XM-1500MBG型鋼軌銑磨列車砂帶打磨裝置電氣系統

王維 于明凱

摘? 要：介紹了XM-1500MBG型鋼軌銑磨列車砂帶打磨裝置電氣系統，通過電氣系統供電及控制實現其作業功能。

關鍵詞：砂帶打磨;電氣;控制

中圖分類號：U216.65? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）11-0110-03

Abstract： This paper introduces the electric system of abrasive belt grinding device for XM-1500MBG rail milling and grinding train， and realizes its working function through power supply and control of electrical system.

Keywords： abrasive belt grinding; electrical; control

XM-1500MBG型鋼軌銑磨列車砂帶打磨裝置是鋼軌銑磨列車的作業部件之一，通過電機帶動砂帶高速轉動，對銑削后的鋼軌進行打磨作業，提高鋼軌的表面質量。

1 砂帶打磨裝置的組成

砂帶打磨裝置主要由砂帶、砂帶驅動機構、牽引機構、砂帶張緊機構、平移機構、加壓機構、升降機構、導向機構、鎖緊機構、集塵及清掃機構等組成，所有機構均左右對稱，可同時打磨兩條軌道。裝置執行動作由電氣系統、液壓系統和氣動系統進行控制。其最大外形尺寸為3100×2000×650（長×寬×高，單位：mm），采用整體安裝方式，安裝于銑磨車作業車車架下方。作業時需將裝置下放，從而進行鋼軌打磨。如圖1所示。

砂帶打磨裝置具有兩套砂帶驅動機構，即通過左側（1#）和右側（2#）兩個打磨電機的獨立驅動，分別實現兩側砂帶的轉動，從而可進行兩側鋼軌的打磨，如圖2所示。電機軸上安裝有主動輪，打磨裝置左、右兩側各安裝一條打磨砂帶和一條備用砂帶，當達到一定的打磨里程時，以更換使用。即整套裝置共計4條砂帶，分別為1#、2#、3#、4#砂帶，其中2條作為備用，1#、2#砂帶在同側，3#、4#砂帶在另一側。

集塵及清掃機構主要包括集塵靴以及清掃電機、清掃刷等。對于打磨后鋼軌的清掃，砂帶打磨裝置左、右兩側分別裝有一個清掃電機，即1#、2#清掃電機，以單獨驅動兩側的清掃刷。集塵裝置用來收集打磨鐵粉，并設有氣錘敲擊裝置，在整個打磨作業過程中，氣錘定時對集塵靴進行敲擊，殘留在集塵靴上的鐵粉便可脫落，便于收集。

2 砂帶打磨裝置電氣系統

2.1 電氣系統組成

砂帶打磨裝置電氣系統，由安裝于車上的砂帶打磨控制柜、作業車司機室內的控制面板、車下兩側的外控盒、安裝于砂帶打磨裝置上的打磨電機、清掃電機、行程開關、氣控柜內的控制電磁閥、壓力開關以及集塵裝置等用電設備組成。

2.2 電氣柜

車上裝有砂帶打磨裝置電氣柜。內部安裝有與裝置有關的電氣元件，如斷路器、接觸器、繼電器、軟起動器、電源模塊等，此外還有此裝置的PLC控制系統。在打磨控制柜門外側，裝有三相電指示燈，即對應相通電后燈亮，可實現對三相供電的實時監控。同時裝有電壓、電流表，采集并顯示打磨電機供電線路的電流、電壓值。電氣柜內裝有一個AC220V-DC24V電源轉換模塊，將AC220V電壓轉換成DC24V，為砂帶打磨裝置提供控制供電，其功率為0.2kW。

2.3 交流供電

砂帶打磨裝置電氣系統，利用銑磨車發電機組提供的AC380V電源，實現裝置的供電與控制。在整車控制允許打磨裝置作業后，可進行砂帶打磨裝置供電。

裝置交流用電設備為1#打磨電機、2#打磨電機、1#清掃電機、2#清掃電機、集塵裝置電機、供電指示燈、電機控制線路、AC220V-DC24V電源轉換模塊等。如圖3所示。

2.4 PLC控制系統

砂帶打磨PLC控制系統，采用AC220V-DC24V電源轉換模塊供電，由主機、通信模塊、數字量輸入模塊、數字量輸出模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊等組成，與整車的控制系統TCMS采用RS485接口Modbus_RTU通訊，銑削裝置控制系統與整車TCMS采用網線TCP/IP通訊，砂帶打磨作業狀態、單砂帶打磨里程以及報警保護，均由銑削單元顯示屏顯示。

數字量輸入模塊的輸入信號由行程開關、壓力開關、繼電器、斷路器信號及按鈕開關等控制提供;數字量輸出模塊的輸出信號全部由繼電器線圈接收，以控制接觸器及電磁閥等;模擬量輸入模塊，采集集塵裝置溫度傳感器信號。模擬量輸出模塊，輸出控制打磨頭下降比例電磁閥電流信號。

2.5 電機的起動

砂帶打磨電機用電功率為11kW，額定電壓為AC380V，頻率為50Hz。

在兩打磨電機供電電路中，分別增加一個軟起動器，以使電機平滑起動。軟起動器可將電機起動時的電壓由0慢慢提升到額定值，電機在起動過程中的起動電流可以得到控制，并且可根據需要調節起動電流的大小，避免起動沖擊電流，使電機起動的全過程都不存在沖擊轉矩，而是平滑的起動運行。即避免在砂帶打磨裝置主動輪電機起動瞬間存在沖擊，使砂帶拉動從動輪向主動輪方向移動，導致砂帶松動跑偏造成危險。清掃電機用電功率為0.25kW，電壓為AC380V，頻率為50Hz，采用直接起動。

3 砂帶打磨控制

全車設置三個控制區，左側外控盒，右側外控盒，作業車司機室控制面板。其中，在作業車司機室控制面板控權有效的情況下，需在作業車走行時進行砂帶打磨控制操作。外控盒為調試和檢修設計使用。

3.1 外控盒控制

車下砂帶打磨裝置兩側的外控盒，每個上面裝有8個控制按鈕或旋鈕開關，功能分別為外控有效、打磨急停、砂帶張弛、砂帶更換、小車鎖定、小車升降、打磨開始、打磨停止，其控制信號均輸入PLC，實現打磨作業控制。如圖4所示。

（1）外控有效

將打磨小車單側外部控制盒外控有效旋鈕打到有效位，單側外控盒可操作打磨小車。司機室控制面板及對側外控盒按鈕失效。左右兩個外控盒，以先打到有效位的為準，利用繼電器實現互鎖功能，避免兩邊同時控制打磨裝置。當兩個外控盒的“外控有效”旋鈕開關均在“無效”位時，司機室控制面板控制有效，砂帶控權指示燈滅;當外控盒有控權時，指示燈亮起，司機室控制面板上開始作業、終止作業、集塵啟/停按鈕依然有效，只有砂帶更換、打磨提升、打磨下降三個按鈕無效。

（2）打磨急停

每個外控盒分別裝有一個急停按鈕，當按下急停按鈕時，1#、2#打磨電機回縮、提升，繼而電機停止工作，兩個清掃電機隨即停止，且小車升降、鎖定/解鎖、砂帶更換、集塵裝置啟動功能均無法執行。打磨急停按鈕不受控權控制，即外控有效旋鈕在無效位，打磨急停按鈕仍然有效。

（3）砂帶張弛

外控盒上的砂帶張弛旋鈕，控制本側砂帶的張緊和松弛。當旋鈕打到“松弛”位，砂帶張緊/松弛電磁閥得電，砂帶松弛;當旋鈕打到“張緊”位，該電磁閥失電，砂帶張緊。

每條砂帶松弛、斷裂時，分別有一個對應的行程開關動作，將信號輸入PLC。

（4）砂帶更換

砂帶打磨裝置默認1#、3#砂帶在工作位。左側外控盒砂帶更換旋鈕在“對側”位時，砂帶平移切換到對側工作位，即2#、4#砂帶在工作位;旋鈕在“本側”位時，恢復1#、3#砂帶在工作位;此時，PLC通過安裝在電磁閥上的行程開關判斷當前工作砂帶。右側外控盒砂帶更換旋鈕的“本側”位則是2#、4#砂帶在工作位，“對側”為1#、3#在工作位。

（5）小車鎖定

左旋小車鎖定旋鈕到“解鎖”位，通過使小車鎖定/解鎖電磁閥得電，控制鎖緊銷縮回，小車解鎖。右旋小車鎖定旋鈕到“鎖定”位，小車鎖定/解鎖電磁閥失電，鎖緊銷伸出，小車鎖定。

小車鎖定及解鎖，分別有對應的行程開關動作，將信號反饋給PLC。

（6）小車升降

左旋小車升降旋鈕到“下降”位，信號輸入PLC，繼而輸出信號，使控制小車上升/下降電磁閥得電，小車下降。下降到位后，檢測小車是否到軌的壓力開關閉合，信號輸入PLC。右旋到“上升”位，信號輸入PLC，使電磁閥失電，小車上升。到位后，其前端及后端車架相應位置的行程開關觸點閉合，給PLC輸入相應信號。

（7）打磨開始

在小車下降到工作位后，按下打磨開始按鈕，1#、2#打磨電機相繼啟動，打磨開始按鈕自帶指示燈閃爍，同時，PLC采集此控制信號，電機起動完成后，輸出信號使控制兩電機上升/下降電磁閥得電，1#、2#電機下降，并通過比例電磁閥控制電機的下降壓力，以控制下降速度。電機下降到位，按鈕自帶指示燈常亮，通過行程開關將信號輸入PLC。隨后，PLC輸出信號，使控制1#、2#電機外伸/回縮電磁閥得電，電機外伸，開始打磨。同時，PLC控制1#、2#清掃電機起動。

（8）打磨停止

按下打磨小車外控盒上打磨停止按鈕，打磨開始按鈕綠色指示燈熄滅，信號輸入PLC，1#、2#清掃電機停止工作，1#、2#打磨電機外伸/回縮電磁閥失電，電機回縮。回縮到位時，通過行程開關將信號進入PLC，繼而1#、2#電機上升/下降電磁閥失電，電機提升。待上升到位，對應行程開關將信號輸入PLC，1#、2#打磨電機停止工作。

3.2 作業車司機室控制面板

司機室控制面板控制銑削裝置與砂帶打磨裝置協同作業，其中與砂帶打磨裝置相關的按鈕、旋鈕及指示燈有：開始作業、終止作業、集塵啟/停、打磨下降、打磨提升、砂帶更換、砂帶控權。如圖5所示。

（1）開始作業

開始作業按鈕同時控制銑削裝置和砂帶打磨裝置。按下此按鈕，銑削裝置銑刀盤即時切入鋼軌作業，列車行至切入位時開始砂帶打磨作業。

（2）終止作業

按下終止作業按鈕后，銑削裝置順坡切出，整車繼續走行，待砂帶打磨裝置到達銑削順坡切出位時停止打磨作業，停止打磨作業的同時給出停車信號，列車緩慢停止。

（3）打磨下降

按下打磨下降按鈕，信號輸入PLC，小車完成鎖緊銷收回，到位后，控制小車上升/下降電磁閥得電，小車下降。小車下降到位后，壓力開關閉合，信號輸入PLC。

（4）打磨提升

按下打磨提升按鈕，信號輸入PLC，控制小車上升/下降電磁閥失電，小車上升。小車上升到位后，其前端及后端車架相應位置的行程開關觸點閉合，給PLC輸入相應信號，隨后，鎖緊銷伸出，鎖定小車。

（5）砂帶更換

砂帶打磨裝置默認1#、3#砂帶在工作位，按下砂帶更換按鈕，打磨裝置砂帶平移，使2#、4#砂帶在工作位。同理，在2#、4#砂帶在工作位時，按下此按鈕，可更換1#、3#砂帶在工作位。

（6）集塵啟/停

司機室控制面板設置集塵啟/停按鈕，在閉合集塵電機斷路器后，按下此按鈕，或在1#打磨頭下降到位信號輸入PLC后，PLC控制集塵電機開始工作。同時，PLC輸出信號控制集塵平移及重錘敲擊， 傳感器采集集塵裝置的溫度信息反饋到PLC，當溫度達到75℃，人機界面報警;集塵裝置溫度達到80℃時，停止打磨。

（7）砂帶控權

砂帶控權指示燈在外控盒有控權時亮起，本司機室控制面板有控權時熄滅。

4 結束語

砂帶打磨裝置電氣系統已隨整車生產制造，系統操作簡單、實用性強。

參考文獻：

[1]王立峰.基于虛擬樣機的高鐵鋼軌閉式砂帶打磨小車設計與優化[D].北京：北京交通大學，2017.