■ 喻曉

1 選型原則

隨著城市軌道交通的迅猛發(fā)展，我國(guó)地鐵交通也呈快速增長(zhǎng)趨勢(shì)，許多城市新建或續(xù)建地鐵工程，修建了多條地鐵線路，并采購(gòu)了不同類(lèi)型和編組的地鐵車(chē)輛。

固定式架車(chē)機(jī)（簡(jiǎn)稱(chēng)UFLS）是車(chē)輛的重要架修設(shè)備，用于軌道車(chē)輛固定臺(tái)位的架車(chē)作業(yè)，可對(duì)一單元列車(chē)或一編組列車(chē)在不摘鉤狀態(tài)下進(jìn)行同步架車(chē)作業(yè)，也能在摘鉤狀態(tài)下對(duì)單節(jié)車(chē)進(jìn)行架車(chē)作業(yè)。固定式架車(chē)機(jī)在車(chē)輛檢修中能起到減少檢修車(chē)輛停運(yùn)時(shí)間、降低檢修成本和提高檢修質(zhì)量等作用[1]。

固定式架車(chē)機(jī)具有列車(chē)整體升降、轉(zhuǎn)向架升降和車(chē)體升降3種基本功能（見(jiàn)圖1）。

圖1 固定式架車(chē)機(jī)列車(chē)升降功能

在實(shí)際工作中，需根據(jù)不同類(lèi)型和編組應(yīng)用，對(duì)固定式架車(chē)機(jī)進(jìn)行選型。良好的選型可使地鐵線網(wǎng)最大限度實(shí)現(xiàn)對(duì)不同類(lèi)型和編組車(chē)輛的架車(chē)，達(dá)到降低投資、資源共享的目的。設(shè)計(jì)統(tǒng)型也可使地鐵線網(wǎng)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，降低維護(hù)成本，對(duì)線網(wǎng)后期運(yùn)營(yíng)有較大影響。具體選型原則如下：

（1）適應(yīng)本線路車(chē)輛架修條件，滿足檢修需求，適當(dāng)留有儲(chǔ)備和發(fā)展余地；

（2）兼容其他線路車(chē)輛架修，考慮有利于資源共享；

（3）統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，降低后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本；

（4）符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策，支持設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率的要求。

2 滿足車(chē)輛要求選型

地鐵車(chē)輛依據(jù)客流量，通過(guò)車(chē)型和編組選擇，使其滿足線路運(yùn)營(yíng)載客量需求。根據(jù)《城市軌道交通建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，分為A、B、C、D型車(chē)，地鐵線路通常采用A、B型。

2.1 技術(shù)參數(shù)

A、B、C型車(chē)技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1；A型車(chē)與固定式架車(chē)機(jī)臺(tái)位的對(duì)應(yīng)尺寸見(jiàn)圖2。

由表1、圖2可知，不同類(lèi)型車(chē)在車(chē)輛定距、轉(zhuǎn)向架軸距、相鄰兩車(chē)轉(zhuǎn)向架中心距、車(chē)輛長(zhǎng)度、車(chē)體架車(chē)點(diǎn)的參數(shù)均不相同，單一類(lèi)型固定式架車(chē)機(jī)無(wú)法同時(shí)兼容不同車(chē)型。因此，定修車(chē)輛段只需配置適應(yīng)本線路車(chē)輛固定式架車(chē)機(jī)，而大修車(chē)輛段需多種類(lèi)型的固定式架車(chē)機(jī)。

2.2 編組方式

地鐵車(chē)輛依據(jù)客流量選擇編組方式：客流量大的線路采用8節(jié)編組方式，客流量較大的線路采用6節(jié)編組方式，客流量小的線路采用4節(jié)編組方式。

1個(gè)編組通常由2或3個(gè)單元車(chē)輛組成，每個(gè)單元又有A、B、C等3種車(chē)型，通過(guò)半自動(dòng)車(chē)鉤或半永久牽引桿連接而成。A為帶司機(jī)室拖車(chē)，即列車(chē)的首、尾兩節(jié)車(chē)廂；B為帶受電弓動(dòng)車(chē)；C為不帶受電弓動(dòng)車(chē)。自動(dòng)車(chē)鉤（=）安裝在A車(chē)的1端，用于跟其他列車(chē)或牽引、救援車(chē)的連接；半自動(dòng)車(chē)鉤（-）通常用于2個(gè)單元間車(chē)廂的連接，便于拆解；半永久牽引桿（*）用于同一單元內(nèi)各車(chē)廂的連接，不便于拆解[2]。

車(chē)輛架車(chē)作業(yè)有2種方式：

（1）對(duì)地鐵進(jìn)行局部解體，進(jìn)行單節(jié)、單元的車(chē)輛架修。單節(jié)車(chē)架車(chē)前事先需拆除半自動(dòng)車(chē)鉤和半永久牽引桿，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。單元車(chē)架車(chē)前僅需拆除半自動(dòng)車(chē)鉤。

（2）不解體對(duì)整列車(chē)進(jìn)行架載，無(wú)需拆除，效率最高。

通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)：1編組不解體架車(chē)作業(yè)效率最高，1單元架車(chē)作業(yè)效率其次，單節(jié)架車(chē)作業(yè)效率最低。因此，選擇編組方式中，選擇作業(yè)效率的高低，決定了固定式架車(chē)機(jī)的組成。

表1 A、B、C型車(chē)技術(shù)參數(shù)

圖2 A型車(chē)與固定式架車(chē)機(jī)臺(tái)位對(duì)應(yīng)尺寸

2.3 選型要求

車(chē)輛對(duì)固定式架車(chē)機(jī)選型的要求如下：

（1）不同的車(chē)型無(wú)法兼容架車(chē)，車(chē)輛段需要配置相應(yīng)車(chē)型的固定式架車(chē)機(jī)；

（2）在場(chǎng)地容許的情況下，盡量按編組的方式選型，編組數(shù)大向下兼容編組數(shù)小的設(shè)計(jì)；

（3）在場(chǎng)地不容許的情況下，盡量采用按單元方式設(shè)計(jì)；

（4）按單元方式設(shè)計(jì)要考慮兼容四節(jié)車(chē)等非常單元的架車(chē)需求；

（5）同類(lèi)固定式架車(chē)機(jī)的車(chē)體架車(chē)點(diǎn)必須標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一。

3 滿足技術(shù)需求選型

3.1 轉(zhuǎn)向架作業(yè)需求

目前，國(guó)內(nèi)的固定式架車(chē)機(jī)主要分為柱式和懸臂式2種設(shè)計(jì)方式。由于地鐵車(chē)輛架修作業(yè)需要將轉(zhuǎn)向架與車(chē)體分離并移出，因此，轉(zhuǎn)向架舉升機(jī)構(gòu)采用懸臂式方式，車(chē)體舉升機(jī)構(gòu)采用柱式方式。

3.2 轉(zhuǎn)向架舉升機(jī)構(gòu)同步需求

轉(zhuǎn)向架舉升機(jī)構(gòu)由4個(gè)舉升柱組成，相鄰的2個(gè)舉升柱共同支撐1個(gè)活動(dòng)軌橋，通過(guò)軌橋?qū)?chē)輛進(jìn)行直接舉升（見(jiàn)圖3），舉升同步方式有2種：

圖3 轉(zhuǎn)向架舉升機(jī)構(gòu)示意圖

（1）獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，機(jī)械同步。每個(gè)轉(zhuǎn)向架舉升柱分別由1臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，相對(duì)的2個(gè)電機(jī)由萬(wàn)向軸聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)橫向舉升同步。由相鄰的2個(gè)舉升柱共同支撐1個(gè)活動(dòng)軌橋，確?？v向舉升柱縱向舉升同步[3]。常見(jiàn)型號(hào)有Windhoff固定式架車(chē)機(jī)。

（2）集中驅(qū)動(dòng)，速度同步。每個(gè)轉(zhuǎn)向架舉升單元采用“工”字形連接同步，4個(gè)轉(zhuǎn)向架舉升柱由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)萬(wàn)向軸聯(lián)接4個(gè)轉(zhuǎn)向架舉升柱，由于速度一致，可實(shí)現(xiàn)舉升同步[4-5]。常見(jiàn)型號(hào)有Pfaff、Neuero、青島四方等固定式架車(chē)機(jī)。

對(duì)比發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)向架舉升機(jī)舉升同步方式采用“工”字形連接簡(jiǎn)單，同步一致性好。同時(shí)，采用雙電機(jī)冗余驅(qū)動(dòng)的方式也更安全。

3.3 控制需求

固定式架車(chē)機(jī)控制系統(tǒng)一般由可編程邏輯控制器（PLC）、觸摸屏或顯示屏、操作臺(tái)、控制柜、舉升單元柜等部分組成，通常有單PLC、雙PLC、安全PLC等3種控制方式[5]：

（1）單PLC控制方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但不能避免主機(jī)失控時(shí)設(shè)備不安全運(yùn)行的隱患。

（2）雙PLC控制方式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安全可靠，但線路冗余大。通常設(shè)有2臺(tái)PLC，1臺(tái)PLC為主控機(jī)，負(fù)責(zé)設(shè)備運(yùn)行和操作，1臺(tái)PLC為監(jiān)控機(jī)，同時(shí)讀取設(shè)備各類(lèi)信息，并監(jiān)控主控機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)總線的狀態(tài)，可在異常情況下及時(shí)有效停止整個(gè)設(shè)備運(yùn)行（見(jiàn)圖4）。

（3）安全PLC方式線路冗余小。安全PLC內(nèi)部所有元器件采用冗余結(jié)構(gòu)，2個(gè)處理器處理時(shí)進(jìn)行交叉檢測(cè)，每個(gè)處理器的處理結(jié)果儲(chǔ)存在各自?xún)?nèi)存中，只有處理結(jié)果完全一致時(shí)才進(jìn)行輸出，如果處理期間出現(xiàn)任何不一致，設(shè)備立即停機(jī)，可有效避免雙PLC控制方式中當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)總線崩潰后監(jiān)控PLC無(wú)法工作的隱患。

圖4 雙PLC控制系統(tǒng)方式

通過(guò)對(duì)比，控制系統(tǒng)首選安全PLC控制，其次雙PLC控制，不推薦單PLC控制的方式。

4 滿足操作使用需求選型

4.1 操作界面需求

固定式架車(chē)機(jī)人機(jī)界面通常有儀表盤(pán)和觸摸屏2種操作方式。儀表盤(pán)操作方式一般用指示燈、按鈕、開(kāi)關(guān)等模擬設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)，操作相應(yīng)部分指示燈動(dòng)作，具有直接明了的效果（見(jiàn)圖5），但功能簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)繁復(fù)。故障報(bào)警采用文本顯示器顯示故障代碼，然后通過(guò)人工查詢(xún)故障代碼表確認(rèn)故障。

觸摸屏控制系統(tǒng)分為操作、控制、現(xiàn)場(chǎng)層。操作層由3臺(tái)觸摸屏組成的人機(jī)界面，采用一主兩從模式?？刂茖佑?臺(tái)PLC（1臺(tái)主控PLC，1臺(tái)監(jiān)控PLC）組成?，F(xiàn)場(chǎng)層由多個(gè)分布式I/O模塊組成。觸摸屏的使用可節(jié)省許多按鈕、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、中間繼電器、時(shí)間繼電器等硬元件，通過(guò)組態(tài)軟件將整個(gè)系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)集中在觸摸屏上顯示，方便觀察、自動(dòng)記錄、人機(jī)界面好、易于安裝、便于維護(hù)[6]。

通過(guò)對(duì)比，固定式架車(chē)機(jī)的操作首選觸摸屏方式，不推薦儀表盤(pán)操作方式。

4.2 應(yīng)急救援需求

固定式架車(chē)機(jī)發(fā)生故障時(shí)，需要將被舉升的地鐵車(chē)輛從架車(chē)機(jī)平穩(wěn)放至地面軌道。通常有2種方式：（1）在維修模式下，松開(kāi)舉升電機(jī)的剎車(chē)盤(pán)，搖柄連接電機(jī)軸或萬(wàn)向節(jié)上，人工通過(guò)手動(dòng)方式將電機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)舉升機(jī)構(gòu)將列車(chē)放下。（2）在維修模式下，應(yīng)急救援電路直接控制舉升電機(jī)，帶動(dòng)舉升機(jī)構(gòu)將列車(chē)放下，不受固定式架車(chē)機(jī)故障的影響。

建議配置應(yīng)急救援裝置，推薦配置有應(yīng)急救援電路設(shè)計(jì)。

綜上所述，固定式架車(chē)機(jī)選型及設(shè)計(jì)不僅需立足當(dāng)下，滿足車(chē)輛、技術(shù)、操作使用方面需求，還需考慮長(zhǎng)遠(yuǎn)。

圖5 儀表盤(pán)

[1] 章?lián)P，陳輝． 網(wǎng)絡(luò)化條件下地鐵車(chē)輛選型和列車(chē)編組研究[J]． 中國(guó)鐵路，2011(9)：64-68．

[2] 丁輝，王明海． CRH動(dòng)車(chē)組地坑式架車(chē)機(jī)的研究與設(shè)計(jì)[J]． 電力機(jī)車(chē)與城軌車(chē)輛，2011(2)：19-21．

[3] Windhoff固定式架車(chē)機(jī)維護(hù)手冊(cè)．2003．

[4] Pfaff固定式架車(chē)機(jī)維護(hù)手冊(cè)． 2008．

[5] Neuero固定式架車(chē)機(jī)維護(hù)手冊(cè)． 2010．

[6] 唐源，胡潔芬，張江堯． 地鐵車(chē)輛四日檢維修制度研究[J]． 鐵路技術(shù)創(chuàng)新，2016(4)：47-51．