車輛段架車機的選型及設計

■ 喻曉

1 選型原則

隨著城市軌道交通的迅猛發展，我國地鐵交通也呈快速增長趨勢，許多城市新建或續建地鐵工程，修建了多條地鐵線路，并采購了不同類型和編組的地鐵車輛。

固定式架車機（簡稱UFLS）是車輛的重要架修設備，用于軌道車輛固定臺位的架車作業，可對一單元列車或一編組列車在不摘鉤狀態下進行同步架車作業，也能在摘鉤狀態下對單節車進行架車作業。固定式架車機在車輛檢修中能起到減少檢修車輛停運時間、降低檢修成本和提高檢修質量等作用[1]。

固定式架車機具有列車整體升降、轉向架升降和車體升降3種基本功能（見圖1）。

圖1 固定式架車機列車升降功能

在實際工作中，需根據不同類型和編組應用，對固定式架車機進行選型。良好的選型可使地鐵線網最大限度實現對不同類型和編組車輛的架車，達到降低投資、資源共享的目的。設計統型也可使地鐵線網內標準統一，降低維護成本，對線網后期運營有較大影響。具體選型原則如下：

（1）適應本線路車輛架修條件，滿足檢修需求，適當留有儲備和發展余地；

（2）兼容其他線路車輛架修，考慮有利于資源共享；

（3）統一標準，降低后期運營維護成本；

（4）符合國家產業政策，支持設備國產化率的要求。

2 滿足車輛要求選型

地鐵車輛依據客流量，通過車型和編組選擇，使其滿足線路運營載客量需求。根據《城市軌道交通建設標準》規定，分為A、B、C、D型車，地鐵線路通常采用A、B型。

2.1 技術參數

A、B、C型車技術參數見表1；A型車與固定式架車機臺位的對應尺寸見圖2。

由表1、圖2可知，不同類型車在車輛定距、轉向架軸距、相鄰兩車轉向架中心距、車輛長度、車體架車點的參數均不相同，單一類型固定式架車機無法同時兼容不同車型。因此，定修車輛段只需配置適應本線路車輛固定式架車機，而大修車輛段需多種類型的固定式架車機。

2.2 編組方式

地鐵車輛依據客流量選擇編組方式：客流量大的線路采用8節編組方式，客流量較大的線路采用6節編組方式，客流量小的線路采用4節編組方式。

1個編組通常由2或3個單元車輛組成，每個單元又有A、B、C等3種車型，通過半自動車鉤或半永久牽引桿連接而成。A為帶司機室拖車，即列車的首、尾兩節車廂；B為帶受電弓動車；C為不帶受電弓動車。自動車鉤（=）安裝在A車的1端，用于跟其他列車或牽引、救援車的連接；半自動車鉤（-）通常用于2個單元間車廂的連接，便于拆解；半永久牽引桿（*）用于同一單元內各車廂的連接，不便于拆解[2]。

車輛架車作業有2種方式：

（1）對地鐵進行局部解體，進行單節、單元的車輛架修。單節車架車前事先需拆除半自動車鉤和半永久牽引桿，費時費力。單元車架車前僅需拆除半自動車鉤。

（2）不解體對整列車進行架載，無需拆除，效率最高。

通過對比發現：1編組不解體架車作業效率最高，1單元架車作業效率其次，單節架車作業效率最低。因此，選擇編組方式中，選擇作業效率的高低，決定了固定式架車機的組成。

表1 A、B、C型車技術參數

圖2 A型車與固定式架車機臺位對應尺寸

2.3 選型要求

車輛對固定式架車機選型的要求如下：

（1）不同的車型無法兼容架車，車輛段需要配置相應車型的固定式架車機；

（2）在場地容許的情況下，盡量按編組的方式選型，編組數大向下兼容編組數小的設計；

（3）在場地不容許的情況下，盡量采用按單元方式設計；

（4）按單元方式設計要考慮兼容四節車等非常單元的架車需求；

（5）同類固定式架車機的車體架車點必須標準統一。

3 滿足技術需求選型

3.1 轉向架作業需求

目前，國內的固定式架車機主要分為柱式和懸臂式2種設計方式。由于地鐵車輛架修作業需要將轉向架與車體分離并移出，因此，轉向架舉升機構采用懸臂式方式，車體舉升機構采用柱式方式。

3.2 轉向架舉升機構同步需求

轉向架舉升機構由4個舉升柱組成，相鄰的2個舉升柱共同支撐1個活動軌橋，通過軌橋對車輛進行直接舉升（見圖3），舉升同步方式有2種：

圖3 轉向架舉升機構示意圖

（1）獨立驅動，機械同步。每個轉向架舉升柱分別由1臺電機驅動，相對的2個電機由萬向軸聯接，實現橫向舉升同步。由相鄰的2個舉升柱共同支撐1個活動軌橋，確保縱向舉升柱縱向舉升同步[3]。常見型號有Windhoff固定式架車機。

（2）集中驅動，速度同步。每個轉向架舉升單元采用“工”字形連接同步，4個轉向架舉升柱由電機驅動，通過萬向軸聯接4個轉向架舉升柱，由于速度一致，可實現舉升同步[4-5]。常見型號有Pfaff、Neuero、青島四方等固定式架車機。

對比發現，轉向架舉升機舉升同步方式采用“工”字形連接簡單，同步一致性好。同時，采用雙電機冗余驅動的方式也更安全。

3.3 控制需求

固定式架車機控制系統一般由可編程邏輯控制器（PLC）、觸摸屏或顯示屏、操作臺、控制柜、舉升單元柜等部分組成，通常有單PLC、雙PLC、安全PLC等3種控制方式[5]：

（1）單PLC控制方式結構簡單，但不能避免主機失控時設備不安全運行的隱患。

（2）雙PLC控制方式結構復雜，安全可靠，但線路冗余大。通常設有2臺PLC，1臺PLC為主控機，負責設備運行和操作，1臺PLC為監控機，同時讀取設備各類信息，并監控主控機、現場總線的狀態，可在異常情況下及時有效停止整個設備運行（見圖4）。

（3）安全PLC方式線路冗余小。安全PLC內部所有元器件采用冗余結構，2個處理器處理時進行交叉檢測，每個處理器的處理結果儲存在各自內存中，只有處理結果完全一致時才進行輸出，如果處理期間出現任何不一致，設備立即停機，可有效避免雙PLC控制方式中當現場總線崩潰后監控PLC無法工作的隱患。

圖4 雙PLC控制系統方式

通過對比，控制系統首選安全PLC控制，其次雙PLC控制，不推薦單PLC控制的方式。

4 滿足操作使用需求選型

4.1 操作界面需求

固定式架車機人機界面通常有儀表盤和觸摸屏2種操作方式。儀表盤操作方式一般用指示燈、按鈕、開關等模擬設備現場狀態，操作相應部分指示燈動作，具有直接明了的效果（見圖5），但功能簡單、結構繁復。故障報警采用文本顯示器顯示故障代碼，然后通過人工查詢故障代碼表確認故障。

觸摸屏控制系統分為操作、控制、現場層。操作層由3臺觸摸屏組成的人機界面，采用一主兩從模式。控制層由2臺PLC（1臺主控PLC，1臺監控PLC）組成。現場層由多個分布式I/O模塊組成。觸摸屏的使用可節省許多按鈕、轉換開關、中間繼電器、時間繼電器等硬元件，通過組態軟件將整個系統的現場數據集中在觸摸屏上顯示，方便觀察、自動記錄、人機界面好、易于安裝、便于維護[6]。

通過對比，固定式架車機的操作首選觸摸屏方式，不推薦儀表盤操作方式。

4.2 應急救援需求

固定式架車機發生故障時，需要將被舉升的地鐵車輛從架車機平穩放至地面軌道。通常有2種方式：（1）在維修模式下，松開舉升電機的剎車盤，搖柄連接電機軸或萬向節上，人工通過手動方式將電機旋轉，帶動舉升機構將列車放下。（2）在維修模式下，應急救援電路直接控制舉升電機，帶動舉升機構將列車放下，不受固定式架車機故障的影響。

建議配置應急救援裝置，推薦配置有應急救援電路設計。

綜上所述，固定式架車機選型及設計不僅需立足當下，滿足車輛、技術、操作使用方面需求，還需考慮長遠。

圖5 儀表盤

[1] 章揚，陳輝． 網絡化條件下地鐵車輛選型和列車編組研究[J]． 中國鐵路，2011(9)：64-68．

[2] 丁輝，王明海． CRH動車組地坑式架車機的研究與設計[J]． 電力機車與城軌車輛，2011(2)：19-21．

[3] Windhoff固定式架車機維護手冊．2003．

[4] Pfaff固定式架車機維護手冊． 2008．

[5] Neuero固定式架車機維護手冊． 2010．

[6] 唐源，胡潔芬，張江堯． 地鐵車輛四日檢維修制度研究[J]． 鐵路技術創新，2016(4)：47-51．