同步控制鐵路架車機及其設計問題研究

張久成 代俊

摘要：架車機是鐵路車輛檢修維護的常用設備，其主要用途在于架升車輛，便于檢修人員對轉向架以及車底一些部件進行檢查維護。本文以我國自行研制的S7-200系列電動架車機為例，結合鐵路架車機傳統系統的設計要求，對系統PLC程序的同步控制原理進行分析，探討了相關的設計問題，以期能夠更好地指導實踐。

關鍵詞：鐵路架車機;同步控制;PLC;設計

近年來，我國鐵路交通行業實現了跨越式發展，尤其是高鐵，經過對既有鐵路的高速化改造和高速鐵路的新建，中國現已擁有世界最大規模和最高運營速度的高速鐵路網，截止到2014年10月，高鐵總里程已突破12000公里這一大關，穩居世界高鐵歷程榜首，而且中國高鐵正在走向世界。在此背景和趨勢下，機械化進程對鐵路系統提出了更高的要求，作為鐵路車輛檢修維護的常用設備，對鐵路架車機也提出了新的要求。根據2014年1月1日起開始實施的《鐵路安全管理條例》的相關內容，鐵路架車機系統的優化也被提上日程，現階段，研究同步控制鐵路架車機及其設計問題，具有重要的現實指導意義。

1.鐵路架車機同步控制概況

鐵路車輛的檢修周期都比較短，尤其是高速列車，其良好運行狀態的保持依賴于高效率、高質量的檢修維護作業流程，鐵路架車機同步控制是其關鍵的技術力量。目前，鐵路交通行業使用的架車機分為地坑式和移動式兩種類型，其設計理念基本一致，架車機是鐵路車輛定修、臨修和大修的常用輔助設備，對其進行設計，不僅要達到一定的升降要求，還應具備同步控制的功能。在此以我國自主研制的S7-200系列電動架車機為例，其同步控制系統的主控器是基于PLC原理設計而成，各項性能均能達到同步控制系統使用的技術要求，PLC技術是鐵路架車機同步控制的核心技術，具有可靠性高、可操作性高、精度高等特點，現已成為鐵路維修基地必備的專用檢修設備，在很大程度上提高了檢修維護作業的效率和質量[1]。

2.鐵路架車機傳統系統的設計要求

鐵路架車機主要包括機械系統和電氣控制系統兩部分，設備的兼容性主要取決于機械系統的結構，這也是對架車機進行設計時必須要解決的問題。運用架車機進行檢修作業時，由于每臺架車機的電機性能參數很難保持完全一致，機車車體的重量分布也難以實現絕對平衡，在四臺架車機同時運行時，其速度很難保持一致，進而影響到架車機駕車點的高程，當各駕車點的高差過大時，車體就會出現傾覆的危險。由此可見，檢修維護作業中架車機的同步運行已經成為一項必須解決的安全問題，其關鍵點是同步起車點的確定，主要取決于軸編碼器傳輸給PLC高速脈沖個數的準確性。

目前使用的鐵路架車機傳動系統，其托架的直線運動都是由旋轉運動轉換而成，即通過PLC將擺線針輪減速機旋轉運動的角度位移轉換成托架的直線位移，從而實現車體及轉向架的舉升。架車機的額定負載為為25t，最大負載為30t，最高升程1850mm，高差為8mm（到達12mm時系統會停機鎖定報警），整機使用壽命為30年，傳動系統應用模塊功能的設計可參照以下技術參數：車體和轉向架舉升速度<400（mm ），車體最大舉升高度為270mm，轉向架最大舉升高度為1600mm，托頭裝置空載橫向可調范圍為410mm，同步誤差范圍在4mm之間。借助傳動系統，便于舉升整列機車以及對其進行拆卸、裝配和檢查，適合在實際檢修維護中推廣應用[2]。

3.鐵路架車機同步控制的PLC程序設計

架車機單組同步精度為±4mm，兩組同步精度為±6mm，三組以上同步精度為±8mm，架升高度由控制系統進行自動調節，將其控制在設定范圍內，同步控制主要由硬件設計和PLC設計實現。

3.1硬件設計

架車機的升降驅動裝置是一臺三相異步電動機，借此實現托架起落功能，單組架車機的三相電機要與控制正反轉的主機電器觸點進行串聯，這樣設計有以下優點：一是能夠減少對主繼電器的使用，二是能夠對架車機架升高度進行調整，糾正偏差。在上升操作過程中，架升高度最高的架車機相應繼電器受控制斷開，相應架車機停止，等待其他三個架車機，當架升高度達到設定范圍內時再重新啟動，實現四臺架車機同步上升;在下降操作過程中，下降高度最低的架車機繼電器斷電，主觸點斷開，相應架車機停止，等待其他三個架車機，當下降高度達到設定范圍內時，繼電器再次得電，實現四臺架車機同步下降[3]。

3.2程序分析

在檢修和維護過程中，由于裝配存在誤差和車梁存在撓度等原因，架車機各架車點的絕對高度難以保持一致，因此，同步度程序的設計，考慮的并不是距離地面的絕對高度，而是架車機上升或下降的相對高度。我國自主研制的S7-200系列電動架車機，其同步控制系統的主控器是基于PLC原理設計而成，同步度控制程序大體主要分為脈沖信號接收處理、數據分析判斷和控制結果輸出三個部分[4]。根據相應通訊協議實現與主站CPU模塊通訊與數據交換，將各架車機旋轉編碼器檢測到的高度脈沖值傳送到CPU模塊，移動式架車機組通過旋轉編碼器進行上升或下降高度監控和計算，再將結果傳送到PLC，由PLC程序控制整組架車機的同步度，進而實現架車機組的同步運行，提高移動式架車機組在使用過程中的安全性。

4.結論

我國高速鐵路的快速發展，高鐵運行頻率的不斷加大，機車檢修維護作業也隨之變得更為頻繁，不間斷作業的要求也在提升，這對鐵路架車機也提出了更高的要求，鐵路架車機采用同步控制系統，通過PLC可編程控制器控制架車機的運行，在一定程度上提高了檢修工藝的自動化水平，簡化了檢修維護的作業流程，符合機械化進程對鐵路系統提出的要求以及《鐵路安全管理條例》的相關內容。

參考文獻：

[1]姚曙.淺談地鐵車輛段移動架車機同步控制[J].商，2013.12（3）：356-358.

[2]饒恕.鐵路架車機傳動系統控制探討[J].裝備制造技術，2013.11（6）：195-196.

[3]周文輝.帶測量功能的鐵路車輛架車機系統校準方法[J].電力機車與城軌車輛，2008.13（5）：32-33.

[4]李政達.架車機同步傳動調速裝置的研究[D].西南交通大學，2014.