JCD-4G型蓄电池高空作业车的研发

孙洋洋 游达章 戴科华 张潇

摘要：我公司投标的JCD-4G高空作业车是新一代蓄电池维修作业车。其各项功能满足现有停车场牵引以及其它运输、 维修方面的需要。多功能高空作业车可用于地铁、轻轨电气化铁路接触网上部设施的安装、立杆作业、维修及日常检查、保养，也可兼作牵引动力。

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.

關键词：高空作业车;蓄电池维修作业车

Key words： aerial work vehicle;battery maintenance work vehicle

0  引言

JCD-4G高空作业车车为四轴车，转向架为能通过19m曲线的专用转向架。传动方式为直-直电传动，主要由车架、车体、走行部、动力及传动系统、制动系统、液压系统、电气系统、作业机构、空调等组成。JCD-4G高空作业车作业机构主要由升降回转平台、折臂式随车起重机等设备组成。

该车采用磷酸铁锂作为动力蓄电池，由BMS系统管理电池，由电机驱动器实现直-直转换，由开关磁阻调速电机驱动车轴齿轮箱，实现无极调速功能。车辆前端设司机室，中部设置有机器间（布置蓄电池），后端设平台配置有升降回转平台、折臂吊，液压站等设备，车下悬挂有高压箱、辅助逆变电源、空压机、开关磁阻调速电机等。JCD-4G高空作业车车外形结构图如图1。

1  设备总成介绍

1.1 车架及走行部

平车架采用全钢组焊结构，由中梁、侧梁等组成，在专用胎模具上组焊而成，具有足够的强度和刚度，足以承受150t的纵向静压力和作业车全整备状态时车体承载重量1.3倍的垂直载荷的联合作用。车上设置起吊作业车的起吊点、顶升点和架车点。

走行部由两台可互换的二轴转向架组成，每个转向架均包括转向架构架、弹簧悬挂装置、轮对、车轴轴承箱、牵引杆装置、基础制动（轴盘制动）等部件。转向架构架是由左侧梁、右侧梁和横梁组成的全钢焊接“H”型结构，侧梁和中梁为箱形焊接结构。构架焊接采用焊接机器人进行自动焊接。

1.2 电气系统

该车辆采用DC24V负极搭铁的单线制供电系统，电气系统主要由电源、照明系统、监视仪表及报警系统、接地系统、行车控制系统、作业控制系统、通信设施及交流系统等组成。

1.2.1 电源

采接触网作业车控制电源由一组免维护碱性蓄电池组成。DC24V蓄电池组为100～200Ah的铅酸蓄电池。

1.2.2 照明系统

车体两端均需设有头灯（2×100W）、下大灯（3×100W）及信号灯（50W）用于行车照明。司机室内设照明灯，机器间内和车架下部设检修灯，车底两端各设置一个检修灯;作业平台上设有照明灯（LED）和防震投光灯并可调整角度，供施工作业时使用。整车照明装置满足夜间和在隧道内操纵车辆和行车的需要。

1.2.3 监视仪表及报警系统

采用液晶显示器，用于显示开关磁阻调速转速、温度、蓄电池的电量、电流、电压、温度，车速等参数，并能通过报警灯对低电量、温度异常进行报警显示。

1.2.4 行车控制系统

行车控制系统包含电动机起动、调速、制动、停机及换向控制系统。采用VCU控制器实现整车的各种控制功能，和故障报警等各种保护功能。作业控制系统包括作业油泵取力控制、升降回转作业平台的控制等。

行车控制系统具备电机的调速功能、换向保护功能、机车超速保护功能、走行数据记录、故障诊断和报警功能等。也可根据用户要求设置双机重联功能，可使司机在主机上控制补机的起动、停车及两车的起步、停车、换向等;由司机对补机的运行状态进行监控，如补机出现异常情况，可通过声光信号进行报警。

1.3 制动系统

包括空气制动、手制动和电制动，电制动为反馈制动。空气制动系统主要由JZ-7型空气制动机、总风缸、副风缸、制动缸、油水分离器等组成。采用带停车制动功能的单元制动器，具有紧急制动、常用制动及停车制动功能;符合中国国家标准，缓解时间不超过10s;设有手制动装置，用于停车制动。列车管设有紧急制动电磁阀，其控制按钮设置在平台上部控制柜上，以便在紧急情况下进行紧急制动。基础制动装置为轴盘式基础制动，基础制动装置采用4个不带停放制动功能的轴盘式基础制动装置和4个带有停放制动功能的轴盘式基础制动装置。

1.4 回转升降作业平台

全液压升降回转平台，立柱为箱型焊接结构，采用双作用单级油缸，具有较高的承载能力。立柱侧面设有上下平台的梯子。平台地板为花纹钢板，平台设有栏杆，栏杆下部200mm范围内设有围板，可防止物件坠落。平台远端设有标尺，用于检修时测量接触导线的拉出值，标尺与导线接触部分为尼龙滚筒，以防损伤导线。该装置不用时可倒置，不占平台空间。回转升降平台上升、回转均安装有防雨型限位行程开关，回转机构设有应急手动泵，当主液压油路出现故障时，可使作业机构迅速回复到行车状态。回转升降平台回转机构设有机械式手动平台回转装置，在平台回转机构液压系统出现故障时，可手动将平台复位。回转升降平台立柱升降液压回路设有截止阀，在立柱升降液压系统出现故障时打开此阀能使立柱依靠自重复位。

1.5 随车起重机

本车安装有全液压折臂式随车起重机，由起升卷扬机构、变幅机构、吊臂伸缩机构、回转机构等组成，操纵灵活，微动性能好，工作可靠。并附带高空作业斗供操作人员高空作业。

1.6 柴油发电机组

车辆配备有一台柴油发电机组，功率不大于30kW，用于给车辆应急充电，发电机组符合当地排放标准。

2  蓄电池组及控制系统

本车动力蓄电池采用的是中国航天集团四川凯迈新能源提供的磷酸铁锂蓄电池包及配套电池管理系统，该产品主要应用于高速列车、机车、城际快速列车及机场车辆等领域。

蓄电池组电压、温度参数由电压、温度检测模块实时采集，通过CAN总线上传至车辆控制器;车辆控制器根据蓄电池参数监测和参数评估，对牵引蓄电池进行充放电限制。

控制与监视系统TCMS的网络拓扑图2所示。

车辆控制器采用易福门等公司的移动控制器，该控制器自带数字量输入/输出口、模拟量输入输出口及CAN总线接口和RS232接口。车辆控制器通过I/O接口与司机操纵元件、触点执行元件等相连，通过CAN1总线与两个司控台的监视触摸屏及蓄电池管理系统BMS相连，通过CAN2总线与高压接线箱、电机驱动器、牵引蓄电池DC/及辅助逆变电源箱相连，通过两个控制器的CAN3口与他车相关，以上三条CAN总线构成机车控制网络。

车辆控制器作为控制网络的控制和通讯核心，是机车的逻辑控制和决策机构。其他设备是机车的监视和执行机构，接收车辆控制器的指令和参数给定，实现各设备的控制和保护功能，同时将设备运行状态、参数和故障信息实时上传给车辆控制器。

3  整车优势

3.1 整车驱动系统的优势

关于能耗，相对于常规采用永磁同步（交流异步）电机驱动作业车辆，减少电量消耗30%以上;关于寿命，同等启动转矩工况下，相比常规采用永磁同步（交流异步）电机驱动作业车辆启动电流降低70%，极大提升电机及电气部件的使用寿命，特别是对电池系统的使用安全性及寿命有极大提升;关于效率，电机的高效区间覆盖10～70km/h（优于永磁同步和交流异步电机），系统效率平均达到93%以上（常规电气传动效率80%左右，永磁同步接近90%）;关于适应能力，应急能力强，可缺相运行，温度适应范围广，满足极寒或极高温工况下全功率运行，覆盖施工范围广泛。

3.2 整车锂电源系统优势

首先系统采用模块化、分布式系统设计，提供可靠的动力输出的同时可根据不同工况配电需求灵活组合。其次电池成组方式采用先串后并的模块化设计方式，确保了系统运行过程中能监测到每个单体电池的运行状态，确保系统的可靠性和安全性。再者多维监测及主动防抑火系统结合新能源电源系统制造和应用的经验，是一款能够实现精准探测和高效防抑火的安防系统。最后远程监控运营平台通过BMS和充电桩进行各项数据收集，通过后台大数据系统的分析和处理，使得客户能更全面的监控车辆、电池和充电桩的运营状态，让施工管理透视化，让管理者能安心、放心。通过数据的分析，若有异常提前发现问题，把问题处理在萌芽阶段，变被动维修为主动维护，保证现场作业高效顺畅。

4  总结

随着JCD-4G高空作业车的研发制造成功，且安全稳定的投入使用，标志着新一代蓄电池维修作業车的诞生。该车实现零排放，无烟，无尘，噪声小，避免噪声扰民特别适用于城市线路，且具有能量回馈功能，节能环保等优点。

参考文献：

[1]施仲衡.GB50157-2003，地铁设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2013.

[2]马沂文.GB/T7928-2003，地铁车辆通用技术条件[S].北京：中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，2003.

[3]严隽耄，傅茂海.车辆工程[M].三版.中国铁道出版社， 2008.