謝 燁 郭慶林

(杭州中車車輛有限公司 浙江 杭州 310000)

0 前言

德國Pfaff-silberblau公司(以下簡稱PFAFF)是世界著名的架車機制造商，杭州中車車輛有限公司(以下簡稱杭州中車公司)與其開展了商務(wù)與技術(shù)合作，成為目前該品牌架車機在國內(nèi)城市軌道交通行業(yè)的唯一授權(quán)制造商。本文重點介紹了杭州中車公司與PFAFF合作研制完成的兼容A型地鐵車輛整體式地下架車機機械系統(tǒng)及其可靠性試驗。

1 設(shè)備介紹

隨著軌道交通行業(yè)的迅猛發(fā)展，整體式地下架車機作為城軌車輛檢修的專用工程設(shè)備，可在整列地鐵車輛組不摘鉤的狀態(tài)下對不同編組進行同步架車作業(yè)，在地鐵車輛維保過程中起到重要的作用。隨著部分大型城市人口的大量匯入，對地鐵車輛運力提出了更高的要求，A型地鐵車輛具有車體寬、載客量多的特點。整體式地下架車機設(shè)備的機械系統(tǒng)須根據(jù)不同車型的具體尺寸參數(shù)進行適配，滿足車輛檢修要求。

2 設(shè)備布局

一套整體式地下架車機布局如圖1所示(以6編組為例)，一節(jié)車由2個基坑內(nèi)的設(shè)備舉升，總共由12個基坑內(nèi)設(shè)備組成。根據(jù)A型地鐵車輛的相關(guān)參數(shù)[1]，設(shè)備基坑尺寸約為4 700 mm× 4 450 mm× 5 000 mm?；优赃叺牡孛嫔显O(shè)有1個總控制臺和6個現(xiàn)場控制臺，1節(jié)車對照1個現(xiàn)場控制臺。每個現(xiàn)場控制臺配有2個現(xiàn)場控制器，方便對單個基坑進行操作，同時在主控制臺對面設(shè)有確認控制器以保證車輛及人員安全。

圖1 整體式地下架車機6編組整體布局示意圖

3 設(shè)備工藝流程

以全列車架升為例，設(shè)備的基本工作模式為：第1步，檢修車輛架車臺位就位；第2步，由轉(zhuǎn)向架舉升單元同步舉升整車至指定高度，并自動保持鎖定狀態(tài)；第3步，如需拆卸或更換轉(zhuǎn)向架，則需將車體舉升單元升起，當(dāng)車體舉升柱接觸車體枕梁后停止舉升并承受整車載荷，自動保持鎖定狀態(tài)；第4步，拆除待修轉(zhuǎn)向架，將轉(zhuǎn)向架舉升單元架托下落至軌道，沿軌道方向推出；第5步，將新轉(zhuǎn)向架從軌道推入，按上述相反程序完成轉(zhuǎn)向架的換裝；第6步，由轉(zhuǎn)向架舉升單元將整車解除車體舉升單元支撐，再落下車體舉升單元；第7步，通過轉(zhuǎn)向架舉升單元將整車同步降落至軌道上，架車設(shè)備全部降入基坑。

4 設(shè)備同車輛的接口

整體式地下架車機同A型地鐵車輛的接口參數(shù)主要包括車輛定距、車體基本寬度、固定軸距、相鄰兩節(jié)車轉(zhuǎn)向架中心距、車體架車點等[1]。以杭州地鐵使用的A型車輛為例，車輛為6節(jié)編組，車輛定距為15 700 mm,架車機基本寬度為3 000 mm,固定軸距為2 500 mm,相鄰兩節(jié)車的轉(zhuǎn)向架中心距為7 100 mm,車體架車點為枕梁中心線位置。

5 設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)

設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)包括舉升參數(shù)和其他參數(shù)，其中舉升參數(shù)如下：轉(zhuǎn)向架舉升機構(gòu)最大行程(相對軌面)設(shè)定為1 700 mm；車體舉升機構(gòu)最大行程(相對軌面)設(shè)定為2 800 mm；舉升速度均設(shè)定為(400±10)mm/min。每臺轉(zhuǎn)向架舉升機構(gòu)提升能力為20 kN;每個車體舉升機構(gòu)的提升能力為10 kN；每組架車裝置和每組車體托架的提升能力均為40 kN。設(shè)備的其他技術(shù)參數(shù)為：電源采用三相380 V交流電源；最大噪音不大于75 dB(A)/3 m內(nèi)；設(shè)計壽命不小于30年。

6 設(shè)備機械系統(tǒng)機構(gòu)

整體式地下架車機機械系統(tǒng)機構(gòu)主要由轉(zhuǎn)向架舉升單元、轉(zhuǎn)向架舉升驅(qū)動單元、車體舉升單元、支撐結(jié)構(gòu)、維修平臺和地坑蓋板組成(見圖2)。

圖2 單坑機械結(jié)構(gòu)

6.1 轉(zhuǎn)向架舉升單元及其驅(qū)動單元

轉(zhuǎn)向架舉升單元由導(dǎo)向機構(gòu)、舉升柱、舉升橫梁、絲杠螺母和驅(qū)動單元組成(見圖3)。其中，導(dǎo)向機構(gòu)中設(shè)置導(dǎo)向滾輪，對舉升柱具有足夠的導(dǎo)向精度，保證在絲杠螺母和驅(qū)動單元的提升作用下保持垂直升降。舉升柱采用懸臂式結(jié)構(gòu)，以保證轉(zhuǎn)向架或調(diào)車車輛能夠在舉升完成的車輛下沿軌道順利移動。舉升橫梁與舉升柱的伸出臂固聯(lián)，系懸臂結(jié)構(gòu)，具有足夠的承載能力。舉升橫梁防止車輪滾落采用凹槽的結(jié)構(gòu)形式，并根據(jù)不同城軌車輛的轉(zhuǎn)向架固定軸距設(shè)計其長度和凹槽的位置。以杭州地鐵A型車輛為例，舉升橫梁結(jié)構(gòu)須滿足2 500 mm固定軸距的轉(zhuǎn)向架的定位和舉升。

圖3 轉(zhuǎn)向架舉升單元

每個轉(zhuǎn)向架舉升單元有4根梯形螺紋絲杠，需根據(jù)載荷要求選擇合適的梯形螺紋絲杠。合適的絲杠能夠保證絲杠與螺母間的低磨損，其螺紋升角保證絲杠的絕對自鎖。

驅(qū)動單元由1臺電機驅(qū)動4根螺桿，減速電機通過高撓性軸、減速箱與4根絲杠連接在一起，保證整個轉(zhuǎn)向架架升單元的驅(qū)動結(jié)構(gòu)實現(xiàn)機械同步(見圖4)。同時，同一側(cè)的2個舉升柱通過升降臂實現(xiàn)機械連接，從設(shè)計角度保證升降過程的機械同步。這種設(shè)計能夠從根本上消除升降過程中造成的車輛傾覆或者車體扭曲的風(fēng)險。

圖4 驅(qū)動單元

6.2 車體舉升單元

車體舉升單元由導(dǎo)向機構(gòu)、舉升柱、舉升橫梁、絲杠螺母和驅(qū)動單元組成(見圖5)。工作狀態(tài)時，舉升柱由驅(qū)動單元(即單個減速電機)驅(qū)動絲杠旋轉(zhuǎn)，并由螺母帶動舉升柱進行升降。在車體結(jié)構(gòu)上端懸臂托頭處安裝有負載檢測裝置，超過30 kg的負載被檢測到后，車體舉升單元會自動停止并顯示到位狀態(tài)。

圖5 車體舉升單元

6.3 設(shè)備鋼結(jié)構(gòu)

整體式地下架車機鋼結(jié)構(gòu)部分主要包括支撐結(jié)構(gòu)、維修平臺、軌道橋和地坑蓋板組成，并安裝在基坑內(nèi)的預(yù)埋件上(見圖6)。

圖6 鋼結(jié)構(gòu)

PFAFF品牌架車機支撐結(jié)構(gòu)采用“兩橫四豎”式設(shè)計，“兩橫”為水平方向的承載底座，是舉升單元的承力載體，底座兩端可將承載力傳遞至基坑側(cè)邊的安裝臺階。“四豎”為垂直方向的支撐柱體, 通過和承載底座的連接將部分承載力傳遞至基坑底部底面。支撐結(jié)構(gòu)中間設(shè)置有維修平臺，位于基坑二層，用于設(shè)備的日常檢修作業(yè)。

軌道橋為車輛和轉(zhuǎn)向架進出架車臺位的輔助軌道，當(dāng)車輛被舉升至規(guī)定高度時，轉(zhuǎn)向架能在軌面上自由通暢移動。軌道橋上設(shè)置有車輛定位裝置，車輛在正確的位置停止后，輪對的輪緣觸發(fā)車輛定位機構(gòu)，只有在車輛正確對位后，控制系統(tǒng)才允許架車機動作。

地坑蓋板位于基坑頂部，主要由固定蓋板和跟隨蓋板組成。固定蓋板設(shè)置有檢修、控制器存放盒和通風(fēng)孔，蓋板整體強度充分考慮車間內(nèi)作業(yè)要求，允許載荷為50 kN的作業(yè)小車通過。跟隨蓋板位于各舉升單元下方，以填補舉升單元舉升后的缺口，保證基坑蓋板面平整。

7 設(shè)備可靠性試驗

為保證PFAFF整體式地下架車機設(shè)備的機械系統(tǒng)研制的可靠性，委托第三方檢測單位進行現(xiàn)場載荷試驗(見圖7)。載荷試驗包括額定載荷(20 t)、超動載載荷(115%額定載荷)和超靜載載荷試驗(150%額定載荷)，觀察設(shè)備運行狀態(tài)及舉升單元是否出現(xiàn)變形及破壞，記錄試驗結(jié)果(見表1)。

表1 設(shè)備載荷試驗表

圖7 轉(zhuǎn)向架舉升單元額定動載(20 t)試驗

最終試驗結(jié)論為，整體設(shè)備運行狀態(tài)良好；參照BS EN 1493:2010和TB/T 1686—2000標準，整體式地下架車機按試驗步驟依次完成額定動載試驗、超動載試驗、超靜載試驗，目測架車機無永久變形，無可見機械損傷。

8 結(jié)束語

通過與德國Pfaff-silberblau公司的技術(shù)合作以及設(shè)備的可靠性試驗，研制的PFAFF品牌整體式地下架車機機械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完整可靠，滿足A型車地鐵車輛檢修的使用要求。同時，整體式地下架車機作為大型非標機電設(shè)備，可根據(jù)用戶提供的車輛相關(guān)參數(shù)進行適配，滿足地鐵車輛檢修需求和降低車輛檢修成本。□