杭州地鐵固定式架車機作業程序優化研究

繆 君

（杭州市地鐵集團有限責任公司運營分公司，浙江杭州 310017）

0 引言

杭州地鐵?2?號線固定式架車機在架電客車作業中，發現操作程序有可以改進的地方，具體表現為：在聯控模式下架車，車體舉升柱任意1個壓力承載開關觸碰到電客車架車點后，便使所有舉升柱停止上升；其余沒有承載的舉升柱必須用單控模式手動上升至壓力承載開關觸碰電客車架車點后停止；而車體舉升柱下降時，也必須手動降到所有車體舉升柱同一高度后才能聯控下降。這樣的操作不僅費工費時效率低，還影響了電客車的維修進度。

1 固定式架車機用途

該設備主要用于地鐵車輛轉向架的更換，方便車輛整體和部件的拆裝，能滿足?6?輛編組列車在不解編狀態下的同步架車作業。地下固定式架車機組在車輛不解編的情況下，可以對整列編組列車中所有轉向架同時進行更換。因此，固定式架車機是地鐵列車臨修及架大修中必不可少的重要設備之一，如圖?1?所示。

圖1 架車機舉升整列電客車

2 車體舉升柱結構及工作原理

如圖?2?所示，車體舉升單元主要由車體舉升柱、托頭、減速機、絲杠螺母、導向箱、車體舉升單元走行部分及潤滑部分等組成。工作時減速機（帶制動）驅動絲杠旋轉，通過螺母帶動舉升柱升降。在舉升柱的四周設有導向輪，確保舉升柱能夠垂直升降。

在每個車體舉升單元上安裝有?2?個同步脈沖傳感器，用來進行同步數據的獲得和判定。2?個傳感器一個用來同步控制，另一個用來同步監控。

圖2 車體舉升單元組成

車體舉升柱頂端承載面上設置壓力承載開關，如圖3?所示。車體舉升柱上升到和車體上的抬車墊板接觸并承載時（50??N?的壓力即可觸發壓力承載開關），觸發壓力承載開關，車體舉升單元自動停止上升，此時可避免車體舉升柱上升時對車輛造成破壞。

圖3 車體舉升柱壓力承載開關

3 架車流程

固定式架車機架車時，首先需要選定架車的車體，轉向架舉升單元上升后，托住轉向架連同車體舉升到規定高度，然后車體舉升單元上升至車體架車點后，整個架車機停止工作，這時由工人拆除轉向架和車體的連接，然后轉向架舉升單元在工作人員的操作下托住轉向架下降到地面。

轉向架維修完成后推入到相對應的安裝位置，由轉向架舉升單元托住轉向架上升到距其安裝位置約?200??mm?左右時停止，轉向架和車體位置對正，由作業人員觀察確認無誤后（確保空氣彈簧氣嘴和車體正確對準）繼續上升，直到車體舉升單元不承載后，自動停止，連接轉向架和車體，車體舉升單元下降到?0?位，轉向架舉升單元托住轉向架連同車體下降到?0?位。架車作業完畢后，轉向架和車體舉升單元全部沉入地下，整個作業完畢。

4 各舉升柱不同步的原因及產生的后果

架車機群組升降不同步的主要原因：單個舉升單元的驅動電機特性、負載、制造工藝、慣性不一致，且架車機電機無調速功能，故不能通過控制電機轉速變化來保證絲桿在上升、下降過程中位移的一致性。

設備同步誤差允許限值：任意?2?個車位車體舉升柱之間高度差≤4??mm。

當可編程邏輯控制器（PLC）檢測到任何不同步的情形超過?4??mm?時，系統會自動調整不同步的舉升單元升降速度，直到達到規定的同步范圍內。當壓力加載限位值超過?20??mm?時，系統會自動停機，確保架車安全。

正因為以上同步誤差的存在，導致在聯控模式下，24?個舉升柱中，總會存在某個舉升柱的壓力承載開關最先與車體接觸的情況，而系統的壓力加載限位值只有?20??mm，整列車的車體舉升柱很容易超過這個限值，導致整列架車機保護性停止運行。

其余沒有接觸到車體的舉升柱，必須用單控模式手動上升至壓力承載開關觸碰電客車架車點后停止，而車體舉升柱下降時，也必須手動降到所有車體舉升柱同一高度后才能聯控下降。這樣的操作不僅費工費時效率低，還影響電客車的維修進度。

5 解決方案及原理

如何破解以上問題、提高作業效率，需要從設備的控制程序上解決，使得經過優化的程序可以實現在聯控模式下架車時，當任意一個車體舉升單元的壓力承載開關觸碰到車體后，該舉升單元會自動停止上升。此時所有舉升柱停止上升，待操作人員依次確認各舉升柱狀態后，再按下聯控上升確認按鈕。其余沒有接觸到車體的舉升單元會繼續上升，直到所在車體舉升柱的壓力承載開關觸碰到車體后，所有舉升柱才停止頂升。

其原理為：各車體舉升柱頂端承載面上都設置壓力承載開關（壓力傳感器），當其中一個車體舉升柱觸碰到車體時，壓力承載開關把力信號轉化為電信號，通過電路反饋給程序控制器，程序控制器發出信號停止車體舉升柱上升，剩下的車體舉升柱重復同樣的過程。

因此，要把原來程序控制器內關于壓力傳感器的反饋信號由串聯關系轉化為并聯關系，使得其中一個壓力傳感器觸發后不會影響其他壓力傳感器的觸發，達到所有傳感器都觸發后才停止。

為此，邀請了固定式架車機的生產廠家技術人員一起優化固定式架車機的程序。經過調試后發現，固定式架車機邏輯控制關系匹配良好，滿足架車要求。

除了調整架車機系統的邏輯控制關系外，還需要對舉升單元的壓力加載限位值進行調整，將壓力加載限位值調整為?60??mm（同一轉向架左右兩側舉升單元的高度差）。

如圖?4?所示，壓力加載限位值調整前，車體寬度?L??為?2?800??mm，壓力加載限位值?H?為?20??mm，計算角度α?的值可以得出車體的傾斜度：Tanα?=?H/L?=?20?/?2??800?=0.007??1，α?=?0.41°。

圖4 車體傾斜度計算示意圖

壓力加載限位值調整后，車體寬度?L?為?2??800??mm，壓力加載限位值?H?為?60??mm，計算角度?α?的值可以得出車體的傾斜度：Tanα?=?H?/?L?=?60?/?2??800?=?0.021??4，α?=1.23°。

由此可見修改前后，車體側傾角度由?0.41°變化為1.23°，車體傾斜度基本可以忽略不計，可見該架車優化解決方案是切實可行的。

6 固定式架車機安全保護機制

架車機程序優化后，必然要考慮到安全保護是否到位。為保證車輛檢修作業的安全，架車機設計了多重安全保護機制，主要內容如下：

（1）驅動電機采用制動電機；

（2）螺紋為可以自鎖的梯形螺紋；

（3）設有上下限位及安全限位的雙重限位開關；

（4）雙螺母安全設置，在工作螺母下方設置安全螺母，工作螺母磨損或意外破損時，安全螺母起安全保護作用；

（5）設置螺母磨損檢測開關，當工作螺母磨損到限后，控制系統自動報警提示；

（6）設置障礙物限位開關，當舉升柱與螺母脫開時，系統自動報警并停機；

（7）螺母處設置自動潤滑器，日常保養只需每隔?6個月注入潤滑油即可；

（8）傳動螺旋副螺旋升角為?3°17＇，滿足自鎖條件。

上述安全保護機制大大降低了被架車體的安全風險，使得架車過程可以安全有序進行，同時架車機出于安全考慮，對操作人員的操作也有一定的要求。

在聯控模式下，某個舉升柱的壓力承載開關最先與車體接觸后，整組架車機就會停止上升，待操作人員確認各舉升柱壓力承載開關的狀態后，再操作架車機讓其余舉升單元與車體接觸到位。

同時，在聯控模式下升降車體，需由多名操作人員在車體兩側共同控制架車機的工作，架車機才能完成各項指定動作。當主控制臺人員按下起升或下降的命令時，必須得到對面的確認命令，設備才能動作。按照起重設備的要求，該過程設計為點動控制方式，即操作中只要有任何一個人松手，架車機立即停機。

7 優化改進前后的效益對比

（1）優化改進前：固定式架車機頂升地鐵列車單次需?30??min?左右，一個頂升單元傳感器接觸到車體后，其余頂升單元都將停止工作，需要由人工手動操作頂升至車體架車點，操作不僅費工、費時，而且效率低，間接影響了電客車的架修進度。

（2）優化改進后：固定式架車機頂升電客車單次只需?15??min?左右，比優化之前節省了人工手動操作頂升單元至車體架車點的時間，為電客車架大修節約架車時間，加快了電客車架大修的維修進度。

優化后，所需的操作人員數量也從?1?個主操人員、5?個副操人員減少為?1?個主操人員、2?個副操人員（兼按鈕確認人員），為地鐵公司節省了人力成本。

8 結論

固定式架車機作為地鐵列車的重要檢修設備，其高效性、可靠性及安全性直接關系到地鐵列車架大修的生產組織。該項改進從目前的實際應用情況來看?，效果良好，滿足了現代城軌車輛整體同步架車的要求，同時通過程序更新優化，提高了檢修效率、節約了檢修成本，具有廣闊的應用前景。