JCD-4G型蓄電池高空作業車的研發

孫洋洋 游達章 戴科華 張瀟

摘要：我公司投標的JCD-4G高空作業車是新一代蓄電池維修作業車。其各項功能滿足現有停車場牽引以及其它運輸、 維修方面的需要。多功能高空作業車可用于地鐵、輕軌電氣化鐵路接觸網上部設施的安裝、立桿作業、維修及日常檢查、保養，也可兼作牽引動力。

Abstract： The JCD-4G aerial work vehicle tendered by our company is a new generation battery maintenance work vehicle. Its various functions meet the needs of the existing parking lot traction and other transportation and maintenance needs. The multifunctional aerial work vehicle can be used for installation， vertical pole operation， maintenance and daily inspection and maintenance of the facilities on the contact network of subways and light rail electrified railways. It can also serve as traction power.

關鍵詞：高空作業車;蓄電池維修作業車

Key words： aerial work vehicle;battery maintenance work vehicle

0? 引言

JCD-4G高空作業車車為四軸車，轉向架為能通過19m曲線的專用轉向架。傳動方式為直-直電傳動，主要由車架、車體、走行部、動力及傳動系統、制動系統、液壓系統、電氣系統、作業機構、空調等組成。JCD-4G高空作業車作業機構主要由升降回轉平臺、折臂式隨車起重機等設備組成。

該車采用磷酸鐵鋰作為動力蓄電池，由BMS系統管理電池，由電機驅動器實現直-直轉換，由開關磁阻調速電機驅動車軸齒輪箱，實現無極調速功能。車輛前端設司機室，中部設置有機器間（布置蓄電池），后端設平臺配置有升降回轉平臺、折臂吊，液壓站等設備，車下懸掛有高壓箱、輔助逆變電源、空壓機、開關磁阻調速電機等。JCD-4G高空作業車車外形結構圖如圖1。

1? 設備總成介紹

1.1 車架及走行部

平車架采用全鋼組焊結構，由中梁、側梁等組成，在專用胎模具上組焊而成，具有足夠的強度和剛度，足以承受150t的縱向靜壓力和作業車全整備狀態時車體承載重量1.3倍的垂直載荷的聯合作用。車上設置起吊作業車的起吊點、頂升點和架車點。

走行部由兩臺可互換的二軸轉向架組成，每個轉向架均包括轉向架構架、彈簧懸掛裝置、輪對、車軸軸承箱、牽引桿裝置、基礎制動（軸盤制動）等部件。轉向架構架是由左側梁、右側梁和橫梁組成的全鋼焊接“H”型結構，側梁和中梁為箱形焊接結構。構架焊接采用焊接機器人進行自動焊接。

1.2 電氣系統

該車輛采用DC24V負極搭鐵的單線制供電系統，電氣系統主要由電源、照明系統、監視儀表及報警系統、接地系統、行車控制系統、作業控制系統、通信設施及交流系統等組成。

1.2.1 電源

采接觸網作業車控制電源由一組免維護堿性蓄電池組成。DC24V蓄電池組為100～200Ah的鉛酸蓄電池。

1.2.2 照明系統

車體兩端均需設有頭燈（2×100W）、下大燈（3×100W）及信號燈（50W）用于行車照明。司機室內設照明燈，機器間內和車架下部設檢修燈，車底兩端各設置一個檢修燈;作業平臺上設有照明燈（LED）和防震投光燈并可調整角度，供施工作業時使用。整車照明裝置滿足夜間和在隧道內操縱車輛和行車的需要。

1.2.3 監視儀表及報警系統

采用液晶顯示器，用于顯示開關磁阻調速轉速、溫度、蓄電池的電量、電流、電壓、溫度，車速等參數，并能通過報警燈對低電量、溫度異常進行報警顯示。

1.2.4 行車控制系統

行車控制系統包含電動機起動、調速、制動、停機及換向控制系統。采用VCU控制器實現整車的各種控制功能，和故障報警等各種保護功能。作業控制系統包括作業油泵取力控制、升降回轉作業平臺的控制等。

行車控制系統具備電機的調速功能、換向保護功能、機車超速保護功能、走行數據記錄、故障診斷和報警功能等。也可根據用戶要求設置雙機重聯功能，可使司機在主機上控制補機的起動、停車及兩車的起步、停車、換向等;由司機對補機的運行狀態進行監控，如補機出現異常情況，可通過聲光信號進行報警。

1.3 制動系統

包括空氣制動、手制動和電制動，電制動為反饋制動。空氣制動系統主要由JZ-7型空氣制動機、總風缸、副風缸、制動缸、油水分離器等組成。采用帶停車制動功能的單元制動器，具有緊急制動、常用制動及停車制動功能;符合中國國家標準，緩解時間不超過10s;設有手制動裝置，用于停車制動。列車管設有緊急制動電磁閥，其控制按鈕設置在平臺上部控制柜上，以便在緊急情況下進行緊急制動?；A制動裝置為軸盤式基礎制動，基礎制動裝置采用4個不帶停放制動功能的軸盤式基礎制動裝置和4個帶有停放制動功能的軸盤式基礎制動裝置。

1.4 回轉升降作業平臺

全液壓升降回轉平臺，立柱為箱型焊接結構，采用雙作用單級油缸，具有較高的承載能力。立柱側面設有上下平臺的梯子。平臺地板為花紋鋼板，平臺設有欄桿，欄桿下部200mm范圍內設有圍板，可防止物件墜落。平臺遠端設有標尺，用于檢修時測量接觸導線的拉出值，標尺與導線接觸部分為尼龍滾筒，以防損傷導線。該裝置不用時可倒置，不占平臺空間?；剞D升降平臺上升、回轉均安裝有防雨型限位行程開關，回轉機構設有應急手動泵，當主液壓油路出現故障時，可使作業機構迅速回復到行車狀態。回轉升降平臺回轉機構設有機械式手動平臺回轉裝置，在平臺回轉機構液壓系統出現故障時，可手動將平臺復位?；剞D升降平臺立柱升降液壓回路設有截止閥，在立柱升降液壓系統出現故障時打開此閥能使立柱依靠自重復位。

1.5 隨車起重機

本車安裝有全液壓折臂式隨車起重機，由起升卷揚機構、變幅機構、吊臂伸縮機構、回轉機構等組成，操縱靈活，微動性能好，工作可靠。并附帶高空作業斗供操作人員高空作業。

1.6 柴油發電機組

車輛配備有一臺柴油發電機組，功率不大于30kW，用于給車輛應急充電，發電機組符合當地排放標準。

2? 蓄電池組及控制系統

本車動力蓄電池采用的是中國航天集團四川凱邁新能源提供的磷酸鐵鋰蓄電池包及配套電池管理系統，該產品主要應用于高速列車、機車、城際快速列車及機場車輛等領域。

蓄電池組電壓、溫度參數由電壓、溫度檢測模塊實時采集，通過CAN總線上傳至車輛控制器;車輛控制器根據蓄電池參數監測和參數評估，對牽引蓄電池進行充放電限制。

控制與監視系統TCMS的網絡拓撲圖2所示。

車輛控制器采用易福門等公司的移動控制器，該控制器自帶數字量輸入/輸出口、模擬量輸入輸出口及CAN總線接口和RS232接口。車輛控制器通過I/O接口與司機操縱元件、觸點執行元件等相連，通過CAN1總線與兩個司控臺的監視觸摸屏及蓄電池管理系統BMS相連，通過CAN2總線與高壓接線箱、電機驅動器、牽引蓄電池DC/及輔助逆變電源箱相連，通過兩個控制器的CAN3口與他車相關，以上三條CAN總線構成機車控制網絡。

車輛控制器作為控制網絡的控制和通訊核心，是機車的邏輯控制和決策機構。其他設備是機車的監視和執行機構，接收車輛控制器的指令和參數給定，實現各設備的控制和保護功能，同時將設備運行狀態、參數和故障信息實時上傳給車輛控制器。

3? 整車優勢

3.1 整車驅動系統的優勢

關于能耗，相對于常規采用永磁同步（交流異步）電機驅動作業車輛，減少電量消耗30%以上;關于壽命，同等啟動轉矩工況下，相比常規采用永磁同步（交流異步）電機驅動作業車輛啟動電流降低70%，極大提升電機及電氣部件的使用壽命，特別是對電池系統的使用安全性及壽命有極大提升;關于效率，電機的高效區間覆蓋10～70km/h（優于永磁同步和交流異步電機），系統效率平均達到93%以上（常規電氣傳動效率80%左右，永磁同步接近90%）;關于適應能力，應急能力強，可缺相運行，溫度適應范圍廣，滿足極寒或極高溫工況下全功率運行，覆蓋施工范圍廣泛。

3.2 整車鋰電源系統優勢

首先系統采用模塊化、分布式系統設計，提供可靠的動力輸出的同時可根據不同工況配電需求靈活組合。其次電池成組方式采用先串后并的模塊化設計方式，確保了系統運行過程中能監測到每個單體電池的運行狀態，確保系統的可靠性和安全性。再者多維監測及主動防抑火系統結合新能源電源系統制造和應用的經驗，是一款能夠實現精準探測和高效防抑火的安防系統。最后遠程監控運營平臺通過BMS和充電樁進行各項數據收集，通過后臺大數據系統的分析和處理，使得客戶能更全面的監控車輛、電池和充電樁的運營狀態，讓施工管理透視化，讓管理者能安心、放心。通過數據的分析，若有異常提前發現問題，把問題處理在萌芽階段，變被動維修為主動維護，保證現場作業高效順暢。

4? 總結

隨著JCD-4G高空作業車的研發制造成功，且安全穩定的投入使用，標志著新一代蓄電池維修作業車的誕生。該車實現零排放，無煙，無塵，噪聲小，避免噪聲擾民特別適用于城市線路，且具有能量回饋功能，節能環保等優點。

參考文獻：

[1]施仲衡.GB50157-2003，地鐵設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2013.

[2]馬沂文.GB/T7928-2003，地鐵車輛通用技術條件[S].北京：中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，2003.

[3]嚴雋耄，傅茂海.車輛工程[M].三版.中國鐵道出版社， 2008.