公路—鐵路兩用高空作業(yè)車電氣及控制系統(tǒng)設(shè)計

摘 要：公路-鐵路兩用高空作業(yè)車（以下簡稱公鐵兩用高空車）是一種既可以應(yīng)用于公路，又可行駛在軌道上的兩棲工程作業(yè)車輛，主要用于鐵路架空線施工、檢修和軌道信號燈維護。車輛電氣及控制系統(tǒng)為整車提供牽引動力和操作控制，整車牽引形式為電控液壓驅(qū)動，控制系統(tǒng)采用CAN總線模塊化架構(gòu)和集成式控制，通過可視化人機交互和視頻監(jiān)控系統(tǒng)，對車輛運行狀態(tài)進行監(jiān)控和數(shù)據(jù)記錄。

關(guān)鍵詞：公鐵兩用；控制系統(tǒng)；CAN總線

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.08.147

0 概述

公鐵兩用高空車是兼具公路、鐵路兩種路況作業(yè)功能的工程車。主要包括8米、10米高空作業(yè)范圍。適用于鐵路接觸網(wǎng)放線施工作業(yè)、鐵路站段信號燈安裝與檢修維護等場合，可在鐵路、公路兩種工況下行駛和作業(yè)。車輛公路牽引采用重型卡車底盤，內(nèi)燃柴油機動力，軸橋驅(qū)動形式；鐵路牽引采用鋼輪液壓馬達驅(qū)動，可垂直上道使用靈活。鐵路施工車輛工作環(huán)境復(fù)雜多變，對車輛控制安全可靠性要求高。公鐵兩用高空車控制系統(tǒng)設(shè)計執(zhí)行 EN280、EN15746、及ISO 13849等國際標準，設(shè)有完善的控制及應(yīng)急輔助系統(tǒng)、急停裝置及數(shù)據(jù)記錄儀確保車輛操作和運行安全。車輛信息顯示系統(tǒng)通過HMI人機界面交互方式實時監(jiān)控車輛行駛和作業(yè)時整車控制系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)狀態(tài)，對硬件和系統(tǒng)故障進行警告提示，并可對車輛電器件性能參數(shù)進行調(diào)整和校準。

1 系統(tǒng)組成

整車電氣控制采用模塊化架構(gòu)，劃分為底盤、上裝、數(shù)據(jù)記錄與顯示系統(tǒng)。系統(tǒng)由控制模塊、輸入輸出模塊、通信網(wǎng)絡(luò)、控制顯示屏、操作面板和數(shù)據(jù)記錄等輔助裝置組成。

2 控制模塊（ECU）

由四塊安裝于駕駛室、底盤及作業(yè)平臺電氣箱內(nèi)的CAN總線安全控制器組成。控制模塊主要技術(shù)參數(shù)如表1所示：

輸入輸出模塊集成于控制模塊內(nèi)，包括數(shù)字、模擬、頻率輸入和數(shù)字、模擬及PWM模塊，單個端口輸出最大負載可至4A，設(shè)有開路檢測和短路保護功能。

3 控制顯示屏（HMI）

車載控制顯示屏采用TFT-LCD圖形文本彩色高性能顯示模塊，表2是控制顯示屏主要技術(shù)參數(shù)。

4 通信網(wǎng)絡(luò)

整車通信采用CAN總線，由控制模塊、人機界面、數(shù)據(jù)記錄及傾角儀組成的拓撲結(jié)構(gòu)如圖3。

5 控制面板

車輛根據(jù)作業(yè)位置和人體工程學(xué)原理，主要包括以下各處控制面板。

5.1 司機室控制面板

位于司機室內(nèi)駕駛座椅側(cè)方，司機室控制面板包括：

工作模式選擇開關(guān)--可自動切換車輛四種工作模式，四種工作模式有公路、鐵路前進、鐵路后退和作業(yè)模式；行駛手柄--用于操縱鐵路行駛；前鐵路輪升降開關(guān)--鐵路模式下操作前鐵路輪升起和降落；燈開關(guān)--包括探照燈、警閃燈和輔助照明燈開關(guān)；急停開關(guān)--鐵路和作業(yè)模式下用于緊急停車。

5.2 轉(zhuǎn)向架控制面板

位于車輛轉(zhuǎn)向架上方，主要包括以下功能：方向選擇開關(guān)--確定入軌方向； 轉(zhuǎn)向架升降開關(guān)--鐵路模式下操作轉(zhuǎn)向架升起和降落； 后鎖橋開關(guān)--操作車輛后橋鎖緊和解鎖； 鎖銷開關(guān)--操作用于懸掛轉(zhuǎn)向的鎖銷； 應(yīng)急泵開關(guān)--車輛失去動力時可短暫開啟應(yīng)急泵； 指示燈--指示車輛底盤穩(wěn)定和上裝運輸位置。

5.3 回轉(zhuǎn)臺控制面板

安裝于回轉(zhuǎn)臺立柱處，主要包括以下功能： 緊急旁路開關(guān)--用于平臺稱重監(jiān)控系統(tǒng)故障時短暫操作高空作業(yè)機構(gòu)； 旁路開關(guān)--用于觸發(fā)停機限位后起動車輛發(fā)動機。 應(yīng)急泵、急停開關(guān)與其他各處功能相同。

5.4 高空平臺控制面板

安裝于高空平臺工作斗內(nèi)，主要用于操作高空機構(gòu)和鐵路行駛，包括：主臂操作手柄--操作主臂升降和旋轉(zhuǎn)； 副臂操作手柄--操作伸縮臂與折疊臂； 鐵路行駛手柄--作業(yè)模式下可在平臺內(nèi)操縱車輛鐵路行駛；工作斗操縱開關(guān)--工作斗上下調(diào)平和左右旋轉(zhuǎn)； 鳴笛開關(guān)--鐵路行駛時發(fā)出鳴笛警告； 遠程開關(guān)--可在工作斗內(nèi)遠程起動和停止車輛發(fā)動機； 指示燈--包括蓄電池充電、制動風壓、平臺載荷和上裝運輸位指示。

6 輔助裝置

輔助裝置用于記錄數(shù)據(jù)，輔助車輛運行和應(yīng)急保護操作，主要包括數(shù)據(jù)記錄儀、限位傳感器、后視監(jiān)控和急停裝置等組成。

7 結(jié)論

公鐵兩用高空車是公司自主創(chuàng)新設(shè)計的鐵路公路兩用工程作業(yè)車，電氣控制系統(tǒng)已通過歐盟CE認證，安全性符合EN ISO13849機械電氣安全標準，車輛信息電氣及控制系統(tǒng)經(jīng)試驗和交付車輛運行驗證表明，控制系統(tǒng)安全可靠，人機交互可讀性可操作性強，故障信息提示準確利于操作和車輛維護，數(shù)據(jù)記錄完整可靠，為操作人員提供了安全可視化信息。

參考文獻：

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作者簡介：孫滕（1984-）男，山東滕州人，研究生，工程師，研究方向：電氣工程。