列車自動架車機組安全防護設計研究

李福收

（廣州地鐵集團有限公司，廣東廣州511430）

列車自動架車機組安全防護設計研究

李福收

（廣州地鐵集團有限公司，廣東廣州511430）

主要在技術設計上探討列車自動架車機的安全防護設計，根據重點安全隱患因素，提出針對性設計方案，優化設計后可以防止誤操作或設備故障造成的安全隱患，確保架車機作業安全可靠。

同步度；安全螺母；承載螺母；安全裝置

列車架車機是車輛臨修、架大修的主要輔助設備之一，自動化列車架車機操作方便快捷高效，與手動架車機比較，由于架車列車長，自動化率高，監控人員少，與此同時，設備存在較高的安全風險，如果設備安全設計不合理或存在缺陷，會導致車輛發生側翻等事故，產生嚴重后果，因此，必須從設備技術設計出發，全面考慮其設計安全性，最大程度減輕人員監控操作失誤帶來的安全風險，在設計規范上必須保證安全，提高架車的安全性。本文重點研究架車機設計安全要素進，以期在設備安全技術上保障自動化列車架車機的操作安全。

1　安全設計考慮的因素

繆東［1］指出固定式架車機的安全保護主要包括舉升位置控制、同步控制、安全螺母、電機過載開關、相保護裝置等幾種安全防護，下面詳細介紹架車機組在安全設計上考慮的主要幾個因素：

（1）為保證架車同步起降動作，程序須考慮同步度控制。為防止架車作業時每臺機器動作不同步，出現傾斜或倒塌事故，同時為保證架車同步起升和下降，所有架車機同步誤差控制在一定范圍內，一般同步誤差可控制在±4 mm范圍內，可以滿足安全架車要求。

王占君［2］在同步設計裝置的設計和研究中詳細描述了同步設計的原理，本文參考王占君的同步設計思路，結合實際設計應用中遇到的一些問題，提出部分改進建議。主要設計思路：架車機升降過程中，如果同步度超過±2 mm，架車機PLC控制模塊進行自動調節，停止行駛最快的架車機，等待其他架車機，誤差縮小到2 mm時，再啟動該架車機，如果超出±4 mm誤差，架車不能保證在同一水平面上，存在安全隱患，架車機將立即啟動同步誤差保護程序，終止架車作業，待檢查確認，方可繼續旁路操作下降。同步控制采用PLC控制。控制原理如下：

每個轉向架抬升架或車體支撐架都安裝脈沖發生器（見圖1）。脈沖發生輪隨絲桿轉動，因脈沖發生輪有凹進去的坑，使電感式接近開關反應絲桿轉動情況的脈沖，得到反應每個轉向架抬升架或車體支撐架高低位置的信號。

把各升降單元的脈沖信號輸入PLC，用計數器計算，并進行比較，監控各升降單元高低位置。當差異超過設定公差時，就控制走快的升降單元停下來。當差異縮少至公差內，一秒后自動起動該升降單元。這樣就可使各升降單元在公差值內保持同步，如圖1.

安全建議：為了保證同步度更加安全可靠，建議取消PLC自動調節功能，無論任何條件，當架車機比較超出±4 mm誤差時，架車機立即停止運行。只有當使用旁路低位復位后，才開始正常架車。為了避免架車機部件故障造成頻繁調節高度差，對調節次數需要進行安全設置，一般可以設置調節次數4次，如果超過4次，架車機啟動同步誤差保護功能。

（2）為防止承載螺母爆裂，設計安全螺母。在同一絲桿起升柱設計承載螺母與安全螺母并列，起到雙重保護的功能。

承載螺母在上面，安全螺母在下面，當承載螺母長期使用磨耗到限或發生意外爆裂時，由同等承載能力的安全螺母代替承載螺母。同時設計螺母爆裂限位開關和防止安全螺母脫離支撐架限位開關報警。此設計可以在發生螺母爆裂或磨損到極限后，使架車機可以繼續正常下降，將列車安全降落，具體裝置如圖2所示。

圖2　承載安全裝置

安全建議：承載螺母和安全螺母之間的間隙要每年進行間隙檢查，當承載螺母磨損到螺桿齒距的1/4時，就需要更換承載螺母。

（3）為防止超限出現安全隱患，設計多種限位開關，保證架車行程安全。

為確保架車機在正常架車范圍內使用，防止超過安全界線，在架車機上設置限位開關，表1以固定式架車機為例，介紹限位開關的種類和主要作用。固定式架車機架車分為轉向架抬升機構和車體支撐機構兩個主要組成部分。

表1　固定架車機安全限位開關設計及功能

（續上表）

（4）為防止發生緊急情況下，設計人工緊急停止按鈕安全回路。

緊急停止按鈕分布在主操作臺上和每一個起升架上，通過安全繼電器控制實現。當操作人員發現意外危險情況時，按下任何一個緊急停機按鈕，可以立即切斷主電源開關，切斷主電源，停止架車機一切動作。

其電路原理圖如下：采用安全繼電器進行安全回路控制，每臺架車機起升架或操作面板上都設計一個緊急按鈕開關，當拍下任何一個緊急按鈕開關后，緊急繼電器的輸入回路（信號端口）失電，安全保護繼電器動作，切斷主接觸器和PLC 24 V控制電源。

如圖3所示，A1，A2接電源線，Y12，Y31接緊急按鈕串聯回路和系統開關，Y13接主接觸器和主開關觸點，用于復位信號。

圖3　架車機安全回路

安全建議：手動緊急停止按鈕一定要與緊急停止繼電器使用，同時切斷主電源和控制電源，如果只切斷控制電源，或者由其他電路控制主電源回路，有可能發生危險。

2　其他安全設置建議

（1）上升和下降按鈕開關使用常閉式緊急按鈕，常閉式按鈕。

（2）根據架車機的布置方式，設置3或4個聲光警示器，在每次提升和下降過程當中，閃光燈和警示音會亮起。這樣可以提醒操作人員和周圍的人注意安全。

（3）實時監控每臺起升架是否運轉正常。

（4）固定式架車機在每個舉升梁的末端裝配有自動升起及防滾輪滑脫監測裝置。

（5）每個支撐架上都設計“已負載”開關。

（6）需要輔助操作者在車體單元對面的進行操作確認，方可操作架車機升降。

（7）故障信息和數據通過數據緩沖器儲存在控制器中，因此在萬一電壓過低或被被閉的情況下數據不會丟失。

（8）電機上升下降采用互鎖控制。

（9）架車機的機械傳動采用具有自鎖功能的滑動杠桿傳動。

3　結束語

自動化列車架車機（包括固定式架車機和移動式架車機）安全設計要素多且非常重要，最基本的安全設計至少需要考慮：同步誤差控制，各種極限位開關的合理設計，安全螺母保護，程序設計優化，緊急安全回路設計，電機互鎖控制等因素。在進行固定式架車機或移動式架車機設計時，在技術上充分考慮到以上設計因素和注意事項才能保證架車機的安全可靠運行。

［1］繆東．固定式架車機在地鐵車輛段中應用實踐［J］．鐵道工程學報，2008，（10）：92-95.

［2］王占君．電動架車機同步監控裝置的設計和研究［J］．鐵道標準設計，1997，（08）：46-48.

Research on Safety Protection Design of Train Set for Automatic Train

LI Fu-shou
（Guangzhou Metro Group Co.，Ltd.，Guangzhou 511430，China）

This paper discusses the design of automatic lifting machine of train in the technical design，according to the focus of security risks，proposes specific design solutions，optimized design to prevent safety hazards caused by equipment failure or malfunction，ensure the operational safety and reliability of the machine.

synchronization；safety nut；carrying nut；safety device

U231.7

B

1672-545X（2016）08-0085-03

2016-05-20

李福收（1979-），男，河北衡水人，工程師，本科，研究方向：城市軌道交通車輛設備。