PFAFF整體式地下架車機機械系統的研制

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)與其開展了商務與技術合作，成為目前該品牌架車機在國內城市軌道交通行業的唯一授權制造商。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及其可靠性試驗。

1 設備介紹

隨著軌道交通行業的迅猛發展，整體式地下架車機作為城軌車輛檢修的專用工程設備，可在整列地鐵車輛組不摘鉤的狀態下對不同編組進行同步架車作業，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備的機械系統須根據不同車型的具體尺寸參數進行適配，滿足車輛檢修要求。

2 設備布局

一套整體式地下架車機布局如圖1所示(以6編組為例)，一節車由2個基坑內的設備舉升，總共由12個基坑內設備組成。根據A型地鐵車輛的相關參數[1]，設備基坑尺寸約為4 700 mm× 4 450 mm× 5 000 mm。基坑旁邊的地面上設有1個總控制臺和6個現場控制臺，1節車對照1個現場控制臺。每個現場控制臺配有2個現場控制器，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 設備工藝流程

以全列車架升為例，設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；第3步，如需拆卸或更換轉向架，則需將車體舉升單元升起，當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；第4步，拆除待修轉向架，將轉向架舉升單元架托下落至軌道，沿軌道方向推出；第5步，將新轉向架從軌道推入，按上述相反程序完成轉向架的換裝；第6步，由轉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，通過轉向架舉升單元將整車同步降落至軌道上，架車設備全部降入基坑。

4 設備同車輛的接口

整體式地下架車機同A型地鐵車輛的接口參數主要包括車輛定距、車體基本寬度、固定軸距、相鄰兩節車轉向架中心距、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,相鄰兩節車的轉向架中心距為7 100 mm,車體架車點為枕梁中心線位置。

5 設備主要技術參數

設備的主要技術參數包括舉升參數和其他參數，其中舉升參數如下：轉向架舉升機構最大行程(相對軌面)設定為1 700 mm；車體舉升機構最大行程(相對軌面)設定為2 800 mm；舉升速度均設定為(400±10)mm/min。每臺轉向架舉升機構提升能力為20 kN;每個車體舉升機構的提升能力為10 kN；每組架車裝置和每組車體托架的提升能力均為40 kN。設備的其他技術參數為：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；設計壽命不小于30年。

6 設備機械系統機構

整體式地下架車機機械系統機構主要由轉向架舉升單元、轉向架舉升驅動單元、車體舉升單元、支撐結構、維修平臺和地坑蓋板組成(見圖2)。

圖2 單坑機械結構

6.1 轉向架舉升單元及其驅動單元

轉向架舉升單元由導向機構、舉升柱、舉升橫梁、絲杠螺母和驅動單元組成(見圖3)。其中，導向機構中設置導向滾輪，對舉升柱具有足夠的導向精度，保證在絲杠螺母和驅動單元的提升作用下保持垂直升降。舉升柱采用懸臂式結構，以保證轉向架或調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，系懸臂結構，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構形式，并根據不同城軌車輛的轉向架固定軸距設計其長度和凹槽的位置。以杭州地鐵A型車輛為例，舉升橫梁結構須滿足2 500 mm固定軸距的轉向架的定位和舉升。

圖3 轉向架舉升單元

每個轉向架舉升單元有4根梯形螺紋絲杠，需根據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。

驅動單元由1臺電機驅動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，保證整個轉向架架升單元的驅動結構實現機械同步(見圖4)。同時，同一側的2個舉升柱通過升降臂實現機械連接，從設計角度保證升降過程的機械同步。這種設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險。

圖4 驅動單元

6.2 車體舉升單元

車體舉升單元由導向機構、舉升柱、舉升橫梁、絲杠螺母和驅動單元組成(見圖5)。工作狀態時，舉升柱由驅動單元(即單個減速電機)驅動絲杠旋轉，并由螺母帶動舉升柱進行升降。在車體結構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。

圖5 車體舉升單元

6.3 設備鋼結構

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

圖6 鋼結構

PFAFF品牌架車機支撐結構采用“兩橫四豎”式設計，“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。支撐結構中間設置有維修平臺，位于基坑二層，用于設備的日常檢修作業。

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

地坑蓋板位于基坑頂部，主要由固定蓋板和跟隨蓋板組成。固定蓋板設置有檢修、控制器存放盒和通風孔，蓋板整體強度充分考慮車間內作業要求，允許載荷為50 kN的作業小車通過。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 設備可靠性試驗

為保證PFAFF整體式地下架車機設備的機械系統研制的可靠性，委托第三方檢測單位進行現場載荷試驗(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)，觀察設備運行狀態及舉升單元是否出現變形及破壞，記錄試驗結果(見表1)。

表1 設備載荷試驗表

圖7 轉向架舉升單元額定動載(20 t)試驗

最終試驗結論為，整體設備運行狀態良好；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 結束語

通過與德國Pfaff-silberblau公司的技術合作以及設備的可靠性試驗，研制的PFAFF品牌整體式地下架車機機械系統結構完整可靠，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備，可根據用戶提供的車輛相關參數進行適配，滿足地鐵車輛檢修需求和降低車輛檢修成本。□