XM-1500MBG型钢轨铣磨列车砂带打磨装置电气系统

王维 于明凯

摘  要：介绍了XM-1500MBG型钢轨铣磨列车砂带打磨装置电气系统，通过电气系统供电及控制实现其作业功能。

關键词：砂带打磨;电气;控制

中图分类号：U216.65       文献标志码：A         文章编号：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型钢轨铣磨列车砂带打磨装置是钢轨铣磨列车的作业部件之一，通过电机带动砂带高速转动，对铣削后的钢轨进行打磨作业，提高钢轨的表面质量。

1 砂带打磨装置的组成

砂带打磨装置主要由砂带、砂带驱动机构、牵引机构、砂带张紧机构、平移机构、加压机构、升降机构、导向机构、锁紧机构、集尘及清扫机构等组成，所有机构均左右对称，可同时打磨两条轨道。装置执行动作由电气系统、液压系统和气动系统进行控制。其最大外形尺寸为3100×2000×650（长×宽×高，单位：mm），采用整体安装方式，安装于铣磨车作业车车架下方。作业时需将装置下放，从而进行钢轨打磨。如图1所示。

砂带打磨装置具有两套砂带驱动机构，即通过左侧（1#）和右侧（2#）两个打磨电机的独立驱动，分别实现两侧砂带的转动，从而可进行两侧钢轨的打磨，如图2所示。电机轴上安装有主动轮，打磨装置左、右两侧各安装一条打磨砂带和一条备用砂带，当达到一定的打磨里程时，以更换使用。即整套装置共计4条砂带，分别为1#、2#、3#、4#砂带，其中2条作为备用，1#、2#砂带在同侧，3#、4#砂带在另一侧。

集尘及清扫机构主要包括集尘靴以及清扫电机、清扫刷等。对于打磨后钢轨的清扫，砂带打磨装置左、右两侧分别装有一个清扫电机，即1#、2#清扫电机，以单独驱动两侧的清扫刷。集尘装置用来收集打磨铁粉，并设有气锤敲击装置，在整个打磨作业过程中，气锤定时对集尘靴进行敲击，残留在集尘靴上的铁粉便可脱落，便于收集。

2 砂带打磨装置电气系统

2.1 电气系统组成

砂带打磨装置电气系统，由安装于车上的砂带打磨控制柜、作业车司机室内的控制面板、车下两侧的外控盒、安装于砂带打磨装置上的打磨电机、清扫电机、行程开关、气控柜内的控制电磁阀、压力开关以及集尘装置等用电设备组成。

2.2 电气柜

车上装有砂带打磨装置电气柜。内部安装有与装置有关的电气元件，如断路器、接触器、继电器、软起动器、电源模块等，此外还有此装置的PLC控制系统。在打磨控制柜门外侧，装有三相电指示灯，即对应相通电后灯亮，可实现对三相供电的实时监控。同时装有电压、电流表，采集并显示打磨电机供电线路的电流、电压值。电气柜内装有一个AC220V-DC24V电源转换模块，将AC220V电压转换成DC24V，为砂带打磨装置提供控制供电，其功率为0.2kW。

2.3 交流供电

砂带打磨装置电气系统，利用铣磨车发电机组提供的AC380V电源，实现装置的供电与控制。在整车控制允许打磨装置作业后，可进行砂带打磨装置供电。

装置交流用电设备为1#打磨电机、2#打磨电机、1#清扫电机、2#清扫电机、集尘装置电机、供电指示灯、电机控制线路、AC220V-DC24V电源转换模块等。如图3所示。

2.4 PLC控制系统

砂带打磨PLC控制系统，采用AC220V-DC24V电源转换模块供电，由主机、通信模块、数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块等组成，与整车的控制系统TCMS采用RS485接口Modbus_RTU通讯，铣削装置控制系统与整车TCMS采用网线TCP/IP通讯，砂带打磨作业状态、单砂带打磨里程以及报警保护，均由铣削单元显示屏显示。

数字量输入模块的输入信号由行程开关、压力开关、继电器、断路器信号及按钮开关等控制提供;数字量输出模块的输出信号全部由继电器线圈接收，以控制接触器及电磁阀等;模拟量输入模块，采集集尘装置温度传感器信号。模拟量输出模块，输出控制打磨头下降比例电磁阀电流信号。

2.5 电机的起动

砂带打磨电机用电功率为11kW，额定电压为AC380V，频率为50Hz。

在两打磨电机供电电路中，分别增加一个软起动器，以使电机平滑起动。软起动器可将电机起动时的电压由0慢慢提升到额定值，电机在起动过程中的起动电流可以得到控制，并且可根据需要调节起动电流的大小，避免起动冲击电流，使电机起动的全过程都不存在冲击转矩，而是平滑的起动运行。即避免在砂带打磨装置主动轮电机起动瞬间存在冲击，使砂带拉动从动轮向主动轮方向移动，导致砂带松动跑偏造成危险。清扫电机用电功率为0.25kW，电压为AC380V，频率为50Hz，采用直接起动。

3 砂带打磨控制

全车设置三个控制区，左侧外控盒，右侧外控盒，作业车司机室控制面板。其中，在作业车司机室控制面板控权有效的情况下，需在作业车走行时进行砂带打磨控制操作。外控盒为调试和检修设计使用。

3.1 外控盒控制

车下砂带打磨装置两侧的外控盒，每个上面装有8个控制按钮或旋钮开关，功能分别为外控有效、打磨急停、砂带张弛、砂带更换、小车锁定、小车升降、打磨开始、打磨停止，其控制信号均输入PLC，实现打磨作业控制。如图4所示。

（1）外控有效

将打磨小车单侧外部控制盒外控有效旋钮打到有效位，单侧外控盒可操作打磨小车。司机室控制面板及对侧外控盒按钮失效。左右两个外控盒，以先打到有效位的为准，利用继电器实现互锁功能，避免两边同时控制打磨装置。当两个外控盒的“外控有效”旋钮开关均在“无效”位时，司机室控制面板控制有效，砂带控权指示灯灭;当外控盒有控权时，指示灯亮起，司机室控制面板上开始作业、终止作业、集尘启/停按钮依然有效，只有砂带更换、打磨提升、打磨下降三个按钮无效。

（2）打磨急停

每个外控盒分别装有一个急停按钮，当按下急停按钮时，1#、2#打磨电机回缩、提升，继而电机停止工作，两个清扫电机随即停止，且小车升降、锁定/解锁、砂带更换、集尘装置启动功能均无法执行。打磨急停按钮不受控权控制，即外控有效旋钮在无效位，打磨急停按钮仍然有效。

（3）砂带张弛

外控盒上的砂带张弛旋钮，控制本侧砂带的张紧和松弛。当旋钮打到“松弛”位，砂带张紧/松弛电磁阀得电，砂带松弛;当旋钮打到“张紧”位，该电磁阀失电，砂带张紧。

每条砂带松弛、断裂时，分别有一个对应的行程开关动作，将信号输入PLC。

（4）砂带更换

砂带打磨装置默认1#、3#砂带在工作位。左侧外控盒砂带更换旋钮在“对侧”位时，砂带平移切换到对侧工作位，即2#、4#砂带在工作位;旋钮在“本侧”位时，恢复1#、3#砂带在工作位;此时，PLC通过安装在电磁阀上的行程开关判断当前工作砂带。右侧外控盒砂带更换旋钮的“本侧”位则是2#、4#砂带在工作位，“对侧”为1#、3#在工作位。

（5）小车锁定

左旋小车锁定旋钮到“解锁”位，通过使小车锁定/解锁电磁阀得电，控制锁紧销缩回，小车解锁。右旋小车锁定旋钮到“锁定”位，小车锁定/解锁电磁阀失电，锁紧销伸出，小车锁定。

小车锁定及解锁，分别有对应的行程开关动作，将信号反馈给PLC。

（6）小车升降

左旋小车升降旋钮到“下降”位，信号输入PLC，继而输出信号，使控制小车上升/下降电磁阀得电，小车下降。下降到位后，检测小车是否到轨的压力开关闭合，信号输入PLC。右旋到“上升”位，信号输入PLC，使电磁阀失电，小车上升。到位后，其前端及后端车架相应位置的行程开关触点闭合，给PLC输入相应信号。

（7）打磨开始

在小车下降到工作位后，按下打磨开始按钮，1#、2#打磨电机相继启动，打磨开始按钮自带指示灯闪烁，同时，PLC采集此控制信号，电机起动完成后，输出信号使控制两电机上升/下降电磁阀得电，1#、2#电机下降，并通过比例电磁阀控制电机的下降压力，以控制下降速度。电机下降到位，按钮自带指示灯常亮，通过行程开关将信号输入PLC。随后，PLC输出信号，使控制1#、2#电机外伸/回缩电磁阀得电，电机外伸，开始打磨。同时，PLC控制1#、2#清扫电机起动。

（8）打磨停止

按下打磨小车外控盒上打磨停止按钮，打磨开始按钮绿色指示灯熄灭，信号输入PLC，1#、2#清扫电机停止工作，1#、2#打磨电机外伸/回缩电磁阀失电，电机回缩。回缩到位时，通过行程开关将信号进入PLC，继而1#、2#电机上升/下降电磁阀失电，电机提升。待上升到位，对应行程开关将信号输入PLC，1#、2#打磨电机停止工作。

3.2 作业车司机室控制面板

司机室控制面板控制铣削装置与砂带打磨装置协同作业，其中与砂带打磨装置相关的按钮、旋钮及指示灯有：开始作业、终止作业、集尘启/停、打磨下降、打磨提升、砂带更换、砂带控权。如图5所示。

（1）開始作业

开始作业按钮同时控制铣削装置和砂带打磨装置。按下此按钮，铣削装置铣刀盘即时切入钢轨作业，列车行至切入位时开始砂带打磨作业。

（2）终止作业

按下终止作业按钮后，铣削装置顺坡切出，整车继续走行，待砂带打磨装置到达铣削顺坡切出位时停止打磨作业，停止打磨作业的同时给出停车信号，列车缓慢停止。

（3）打磨下降

按下打磨下降按钮，信号输入PLC，小车完成锁紧销收回，到位后，控制小车上升/下降电磁阀得电，小车下降。小车下降到位后，压力开关闭合，信号输入PLC。

（4）打磨提升

按下打磨提升按钮，信号输入PLC，控制小车上升/下降电磁阀失电，小车上升。小车上升到位后，其前端及后端车架相应位置的行程开关触点闭合，给PLC输入相应信号，随后，锁紧销伸出，锁定小车。

（5）砂带更换

砂带打磨装置默认1#、3#砂带在工作位，按下砂带更换按钮，打磨装置砂带平移，使2#、4#砂带在工作位。同理，在2#、4#砂带在工作位时，按下此按钮，可更换1#、3#砂带在工作位。

（6）集尘启/停

司机室控制面板设置集尘启/停按钮，在闭合集尘电机断路器后，按下此按钮，或在1#打磨头下降到位信号输入PLC后，PLC控制集尘电机开始工作。同时，PLC输出信号控制集尘平移及重锤敲击， 传感器采集集尘装置的温度信息反馈到PLC，当温度达到75℃，人机界面报警;集尘装置温度达到80℃时，停止打磨。

（7）砂带控权

砂带控权指示灯在外控盒有控权时亮起，本司机室控制面板有控权时熄灭。

4 结束语

砂带打磨装置电气系统已随整车生产制造，系统操作简单、实用性强。

参考文献：

[1]王立峰.基于虚拟样机的高铁钢轨闭式砂带打磨小车设计与优化[D].北京：北京交通大学，2017.