XM-1500MBG型鋼軌銑磨列車砂帶打磨裝置電氣系統(tǒng)

王維 于明凱

摘? 要：介紹了XM-1500MBG型鋼軌銑磨列車砂帶打磨裝置電氣系統(tǒng)，通過電氣系統(tǒng)供電及控制實(shí)現(xiàn)其作業(yè)功能。

關(guān)鍵詞：砂帶打磨;電氣;控制

中圖分類號(hào)：U216.65? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）11-0110-03

Abstract： This paper introduces the electric system of abrasive belt grinding device for XM-1500MBG rail milling and grinding train， and realizes its working function through power supply and control of electrical system.

Keywords： abrasive belt grinding; electrical; control

XM-1500MBG型鋼軌銑磨列車砂帶打磨裝置是鋼軌銑磨列車的作業(yè)部件之一，通過電機(jī)帶動(dòng)砂帶高速轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)銑削后的鋼軌進(jìn)行打磨作業(yè)，提高鋼軌的表面質(zhì)量。

1 砂帶打磨裝置的組成

砂帶打磨裝置主要由砂帶、砂帶驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、牽引機(jī)構(gòu)、砂帶張緊機(jī)構(gòu)、平移機(jī)構(gòu)、加壓機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、鎖緊機(jī)構(gòu)、集塵及清掃機(jī)構(gòu)等組成，所有機(jī)構(gòu)均左右對(duì)稱，可同時(shí)打磨兩條軌道。裝置執(zhí)行動(dòng)作由電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和氣動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行控制。其最大外形尺寸為3100×2000×650（長(zhǎng)×寬×高，單位：mm），采用整體安裝方式，安裝于銑磨車作業(yè)車車架下方。作業(yè)時(shí)需將裝置下放，從而進(jìn)行鋼軌打磨。如圖1所示。

砂帶打磨裝置具有兩套砂帶驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，即通過左側(cè)（1#）和右側(cè)（2#）兩個(gè)打磨電機(jī)的獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，分別實(shí)現(xiàn)兩側(cè)砂帶的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而可進(jìn)行兩側(cè)鋼軌的打磨，如圖2所示。電機(jī)軸上安裝有主動(dòng)輪，打磨裝置左、右兩側(cè)各安裝一條打磨砂帶和一條備用砂帶，當(dāng)達(dá)到一定的打磨里程時(shí)，以更換使用。即整套裝置共計(jì)4條砂帶，分別為1#、2#、3#、4#砂帶，其中2條作為備用，1#、2#砂帶在同側(cè)，3#、4#砂帶在另一側(cè)。

集塵及清掃機(jī)構(gòu)主要包括集塵靴以及清掃電機(jī)、清掃刷等。對(duì)于打磨后鋼軌的清掃，砂帶打磨裝置左、右兩側(cè)分別裝有一個(gè)清掃電機(jī)，即1#、2#清掃電機(jī)，以單獨(dú)驅(qū)動(dòng)兩側(cè)的清掃刷。集塵裝置用來收集打磨鐵粉，并設(shè)有氣錘敲擊裝置，在整個(gè)打磨作業(yè)過程中，氣錘定時(shí)對(duì)集塵靴進(jìn)行敲擊，殘留在集塵靴上的鐵粉便可脫落，便于收集。

2 砂帶打磨裝置電氣系統(tǒng)

2.1 電氣系統(tǒng)組成

砂帶打磨裝置電氣系統(tǒng)，由安裝于車上的砂帶打磨控制柜、作業(yè)車司機(jī)室內(nèi)的控制面板、車下兩側(cè)的外控盒、安裝于砂帶打磨裝置上的打磨電機(jī)、清掃電機(jī)、行程開關(guān)、氣控柜內(nèi)的控制電磁閥、壓力開關(guān)以及集塵裝置等用電設(shè)備組成。

2.2 電氣柜

車上裝有砂帶打磨裝置電氣柜。內(nèi)部安裝有與裝置有關(guān)的電氣元件，如斷路器、接觸器、繼電器、軟起動(dòng)器、電源模塊等，此外還有此裝置的PLC控制系統(tǒng)。在打磨控制柜門外側(cè)，裝有三相電指示燈，即對(duì)應(yīng)相通電后燈亮，可實(shí)現(xiàn)對(duì)三相供電的實(shí)時(shí)監(jiān)控。同時(shí)裝有電壓、電流表，采集并顯示打磨電機(jī)供電線路的電流、電壓值。電氣柜內(nèi)裝有一個(gè)AC220V-DC24V電源轉(zhuǎn)換模塊，將AC220V電壓轉(zhuǎn)換成DC24V，為砂帶打磨裝置提供控制供電，其功率為0.2kW。

2.3 交流供電

砂帶打磨裝置電氣系統(tǒng)，利用銑磨車發(fā)電機(jī)組提供的AC380V電源，實(shí)現(xiàn)裝置的供電與控制。在整車控制允許打磨裝置作業(yè)后，可進(jìn)行砂帶打磨裝置供電。

裝置交流用電設(shè)備為1#打磨電機(jī)、2#打磨電機(jī)、1#清掃電機(jī)、2#清掃電機(jī)、集塵裝置電機(jī)、供電指示燈、電機(jī)控制線路、AC220V-DC24V電源轉(zhuǎn)換模塊等。如圖3所示。

2.4 PLC控制系統(tǒng)

砂帶打磨PLC控制系統(tǒng)，采用AC220V-DC24V電源轉(zhuǎn)換模塊供電，由主機(jī)、通信模塊、數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊等組成，與整車的控制系統(tǒng)TCMS采用RS485接口Modbus_RTU通訊，銑削裝置控制系統(tǒng)與整車TCMS采用網(wǎng)線TCP/IP通訊，砂帶打磨作業(yè)狀態(tài)、單砂帶打磨里程以及報(bào)警保護(hù)，均由銑削單元顯示屏顯示。

數(shù)字量輸入模塊的輸入信號(hào)由行程開關(guān)、壓力開關(guān)、繼電器、斷路器信號(hào)及按鈕開關(guān)等控制提供;數(shù)字量輸出模塊的輸出信號(hào)全部由繼電器線圈接收，以控制接觸器及電磁閥等;模擬量輸入模塊，采集集塵裝置溫度傳感器信號(hào)。模擬量輸出模塊，輸出控制打磨頭下降比例電磁閥電流信號(hào)。

2.5 電機(jī)的起動(dòng)

砂帶打磨電機(jī)用電功率為11kW，額定電壓為AC380V，頻率為50Hz。

在兩打磨電機(jī)供電電路中，分別增加一個(gè)軟起動(dòng)器，以使電機(jī)平滑起動(dòng)。軟起動(dòng)器可將電機(jī)起動(dòng)時(shí)的電壓由0慢慢提升到額定值，電機(jī)在起動(dòng)過程中的起動(dòng)電流可以得到控制，并且可根據(jù)需要調(diào)節(jié)起動(dòng)電流的大小，避免起動(dòng)沖擊電流，使電機(jī)起動(dòng)的全過程都不存在沖擊轉(zhuǎn)矩，而是平滑的起動(dòng)運(yùn)行。即避免在砂帶打磨裝置主動(dòng)輪電機(jī)起動(dòng)瞬間存在沖擊，使砂帶拉動(dòng)從動(dòng)輪向主動(dòng)輪方向移動(dòng)，導(dǎo)致砂帶松動(dòng)跑偏造成危險(xiǎn)。清掃電機(jī)用電功率為0.25kW，電壓為AC380V，頻率為50Hz，采用直接起動(dòng)。

3 砂帶打磨控制

全車設(shè)置三個(gè)控制區(qū)，左側(cè)外控盒，右側(cè)外控盒，作業(yè)車司機(jī)室控制面板。其中，在作業(yè)車司機(jī)室控制面板控權(quán)有效的情況下，需在作業(yè)車走行時(shí)進(jìn)行砂帶打磨控制操作。外控盒為調(diào)試和檢修設(shè)計(jì)使用。

3.1 外控盒控制

車下砂帶打磨裝置兩側(cè)的外控盒，每個(gè)上面裝有8個(gè)控制按鈕或旋鈕開關(guān)，功能分別為外控有效、打磨急停、砂帶張弛、砂帶更換、小車鎖定、小車升降、打磨開始、打磨停止，其控制信號(hào)均輸入PLC，實(shí)現(xiàn)打磨作業(yè)控制。如圖4所示。

（1）外控有效

將打磨小車單側(cè)外部控制盒外控有效旋鈕打到有效位，單側(cè)外控盒可操作打磨小車。司機(jī)室控制面板及對(duì)側(cè)外控盒按鈕失效。左右兩個(gè)外控盒，以先打到有效位的為準(zhǔn)，利用繼電器實(shí)現(xiàn)互鎖功能，避免兩邊同時(shí)控制打磨裝置。當(dāng)兩個(gè)外控盒的“外控有效”旋鈕開關(guān)均在“無效”位時(shí)，司機(jī)室控制面板控制有效，砂帶控權(quán)指示燈滅;當(dāng)外控盒有控權(quán)時(shí)，指示燈亮起，司機(jī)室控制面板上開始作業(yè)、終止作業(yè)、集塵啟/停按鈕依然有效，只有砂帶更換、打磨提升、打磨下降三個(gè)按鈕無效。

（2）打磨急停

每個(gè)外控盒分別裝有一個(gè)急停按鈕，當(dāng)按下急停按鈕時(shí)，1#、2#打磨電機(jī)回縮、提升，繼而電機(jī)停止工作，兩個(gè)清掃電機(jī)隨即停止，且小車升降、鎖定/解鎖、砂帶更換、集塵裝置啟動(dòng)功能均無法執(zhí)行。打磨急停按鈕不受控權(quán)控制，即外控有效旋鈕在無效位，打磨急停按鈕仍然有效。

（3）砂帶張弛

外控盒上的砂帶張弛旋鈕，控制本側(cè)砂帶的張緊和松弛。當(dāng)旋鈕打到“松弛”位，砂帶張緊/松弛電磁閥得電，砂帶松弛;當(dāng)旋鈕打到“張緊”位，該電磁閥失電，砂帶張緊。

每條砂帶松弛、斷裂時(shí)，分別有一個(gè)對(duì)應(yīng)的行程開關(guān)動(dòng)作，將信號(hào)輸入PLC。

（4）砂帶更換

砂帶打磨裝置默認(rèn)1#、3#砂帶在工作位。左側(cè)外控盒砂帶更換旋鈕在“對(duì)側(cè)”位時(shí)，砂帶平移切換到對(duì)側(cè)工作位，即2#、4#砂帶在工作位;旋鈕在“本側(cè)”位時(shí)，恢復(fù)1#、3#砂帶在工作位;此時(shí)，PLC通過安裝在電磁閥上的行程開關(guān)判斷當(dāng)前工作砂帶。右側(cè)外控盒砂帶更換旋鈕的“本側(cè)”位則是2#、4#砂帶在工作位，“對(duì)側(cè)”為1#、3#在工作位。

（5）小車鎖定

左旋小車鎖定旋鈕到“解鎖”位，通過使小車鎖定/解鎖電磁閥得電，控制鎖緊銷縮回，小車解鎖。右旋小車鎖定旋鈕到“鎖定”位，小車鎖定/解鎖電磁閥失電，鎖緊銷伸出，小車鎖定。

小車鎖定及解鎖，分別有對(duì)應(yīng)的行程開關(guān)動(dòng)作，將信號(hào)反饋給PLC。

（6）小車升降

左旋小車升降旋鈕到“下降”位，信號(hào)輸入PLC，繼而輸出信號(hào)，使控制小車上升/下降電磁閥得電，小車下降。下降到位后，檢測(cè)小車是否到軌的壓力開關(guān)閉合，信號(hào)輸入PLC。右旋到“上升”位，信號(hào)輸入PLC，使電磁閥失電，小車上升。到位后，其前端及后端車架相應(yīng)位置的行程開關(guān)觸點(diǎn)閉合，給PLC輸入相應(yīng)信號(hào)。

（7）打磨開始

在小車下降到工作位后，按下打磨開始按鈕，1#、2#打磨電機(jī)相繼啟動(dòng)，打磨開始按鈕自帶指示燈閃爍，同時(shí)，PLC采集此控制信號(hào)，電機(jī)起動(dòng)完成后，輸出信號(hào)使控制兩電機(jī)上升/下降電磁閥得電，1#、2#電機(jī)下降，并通過比例電磁閥控制電機(jī)的下降壓力，以控制下降速度。電機(jī)下降到位，按鈕自帶指示燈常亮，通過行程開關(guān)將信號(hào)輸入PLC。隨后，PLC輸出信號(hào)，使控制1#、2#電機(jī)外伸/回縮電磁閥得電，電機(jī)外伸，開始打磨。同時(shí)，PLC控制1#、2#清掃電機(jī)起動(dòng)。

（8）打磨停止

按下打磨小車外控盒上打磨停止按鈕，打磨開始按鈕綠色指示燈熄滅，信號(hào)輸入PLC，1#、2#清掃電機(jī)停止工作，1#、2#打磨電機(jī)外伸/回縮電磁閥失電，電機(jī)回縮。回縮到位時(shí)，通過行程開關(guān)將信號(hào)進(jìn)入PLC，繼而1#、2#電機(jī)上升/下降電磁閥失電，電機(jī)提升。待上升到位，對(duì)應(yīng)行程開關(guān)將信號(hào)輸入PLC，1#、2#打磨電機(jī)停止工作。

3.2 作業(yè)車司機(jī)室控制面板

司機(jī)室控制面板控制銑削裝置與砂帶打磨裝置協(xié)同作業(yè)，其中與砂帶打磨裝置相關(guān)的按鈕、旋鈕及指示燈有：開始作業(yè)、終止作業(yè)、集塵啟/停、打磨下降、打磨提升、砂帶更換、砂帶控權(quán)。如圖5所示。

（1）開始作業(yè)

開始作業(yè)按鈕同時(shí)控制銑削裝置和砂帶打磨裝置。按下此按鈕，銑削裝置銑刀盤即時(shí)切入鋼軌作業(yè)，列車行至切入位時(shí)開始砂帶打磨作業(yè)。

（2）終止作業(yè)

按下終止作業(yè)按鈕后，銑削裝置順坡切出，整車?yán)^續(xù)走行，待砂帶打磨裝置到達(dá)銑削順坡切出位時(shí)停止打磨作業(yè)，停止打磨作業(yè)的同時(shí)給出停車信號(hào)，列車緩慢停止。

（3）打磨下降

按下打磨下降按鈕，信號(hào)輸入PLC，小車完成鎖緊銷收回，到位后，控制小車上升/下降電磁閥得電，小車下降。小車下降到位后，壓力開關(guān)閉合，信號(hào)輸入PLC。

（4）打磨提升

按下打磨提升按鈕，信號(hào)輸入PLC，控制小車上升/下降電磁閥失電，小車上升。小車上升到位后，其前端及后端車架相應(yīng)位置的行程開關(guān)觸點(diǎn)閉合，給PLC輸入相應(yīng)信號(hào)，隨后，鎖緊銷伸出，鎖定小車。

（5）砂帶更換

砂帶打磨裝置默認(rèn)1#、3#砂帶在工作位，按下砂帶更換按鈕，打磨裝置砂帶平移，使2#、4#砂帶在工作位。同理，在2#、4#砂帶在工作位時(shí)，按下此按鈕，可更換1#、3#砂帶在工作位。

（6）集塵啟/停

司機(jī)室控制面板設(shè)置集塵啟/停按鈕，在閉合集塵電機(jī)斷路器后，按下此按鈕，或在1#打磨頭下降到位信號(hào)輸入PLC后，PLC控制集塵電機(jī)開始工作。同時(shí)，PLC輸出信號(hào)控制集塵平移及重錘敲擊， 傳感器采集集塵裝置的溫度信息反饋到PLC，當(dāng)溫度達(dá)到75℃，人機(jī)界面報(bào)警;集塵裝置溫度達(dá)到80℃時(shí)，停止打磨。

（7）砂帶控權(quán)

砂帶控權(quán)指示燈在外控盒有控權(quán)時(shí)亮起，本司機(jī)室控制面板有控權(quán)時(shí)熄滅。

4 結(jié)束語

砂帶打磨裝置電氣系統(tǒng)已隨整車生產(chǎn)制造，系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王立峰.基于虛擬樣機(jī)的高鐵鋼軌閉式砂帶打磨小車設(shè)計(jì)與優(yōu)化[D].北京：北京交通大學(xué)，2017.