列车自动架车机组安全防护设计研究

李福收

（广州地铁集团有限公司，广东广州511430）

列车自动架车机组安全防护设计研究

李福收

（广州地铁集团有限公司，广东广州511430）

主要在技术设计上探讨列车自动架车机的安全防护设计，根据重点安全隐患因素，提出针对性设计方案，优化设计后可以防止误操作或设备故障造成的安全隐患，确保架车机作业安全可靠。

同步度；安全螺母；承载螺母；安全装置

列车架车机是车辆临修、架大修的主要辅助设备之一，自动化列车架车机操作方便快捷高效，与手动架车机比较，由于架车列车长，自动化率高，监控人员少，与此同时，设备存在较高的安全风险，如果设备安全设计不合理或存在缺陷，会导致车辆发生侧翻等事故，产生严重后果，因此，必须从设备技术设计出发，全面考虑其设计安全性，最大程度减轻人员监控操作失误带来的安全风险，在设计规范上必须保证安全，提高架车的安全性。本文重点研究架车机设计安全要素进，以期在设备安全技术上保障自动化列车架车机的操作安全。

1　安全设计考虑的因素

缪东［1］指出固定式架车机的安全保护主要包括举升位置控制、同步控制、安全螺母、电机过载开关、相保护装置等几种安全防护，下面详细介绍架车机组在安全设计上考虑的主要几个因素：

（1）为保证架车同步起降动作，程序须考虑同步度控制。为防止架车作业时每台机器动作不同步，出现倾斜或倒塌事故，同时为保证架车同步起升和下降，所有架车机同步误差控制在一定范围内，一般同步误差可控制在±4 mm范围内，可以满足安全架车要求。

王占君［2］在同步设计装置的设计和研究中详细描述了同步设计的原理，本文参考王占君的同步设计思路，结合实际设计应用中遇到的一些问题，提出部分改进建议。主要设计思路：架车机升降过程中，如果同步度超过±2 mm，架车机PLC控制模块进行自动调节，停止行驶最快的架车机，等待其他架车机，误差缩小到2 mm时，再启动该架车机，如果超出±4 mm误差，架车不能保证在同一水平面上，存在安全隐患，架车机将立即启动同步误差保护程序，终止架车作业，待检查确认，方可继续旁路操作下降。同步控制采用PLC控制。控制原理如下：

每个转向架抬升架或车体支撑架都安装脉冲发生器（见图1）。脉冲发生轮随丝杆转动，因脉冲发生轮有凹进去的坑，使电感式接近开关反应丝杆转动情况的脉冲，得到反应每个转向架抬升架或车体支撑架高低位置的信号。

把各升降单元的脉冲信号输入PLC，用计数器计算，并进行比较，监控各升降单元高低位置。当差异超过设定公差时，就控制走快的升降单元停下来。当差异缩少至公差内，一秒后自动起动该升降单元。这样就可使各升降单元在公差值内保持同步，如图1.

安全建议：为了保证同步度更加安全可靠，建议取消PLC自动调节功能，无论任何条件，当架车机比较超出±4 mm误差时，架车机立即停止运行。只有当使用旁路低位复位后，才开始正常架车。为了避免架车机部件故障造成频繁调节高度差，对调节次数需要进行安全设置，一般可以设置调节次数4次，如果超过4次，架车机启动同步误差保护功能。

（2）为防止承载螺母爆裂，设计安全螺母。在同一丝杆起升柱设计承载螺母与安全螺母并列，起到双重保护的功能。

承载螺母在上面，安全螺母在下面，当承载螺母长期使用磨耗到限或发生意外爆裂时，由同等承载能力的安全螺母代替承载螺母。同时设计螺母爆裂限位开关和防止安全螺母脱离支撑架限位开关报警。此设计可以在发生螺母爆裂或磨损到极限后，使架车机可以继续正常下降，将列车安全降落，具体装置如图2所示。

图2　承载安全装置

安全建议：承载螺母和安全螺母之间的间隙要每年进行间隙检查，当承载螺母磨损到螺杆齿距的1/4时，就需要更换承载螺母。

（3）为防止超限出现安全隐患，设计多种限位开关，保证架车行程安全。

为确保架车机在正常架车范围内使用，防止超过安全界线，在架车机上设置限位开关，表1以固定式架车机为例，介绍限位开关的种类和主要作用。固定式架车机架车分为转向架抬升机构和车体支撑机构两个主要组成部分。

表1　固定架车机安全限位开关设计及功能

（续上表）

（4）为防止发生紧急情况下，设计人工紧急停止按钮安全回路。

紧急停止按钮分布在主操作台上和每一个起升架上，通过安全继电器控制实现。当操作人员发现意外危险情况时，按下任何一个紧急停机按钮，可以立即切断主电源开关，切断主电源，停止架车机一切动作。

其电路原理图如下：采用安全继电器进行安全回路控制，每台架车机起升架或操作面板上都设计一个紧急按钮开关，当拍下任何一个紧急按钮开关后，紧急继电器的输入回路（信号端口）失电，安全保护继电器动作，切断主接触器和PLC 24 V控制电源。

如图3所示，A1，A2接电源线，Y12，Y31接紧急按钮串联回路和系统开关，Y13接主接触器和主开关触点，用于复位信号。

图3　架车机安全回路

安全建议：手动紧急停止按钮一定要与紧急停止继电器使用，同时切断主电源和控制电源，如果只切断控制电源，或者由其他电路控制主电源回路，有可能发生危险。

2　其他安全设置建议

（1）上升和下降按钮开关使用常闭式紧急按钮，常闭式按钮。

（2）根据架车机的布置方式，设置3或4个声光警示器，在每次提升和下降过程当中，闪光灯和警示音会亮起。这样可以提醒操作人员和周围的人注意安全。

（3）实时监控每台起升架是否运转正常。

（4）固定式架车机在每个举升梁的末端装配有自动升起及防滚轮滑脱监测装置。

（5）每个支撑架上都设计“已负载”开关。

（6）需要辅助操作者在车体单元对面的进行操作确认，方可操作架车机升降。

（7）故障信息和数据通过数据缓冲器储存在控制器中，因此在万一电压过低或被被闭的情况下数据不会丢失。

（8）电机上升下降采用互锁控制。

（9）架车机的机械传动采用具有自锁功能的滑动杠杆传动。

3　结束语

自动化列车架车机（包括固定式架车机和移动式架车机）安全设计要素多且非常重要，最基本的安全设计至少需要考虑：同步误差控制，各种极限位开关的合理设计，安全螺母保护，程序设计优化，紧急安全回路设计，电机互锁控制等因素。在进行固定式架车机或移动式架车机设计时，在技术上充分考虑到以上设计因素和注意事项才能保证架车机的安全可靠运行。

［1］缪东．固定式架车机在地铁车辆段中应用实践［J］．铁道工程学报，2008，（10）：92-95.

［2］王占君．电动架车机同步监控装置的设计和研究［J］．铁道标准设计，1997，（08）：46-48.

Research on Safety Protection Design of Train Set for Automatic Train

LI Fu-shou
（Guangzhou Metro Group Co.，Ltd.，Guangzhou 511430，China）

This paper discusses the design of automatic lifting machine of train in the technical design，according to the focus of security risks，proposes specific design solutions，optimized design to prevent safety hazards caused by equipment failure or malfunction，ensure the operational safety and reliability of the machine.

synchronization；safety nut；carrying nut；safety device

U231.7

B

1672-545X（2016）08-0085-03

2016-05-20

李福收（1979-），男，河北衡水人，工程师，本科，研究方向：城市轨道交通车辆设备。