撰文/齊齊哈爾斯潘重工裝備有限公司 褚福城

低壓直流移車臺的設計

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一、引言

移車臺是鐵路車輛生產(chǎn)制造及修理過程中，在不同軌道間平行轉軌作業(yè)所必須具備的專用轉運設備。傳統(tǒng)移車臺一般采用380V三相四線制高架滑觸線供電，我公司在傳統(tǒng)移車臺設計基礎上，根據(jù)用戶需要進行開拓創(chuàng)新，設計研發(fā)出該低壓直流移車臺，該移車臺的供電方式為基礎地面采用兩條單相低壓直流36V供電軌道對移車臺進行供電，取代了傳統(tǒng)的高架滑觸線供電方式，該技術在移車臺上的成功應用，為低壓直流技術在移車臺及其它相關機械設備上的應用拓寬了道路。

本文介紹了低壓直流移車臺優(yōu)點、主要性能指標、供電方案的設計、供電軌道的制造方法、平穩(wěn)取電問題的解決、主要結構組成、自動對軌系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)及低壓直流移車臺在鐵路車輛制造行業(yè)的應用前景等。

二、低壓直流移車臺的優(yōu)點

低壓直流移車臺將車間380V交流電源通過整流器轉變?yōu)閱蜗嗟蛪褐绷?6V電源，通過移車臺運行基礎的供電導軌為移車臺供電，即該移車臺所需電源從整流器輸出后至基礎導電軌，再到整個移車臺整個電控系統(tǒng)全部為直流36V安全電壓，解決了傳統(tǒng)移車臺采用380V三相四線制高架滑觸線供電的缺點，因此該移車臺與傳統(tǒng)移車臺相比主要具有以下幾方面優(yōu)點：第一，無需設置三相四線制高架滑觸線，解決了高架滑觸線的鋼構架及安裝制造成本；第二，該移車臺采用直流36V單相低壓電源供電，不存在380V高壓電各項不安全因素，為車間的安全生產(chǎn)提供了保障；第三，解決了高架滑觸線供電對廠房運行造成的阻礙，使車間空間利用率提高；第四，該移車臺解決了天車吊運、地面運輸與車輛轉運三維空間的干涉問題，使廠房作業(yè)空間小、轉運量大切工序復雜的工藝布局難題得到了解決。

三、移車臺的主要性能指標

額定載重：60t；移車臺長度：21m；移車臺上軌距：1435mm；移車臺總安裝功率：18kw；走行速度：0～30m/ min；移車臺走行軌面高：-260mm；移車臺供電電壓：直流36V；移車臺運行基礎長度：60m。

四、供電方案設計

因為車間為移車臺提供的是交流380V交流電，如何將車間交流380V交流電源轉變?yōu)?6V直流電源是移車臺開發(fā)能夠順利進行的關鍵，經(jīng)過反復論證與研究最終確定方案為首先通過整流器將車間提供的380V交流電轉變?yōu)橐栖嚺_所需的單相低壓直流36V電源輸送給移車臺供電軌道，通過基礎供電導軌為移車臺供電，經(jīng)過研究討論決定基礎設置2條相距1m的低壓直流36V供電軌道對移車臺基礎60m長度范圍進行供電，為防止供電軌道遠端電壓衰減到小于35V以下影響移車臺的正常運行，因此36V供電電源采用基礎中間位置引入，這樣只需一個整流器即可滿足移車臺電源的轉換需求，且基礎兩端電壓也不會有衰減超差現(xiàn)象。

為保證基礎供電軌道兩端電壓衰減小，供電軌道必須采用導電銅排做導電載體，因為銅排的電阻率較小，導電效果優(yōu)良，可是考慮到導電銅排導電性能雖好，但不如鋼材耐磨；而鋼材雖耐磨但導電性能又不如銅排，因此經(jīng)過綜合分析決定基礎供電軌采用高度為160mm的工字鋼，并在立筋上貼合導電銅排的組合供電軌形式對移車臺進行供電，該組合供電方式即發(fā)揮了銅排的導電效果，又達到了供電軌道剛度需求，供電軌埋在移車臺走行基礎地面內(nèi)，導電軌工字鋼上平面與基礎地面水平，供電時首先在車間電控柜處利用整流器將車間380V三相四線制交流電源轉換為36V單相直流低壓電源輸送到基礎供電軌上的導電銅排，利用銅排對整個移車臺基礎長度進行輸電，在移車臺上設置取電裝置為移車臺從供電軌道進行取電，整各供電方案如圖1所示。

圖1 移車臺供電方案示意圖

五、基礎供電導軌的制造方法

為保證移車臺平穩(wěn)運行，移車臺供電軌道對地絕緣阻值應大于0.5MΩ，為達到該絕緣指標，首先在工字鋼底面鋪設3mm厚絕緣橡膠板，再利用絕緣卡板將工字鋼固定在基礎地面上，并調(diào)平頂面，接口處焊接后打磨光滑，然后將導電銅排與工字鋼立筋貼合緊密，用螺栓連接緊固，為保證銅排的導電效果，銅排與銅排接縫處采用銅焊接，銅排截面尺寸50mm×5mm，為加大供電軌道與基礎絕緣電阻，在銅排與工字鋼安裝完畢后需在兩側面涂刷3mm厚的瀝青，整個導電軌道任何金屬部件不得與基礎鋼筋網(wǎng)相連，安裝完畢檢測合格后將該供電軌道基礎用混凝土二次填平，基礎導電軌道的做法如圖2所示。

圖2 移車臺基礎導電軌道示意圖

六、平穩(wěn)取電問題的解決

因移車臺運行最大速度為30m/min，如果取電裝置接觸不好移車臺就無法平穩(wěn)運行，這樣就存在移車臺如何從基礎導電軌平穩(wěn)取電的問題，經(jīng)過研究，本文中的移車臺采用安裝在前后兩個主梁上的兩個取電刷為移車臺從基礎供電軌進行取電，即對應基礎每條導電軌道移車臺設有前后兩個取電刷進行取電，共設置四個取電刷，這樣即使一個導電刷接觸不良，另一個也會正常取電，保證取電刷的平穩(wěn)，取電刷由定位座、內(nèi)置彈簧導電滑桿及受電觸頭組成，該裝置通過內(nèi)置彈簧給受電觸頭一定的受電貼合力，使受電觸頭時刻保持與供電軌道接觸良好，為提高受電觸頭的導電性及耐磨性，該受電觸頭采用耐磨性能高、導電性能好的錫青銅制作。取電過程如圖3所示。

圖3 移車臺受電刷的取電過程

七、機械方案設計

由于該移車臺緩坡高260mm，額定載重為60t，在設計過程中根據(jù)移車臺的受力特點及功能要求，移車臺整體結構主要設計為由鋼構車架、運行機構、渡橋系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和警示系統(tǒng)等部分組成。

1.主體車架

鋼構車架主要由主梁、橫梁及縱梁成立體網(wǎng)狀箱型結構組焊而成，材質(zhì)為Q345E，該材質(zhì)具有良好的綜合力學性能及焊接性能，其中主梁為650mm×370mm的箱型梁結構，因箱型梁結構是閉合薄壁截面，具有抗扭剛度很大、承載穩(wěn)定性好的優(yōu)點，主梁的上下蓋板厚度14mm，兩側腹板厚度為8mm，為加強主梁剛度及穩(wěn)定性，在主梁內(nèi)部加入中間隔板，隔板厚度6mm，隔板之間距離為500mm；橫梁為185mm×240mm的箱型梁結構；主梁、橫梁及縱梁組焊成移車臺車體承載鋼構骨架，此種結構可將轉軌車輛重量在車輪與移車臺接觸處進行橫向及縱向分解，最終分解到移車臺兩側主梁，此種結構具有結構穩(wěn)定，抗扭、抗彎剛度好，抗變形能力強，以及承載力大等特點。鋼構車架上鋪設轉運車輛運行的軌道，軌道截面積為70mm×35mm，踏面尺寸與P50標準鋼軌相同，材質(zhì)為45鋼調(diào)質(zhì)處理。

2.驅動走行系統(tǒng)

移車臺設有驅動走行系統(tǒng)，驅動走行系統(tǒng)主要由2臺功率為6.3kW型號為DC48-6.3-15A5-ZD的直流串勵三合一減速機組成，兩臺減速機分別控制移車臺兩端的2個踏面直徑500mm的主動走行輪實現(xiàn)移車臺的前進、后退及停車等功能；走行速度0～30m/min無級可調(diào)；該驅動走行系統(tǒng)具有以下幾方面優(yōu)點。

（1）直流減速機調(diào)速范圍廣且平滑、分級精細，便于無級調(diào)速控制，因此兩臺減速機同步控制效果好，移車臺走行過程中不會出現(xiàn)跑偏及啃軌現(xiàn)象。

（2）減速機具有結構緊湊，體積小，造型美觀，起動和調(diào)速性能好，承受過載能力強，受電磁干擾影響小，能耗低，以及傳動性能優(yōu)越的優(yōu)點。

（3）減速機傳動效率高，可達到96%，且轉矩比較大，振動小，噪音低，適宜廠房內(nèi)使用，且比交流減速機節(jié)能環(huán)保。

（4）具有電機溫升低，可靠性好，運轉平穩(wěn)、操作簡單、能夠適應頻繁啟動、制動的工作特點。

（5）減速機通用性強，使用維護方便，維護成本低，維護保養(yǎng)只需備用內(nèi)部幾個傳動件即可保證整機正常生產(chǎn)的維修保養(yǎng)。

（6）該減速機采用新型密封裝置，保護性能好，對環(huán)境適應性強，可在有腐蝕、潮濕等惡劣環(huán)境中連續(xù)工作。

3.自動對軌系統(tǒng)

該移車臺設有自動對軌系統(tǒng)，通過PLC邏輯控制部分和接近開關來實現(xiàn)對軌目的。自動對軌和手動對軌方式可通過轉換開關互相轉換，當自動對軌系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，可切換到手動對軌方式進行手動對軌。自動對軌系統(tǒng)為在移車臺上設置一個光電感應開關，在基礎每個軌道相應位置設置相對應的一個減速接近開關及一個停止接近開關，當操作者發(fā)出自動對軌信號后，信號傳送給邏輯控制部分PLC，PLC開始執(zhí)行其邏輯控制，即系統(tǒng)開始通過設置在移車臺上的光電感應開關實時監(jiān)測移車臺運行基礎上的減速接近開關及停止接近開關，實時反饋移車臺的到位信號實現(xiàn)自動對軌。

自動對軌原理為：設備啟動后首先以設定的加速時間勻加速運行，直到達到設定的速度，移車臺開始全勻速運行，當需要對軌時，操作室選擇所需對軌的軌道編號，移車臺即開始執(zhí)行對軌命令，移車臺的光電感應開關開始檢測減速接近開關，當移車臺運行到對應的軌道的減速接近開關上方時，光電開關給PLC一個信號，移車臺開始減速，當運行到停止接近開關位置時，接近開關動作給PLC第二個信號，移車臺停止，完成自動對軌。

4.電氣控制系統(tǒng)

在移車臺的主梁中間位置設有移車臺的電氣控制系統(tǒng)及操作臺，操作臺上設有操作桿及操作按鈕；操作者通過操作桿及按鈕實現(xiàn)移車臺前進、后退及停車等操作。

電控系統(tǒng)通過電位計調(diào)節(jié)電壓的方式實現(xiàn)對直流調(diào)速器的控制進而實現(xiàn)對移車臺走行電機轉速的控制，達到移車臺運行系統(tǒng)的無級調(diào)速功能，在移車臺的操作室內(nèi)設有控制柜及操作臺，操作臺上設有操作桿及按鈕；通過操作桿及按鈕可以完成移車臺前進、后退、制動、停機、緊急停止、自動對軌和點動等操作，系統(tǒng)具有編程簡單，使用維護方便，結構緊湊、可靠性高等優(yōu)點。

八、推廣應用情況

國產(chǎn)單相低壓直流移車臺為今后移車臺及類似產(chǎn)品設計開發(fā)提供了新的思路，既解決了高架滑觸線供電對廠房帶來的阻礙，又避免了380V高壓電不安全因素，而且解決了天車運輸、地面運輸與車輛轉運三維空間的工序干涉問題，使車間空間利用率得到了提高，工序更加緊湊，滿足了客戶的生產(chǎn)需求，提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率，得到了用戶的好評。