李福收

（廣州地鐵集團(tuán)有限公司，廣東廣州511430）

列車自動(dòng)架車機(jī)組安全防護(hù)設(shè)計(jì)研究

李福收

（廣州地鐵集團(tuán)有限公司，廣東廣州511430）

主要在技術(shù)設(shè)計(jì)上探討列車自動(dòng)架車機(jī)的安全防護(hù)設(shè)計(jì)，根據(jù)重點(diǎn)安全隱患因素，提出針對(duì)性設(shè)計(jì)方案，優(yōu)化設(shè)計(jì)后可以防止誤操作或設(shè)備故障造成的安全隱患，確保架車機(jī)作業(yè)安全可靠。

同步度；安全螺母；承載螺母；安全裝置

列車架車機(jī)是車輛臨修、架大修的主要輔助設(shè)備之一，自動(dòng)化列車架車機(jī)操作方便快捷高效，與手動(dòng)架車機(jī)比較，由于架車列車長，自動(dòng)化率高，監(jiān)控人員少，與此同時(shí)，設(shè)備存在較高的安全風(fēng)險(xiǎn)，如果設(shè)備安全設(shè)計(jì)不合理或存在缺陷，會(huì)導(dǎo)致車輛發(fā)生側(cè)翻等事故，產(chǎn)生嚴(yán)重后果，因此，必須從設(shè)備技術(shù)設(shè)計(jì)出發(fā)，全面考慮其設(shè)計(jì)安全性，最大程度減輕人員監(jiān)控操作失誤帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)，在設(shè)計(jì)規(guī)范上必須保證安全，提高架車的安全性。本文重點(diǎn)研究架車機(jī)設(shè)計(jì)安全要素進(jìn)，以期在設(shè)備安全技術(shù)上保障自動(dòng)化列車架車機(jī)的操作安全。

1　安全設(shè)計(jì)考慮的因素

繆東［1］指出固定式架車機(jī)的安全保護(hù)主要包括舉升位置控制、同步控制、安全螺母、電機(jī)過載開關(guān)、相保護(hù)裝置等幾種安全防護(hù)，下面詳細(xì)介紹架車機(jī)組在安全設(shè)計(jì)上考慮的主要幾個(gè)因素：

（1）為保證架車同步起降動(dòng)作，程序須考慮同步度控制。為防止架車作業(yè)時(shí)每臺(tái)機(jī)器動(dòng)作不同步，出現(xiàn)傾斜或倒塌事故，同時(shí)為保證架車同步起升和下降，所有架車機(jī)同步誤差控制在一定范圍內(nèi)，一般同步誤差可控制在±4 mm范圍內(nèi)，可以滿足安全架車要求。

王占君［2］在同步設(shè)計(jì)裝置的設(shè)計(jì)和研究中詳細(xì)描述了同步設(shè)計(jì)的原理，本文參考王占君的同步設(shè)計(jì)思路，結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)應(yīng)用中遇到的一些問題，提出部分改進(jìn)建議。主要設(shè)計(jì)思路：架車機(jī)升降過程中，如果同步度超過±2 mm，架車機(jī)PLC控制模塊進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，停止行駛最快的架車機(jī)，等待其他架車機(jī)，誤差縮小到2 mm時(shí)，再啟動(dòng)該架車機(jī)，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(jī)將立即啟動(dòng)同步誤差保護(hù)程序，終止架車作業(yè)，待檢查確認(rèn)，方可繼續(xù)旁路操作下降。同步控制采用PLC控制?？刂圃砣缦拢?/p>

每個(gè)轉(zhuǎn)向架抬升架或車體支撐架都安裝脈沖發(fā)生器（見圖1）。脈沖發(fā)生輪隨絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，因脈沖發(fā)生輪有凹進(jìn)去的坑，使電感式接近開關(guān)反應(yīng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)情況的脈沖，得到反應(yīng)每個(gè)轉(zhuǎn)向架抬升架或車體支撐架高低位置的信號(hào)。

把各升降單元的脈沖信號(hào)輸入PLC，用計(jì)數(shù)器計(jì)算，并進(jìn)行比較，監(jiān)控各升降單元高低位置。當(dāng)差異超過設(shè)定公差時(shí)，就控制走快的升降單元停下來。當(dāng)差異縮少至公差內(nèi)，一秒后自動(dòng)起動(dòng)該升降單元。這樣就可使各升降單元在公差值內(nèi)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(dòng)調(diào)節(jié)功能，無論任何條件，當(dāng)架車機(jī)比較超出±4 mm誤差時(shí)，架車機(jī)立即停止運(yùn)行。只有當(dāng)使用旁路低位復(fù)位后，才開始正常架車。為了避免架車機(jī)部件故障造成頻繁調(diào)節(jié)高度差，對(duì)調(diào)節(jié)次數(shù)需要進(jìn)行安全設(shè)置，一般可以設(shè)置調(diào)節(jié)次數(shù)4次，如果超過4次，架車機(jī)啟動(dòng)同步誤差保護(hù)功能。

（2）為防止承載螺母爆裂，設(shè)計(jì)安全螺母。在同一絲桿起升柱設(shè)計(jì)承載螺母與安全螺母并列，起到雙重保護(hù)的功能。

承載螺母在上面，安全螺母在下面，當(dāng)承載螺母長期使用磨耗到限或發(fā)生意外爆裂時(shí)，由同等承載能力的安全螺母代替承載螺母。同時(shí)設(shè)計(jì)螺母爆裂限位開關(guān)和防止安全螺母脫離支撐架限位開關(guān)報(bào)警。此設(shè)計(jì)可以在發(fā)生螺母爆裂或磨損到極限后，使架車機(jī)可以繼續(xù)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(jìn)行間隙檢查，當(dāng)承載螺母磨損到螺桿齒距的1/4時(shí)，就需要更換承載螺母。

（3）為防止超限出現(xiàn)安全隱患，設(shè)計(jì)多種限位開關(guān)，保證架車行程安全。

為確保架車機(jī)在正常架車范圍內(nèi)使用，防止超過安全界線，在架車機(jī)上設(shè)置限位開關(guān)，表1以固定式架車機(jī)為例，介紹限位開關(guān)的種類和主要作用。固定式架車機(jī)架車分為轉(zhuǎn)向架抬升機(jī)構(gòu)和車體支撐機(jī)構(gòu)兩個(gè)主要組成部分。

表1　固定架車機(jī)安全限位開關(guān)設(shè)計(jì)及功能

（續(xù)上表）

（4）為防止發(fā)生緊急情況下，設(shè)計(jì)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(tái)上和每一個(gè)起升架上，通過安全繼電器控制實(shí)現(xiàn)。當(dāng)操作人員發(fā)現(xiàn)意外危險(xiǎn)情況時(shí)，按下任何一個(gè)緊急停機(jī)按鈕，可以立即切斷主電源開關(guān)，切斷主電源，停止架車機(jī)一切動(dòng)作。

其電路原理圖如下：采用安全繼電器進(jìn)行安全回路控制，每臺(tái)架車機(jī)起升架或操作面板上都設(shè)計(jì)一個(gè)緊急按鈕開關(guān)，當(dāng)拍下任何一個(gè)緊急按鈕開關(guān)后，緊急繼電器的輸入回路（信號(hào)端口）失電，安全保護(hù)繼電器動(dòng)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(lián)回路和系統(tǒng)開關(guān)，Y13接主接觸器和主開關(guān)觸點(diǎn)，用于復(fù)位信號(hào)。

圖3　架車機(jī)安全回路

安全建議：手動(dòng)緊急停止按鈕一定要與緊急停止繼電器使用，同時(shí)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(fā)生危險(xiǎn)。

2　其他安全設(shè)置建議

（1）上升和下降按鈕開關(guān)使用常閉式緊急按鈕，常閉式按鈕。

（2）根據(jù)架車機(jī)的布置方式，設(shè)置3或4個(gè)聲光警示器，在每次提升和下降過程當(dāng)中，閃光燈和警示音會(huì)亮起。這樣可以提醒操作人員和周圍的人注意安全。

（3）實(shí)時(shí)監(jiān)控每臺(tái)起升架是否運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

（4）固定式架車機(jī)在每個(gè)舉升梁的末端裝配有自動(dòng)升起及防滾輪滑脫監(jiān)測(cè)裝置。

（5）每個(gè)支撐架上都設(shè)計(jì)“已負(fù)載”開關(guān)。

（6）需要輔助操作者在車體單元對(duì)面的進(jìn)行操作確認(rèn)，方可操作架車機(jī)升降。

（7）故障信息和數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)緩沖器儲(chǔ)存在控制器中，因此在萬一電壓過低或被被閉的情況下數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。

（8）電機(jī)上升下降采用互鎖控制。

（9）架車機(jī)的機(jī)械傳動(dòng)采用具有自鎖功能的滑動(dòng)杠桿傳動(dòng)。

3　結(jié)束語

自動(dòng)化列車架車機(jī)（包括固定式架車機(jī)和移動(dòng)式架車機(jī)）安全設(shè)計(jì)要素多且非常重要，最基本的安全設(shè)計(jì)至少需要考慮：同步誤差控制，各種極限位開關(guān)的合理設(shè)計(jì)，安全螺母保護(hù)，程序設(shè)計(jì)優(yōu)化，緊急安全回路設(shè)計(jì)，電機(jī)互鎖控制等因素。在進(jìn)行固定式架車機(jī)或移動(dòng)式架車機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，在技術(shù)上充分考慮到以上設(shè)計(jì)因素和注意事項(xiàng)才能保證架車機(jī)的安全可靠運(yùn)行。

［1］繆東．固定式架車機(jī)在地鐵車輛段中應(yīng)用實(shí)踐［J］．鐵道工程學(xué)報(bào)，2008，（10）：92-95.

［2］王占君．電動(dòng)架車機(jī)同步監(jiān)控裝置的設(shè)計(jì)和研究［J］．鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，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(shè)備。