關于地鐵盾構管片機構通用剎車模塊的研究

趙軍軍

（中鐵一局城軌公司，江蘇無錫 214104）

0 引言

雙軌梁系統作為地鐵盾構的起重運輸設備，主要將盾構管片從一號臺車運輸至喂片機，銜接拼裝機的管片拼裝工作。海瑞克盾構機的雙軌梁系統兩側均配置有提升裝置和行走裝置，其提升電機和行走電機均配置有剎車模塊，兩者型號各異，不可通用。若此剎車模塊損壞，國內并沒有專門的生產廠家，只有采購昂貴的原裝配件。市場上行走、提升電機剎車模塊單價均在2000 元人民幣左右，且供貨周期長，給使用項目部帶來一定的采購困難，嚴重影響施工工期。

1 提升和行走通用模塊研究

提升和行走的通用剎車模塊，包括殼體和設置在殼體內的剎車控制電路（圖1）。剎車控制電路包括用于在提升電機或行走電機處于高速運轉狀態時，為剎車線圈提供脈動直流電壓的第1 半波降壓整流電路，以及用于在提升電機或行走電機處于低速運轉狀態時為剎車線圈提供脈動直流電壓的第2 半波降壓整流電路；第1 半波降壓整流電路包括快速恢復二極管D1 和D2，D1 的陽極為整流電路的電壓輸入端IN1，D2 的陽極與D1 的陰極連接，D2 的陰極與剎車線圈的一端連接；第2 半波降壓整流電路包括快速恢復二極管D5 和D6，D5 的陽極為整流電路的電壓輸入端IN2，D6 的陽極與D5 的陰極連接，D6 的陰極與剎車線圈的一端連接；剎車線圈的另一端通過導線引出且將引出導線作為第1、第2半波降壓整流電路的公用線L。

剎車控制電路還包括濾波電路，濾波電路包括串聯后接在D1 的陽極與第1、第2 半波降壓整流電路的公用線L 之間的電容C1 和電容C2，以及串聯后接在D5 的陽極與公用線L 之間的電容C4 和電容C3。電容C1、電容C2、電容C3 和電容C4 主要用于吸收剎車控制電路中的峰值電壓，濾掉剎車控制電路的100 kHz 的高頻干擾因素，使后面的電壓波形更干凈。

圖1 提升和行走的通用剎車模塊原理

剎車控制電路還包括剎車線圈保護電路，保護電路包括穩壓二極管D3 和D4，D3 的陽極與公用線L 連接，D4 的陽極與D3 的陰極連接，D4 的陰極與剎車線圈的一端連接。電路4 還包括串聯的電容C7 和C8，C7 和C8 串聯后的連接端與D4 的陽極連接，C7 和C8 串聯后C7 的一端與D3 的陽極連接，C7和C8 串聯后C8 的一端與D4 的陰極連接。C7 和C8 均為高頻電容。通過設置C7 和C8，能夠在正半周時讓穩壓二極管D3和D4 快速響應，提高因瞬時功率而產生的損耗，同時又減少了因正半周時的尖峰沖擊導致的連續損傷的加速電路，能夠保護D3 和D4。

第1 半波降壓整流電路還包括串聯的電容C5 和C6，C5 和C6 串聯后的連接端與D2 的陽極連接，C5 和C6 串聯后C5 的一端與D1 的陽極連接，C5 和C6 串聯后C6 的一端與D2 的陰極連接。C5 和C6 均為高頻電容。通過設置C5 和C6，能夠在正半周時讓D1 和D2 快速響應，提高因瞬時功率而產生的損耗，同時又減少了因正半周時的尖峰沖擊導致的連續損傷的加速電路，能夠保護D1 和D2。

第2 半波降壓整流電路還包括串聯的電容C9 和C10，C9和C10 串聯后的連接端與D6 的陽極連接，C9 和C10 串聯后C9 的一端與D5 的陽極連接，C9 和C10 串聯后C10 的一端與D6 的陰極連接。C9 和C10 均為高頻電容。通過設置C9 和C10，能夠在正半周時讓D5 和D6 快速響應，提高因瞬時功率而產生的損耗，同時又減少了因正半周時的尖峰沖擊導致的連續損傷的加速電路，能夠保護D5 和D6。

2 提升和行走的通用剎車模塊應用及效果檢查

使用時，電壓輸入端IN1 和電壓輸入端IN2 均與提升電機或行走電機的供電電路的正極連接，公用線L 與提升電機或行走電機的供電電路的負極連接。當提升電機或行走電機處于高速運轉狀態時，對快速恢復二極管D1 和快速恢復二極管D2 加正向電壓使速恢復二極管D1 和快速恢復二極管D2 導通，電流經過快速恢復二極管D1 和快速恢復二極管D2，輸出脈動直流電壓到剎車線圈，剎車線圈產生磁力使剎車處于打開狀態，電流回到公用線L，當提升電機或行走電機處于低速運轉狀態時，對快速恢復二極管D5 和快速恢復二極管D6 加正向電壓使快速恢復二極管D5 和快速恢復二極管D6 導通，電流經過快速恢復二極管D5 和快速恢復二極管D6 輸出脈動的直流電壓到剎車線圈，剎車線圈產生磁力使剎車處于打開狀態，電流回到公用線L。

另外，當剎車控制電路中電壓＜200 V 時，穩壓二極管D3和D4 處于截止狀態；當剎車控制電路中電壓＞200 V 時，D3 和D4 處于導通狀態，起到了保護剎車線圈作用。

提升電機處于高速運轉狀態時的轉速為2820 r/min，提升速度為6.3 m/min；提升電機處于低速運轉狀態時的轉速為710 r/min，提升速度為1.5 m/min。行走電機處于高速運轉狀態時的轉速為2750 r/min，行走速度為25 m/min；行走電機處于低速運轉狀態時的轉速為420 r/min，行走速度為4 m/min。

3 總結

提升和行走的通用剎車模塊結構簡單，設計合理，實現方便；能夠在盾構機行走電機和提升電機間通用，有效減少了施工項目部庫房備件的數量和種類。通用剎車模塊相比現有技術，減少了一個交流接觸器，降低了故障率。在實際施工現場，環境條件較惡劣，交流接觸器的觸點經常性接觸不良，容易缺相，燒毀電機和剎車線圈。雙軌梁的多芯電纜易損壞，主要由于多芯電纜一直在運動且單芯的電壓較高，使用通用剎車模塊能夠減少使用芯數，增加備用芯，利于更換損壞芯。同時，提升和行走的通用剎車模塊成本為幾十元人民幣，極大降低了剎車裝置的成本。