同的安全可靠防跌落鎮(zhèn)定措施。

絲桿有防塵的絲桿護(hù)套保護(hù)，每個(gè)絲桿的自動(dòng)潤(rùn)滑轉(zhuǎn)向架舉升單元和車體舉升/支撐單元的每根絲桿均配有自動(dòng)潤(rùn)滑裝置。(圖4)

自動(dòng)潤(rùn)滑裝置可持續(xù)向絲桿壓送潤(rùn)滑脂12個(gè)月，經(jīng)由電化學(xué)反應(yīng)提供自動(dòng)潤(rùn)滑，可定期更換。

(3)防滾落裝置

每個(gè)起升橫梁上均設(shè)置帶凹緣的防滾落裝置升降軌，作業(yè)時(shí)輪踏面位于特殊加工的防滾落槽內(nèi)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，確保在舉升過(guò)程中，轉(zhuǎn)向架不會(huì)從軌道橋上滾落下來(lái)。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是不會(huì)被鐵銹或其他任何零件的不活動(dòng)而卡死。因此，該系統(tǒng)不需要能引起故障的電控系統(tǒng)。為了準(zhǔn)確的定位車輛/轉(zhuǎn)向架，在凹陷處安裝有車輪探測(cè)設(shè)備和限位開(kāi)關(guān)。

(4)輔助軌道

設(shè)置輔助軌道，使螺桿在車輛進(jìn)出架車機(jī)時(shí)處于無(wú)載荷狀態(tài)，避免螺桿受意外沖擊載荷的影響，確保安全。

(5)架車單元卡住保護(hù)

為防止架車單元卡住時(shí)電機(jī)繼續(xù)運(yùn)行而損壞機(jī)械結(jié)構(gòu)，在架車單元承載螺母上安裝一個(gè)保護(hù)開(kāi)關(guān)。當(dāng)架車單元卡住時(shí)，裝在安全螺母上的支桿壓動(dòng)這個(gè)保護(hù)開(kāi)關(guān)，發(fā)出信號(hào)，控制系統(tǒng)命令停機(jī)，并禁止架車機(jī)下降運(yùn)動(dòng)。只能上升運(yùn)動(dòng)使架車單元脫離阻卡故障區(qū)，然后排除造成故障的原因。(圖5，6)

3.4 電氣保護(hù)

(1)急停開(kāi)關(guān)

在聯(lián)動(dòng)工作方式下，現(xiàn)場(chǎng)按下任何一個(gè)急停開(kāi)關(guān)都將切斷所有正在工作架車單元的動(dòng)力電源，使架車機(jī)立即停機(jī)。

(2)限位開(kāi)關(guān)

設(shè)定正確的運(yùn)行行程，保證設(shè)備運(yùn)行于安全工作范圍，防止機(jī)械運(yùn)行行程超出工作范圍。在單動(dòng)工作方式時(shí)，每個(gè)架車單元的限位開(kāi)關(guān)僅限制自身的工作;而在聯(lián)動(dòng)工作方式時(shí)，如果某個(gè)架車單元的限位開(kāi)關(guān)動(dòng)作，所有架車單元同時(shí)停機(jī)。每個(gè)位置的限位功能由組合式限位開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)動(dòng)作控制，即兩只限位開(kāi)關(guān)完成。如在上限位置設(shè)置上終點(diǎn)限位開(kāi)關(guān)和上極限限位開(kāi)關(guān)，確保在上終點(diǎn)限位開(kāi)關(guān)故障時(shí)仍可具有上限位功能。

該限位開(kāi)關(guān)直接連接在舉升變速箱上部的位置。全部停止位置(運(yùn)行0/1600高度限位和安全限位以及下降距地面150/400mm安全限位均有該組合式限位開(kāi)關(guān)控制)。

(3)150mm/400mm停機(jī)保護(hù)

為防止維修車廂時(shí)有異物阻礙架車單元頭部下降沉沒(méi)地下，每次架車單元下降回零點(diǎn)時(shí)，至150mm/400mm處自動(dòng)停機(jī)，待檢查無(wú)異物后，除按動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)控制器的“下降”按鈕外，同時(shí)還要按下“回零位”按鈕，才能使架車機(jī)繼續(xù)下降，這樣既可加強(qiáng)操作人員的責(zé)任感，同時(shí)并保證設(shè)備安全運(yùn)行。

(4)相序保護(hù)

在中央控制柜內(nèi)動(dòng)力電源進(jìn)線側(cè)安裝一個(gè)相序保護(hù)繼電器，如果進(jìn)線電源相序發(fā)生顛倒，這個(gè)繼電器動(dòng)作，使動(dòng)力電源接觸器釋放，這樣可以防止電機(jī)反轉(zhuǎn)引起故障。

(5)安全接地保護(hù)

所有按鈕、信號(hào)燈、現(xiàn)場(chǎng)控制器等使用的工作電源都經(jīng)過(guò)隔離變壓器的外殼隔離處理，從而保證操作人員的安全。

所有設(shè)備、電動(dòng)機(jī)、接線箱、中央控制臺(tái)和架車單元的外殼都采用可靠接地，使之同車間安全接地網(wǎng)連接在一起，避免人身觸電意外。

(6)電機(jī)保護(hù)

每個(gè)架車單元的電機(jī)設(shè)置一個(gè)保護(hù)器，作短路，缺相和過(guò)載保護(hù)。在使用雙PLC程序監(jiān)視每個(gè)電機(jī)的接觸器是否能按指令要求動(dòng)作，如果發(fā)生以上故障，控制系統(tǒng)將自動(dòng)停機(jī)。

(7)IP等級(jí)

中央控制臺(tái)的防護(hù)等級(jí)≥IP55，檢測(cè)開(kāi)關(guān)和旋轉(zhuǎn)編碼器的防護(hù)等級(jí)不低于IP64，接線箱的防護(hù)等級(jí)不低于IP54。

電機(jī)絕緣等級(jí)不低于F級(jí)。

3.5 智能保護(hù)

(1)失步保護(hù)

固定式架車機(jī)具有同步控制的特點(diǎn)，它可使舉升柱在成組模式的舉升和下降過(guò)程中，具有同樣的速度以保證載荷平穩(wěn)和整體升降。當(dāng)舉升柱以成組模式操作時(shí)，自動(dòng)進(jìn)行同步控制。系統(tǒng)中設(shè)置架車單元之間高差的極限值。當(dāng)架車單元或架車單元組之間的高差大于極限值，將被視為失步故障，這時(shí)系統(tǒng)停止工作。失步狀態(tài)由傳感器自動(dòng)判斷，當(dāng)排除引發(fā)故障的原因后并按下校準(zhǔn)按鈕，控制系統(tǒng)將自動(dòng)調(diào)整架車單元的高度，直至架車單元之間高差退到允許的范圍之內(nèi)。

(2)冗余配置

架車機(jī)主控制系統(tǒng)采用冗余保護(hù)措施，根據(jù)最新的歐洲架升設(shè)備安全規(guī)范:“DIN EN1493和VDE”標(biāo)準(zhǔn)，架升設(shè)備控制系統(tǒng)必須安裝備有2個(gè)PLC單元，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)安全的冗余保護(hù)和同步控制。

主控柜配置雙PLC控制、監(jiān)察運(yùn)行方式，自動(dòng)判定工作、只有當(dāng)設(shè)備狀態(tài)處于安全工作狀態(tài)時(shí)才能啟動(dòng)設(shè)備。

感應(yīng)傳感器的信號(hào)回傳至2套PLC系統(tǒng)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)比較兩個(gè)PLC單元中的數(shù)據(jù)，如果一切正常則設(shè)備持續(xù)運(yùn)行，如果出現(xiàn)故障，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停機(jī)并自動(dòng)在控制面板上顯示故障信息，冗余控制保證了自動(dòng)同步功能的正常運(yùn)行。

(3)承載螺母預(yù)期磨損監(jiān)視

為確保螺紋絲桿在安全狀態(tài)才能運(yùn)行，每根螺紋絲桿均裝備有可供視覺(jué)檢查磨損量和撕裂損壞以及自動(dòng)(電器開(kāi)關(guān)控制)的螺母檢測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)視承載螺母螺紋磨損情況。一方面通過(guò)螺紋的2°23’的傾角與外部尺寸的配合保證絕對(duì)自鎖;另一方面在架車單元承載螺母上設(shè)置一個(gè)保護(hù)開(kāi)關(guān)。當(dāng)承載螺母的螺紋磨損到安全設(shè)定值時(shí)，裝在安全螺母上的支桿壓動(dòng)這個(gè)保護(hù)開(kāi)關(guān)，發(fā)出信號(hào)，控制系統(tǒng)命令停機(jī)，并禁止架車機(jī)升降運(yùn)動(dòng)。這時(shí)需經(jīng)專業(yè)檢修人員檢查，確認(rèn)可以工作，并且在中央控制柜設(shè)定“允許下降”信號(hào)，才能使架車機(jī)下降運(yùn)動(dòng)將車廂放在地面，然后更換螺母。這種預(yù)期磨損監(jiān)測(cè)可避免承載螺母磨損破壞后突發(fā)的意外事故。

4 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)隨著國(guó)內(nèi)城市軌道交通的迅速發(fā)展，固定式架車機(jī)在地鐵車輛段領(lǐng)域得到了越來(lái)越多的運(yùn)用，作為車輛段內(nèi)重要和關(guān)鍵的工藝設(shè)備，必須要高度重視并確保該設(shè)備的技術(shù)配置與影響作業(yè)使用的安全性和可靠性因素，以在保障作業(yè)員工和設(shè)備質(zhì)量安全的前提下，高效地完成作業(yè)。