城轨地铁车辆（共8篇）
城轨地铁车辆 篇1
经济的快速发展和城市化进程的加快,使城市的交通状况面临巨大压力,轨道交通作为相对环保的大流量交通工具,已被全世界大中城市作为解决交通问题的首选[1]。制动系统试验的准确性和安全性是城轨车辆调试试验的重要内容之一,是车辆安全运营工作的重要组成部分。
1 问题的提出
城轨地铁车辆制动系统的静态调试内容主要包括供风系统和用风系统。供风系统由空压机组、双塔干燥器、安全阀、压力开关、测试接口、软管及除制动以外的用风单元组成[2];用风系统由空气悬挂系统、基础制动装置、停放制动系统、受电弓(或集电靴)用风系统、风笛和刮雨器等部件组成。目前国内生产的城轨车辆,在进行制动系统静态调试时多采用指针式压力表或数字压力来测量,缺点主要有:①仪表与车辆监测点相连通的快速插头,在频繁插拔过程中占用很长的调试时间,工作效率低;②在车辆通电调试时,车下操作危险;③信息的检测通过仪表、万用表和秒表配合来完成,受到静态逆变器、空调、空气压缩机等设备噪声的影响,所得试验结果偶然性较大,为了获得良好试验结果,多采用重复试验的方式;④试验过程及结果不具有追溯性,没有原始数据供参考或分析。因此,研究基于数字化的静态试验方法具有重要意义。
2 研究内容
城轨地铁车辆制动信息数字集成化试验方法研究的主要内容是城轨车辆在进行静态调试时,如何获取被试车辆的手柄状态、制动压力、开关量、保压和计时,以及动态调试时防滑动作的性能、动作过程,同时获取以上信息与时间的直接关系。
3 系统结构
通过将传感器采集的物理信号转化为电信号,由外部电路对压力传感器的输出信号进行放大、滤波等处理,再与其他开关量信号一起送入A/D转换器,实现量化编码,变成计算机可以处理和运算的数字信号,从而实现制动信息数字集成化的检测。
3.1 系统硬件设计
硬件设计主要由压力传感器、信号调理与识别模块、无线发送与接收模块、上位机组成,每辆车的制动信息都由本车独立的采集单元来完成,电源从本车插座获取,车辆上每个制动测试点都安装有调试专用压力传感器,各开关量经信号调理模块送至本地制动信息采集单元,无线发送模块(模拟量无线发送模块为DAM-3056AH,数字量无线发送模块为DAM-E3011)将制动信息发送给上位机。
整个系统包括6个单元,每个单元包括4个压力传感器(量程0～2 MPa)、8路数字信号,2个头车单元还包括模拟信号(0～10 V或0～15 V)。所有压力值、数字信号电平以及模拟信号值都可以通过有线(或者无线)方式进行传输,如图1所示。
3.1.1 模拟量数据采集
模拟量数据主要是压力数据,使用模拟量采集模块DAM-3056AH进行数据采集,每个传感器通过单独的BNC连接器连接到信息采集盒,传感器MPM4730传来的信号为电流信号(4～20 mA),经过0.5%的250 Ω精密电阻转换为电压信号(1～5 V),然后通过RS485或以无线方式将信息送上位机进行存储、处理和显示。
DAM-3056AH为8路高速模拟量输入模块,在使用前需要进行一些设置,代码配置如表1所示。本系统采用的波特率为38400,代码为05。
3.1.2 开关量采集
在制动调试过程中,制动系统要用到的列车开关量信号有:
①停放制动压力开关:用来指示停放制动的施加与缓解,缓解时为高电平,施加时为低电平;
②总风压力开关:用于控制紧急制动的触发与缓解,高电平时,紧急制动缓解(紧急制动缓解的必要条件),低电平时,触发并施加紧急制动;
③空压机启动信号1和2:用于控制空压机的启动与停止,当总风压力降低,压力开关闭合(高电平),空压机开始打风(680 kPa、750 kPa、800 kPa);当总风压力上升,压力开关断开(低电平),空压机停止打风(900 kPa);
④备用压力开关:主控压力开关失效时,启动备用压力开关,总风压力降低时,压力开关闭合(高电平),空压机开始打风(800 kPa);当总风压力上升,压力开关断开(低电平),空压机停止打风(900 kPa);
⑤受电弓辅助压力开关:用于检测和显示受电弓的状态,当压力降低,压力开关断开,指示为降弓状态,当压力升高,压力开关闭合,指示为升弓状态。
车辆开关量信号为DC110 V(77～121 V)和0,需要对信号进行调理,信号调理板的作用主要是光电隔离和电压调整,将车辆开关量信号转换为DC12 V和0的数字信号。
DAM-E3011为数据采集模块,它有8路隔离数字量输入和1路隔离数字量输出模块。逻辑电平0表示+1 V;逻辑电平1表示+4 V～+30 V。输出:集电极开路30 V,200 mA 最大负载;隔离电压:3 750 V;电源:未调理DC+10 V～+30 V。
从车辆过来的数字信号都共地,这样可以减少接线的数量和长度,易于操作。信号调理板与数字采集模块DAM-E3011之间通过较细的电缆进行连接,数字采集模块DAM-E3011的负输入端都接在一起,共地,便于采集模块盒内电缆的连接。
3.1.3 不间断原理
本系统主要用于现场测试,需要根据车辆的条件互为备份,在车辆条件发生变化时,不至于影响系统工作。车辆在静态调试时主要有2种状态:①车辆通高压(DC750 V或DC1 500 V),经过SIV后输出AC380 V和AC220 V;②车辆无高压,通过蓄电池或外接电源提供DC110 V。在车辆无高压时,通过该系统自带的电池向外输出DC12 V的电源,不会影响系统的工作。系统上电初始化,通过车辆采集单元自带的空气开关来实现,并伴有电压指示表,实时监控电池的电压。
3.2 系统软件设计
本系统主要通过RS485转RS232模块来接收数字量采集模块DAM-E3011和模拟量采集模块DAM-3056AH的数据,具体流程如图2所示。系统上电之后,各个模块开始初始化,系统通讯进行初始化,然后根据12个采集模块,从第1辆车开始发送查询指令,同时进行计时以判断通讯是否超时,若超时,则重新发送查询指令,若没有超时,则进行数据处理、存储以及显示。通讯正常,则依次向下一个端口进行通讯,周而复始,实现不间断采集。
3.2.1 软件界面
根据目前所使用的克诺尔、铁道科学研究院(以下简称铁科院)和纳博特斯克3个制动系统生产厂家各自的特点,编制相应的程序界面,同时预留一个制动系统,以待后续使用时可以添加程序代码进行调试。系统必须使用帐号和密码登录。
点击不同的系统即进入不同的画面,以铁科院为例,点击“铁科院制动系统”,弹出如图3所示的界面。进入各试验项目后,分别有开始试验、结束试验、历史报警查询、历史记录查询和清空临时数据等功能。
试验内容主要有BC压力检测、空压机启动压力检测、 停放制动压力开关检测、 总风压力开关检测、初次充风试验(包括补风试验)、安全阀压力检测、保压试验、差压阀数据检测、动态试验(型式试验——防滑)及其他。所有试验数据都能保存、打印,曲线可放大缩小、时间较长时能够全局显示,纵横坐标随时间更新、横坐标右侧显示最新时间。各条曲线使用不同的颜色;同一小画面内的所有曲线同步更新。
界面共有6个画面,对应6辆车(1、6为Tc车),点击“开始试验”按钮,启动远程数据通讯。每个小画面的左侧实时显示曲线,右侧显示竖线与曲线相交处的数值或电平值。每个小画面都有游标,纵坐标是压力值或高、低电平,单位为kPa(Tc车的司控器状态或者三线编码有自己的坐标),横坐标是时间,单位为s,最小单位是200 ms;左键单击某个画面右上角的“最大化”键可全屏显示此画面。设有“打印”和“返回”按钮,点击“返回”按钮,则返回正常6个曲线显示界面,点击“打印”按钮,默认用A4纸打印此画面的全局界面。
3.2.2 数据库
根据不同的制动系统及项目建立各自的数据库,主要存储4个压力传感器的压力值和8路开关量的电平,测量的数据有:空压机压力开关、停放压力开关、总风紧急触发压力开关、溢流阀开启压力、溢流阀关闭压力、空簧减压阀输出压力、停放减压阀输出压力、辅助空压机压力开关、BC压力(B1～B7级)、安全阀开启压力、安全阀关闭压力、集电靴减压阀输出压力、受电弓减压阀输出压力、BHB减压阀输出压力、受电弓辅助空压机压力开关。
3.3 与上位机通讯设计
上位机与各采集设备之间通过无线方式通讯,采用TEC-2009S-34T工业级笔记本、ExpressCard/34转双串口卡,它支持标准串行模式,即插即用,数据传输速率为110～230.4 kbps。串口部分具有中断控制地址,稳定有效保证数据流不会丢失,可靠性和兼容性高。数据采集模块DAM-E3011和DAM-3056AH配有高级软件,激活后可识别通讯网上的所有设备。
4 现车试验
4.1 制动压力测试
以安装了铁科院制动系统的广州地铁五号线国产化增购车、成都地铁二号线车辆的制动试验为例进行测试,铁科院TKQ制动系统的BC压力都是通过中继阀向外输出的,测试点分别在4根轴的防滑阀G1之后,压力传感器通过测试接头SCA-1/4-EMA-3安装于压力测试点上,可以直接检测BC压力值,此装置安装牢固,不会影响到车辆静态和动态运行的安全性。
将司控器手柄置于惰行位“N”,然后拉至B1,列车的压力为一级制动压力,图4所示为动车的B1级制动力。
4.2 防滑测试
将司控器手柄置于惰行位“N”,然后拉至最大常用制动位,按下制动控制内的防滑自检按钮,车辆启动防滑自检,图5所示为动车的自检曲线。
4.3 充风试验
排空列车总风缸压力,主控端操作空压机打风并记录其充风的全部过程,空压机开始打风启动信号为高电平,总风缸充风结束,空压机控制信号转为低电平,空压机停止打风, 测试记录空压机的打风时间为13 min 9 s。
通过充风试验实现溢流阀开启和关闭压力、减压阀输出值、停放制动动作压力、空压机启动和停止压力等压力值的检测记录;测得溢流阀的开启压力为674 kPa、溢流阀开启到空簧充满风的时间为5 min 53 s、空簧减压阀的输出压力为579 kPa。停放压力开关的动作压力信号“停放压力”由低电平变为高电平时,此时的压力为压力开关的闭合压力,测得值为509 kPa;停放减压阀的输出压力为593 kPa。在初次打风过程中,紧急压力开关B13.14发生动作,在数字信号“紧急触发”由低电平变为高电平时,测得紧急压力开关的闭合压力值为720 k Pa。
5结束语
应用数字化检测系统对城轨地铁车辆制动系统进行调试试验,在准确和全面掌握车辆静态和动态信息的同时,能够缩减试验时间,降低劳动强度,使所进行的试验具有可追溯性,不仅提升了试验自动化水平,也为今后实现数据共享和远程控制奠定了基础。
摘要：针对城轨地铁车辆制动系统的静态试验问题,从试验手段、试验方案设计及试验效果3个方面分析了基于数字化静态试验的工作内容,阐述了试验系统的软、硬件及通讯设计,并在此基础上进行了现车静态调试试验验证。
关键词：城轨车辆,制动系统,静态试验,数字化,方法
参考文献
[1]吴萌岭,裴玉春,严凯军.我国城市轨道车辆制动技术的现状与思考[J].机车电传动,2006(1):1-5.
[2]马琪.国产地铁车辆制动系统[J].都市快轨交通,2004(17):102-109.
城轨地铁车辆 篇2
[关键词] 城轨车辆 转向架 现状与发展
经济的快速发展和城市化进程的加快,使城市的交通状况面临巨大压力,尤其是大中城市,现有交通系统日渐成为经济持续发展的瓶颈之一。国外的经验表明,采用城市轨道交通系统是一种有效的解决方案。这一方案近年来在国内日益受到关注。众所周知,加拿大庞巴迪(Bombardier)公司、法国阿尔斯通(AlStom)公司及德国西门子(Semens)公司长期以来一直都是轨道交通领域内的领先者,在城市轨道车辆的研发方面拥有相当的实力和丰富的经验。
1国内既有转向架的特点
目前,国内地铁、轻轨电动客车用转向架除国产的外,还有引进国外技术的,主要有两种:一种是上海地铁1号线、2号线和广州地铁1号线转向架,为欧洲整机进口的产品;另一种是北京复八线地铁用转向架,为引进韩国韩进重工技术研制生产的产品。
为便于分析比较,各种转向架的主要技术特征和参数列于表1。
2 城轨车辆转向架的发展和结构形式
2.1城轨车辆内侧悬挂式转向架
2.1.1 SF-30型转向架
SF-30转向架是西门子公司开发的、采用独立旋转车轮式的动力转向架,应用于100%低地板轻轨车辆Combino,车辆的车厢为纵向全贯通式,没有过渡台阶,实现了100%的低地板。车辆地板距轨面高度仅为320 mm,方便了乘客上下车。到目前为至,西门子已经成功开发出了SF-40、SF-50等型转向架,并广泛应用于欧洲各国的城市轻轨(LRV)低地板车辆上。
SF-30型转向架(图1)的车轮采用独立旋转车轮,转向架采用内侧焊接式构架,驱动装置为左右方向纵向布置2个交流异步电动机和齿轮箱,一系悬挂采用锥形橡胶堆定位,二系悬挂为4个螺旋钢弹簧和垂向液压减振器,制动采用轮盘式单元制动装置。
2.1.2 TSFⅡ型转向架
为使城市轻轨车辆实现低地板化,法国阿尔斯通GEC公司成功开发出了TSFⅡ型独立旋转车轮动车转向架(图2)。
该转向架的主要结构特点是:采用独立旋转车轮实现100%的低地板化。为便于驱动电机的安装和增大车厢过道宽度,采用了内置构架式。轴箱装置放在轮对内侧,一系悬挂采用V字形橡胶堆,二系悬挂采用螺旋钢弹簧,电机纵向安装在构架两侧。基础制动采用外置式轴盘制动,并装有电子防滑器。
2.1.3庞巴迪动车转向架
随着城市轨道车辆的广泛应用,轻轨车辆给城市带来的噪声越来越被人们所重视。为了降低轻轨车辆运行时的噪声,庞巴迪公司开发出了一种低噪声轻轨车辆动车转向架(图3)。
表1 国内地铁、轻轨转向架的主要技术特征和参数
图1 SF-30型转向架
图2 TSFⅡ型独立旋转车轮动车转向架
图3庞巴迪动车转向架
图4 S22La型单轮对转向架
图5 法国Y237型铰接式转向架
为了实现低噪声,转向架在设计时,采用弹性橡胶车轮和内侧悬挂式结构,将轴箱一系悬挂安装在轮对内侧,二系采用空气弹簧,以降低由于振动和冲击带来的噪声。牵引电机采用架悬式,传动采用轮对空心轴车轴驱动模式,制动为轴盘制动。
2.2轴转向架
为了减少对钢轨的冲击和降低噪声,改善车辆的曲线通过性能,西门子公司于1995年开发了一种S22La型单轮对转向架用于城轨车辆。该转向架最大的特点是转向架采用内侧支承模式,只有1个轮对,故称为单轴转向架或单轮对转向架(图4)。其主要结构特点是:为了减轻构架质量,使结构更加紧凑,该转向架构架安装在轮对内侧。二系采用空气弹簧悬挂装置,车轮采用小轮径的弹性车轮,并采用轮轴制动。S22La型转向架分为动力和非动力2种类型,牵引电机为纵向中心布置,轴重均为12 t。S22La型单轮对转向架由于将整个构架放置在轮对内侧,使转向架质量特别是簧间质量大大减小。无动力的S22La型转向架质量只有1.05 t,装有传动装置的$22I。a型转向架质量也仅为1.55 t。与传统的单轮对转向架相比,采用内侧悬挂结构后,转向架质量可减小30%～40%。
3城市轨道交通车辆转向架的发展趋势
3.1内侧轴箱悬挂转向架在我国城轨车辆中的应用前景
日前,我国在使用中的城轨车辆转向架与下线车辆转向架无明显区别,轴距基本在2 400 n、m左右,转向架质量大,通过曲线时轮轨力和轮对冲角大,导致严重的轮轨非正常磨耗,污染环境。基础制动装置主要采用踏面制动的模式,不但制动能力低,噪声大,闸瓦磨耗产生的大量尘土对城市环境也构成了威胁。
因此,开发一种新型环保的、运行品质佳的城轨车辆转向架势在必行。轴箱内侧悬挂转向架具有质量轻、运行低噪声、曲线通过性能好、适应线路扭曲能力强等诸多优点,在国外已成功运用于城轨车辆、高速客车和货车上,这充分表明内侧悬挂转向架技术是成熟、可靠的,具有广阔的应用前景。在我国城轨交通系统大量建设的初期,应充分利用国外的成功经验,结合我国城轨车辆发展的实际情况,高起点研制具有自主知识产权的内侧轴箱悬挂城轨车辆转向架,这对于推动城市有轨交通系统的建设、改善城市交通拥挤状况、保护环境、提高人民生活质量具有十分重要的意义。
3.2单轴转向架在城轨车辆中的应用前景
研究单轴转向架的目的是为了使车辆运行稳定性和曲线性能相适应,同时考虑对轨道不平顺的响应翻。其基本原理是对一系、二系悬挂装置进行适当的调整,并在车体和转向架之间使用连杆连接。
无论是城市轨道车辆还是干线铁道车辆,降低车辆自重是发展的必然趋势,也是衡量其技术水平的重要指标。在车辆的总体质量中,转向架的质量占有相当大的比例,而在转向架的整体质量构成中,轮对的质量又成为主要成分。故减少轮对数量对减少转向架的质量及整车质量是明显而直接的,而减少的质量又属于簧下质量,有利于改善车辆的动力学性能。不同转向架结构及与车体的不同连接方式可以使车辆具有不同的轮对数量,其中采用单轴转向架时所用轮对数量最少,可有效地减轻车辆重量。
另外单轴转向架因为自身结构使得曲线通过性能优于传统的二轴转向架。
3.3铰接式转向架在城轨车辆中的应用前景
法国TGV列车是铰接式列车最主要的代表,很多国家的各种不同的铰接式列车也大多采用法国TGV的技术。1994年通行英吉利海峡隧道,连接巴黎一伦敦和布鲁塞尔一伦敦的“欧洲之星",以及1996年开通连接阿姆斯特丹一布鲁塞尔一科隆一巴黎的TGV家族的另一成员Thalys都采用了成熟的TGV铰接技术。2007年创造高速铁路最高试验速度574.8km/h的法国V150高速列车也采用了TGV铰接技术。TGV铰接式转向架为非动力转向架,法国国营铁路(SNCF)开发的新一代TGV列车即AGV[61,它将铰接技术和动力配置应用于一台转向架上,使动力型铰接式转向架应用于高速列车中。
目前法国所研制的应用于高速列车的铰接式转向架主要有Y231,Y237以及Y237A型,分别应用于第一代、第二代和第三代高速列车上。Y231型是法国第一代高速动车组TGV-PSE的拖车所采用的铰接式转向架,它是从燃气轮动车组拖车铰接式转向架Y229型发展而来的。Y237型是法国第一代高速列车,大西洋线高速动车组TGV-A型及其派生的路网高速动车组TGV-R、欧洲之星高速动车组TGV-TMST、塔利斯高速动车组TGV-PBKA、韩国高速动车组TGV-K型的拖车转向架所采用的都是铰接式转向架。
日本也是使用铰接式转向架的国家之一。东日本铁路集团公司开发的现代市郊(Ac)列车样车(E993系)是东日本铁路集团公司为提高乘客服务质量和降低寿命周期成本而采用的第一列铰接式市郊列车,14节编组、时速120km/h。并且在此基础上,又开发设计了E33l系市郊列车。铰接式转向架得以成功应用的还有小田急电气化铁路50000型特快列车。东日本铁路集团公司还将这种系统应用于新干线高速试验列车953系STAP21。
日本研发的铰接式转向架有TR914,TR915,DT957,DT958等,其中TR914和DT957是无摇枕式2点空气弹簧悬挂系统铰接式转向架,其铰接结构为带枕梁的车体(支撑端)置于2点承载悬挂系统铰接式转向架上,使用单牵引杆将枕粱巾间的中心销与转向架连接,以实现牵引。枕梁项部有一个用于连接联结装置的衬套,另一车体(铰接端)的联结装置置于这里并用螺栓铆固。TR915和DT958无摇枕式4点空气弹簧悬挂系统铰接转向架,其铰接结构为带中心销的车体(支撑端)置于4点承载悬挂系统的铰接式转向架上,中心销和转向架用单牵引杆连接,以提供牵引。中心销项部有一个用于连接联结装置的衬套,其他车体的联结装置置于这里并用螺栓铆固。
德国地区铁路ET425系列动车组采用铰接式转向架,其形式与日本的E993型相似,但中间连接处均采用四点支承的空气弹簧悬挂系统。端部车辆采用一台传统动力转向架,中间连接处则采用铰接式转向架。
[参考文献]
1.张振淼.《城市轨道交通车辆》 北京 中国铁道出版社 1998.
城轨车辆车体模态分析 篇3
城轨车辆在现代交通系统中起着重要的作用, 城轨车辆在运行过程中存在不同程度的振动与噪声, 这些因素直接影响着车辆运行安全与乘客乘坐舒适度, 因此需要对城轨车辆进行相应的动力学分析, 由于结构的振动特性决定结构对于各种动力载荷的响应情况, 所以在准备进行其它动力分析之前首先要进行模态分析。
模态分析是用来确定结构的振动特性的一种技术, 通过模态分析可以使结构设计避免共振, 工程师可以认识到结构对于不同类型的动力载荷是如何响应的, 有助于在其它动力分析中估算求解控制参数。
1 ANSYS模态分析的方法
车体模态分析主要是预测无阻尼结构的自振频率和振型, 可以用来预测共振, 也可以为进一步的动力学分析做准备。结构的模态主要取决于结构的质量与分布、结构的刚度。
在ANSYS中有提取模态的方法以下几种:Block Lanczos法、空间法、缩减法、不对称法、阻尼法[1,2]等。Lanczos法可以在大多数场合中使用, 当提取中型到大型模型的大量振型时 (>40) , 此方法经常应用在具有实体、壳单元的模型中, 其基本思想是将原特征值问题转化为三对角阵的特征值问题。
采用有限元法分析的动力学问题时, 经常采用有限元格式下的动力学微分方程:
其中: 、a (t) 分别是结构的结点加速度向量、结点速度向量、结点位移向量, M、C、K、Q (t) 分别是结构的质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵和结点载荷向量。
若不计阻尼, 则式 (1) 简化为
则式 (2) 的解可以写成a=φsin (t-t0) , 其中φ是n阶振型向量, ω是向量准振动的频率, t是时间变量, t0是由初始条件确定的时间常数。
采用Lanczos算法, 特征值可以写成
设Q为由Lanczos向量构成的转换矩阵, 若选择的Lanczos向量使Q具有以下性质:
其中, T为三对角阵, 则式 (3) 可以写成
此三对角阵的特征值问题, 即可以用标准算法来快速求解。
本文采用自由模态分析构架的固有特性, 对车体的模态分析所用的程序是ANSYS软件, 采用Lanczos进行固有频率分析。
2 城轨车辆车体模态分析
根据某型城轨车辆的真实设计尺寸[3], 建立了有限元模型如图1。
本文设计了3种模态分析工况, 如表1所示。
1) 工况1模态分析。铝合金车体空车模态计算, 是对车体模型无约束的自由模态计算, 共计算20阶模态, 从20阶模态分析过滤, 将其主要振型和频率列出如图2~图3所示。
2) 工况2模态分析。整备模型包括车体结构及附属的车体各种设备等。同空车模态的计算一样, 对整备模型进行无约束的自由模态计算, 计算前20阶模态, 将其主要的振型和频率列出如图4、图5所示。
3) 工况3模态分析。超员状态模型包括车体结构及附属的车体各种设备以及超员人数等。同空车模态的计算一样, 对整备模型进行无约束的自由模态计算, 计算前20阶模态, 将其主要的振型和频率列出如图6~图7所示。
3 结论
1) 模态分析对于车辆设计来说十分重要, 它可以模拟真实工况下的车辆受力与变形状态, 能够给设计者提供有意义的参考依据。
2) 本文设计了3种模态分析的工况, 对车体进行了模态分析, 结果表明:a.铝合金车体空车的一阶垂向弯曲振型频率17.22 Hz, 一阶扭转为17.761 Hz;b.整备状态下车体的一阶垂向弯曲振型频率17.224 Hz, 一阶扭转为18.512 Hz;c.超员状态下车体的一阶垂向弯曲振型频率17.21 Hz, 一阶扭转为17.389 Hz。
根据相关文献可知, 空气弹簧的固有振动频率为1~2Hz[4], 而转向架模块的一阶垂向弯曲振动频率为51.429[4]。因此车体、空气弹簧、转向架之间一阶模态固有频率差别显著, 不存在共振的可能, 也就是说, 车体结构设计合理。
摘要：城轨车辆在运行过程中存在着不同程度的振动, 为了避免车身与车辆其他部件发生共振, 因此要对车辆车体进行模态分析。文中主要建立了城轨车辆有限元模型, 然后设计了模态分析工况, 在A N SY S中进行了模态分析。结果证明, 车体与车辆其他主要部件不会发生共振。
关键词：城轨车辆,振动,优化,模态分析
参考文献
[1]方远翔, 陈安宁.振动模态分析技术[M].北京:国防工业出版社, 1993.
[2]朱安文, 曲广吉.结构动力模型修正技术的发展[J].力学进展, 2002, 32 (3) :337-347.
[3]林田聪.欧洲铁路开发新的车辆结构[J].国外铁道车辆, 2002, 39 (6) :12-14.
城轨车辆防滑防空转控制浅析 篇4
随着世界铁路运输的发展,高速和重载成为城轨车辆设计的重要方向。这就对城轨车辆制动系统的发展提出了更高的要求,其中最为关键的问题是如何进一步提高防滑控制系统的性能,以便在制动时,既能防止车轮擦伤,又能充分利用粘着,得到较短的制动距离。
防滑防空转控制是由牵引系统控制单元完成对牵引电机的控制过程,通过在牵引模式下改变牵引力,在制动模式下改变电制动力。其用于在不利的轨道条件下提高加速和减速性能。牵引系统空转/滑行保护具有以下任务:(1)充分利用轮轨粘着力;(2)防止牵引时驱动轴的空转以及制动时驱动轴的滑行;(3)减少车轮和轨道的磨耗。空转/滑行保护连续监控列车速度和驱动轴的旋转速度。如果有差值,牵引力自动减少以满足轮轨粘着力。如果轨道条件变好,摩擦系数变高,那么牵引力将按照一定的斜率(可调节)提高到轮轨粘着力。空转/滑行保护的持续时间由牵引控制单元监控。
防滑防空转的目的:其一是在减少的黏着条件下提供最好的牵引力,其黏着系数为α(α=F/mg,其中F是瞬时牵引力,m是车辆黏着重量,g是重力常数,黏着重量为所有动轴的轴重和);其二是限制牵引力的参考值确保动轴的车轮不要失去控制滑行,不要超过最大允许的转差率。在牵引控制单元中可以在三个防滑防空转控制子系统中选择,其一,优化防滑—防空转控制;其二,防滑—防空转保护;其三,Δν控制。其中,优化的防滑—防空转控制是到目前为止最常用的系统。
1 防滑防空转控制
1.1 概要
防滑防空转控制检测的是车辆动轴的速度。它探测到车轮在牵引模式下的空转和动态制动模式下的滑行。当车轮的空转或滑行被探测到后,减小牵引变流控制中的牵引力参考值直到空转或滑行停止。防滑防空转的目的是当轨道和车轮之间的黏着系统达不到所要求的牵引力时,获得尽可能高的牵引力;并且减少牵引力参考值以使得驱动轴上的车轮不会在牵引状态下发生不可控制的空转,在电制动时不会锁死,不超过最大的允许空转速度。图1为工作环境中防滑控制系统的简化。
1.2 基本原理
基本原理参见图2。考虑一个具有PI控制器的控制系统,这个控制系统的目的是调整相对于参考值的空转速度。
在短的运行间隔中Fref是由牵引力和空转速度(一条F-ΔV线)之间的线性关系决定的。PI控制器的放大与F-ΔV线的斜率相对应。积分部分沿线移动直到F-ΔV线和黏着曲线的交叉点与空转速度参考ΔVref相符。
优化的防滑防控转控制系统就是从这一简单系统发展起来的,如图3所示。F-ΔV线被限制在一个有限的间隔内并且控制系统的积分部分被一个寻求最大可能牵引力的系统所代替。
防滑防空转控制系统可以是两个状态中的一个。
(1)监控:Fref曲线的第1部分。
由于黏着很高以至于可以获得所要求的牵引力。防滑防空转控制在Fref.out=Fref.in时不起作用,但它随时处在准备状态,以便在必要时减少Fref.out。
(2)激活:Fref曲线的第2部分。
防滑防空转控制必须减少牵引力(Fref.out
1.3 监控状态
在监控状态下Fref.out=Fref.in,即防滑防空转控制不减少Fref,如果防控转速度限制被超过或空转速度增长很快。此时可以认为车轮发生空转,Fref.out相应下降并且防滑防空转控制系统改变到激活状态,如图4所示。
1.4 激活状态
在激活状态中防滑防空转控制系统减少了牵引力的参考值,Fref.out
这个最优化的过程在两个方向中的任意一个方向上慢慢改变ΔVb。只要Fref.out在增长,则在同一方向上的移动就将继续。当它减少时,移动方向就改变。在Fref.out上可能有小的但很快的变化。由于这些改变可能会引起许多不希望的方向的改变,因此只有在合适时间段中的Fref.out平均值被考虑(例如:1秒)。如图6所示。
2 结语
城轨车辆车钩连接仿真方式研究 篇5
牵引梁车钩安装的模拟往往采用rigid刚性单元, 主节点为车钩的质心, 从节点为螺栓的质心, 质心节点在牵引梁型材上。由于刚度较大, 在螺栓孔质心节点处形成高应力。如果此处高应力远小于许用应力或者非着重考虑车钩安装孔周围应力时, 上述模拟方式可行。然而, 当牵引梁型材改变或螺栓孔位置发生较大变化时, 螺栓孔处质心节点和周围焊缝的应力会远远大于各自的许用应力, 此时需要对加载方式进行改变。
车体最恶劣的工况是处于超载并受到1 000 k N纵向压缩力, 且此时牵引梁车钩安装孔附近应力很大, 因此本文的仿真计算工况为:垂向AW3+1 000 k N纵向压缩力。
1 计算模型的建立
1.1 材料特性
车体采用的铝合金型材为6005A-T6, 板材为6082-T6和5083-H111。上述材料对应的屈服应力分别为215 MPa、260 MPa和125 MPa。铝合金材料密度为2.7×103kg/m3, 弹性模量为70 GPa, 泊松比为0.334。安全余量取值参考EN12663-2000《铁路应用-铁路车身的结构要求》[1]及国标GB/T 7928-2003《地铁车辆通用技术条件》[2]。牵引梁和盖板母材的许用应力为215 MPa, 它们之间焊缝的许用应力为104 MPa。
1.2 计算模型描述
有限元计算模型如图1所示, 选取整车模型。计算中, 整个车体都采用壳单元进行有限元离散, 此模型共有单元941 427个, 其中壳单元848 124个。车体Ⅰ端牵引梁车钩安装孔区域如图2。
几何模型用UG软件生成, 并使用Hyper Mesh软件进行有限元网格划分和加载边界条件, 用ANSYS求解器进行仿真计算。
车体牵引梁车钩安装采用4种方式进行模拟, 其中:
方式1:把螺栓简化为质点附在牵引梁型材上, rigid单元的从节点为4个螺栓的质心。
方式2:rigid单元的从节点为4个垫片区域网格的节点, 如图3。
方式3:rigid单元的从节点为受压时车钩与牵引梁相接触区域的节点, 如图4。
方式4:做出车钩的部分实体有限元模型, 在车钩与牵引梁之间建立接触对, 如图5。对接触对的要求较高, 需要网格节点尽可能重合, 轮廓要尽可能与真实接触区域相一致。
2仿真计算结果
加载方式1:如图6, 螺栓质心节点处有非常明显的应力集中, 最大值468 MPa, 焊缝处最大应力114 MPa。
加载方式2:如图7, 螺栓孔上面无应力, 孔的周围节点处有明显的高应力, 最大值195.0 MPa, 焊缝处最大应力82.3MPa。
加载方式3:如图8, rigid单元的从节点上面无应力, 孔的周围节点处有高应力, 且高应力区域很大, 应力分布较为均匀, 最大值171.1 MPa, 焊缝处最大应力71.3 MPa。
加载方式4:如图9, 应力分布比较均匀且符合实际, 螺栓孔上面节点处有最大值195.5 MPa, 焊缝处最大应力80 MPa。
3 结语
通过以上的分析讨论, 可得到下列结论:rigid单元的刚度比较大, 容易在从节点周围形成应力集中, 使得仿真计算结果偏大;车钩使用rigid单元方式加载, 高应力区域的形状容易受到从节点分布的影响;做出车钩的部分实体有限元模型, 在车钩与牵引梁之间建立接触对是一种比较好的仿真模拟方式, 它对接触对的要求较高, 需要网格节点尽可能重合, 轮廓要尽可能与真实接触区域相一致。
参考文献
[1]BS EN 12663-2000, 铁路应用—铁路车辆车体的结构强度要求[S].
城轨车辆制动控制系统的分析 篇6
1北四车辆制动控制系统概述
北四车辆制动控制系统的核心是G阀和RIO阀,主要完成列车保持制动、常用制动、紧急制动、防滑保护以及输出空压机的启动请求,并且将列车制动控制系统接入TCMS系统(列车控制和管理系统)中。
2 G阀和RIO阀
北四车辆采用德国KNORR公司的EP2002型制动系统。G阀和RIO阀是整个制动系统的核心部件,是制动管路系统和制动控制系统的枢纽。两阀气路模块如图1所示,G阀可以采集总风压、制动缸风压、空簧风压、副风缸风压以及回送管风压;RIO阀可以采集制动缸风压、空簧风压、副风缸风压以及停放制动缸风压。这些采集到的风压值对制动系统的控制起着非常重要的作用。
RIO阀主要由气路模块和电子控制模块组成。电子控制模块主要由微控制器和电源电路组成。G阀在RIO阀的基础上增加了数据管理模块,该模块由通讯电路和缓冲控制器组成。每节车G阀和RIO阀各1个,G阀是主控制阀,RIO阀是从控制阀。为了便于系统维护,每2节车为1个单元(TC1、M1为1个单元,M3、T3为1个单元,TC2、M2为1个单元),每个单元的4个阀构建起CAN总线网络,相互之间进行通讯和数据共享。另外,每个车的G阀通过MVB总线连接到TCMS网络中,将制动系统的状态实时传给TCMS系统。TC1、M1单元的网络连接如图2所示。
TCMS系统网络向G阀发出制动指令,两阀将参考空簧风压(空簧风压反映列车重量)大小,通过阀内部软件分析,计算出所需的制动力,然后控制向制动缸提供的风压,施加保持制动。保持制动力的大小和空簧风压大小有关,平均有0.24 MPa左右。
常用制动的信号来源于司机手柄。当G阀得到常用制动信号时,两阀将参考空簧风压大小,通过阀内部软件分析,计算出所需的制动力,然后控制向制动缸提供的风压,施加常用制动。除了空簧风压,常用制动力的大小还与控制信号有关,从无到有,但最大不超过紧急制动力。
紧急制动的信号来源于紧急制动控制电路。当两阀得到紧急制动信号后,将参考空簧风压大小,直接通过其内部继电器控制向制动缸提供的风压,施加紧急制动。紧急制动力的大小和空簧风压大小有关,但比其他制动力大,平均有0.3 MPa左右。
防滑保护的信号来源于车轮的速度差或减速度。两阀通过安装于车轴的速度传感器,实时监测列车运行速度。在列车运行中施加制动时,当两阀检测到某轮轴速度比标准速度低,而且速度差超过标准速度的5%时(或当两阀检测到某轮轴的减速度大于4.5 m/s2时),两阀将参考空簧风压大小,通过阀内部软件分析,控制低速车轮反复制动缓解和施加,使之趋向于标准速度,直到列车因制动而停止运行。标准速度取单元内车轴的最大速度(如KNORR制动系统[2])或单车车轴的最大速度(如Nabtesco制动系统[3])。
G阀与外界连接的电气接口有PL1、PL2、PL3、PL4和SK1。PL1接Ⅱ位转向架两车轴的速度传感器,用于采集车轴的速度。PL2接110 V制动电源为G阀供电,接紧急制动信号(信号线为443T),启动紧急制动施加或缓解。PL3接列车牵引制动参考信号、回送模式信号、备用模式信号、副风缸压力开关(只有TC1和TC2车有)以及空压机启动请求信号(只有TC1和TC2车有)。PL4接TCMS系统网络,将列车制动状态实时传给TCMS系统。SK1用来构建制动控制系统的CAN总线网络,方便制动系统的维护。
RIO阀与外界连接的电气接口有PL1、PL2、PL3和SK1。PL1接Ⅰ位转向架两车轴的速度传感器,用于采集车轴的速度。PL2接110 V电源为RIO阀供电,以及接紧急制动信号,启动紧急制动施加或缓解。PL3接列车零速线、制动切除阀B04和停放制动切除阀B05。SK1用来构建制动控制系统的CAN总线网络。RIO阀没有PL4插口,不能直接和TCMS系统通讯。
制动电源BPCB设在每节车的电气柜中,为本节车的两阀提供110 V电源。速度传感器实时采集车轴的转速,为系统启动防滑保护提供依据。当列车紧急安全回路断开时,输出紧急制动施加信号,通过两阀控制,紧急制动施加;紧急安全回路导通时,输出紧急制动缓解信号,通过两阀控制,紧急制动缓解。司机手柄控制线路的通断,形成列车的牵引制动数字信号,输入到各节车的G阀。正常情况下,牵引制动模拟信号的优先级高,即当有模拟信号时,数字信号不起作用;模拟信号是随电压变化的连续信号。TC1和TC2车上G阀PL3口的F、D、R、P针是接入列车安全互锁电路的,当TC1车的副风缸压力小于0.65 MPa时,F和D断开、R和P断开,安全互锁电路无法建立;当TC1车副风缸压力大于0.7 MPa时,F和D接通、R和P接通。TC2车与TC1车副风缸压力开关的工作原理相同,其他车的G阀无此功能。
TC1和TC2车G阀PL3口有H和G针,其中H针接BPCB制动电源。在G阀控制空压机的情况下,当总风压力小于0.8 MPa时,其中一个TC车G阀PL3的H和G针接通,G针得电,向TCMS系统的DX87模块发出空压机启动请求信号,经DX87模块处理后,向该车的空压机控制电路发出空压机启动指令,启动空压机;当总风压力大于0.9 MPa时,该TC车G阀PL3的H和G针断开,G针不得电,向TCMS系统的DX87模块发出空压机停止请求信号,经DX87处理后,向该车的空压机控制电路发出停止指令,停止空压机。如果风压降到0.75 MPa左右时,另一个TC车会以同样的方式启动本车的空压机,2台空压机一起工作,直到总风压力为0.9 MPa左右时停止。
各车G阀PL4口接入TCMS系统网络,将列车的制动状态实时传给TCMS系统。每个单元的4个阀通过SK1口连接在一起,构建CAN总线网络,其中TC1、T3和TC2车上设置维护插座,方便CAN总线网络与电脑连接。B04、B05接入其所在车的RIO阀,通过CAN总线将其状态输入TCMS系统。
3紧急制动控制电路
紧急制动控制电路[4]在两TC车上各有一套,且结构基本相同。列车要施加紧急制动,所有的G阀和RIO阀必须得到紧急制动施加信号。紧急制动信号是由位于两TC车的EB回路产生的,输入到列车所有的G阀和RIO阀。EB回路由一系列与列车安全运行有关的继电器和开关构成,其中有2个安全继电器SIR1和SIR2,其线圈由安全互锁电路供电。因此,要建立EB回路,首先必须保证安全互锁电路向两SIR继电器的线圈供电,即先建立安全互锁。
假设TC1车为主控,当2个SIR继电器得电后,MC(主控制器)手柄打到非EB位,电机正常,按下MC手柄,列车保持完整性,2个TC车的EBPB(紧急制动按钮)都处于正常状态,无乘客报警,门全关闭,总风压不低于0.7 MPa,2个TC车的紧急疏散门关闭正常,列车运行速度为零,MSS(ATC模式选择开关)打在NRM位,紧急制动继电器自锁,即EB回路建立,产生紧急制动缓解信号;当EB回路断开时,2个EMBR(紧急制动继电器)继电器不得电,即产生紧急制动施加信号。TC2车为主控时,紧急制动的控制和TC1车为主控时相同。
司机在启动列车前,先将MC手柄打到EB位,目的是先建立安全互锁,没有安全互锁,EB回路将无法建立。
在停放制动施加和停放制动缓解的控制电路中,PBCB为停放制动电源开关,装在两TC车司机室的电气柜中;PKBPB为停放制动施加按钮,PKBRPB为停放制动缓解按钮;两按钮分别控制脉冲阀的2个电磁阀。假设TC1车为主控,闭合PBCB,按下PKBPB按钮,脉冲阀Ⅱ侧电磁阀动作,停放制动施加;按下PKBRPB按钮,脉冲阀Ⅰ侧电磁阀动作,停放制动缓解。另外,TCMS系统的DX87模块接在停放制动缓解控制电路上,将停放制动的状态传给TCMS系统。值得注意的是,只要停放制动施加电路导通,即使管路系统没有施加停放制动,TCMS系统也会显示为停放制动施加状态。
4结论
北四车辆各系统通过MVB总线,构建了便于集中监控和管理的TCMS系统,它将各子系统紧密地联系在一起,使控制系统的结构更加紧凑、功能更加强大、设计更加灵活,在保证列车安全运行的同时也为乘客提供了一个舒适的乘车环境。
摘要：制动系统是城轨车辆关键系统之一,根据故障导向安全原则,制动系统失效时应有充足的措施确保列车和人员安全。北京地铁四号线车辆的制动控制系统通过G阀和RIO阀,完成列车的保持制动、常用制动、紧急制动、防滑保护等功能,并且将列车制动控制系统接入到TCMS系统中,保证了车辆的安全运营。
关键词：制动控制系统,紧急制动,常用制动
参考文献
[1]姜祥禄,蔡永丽.地铁车辆EP2002制动系统防护保护[J].电力机车与城轨车辆,2008,31(4):47-49.
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[3]阳建鸣.纳博特斯克车辆制动技术[J].现代城市轨道交通,2007(3):54-55.
城轨车辆车体材料的发展与选择 篇7
1 车体材料的发展
城轨车辆的发展中,车体材料先后出现了碳钢(耐候钢)、不锈钢、铝合金和新型复合材料,新型复合材料的应用相对较少,本文将着重讨论前三种材料。
1.1 碳钢车体。
钢材不但具有良好的加工性能,而且其价格优势也非常明显,适合用于制作腐蚀快和要求防锈与美观的涂装车辆。最早的城轨车辆车体材料采用普通轧制钢SS400,为延长车辆使用寿命和达到轻量化的目的,耐蚀性好、抗拉强度超过450 MPa的高耐候性轧制钢板SPA(在低碳钢中含0.07%~0.15%的磷、0.25%~0.60%的铜以及0.3%~1.25%的铬)被大量地使用[2]。到目前为止,碳钢(耐候钢)依然是城轨车辆车体上应用最广泛和最成熟的一种材料。近年来,不锈钢和铝合金在城轨车辆车体上被大量应用,我国也将不锈钢和铝合金应用到了城轨车辆和动车组上。与铝合金和不锈钢车体相比,碳钢车体具有成本低、工艺性好和造型容易的优势,但也存在重量较大、耐腐蚀性差而导致运用成本高的缺点。
1.2 不锈钢车体。
随着材料学的进步和制造工艺的不断突破,不锈钢材料由于具有高强度、耐腐蚀和质感好等优良特性,已被广泛应用于轨道车辆行业,成为车体结构的主要材料。与碳钢车体相比,不锈钢车体重量轻、耐腐蚀、变形量小、残余应力低,车体寿命长,可实现无涂装工艺、环保等优点。美国的Budd公司于1932年研发出世界上第一辆不锈钢铁路客车,揭开了不锈钢车体的工程化序幕。从上世纪50年代开始,各国陆续开始进行不锈钢车体的研究,经过几十年的发展,其运用领域遍及城轨车辆、客车、机车、货车等各种轨道车辆,技术日趋成熟。我国不锈钢车体的工程化发展可追溯至20世纪80年代,进入21世纪后更是迅速发展。目前常用于车体材料的不锈钢有两种:奥氏体系不锈钢的SUS301L、SUS304[3]。由于SUS 301L具有通过轧制加工而易于增加硬度和抗拉强度的特性,故可根据使用部位选用适当等级的材料。SUS 304一般用于强度要求不高的部位。不锈钢车体的造价稍高于碳钢车体,其维修费用最低;从轻量化水平不及铝合金车体,但是比碳钢车体好很多。
1.3 铝合金车体。
铝合金的比重只相当于普通钢的1/3,弹性模量也只有钢的1/3,在保证车体同等强度的条件下,车体自重最大可减轻50%,而且铝合金的耐腐蚀性好,可延长车辆的使用寿命。因此,许多国家都在积极开发和生产铝合金车。法国于1896年将铝合金用于铁道客车车窗上,1905年英国铁路电动车的外墙板采用了铝合金,日本于1962年在山阳电气化铁路开行2000型全铝合金制车辆。5000系铝镁合金、6000系铝镁硅合金和7000系铝锌合金都具有较高的强度,在城轨车辆车体设计中被广泛应用[4]。我国铝合金车体的研发起步较晚,1989年,长春轨道客车股份有限公司(以下简称长客股份)开发了首辆铝合金地铁车体,目前仍在北京地铁运行。近年来,我国地铁车辆车体也采用了铝合金材料,广州地铁1号、2号及3号线,深圳地铁1号、4号线,南京地铁1号线等都采购了铝合金车体车辆。铝合金车体制造技术很大程度依赖于原材料制造工业的发展,国内车辆用铝型材、板材的制造产业与国外相比有很大差距。目前我们的型材制造技术虽然有很大提高,但在材料质量、尺寸公差上还不能满足车辆装配和焊接的要求。
2 车体材料的选择
车体选材的基本原则是在确保安全可靠的前提下,以经济特性为基础,结合城市线路条件和车辆运行条件进行综合分析比较做出选择。
2.1 根据车辆运行要求选择车体材料。
车辆运行条件不同,必然导致车体材料的不同,对车辆运行的要求主要有适应站间距小、起动制动加速度大、旅行速度高、线路曲线多、半径小、坡度大、频繁进出隧道、空气湿度大、工业污染严重、地面或者高架运行、风沙大、线路维修量小、车内(外)噪音小和维护量小等。选择车体材料时,这些是必须重点考虑的。
2.2 经济角度选材。
目前,国内城市轨道车辆进行招投标,车辆采购费一般由车辆制造价格、备品备件、特殊工具、技术文件、设计联络、检验验收、培训运输税费和保险等费用构成。根据近年来北京、上海、广州、深圳、南京、天津地铁车辆和城轨车辆采购价格分析(表1所示)[5],可知,铝合金车辆的平均采购价格约是普通钢车的1.8倍,是不锈钢车辆的1.5倍。维护成本的高低与车辆性能、维修量、修程和维修效率以及物价水平有关。从日本的经验来看,在20年使用期内,不锈钢车体的维修费用最低,铝合金车体的维修费高于不锈钢车体,小于碳钢车体,碳钢车体的维修费最高。从以上分析可知,采购费用高的车辆其维护成本低,而采购费用低的车辆,其维护成本较高,所以在选择车体材料时,应综合考虑,以车辆全寿命周期的成本为指标。
3 我国城轨车辆车体材料选择存在的问题
目前我国城轨车辆的车体选材中出现了铝合金热。这是由于车辆盲目轻量化引起的,轻量化应当是对车辆总体而言,车辆上所有构件、设施都要轻量化。车内设备的门窗座椅,电气设备,空调系统等的轻量化效果,与车体的轻量化是一样的,而为此目的付出的代价和承担的风险可能还会小一些。什么材料的车体都应当也都有可能轻量化,轻量化不等于铝合金化。我国幅员辽阔,各地的气候特点以及环境都不相同,车辆运行的环境有很大不同,在采购和运用城轨车辆时,应当充分考虑这些问题,不可盲目采购铝合金车体,应具体问题具体分析,做出合理的选择。
4 结论
碳钢、不锈钢和铝合金各有其特点。根据车体的结构形式,选材要扬长避短、因材施用。车体材料必须根据安全性、轻量化、高性能以及维修成本的经济性、产品寿命等进行综合评价。
摘要：车体材料决定了车体的结构形式、车体的制造与维护费用,是城轨车辆在采购和运用中的关键问题之一。本文详细分析了城轨车辆车体材料发展中出现的碳钢(耐候钢)、不锈钢和铝合金,论述了车体材料的选择依据,对城轨车辆的采购和运行具有指导意义。
关键词：城轨车辆,车体材料,选择
参考文献
[1]薛克仲.城市轨道车辆车体材料选择[J].城市轨道交通研究.2003.Vol.1.14~19.
[2]新井浩.铁道车辆的车体材料及其特征[J].国外机车车辆工艺.2005.Vol.4.31~36.
[3]张国庆.不锈钢车辆车体刚度研究[D].大连:大连交通大学.2010.
[4]员华,邹鹏.不锈钢车体与铝合金车体的现状及发展[J].机电工程.2008.Vol.21(3).89~91.
城轨地铁车辆 篇8
目前国内城轨车辆多采用110V蓄电池作为车辆控制电源, 110V供电是车辆电调试的基本的条件, 也是车辆调试过程中的一个重要环节。本文结合原调试工艺、原理图对110V供电常见故障进行了分析探讨, 针对调试中常见的断路器烧断、线路烧损、窜电、跳空开等问题提出了新的工艺方案。
2 车辆低压供电简图介绍
供电简图介绍:车辆分别由两个头车TC1、TC2两个蓄电池同时给车辆供电。根据负载情况车辆供电可分为永久负载供电、延时负载供电、正常负载供电。永久负载为蓄电池控制回路供电;延时负载为紧急照明、司机室照明等供电;正常负载主要为车辆设备、控制回路、监控回路等供电。本文以下图为例对车辆低压供电调试工艺进行阐述。
3 110V供电调试常见的问题
3.1首次通电时, 往往因线路接地, 导致蓄电池保险F1、正常负载保险F2, 正常负载中线径较小的线经常烧损。
3.2设备供电经常出现窜电情况, 譬如网络继电器触点1窜电到了VCU得1点。
3.3空气开关在设备工作较长的一段时候后自动断开。
4 分析及优化方案
4.1 断路器烧断、线路烧损工艺分析
原调试工艺: (1) 合上蓄电池保险F1, 分别对地量电K01、K02、F4的1点, 电压为110V。 (2) 合上F4, 按下S1激活列车供电, 对地分别量电K01、K02的2点, 电压为110V。
首列车调试过程中, 因电气接线错误导致供电电路中出现接地的情况常有发生。为了防止列车首次通电出现短路, 合蓄电池保险F01前, 可以检查103、104、105、106等线路对地情况。如果103、104、105、106中任何一条线路有接地, 就相当于蓄电池正极直接对地, 保险F1就会有烧毁的风险 (103、104、106线径为70m2, 线不会烧毁) 。同理, 按下S1列车供电激活后K1、K2吸合。如果线路107有接地, 那么保险F2就会烧毁;如果这段电路中线径较小的线 (如110、111线径4m2) 接地, 那么线就会烧损 (因为110、111线芯较小允许通过的电流较小, 而F2允许通过的电流为200A不足以起到保护小线径线路的作用) 。
结合以上分析, 为了保证调试过程中线路安全, 我们可对线路进行通电前检查, 确保线路在通电前有没有接地。原工艺可调整如下:
测量线路103、105、106、107对地电阻, 电阻应为为无穷大, 确认该电路无接地, 合上蓄电池保险F01, 分别对地量电K01、K02、F03的1点, 电压为110V。按下S1激活列车供电, 分别对地量电K01、K02、F03的2点, 电压为110V。
4.2 设备窜电调试工艺分析
原调试工艺: (1) 断开F4、F5、F6等空气开关。 (2) 合上F4, 量电VCU的1点对2点, 电压为110V, 断开F4, 量电VCU的1点对2, 电压为0V。 (3) 合上F5。量电网络的1点对2, 电压为110V, 断开F5, 量电网络的1点对2, 电压为0V。 (4) 合上F6。量电照明的1点对2, 电压为110V, 断开F6, 量电照明的1点对2, 电压为0V。
结合原理图可知, 合上F4, VCU电路得电, 合上F5, 因为窜电, VCU也会得电, 断开F4或者F5都不能断开VCU的电, 只有同时断开F4、F5两个空气开关后, 才能断开VCU的电源。按原有工艺方案, F4合断, VCU量电应该都是正常, 再合F5后, 因F4已合上VCU已得电且已经检验完毕, 我们就不会对其进行重复检查, 那么该电路窜电故障就无法查出。如能在F5合上的情况下检查VCU供电, 那么断掉F4, 量电VCU的1、2点有电, 那么则可得知电路窜电, 问题就不会得到忽略。结合故障及分析, 为了检验电路窜电的情况, 最好是在所有的电路通电状态下再断合某空开, 再检查电路的供电情况。原工艺可调整如下:
(1) 合上F04、F05、F06等所有的空气开关。 (2) 断开F4, 量电VCU的1点对2点, 电压为0V, 合上F4, 量电VCU的1点对2, 电压为110V。 (3) 断开F5。量电网络的1点对2, 电压为110V, 合上F5, 量电网络的1点对2, 电压为0V。 (4) 断开F6。量电照明的1点对2, 电压为110V, 合上F6, 量电照明的1点对2, 电压为0V。
4.3 跳空开调试工艺分析
原调试工艺: (1) 验证空开F3、F4、F5、F6大小、型号是否与原理图一致。结合故障分析, 空气开关在设备工作较长一段后才会自动断开, 而不是立即断开, 应该是属于空气容量偏小, 电路电流稍大于空开允许电流, 空开热量积累到断开所需热量可能需要几个小时甚至10几个小时后才能断开。为了是空气开关能正常的工作, 我们需要检查线路中电流情况。
工艺可调整如下:
(1) 验证空开F3、F4、F5、F6大小、型号是否与原理图对应; (2) 用钳型电流表分别测量记录设备最大负载工作时108、109、110、111的电流, 并确认其有效值是否在空开规定值之内。
5 结束语
通过对城轨车辆110V供电调试原有工艺的改进和优化, 提高了产品质量, 减少了大量因低压供电意外导致的生产延期。经过几年的批量生产实践证明, 此工艺方法先进, 产品质量稳定, 在供电调试方面得到了较为全面的应用, 可作为调试标准文件依据。
参考文献
[1]连理技.低压断路器设计与制造, 2003.