GMC96B型鋼軌打磨列車動力車電氣系統開發研制

陳留金，苗素云

（中車北京二七機車有限公司工程機械研發中心，北京100072）

GMC96B型鋼軌打磨列車動力車電氣系統開發研制

陳留金，苗素云

（中車北京二七機車有限公司工程機械研發中心，北京100072）

介紹了七節GMC96B型鋼軌打磨列車，闡述了該列車動力車（簡稱A車）電氣系統。該系統聯合CAT公司、VOITH公司及Rexroth公司，完成列車雙模式牽引系統；聯合法國SDMO公司及英國F.G.WILSON公司，完成動力車、宿營車及非打磨作業車風源系統的供電；聯合北京東風機車電器廠、中鐵咨詢公司，實現了列車動力牽引PLC網絡控制。最終較好地實現了GMC96型鋼軌打磨列車動力車電氣系統的開發研制。

GMC96B型鋼軌打磨列車；動力車；牽引及供電；電氣系統；開發研制

隨著我國鐵路事業的跨越式發展，特別是越來越多的高速動車組投入運行，對鐵路鋼軌狀況提出了更高的要求，現有進口的8、16、32及48頭打磨列車已不能滿足要求。在鐵道部的主持下，中車北京二七機車有限公司（簡稱BRE公司）與瑞士SPNEO公司通過技術引進與合作生產共同研制96頭打磨列車（GMC96型鋼軌打磨列車）。BRE公司主要承擔動力車的研發，SPNEO公司主要承擔打磨作業車研發，其中又有中間環節的聯合研發工作。

鋼軌打磨列車是對鋼軌軌頭進行打磨，以消除鋼軌波磨、側磨、擦傷、剝離、飛邊等缺陷，從而恢復軌頭工作部分的設計形狀，提高軌面平順度、改善輪軌關系的專項修理機械，也可用于預防性打磨。鋼軌打磨能夠延長鋼軌使用壽命，提高軌道平順性，減少列車運行躁聲，降低能耗，并提高旅客列車的舒適度，確保列車安全運行，是各大干線、提速線路和客運專線安全運行不可缺少的設備。

1 GMC96B型鋼軌打磨列車概述

GMC96B型鋼軌打磨列車由7節車組成，按功能分為A、B、C車，其中A車為列車的動力車，B1、B2車為帶司機室的作業車，C1、C2、C3和C4車為作業車。列車組成如圖1所示的B1+C1+A+C2+C3+C4+ B2，是目前國內外市場上打磨頭數量最多的鋼軌打磨列車。其中A車為列車運行提供動力。A車由兩個動力轉向架、車體、車架、兩臺柴油發動機、主傳動系統、作業運行液壓傳動系統、輔助傳動系統、冷卻系統、電氣系統、制動系統以及輔助發電機組等組成。B車與C車為打磨作業車，每節車安裝有16個打磨頭，整車總計96個。其中B1和B2車帶有司機室。打磨作業時，打磨供電系統分別由安裝在C1、C2及C4車的柴油發電機組為B1+C1、C2+C3及C4+B2車供電；非打磨作業牽引時，A車的柴油發電機組為打磨小車作業的風源系統提供交流電力，直流電力由安裝在B1和B2車的蓄電池提供。

圖1 CMC96型鋼軌打磨列車示意圖

2 動力車（簡稱A車）電氣系統

動力車電氣系統包含供電及PLC網絡控制兩部分，實現了整車的雙模式牽引運行及輔助交流供電。

所謂雙模式牽引系統，即配有兩臺CAT 3512B型柴油機，每臺柴油機帶動一臺Voith L520型液力傳動箱，其中一臺傳動箱配有靜液壓低恒速控制系統。兩套傳動系統互為備份。在低速行駛或打磨作業時，單臺柴油機、傳動箱工作。高速行駛或者單臺功率不夠時兩臺同時工作。整車牽引系統工況分為無打磨作業牽引與打磨作業低恒速牽引。在無作業牽引時傳動箱直接帶動萬向軸工作，在低恒速作業時柴油機直接帶動力士樂靜液壓系統工作，實現低恒速0~15 km/h運行。

2.1 供電系統

2.1.1 直流供電系統

A車裝有兩臺108 kW的輔助發電機組，為本車供電、為作業車提供泵風用電，分為交流及直流供電。

列車直流供電系統由4組24 V蓄電池及交流變壓整流供電組成。

A車直流供電系統有兩組蓄電池。A車兩臺柴油機啟動電源由1組NM360AH蓄電池提供，采用交/直隔離電源充電方式完成柴油機啟動；通過A車電器柜內的三相變壓器及整流裝置完成A車直流供電及整列車照明直流供電，另一組蓄電池采用浮充電形式，可根據季節及環境適當調節發電機組輸出或變壓器抽頭實現直流電壓的修訂。

安裝在B1和B2車2組蓄電池及安裝在電器柜內的變壓整流系統共同完成列車打磨系統的直流供電，蓄電池采用浮充電形式。

2.1.2 輔助交流供電系統

動力車配置2臺P135英國威爾遜輔助交流發電機組（380 Vac、50 Hz、108 kW），BRE與SPENO雙方確定了輔助交流系統供電方案。該機組為動力車提供輔助交流電力，為工作間、材料間及維修間提供輔助交流電力，為聯掛的宿營車提供交流電力；在無作業牽引工況，機組為作業系統提供輔助交流電力；在低恒速打磨工況，作業系統輔助交流電力由作業發電機組提供。兩臺輔助交流發電機組互為備用。供電方案圖見附圖2（作業車以B1、C1為例，其他作業車相同）。

圖2 GMC96B型鋼軌打磨列車輔助交流供電系統

2.2 動力牽引PLC網絡控制系統[1-3]

GMC96B型鋼軌打磨列車牽引控制系統核心是PLC網絡控制系統，其硬件采用三菱可編程邏輯控制器（PLC）。整套系統由四臺PLC、若干PLC功能模塊、兩臺觸摸顯示屏與一臺調速模塊組成。其中兩臺PLC與若干功能模塊安裝在A車，稱為APLC與AFPLC.APLC為整個系統的主機，AFPLC為APLC故障情況下的備份。另外兩臺PLC與觸摸顯示屏安裝在B1、B1車，稱為B1PLC、B2PLC.整個系統組成如圖3所示。

圖3 控制系統連接示意圖

GMC96B型鋼軌打磨列車采用PLC網絡控制系統以內燃機車微機控制理論為基礎，專門為GMC96型鋼軌打磨列車研發設計。為增加可靠性，系統采用三級工況，不完全依賴于網絡。三級工況為：（1）CCLINK總線傳輸最優控制：司機的控制指令通過總線傳遞，并最終實現各部件最優控制，進行列車正常運行和可靠作業。（2）APLC自動控制：為提高列車運行的可靠性，考慮到可能出現的干擾造成CC-LINK總線通信傳輸故障時，APLC將部分功能轉換為自動控制，仍然可以在列車兩端的B1或B2司機室操作，實現打磨作業和列車牽引。（3）AFPLC應急控制：在APLC發生故障情況下作為備用控制部件，快速切換到AFPLC控制，停止作業，維持列車的正常牽引，脫離作業現場。對電氣系統、柴油機系統以及傳動箱故障實時進行自動診斷，實施保護，并通過觸摸屏及司機室內蜂鳴器進行提示。同時記錄故障類型、故障發生時間及相關狀態數據，為故障處理提供信息。通過CAN總線，實現與力士樂液壓控制系統的通信，在作業工況下實時監視低恒速機構的工作情況。同時通過力士樂控制器，將卡特柴油機組的重要參數傳遞至APLC，APLC將數據通過CC-LINK總線傳遞至B1、B2PLC并在觸摸屏上顯示。采用MODBUS通信總線實現作業發電機組的運行狀態及參數的監視。

PLC網絡控制系統主要完成的功能有：兩臺液力傳動箱加載、力士樂低恒速系統的自動合齒、工況轉換、輔助控制、通訊及自診斷。

PLC實質是一種專用于工業控制的計算機，其硬件結構基本上與微型計算機相同。隨著電子技術的發展，PLC以其高可靠性越來越廣泛的應用于工業領域。GMC96B型鋼軌打磨車采用三菱FX3U系列PLC.

3 結束語

GMC96B型鋼軌打磨列車動力車采用集成創新和消化吸收再創新的方法，聯合CAT公司、VOITH公司及Rexroth公司，完成雙模式牽引系統的通信及控制；聯合法國SDMO公司及英國F．G．WILSON公司，完成供電系統的通信及控制；聯合北京東風機車電器廠、中鐵咨詢公司，采用列車PLC網絡控制技術，采用成熟可靠的國際知名品牌PLC網絡通信系統，采用CAN通信及RS485通信系統，實現列車交流系統供電網絡、直流系統供電網絡及列車電氣控制系統，最終實現GMC96B型鋼軌打磨列車動力車電氣系統研制。

GMC96B型鋼軌打磨列車共完成了二十余列訂單，在研發過程中，BRE先后成功解決了傳動箱合齒困難、力士樂低恒速誤差超標、列車網絡通信不可靠、風源系統工作異常及列車制導系統不可靠等問題，BRE獨立及配合SPENO成功進行了各項調試及試驗，雙方先后進行了部分完善，目前電氣系統總體運行情況良好。

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Development of Electric System for GMC96BRail Grinding Train Power Car

CHEN Liu-jin，MIAO Su-yun
（Beijing Zhongche Locomotive Co.，Ltd.，27 Mechanical Engineering Research and Development Center，Beijing 100072，China）

In this paper，the seven section GMC96Btype rail grinding train is introduced,and the electric system of the train（A）is described.This system combined with CAT company，VOITH company and Rexroth company，to complete the dual-mode traction system；combined with the French SDMO company and the British company F. G.WILSON，to complete the power car，camping vehicles and non car air supply system of the grinding operation power supply；Beijing Dongfeng Locomotive Electric Appliance Factory，iron consulting firm，realized the train traction power network control PLC.In the end，the development of the electric system of the GMC96 rail grinding train power vehicle is realized.

GMC96Brail grinding train；power train；traction and power supply；electrical system；development

U216.65

A

1672-545X（2016）11-0122-03

2016-08-02

陳留金（1985-），女，江西瑞昌人，本科，工程師，主要從事鋼軌打磨車、接觸網多功能綜合作業車，地鐵檢測車等項目設計研究工作；苗素云（1964-），女，北京人，本科，高級工程師，主要從事鋼軌打磨車、內燃調車、出口內燃機車等項目設計研究工作。