丁 莉
(鐵道第三勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司機(jī)械環(huán)工處,天津 300142)
2004年我國首條客運專線——秦沈客運專線開通運行,作為首條客運專線動車組運用檢修設(shè)施——皇姑屯動車運用所承擔(dān)了“中華之星”、“先鋒”號動車組的運用檢修作業(yè)。2001年鐵三院機(jī)環(huán)處機(jī)輛所在借鑒國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上,開始研究側(cè)移式活動接觸網(wǎng)技術(shù),2002年完成了部級科研報告,經(jīng)歷了調(diào)研、設(shè)計、試制、應(yīng)用等研發(fā)過程,與北京鐵道所聯(lián)合于2006年6月設(shè)計、研制出側(cè)移式活動接觸網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備,成功的應(yīng)用于皇姑屯動車運用所臨修庫至今,首次實現(xiàn)了對動車組整列鏇修、更換轉(zhuǎn)向架而無需解體的動態(tài)臨修作業(yè)。從運用實際看,動車組的鏇輪工作頻繁、量大,側(cè)移式活動接觸網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備對于動車組連續(xù)安全高效的不落輪鏇修作業(yè)具有很好的輔助作用,大大提高了動車組的運用效率。
側(cè)移式活動接觸網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備是專用于動車運用所臨修庫臨修作業(yè)的配套設(shè)備,具有自動控制、狀態(tài)顯示、過載保護(hù)、安全聯(lián)鎖功能,可通過PLC控制側(cè)移式活動接觸網(wǎng)的擺動,并與隔離開關(guān)、庫大門、起重機(jī)、信號燈進(jìn)行聯(lián)鎖,動車組由司機(jī)自行牽引進(jìn)入臨修位進(jìn)行臨修作業(yè)。該系統(tǒng)設(shè)備中的鐵道側(cè)移式剛性活動接觸電網(wǎng)2009年3月獲得國家知識產(chǎn)權(quán)局頒發(fā)的實用新型專利證書。
根據(jù)檢修工藝、工藝布局要求,研究側(cè)移式活動接觸網(wǎng)技術(shù)與設(shè)備首次在皇姑屯動車運用所臨修作業(yè)中的實際應(yīng)用。
(1)檢修工藝要求
臨修庫的檢修工藝內(nèi)容是整列動車組進(jìn)庫進(jìn)行不落輪鏇修和轉(zhuǎn)向架更換。進(jìn)行臨修作業(yè)時要求隔斷電網(wǎng),在非臨修作業(yè)時要求動車組自行受電進(jìn)出庫。
(2)臨修庫布局要求
臨修庫軸線48 m×12 m,庫內(nèi)設(shè)計股道1條,股道中心線距庫軸線4.5 m,股道上依次設(shè)有鏇輪與更換轉(zhuǎn)向架工位;庫內(nèi)設(shè)進(jìn)出庫大門各1扇,20/5 t起重機(jī)1臺,走行軌頂設(shè)計高程9 m,紅外輻射采暖1套,設(shè)計標(biāo)高6.0 m,側(cè)移式活動接觸網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備設(shè)在臨修庫內(nèi)南側(cè)墻,接觸網(wǎng)標(biāo)高5.3 m,滿足整個動車運用所接觸網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一設(shè)計值要求。如圖1所示。
圖1 臨修庫側(cè)移式活動接觸網(wǎng)布置(單位:mm)
(3)側(cè)移式活動接觸網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備組成
側(cè)移式活動接觸網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備是由剛性接觸網(wǎng)系統(tǒng)、電氣聯(lián)鎖控制系統(tǒng)、高壓引入系統(tǒng)、安全接地系統(tǒng)等四大部分構(gòu)成。剛性接觸網(wǎng)系統(tǒng)包括固定剛性接觸網(wǎng)、活動剛性接觸網(wǎng),電氣聯(lián)鎖控制系統(tǒng)包括PLC控制器及軟件、控制臺;高壓引入系統(tǒng)包括電連接線、電連接裝置;安全接地系統(tǒng)包括接地線、接地裝置。如圖2所示。
(4)側(cè)移式活動接觸網(wǎng)設(shè)置原則
①設(shè)置長度及分段滿足工藝及庫長設(shè)計要求。
②分段結(jié)構(gòu)滿足整體剛性要求。
③整體運行滿足平穩(wěn)性要求。
④盡量縮短不必要的非檢修作業(yè)時間。
⑤設(shè)備結(jié)構(gòu)與操作滿足安裝方便、操作簡單、使用安全要求。
(5)側(cè)移式活動接觸網(wǎng)工作原理
當(dāng)動車組要動車,也就是活動接觸網(wǎng)在工作狀態(tài),活動接觸網(wǎng)依次移動到股道中心,與庫兩端的電連接接通,動車組通過活動接觸網(wǎng)自行受電動車;當(dāng)動車組不動車,也就是活動接觸網(wǎng)在非工作狀態(tài),活動接觸網(wǎng)依次移動到股道(起重機(jī)限界)外,斷開庫兩端的電網(wǎng),動車組進(jìn)行臨修作業(yè)。
(6)系統(tǒng)及臨修作業(yè)流程(圖3)
①初始位
隔離開關(guān)斷開到位;起重機(jī)在初始位;活動接觸網(wǎng)擺到非工作位(即起重機(jī)限界外);按下初始位按鈕,庫外入庫信號機(jī)顯示紅燈,庫內(nèi)LED顯示屏顯示“禁止作業(yè)”。
②進(jìn)車位
起重機(jī)在初始位并鎖定;不落輪鏇設(shè)備及轉(zhuǎn)向架更換設(shè)備移動軌道在行車位;大門打開到位并鎖定;活動接觸網(wǎng)擺到工作位(即股道中心);黃色燈警示30 s后,閉合隔離開關(guān),按下進(jìn)車位按鈕,庫外入庫信號機(jī)白燈亮,庫內(nèi)LED顯示屏顯示“禁止作業(yè)”,動車組可以入庫。
③鏇輪位
動車組入庫并定位在不落輪鏇車床工作位;降下受電弓;斷開隔離開關(guān);活動接觸網(wǎng)擺到非工作位,按下鏇輪位按鈕,庫外入庫信號機(jī)紅燈亮,庫內(nèi)LED顯示屏顯示“允許作業(yè)”,動車組可以進(jìn)行鏇輪作業(yè)。
④轉(zhuǎn)向架位
活動接觸網(wǎng)擺到工作位;黃燈警示30 s后,閉合隔離開關(guān);庫內(nèi)LED顯示屏顯示“禁止作業(yè)”。動車組升弓運行到更換轉(zhuǎn)向架工作位。動車組降下受電弓,斷開隔離開關(guān);活動接觸網(wǎng)旋回非工作位;起重機(jī)解鎖。按下轉(zhuǎn)向架位按鈕,庫外信號機(jī)紅燈亮,庫內(nèi)LED顯示屏顯示“允許作業(yè)”。
動車組進(jìn)行更換轉(zhuǎn)向架作業(yè),作業(yè)完畢或者不進(jìn)行更換轉(zhuǎn)向架作業(yè),起重機(jī)回到初始位并鎖定,活動接觸網(wǎng)旋到工作位,黃燈警示30 s后,閉合隔離開關(guān),動車組升弓運行到下一個鏇輪位,重復(fù)③和④的作業(yè),直到整列動車組鏇輪和更換轉(zhuǎn)向架作業(yè)完畢。
⑤出庫位
起重機(jī)回到初始位并鎖定;活動接觸網(wǎng)擺到非工作位;黃燈警示30 s后,閉合隔離開關(guān);按下出庫位按鈕,庫內(nèi)LED顯示屏顯示“禁止作業(yè)”,庫內(nèi)出庫信號機(jī)白燈亮,動車組可以升弓出庫。
(7)系統(tǒng)設(shè)備主要功能與特點
①手動及自動控制功能
手動:每個活動段可單獨控制,用于調(diào)試或故障檢修。
自動:整個系統(tǒng) PLC自動控制,用于正常作業(yè)狀態(tài)。
②聯(lián)鎖控制功能
圖3 側(cè)移式活動接觸網(wǎng)動作程序
隔離開關(guān)、大門、天車、活動接觸網(wǎng)、信號機(jī)、鏇輪設(shè)備、轉(zhuǎn)向架更換設(shè)備具有電氣聯(lián)鎖。
聯(lián)鎖控制1:天車在初始位并鎖定,活動接觸網(wǎng)擺出到工作位,操作員鑰匙開關(guān)打開,報警30 s完畢,隔離開關(guān)才可閉合。
聯(lián)鎖控制2:隔離開關(guān)斷開,活動接觸網(wǎng)擺回到非工作位,天車才可移動進(jìn)行作業(yè)。
聯(lián)鎖控制3:當(dāng)天車在初始位并鎖定,隔離開關(guān)斷開,活動接觸網(wǎng)才可移動。
聯(lián)鎖控制4:當(dāng)動車組出庫,隔離開關(guān)斷開,活動接觸網(wǎng)擺回非工作位,大門才可關(guān)閉。
③狀態(tài)顯示報警功能
隔離開關(guān)開閉狀態(tài)顯示、活動接觸網(wǎng)到位狀態(tài)、動車是否允許出入庫信號顯示、活動接觸網(wǎng)有無電顯示、起重機(jī)到位并鎖定顯示、庫大門開閉狀態(tài)顯示、是否允許臨修作業(yè)提示、臨修工位顯示、設(shè)備故障報警提示、工位聲光警示。
(8)系統(tǒng)安全性設(shè)計
①高壓部分與各剛體的安全絕緣距離全部大于400~500 mm,大于設(shè)計規(guī)范要求。
②室內(nèi)外信號聯(lián)鎖、室內(nèi)起重機(jī)聯(lián)鎖、進(jìn)出庫大門聯(lián)鎖、進(jìn)庫隔離開關(guān)聯(lián)鎖等保護(hù)設(shè)計,確保作業(yè)人員安全。
③所有設(shè)施工作狀態(tài)顯示及故障報警功能,確保設(shè)備安全。
④受電連續(xù)安全保障。在活動段兩端引入并聯(lián)高壓電(受庫外同一隔離開關(guān)控制),當(dāng)電網(wǎng)接通時,確保受電弓滑到活動段時受電連續(xù),避免受電過程斷電打火。
⑤庫內(nèi)引入高壓電與庫外高壓電為串聯(lián)設(shè)計,共用庫前隔離開關(guān),當(dāng)隔離開關(guān)接通時,庫內(nèi)庫外同時帶電,當(dāng)隔離開關(guān)斷開時,隔離開關(guān)之后接觸網(wǎng)(庫內(nèi)庫外高壓線)同時斷電并接地,確保庫內(nèi)作業(yè)安全。
⑥專用接地保護(hù)系統(tǒng),確保絕緣子失效或擊穿時,設(shè)備及作業(yè)人員安全。
⑦設(shè)備所有支架及用電點全部進(jìn)行接零保護(hù)。
⑧當(dāng)活動接觸網(wǎng)擺回限界外時,直接接入接地保護(hù)系統(tǒng),使活動接觸網(wǎng)殘余電完全釋放,確保設(shè)備及人員安全。
總之,活動式接觸網(wǎng)的總體設(shè)計原則是把滿足檢修作業(yè)安全放在設(shè)計的首位,從動車組的進(jìn)庫開始到動車組的出庫,從設(shè)備結(jié)構(gòu)、布局到操作控制都進(jìn)行了全方位的安全設(shè)計。
(9)設(shè)備可靠性設(shè)計
①支架采用板焊工字結(jié)構(gòu),強(qiáng)度剛度好且外形美觀,便于安裝。
②傳動機(jī)構(gòu)采用德國SEW產(chǎn)品,性能穩(wěn)定、質(zhì)量可靠。
③所有接觸網(wǎng)連接點均采用柔性連接,過渡平穩(wěn)、可靠,沒有硬點。
④主要導(dǎo)流件(匯流排)公稱截面:2 213.7 mm2,弓網(wǎng)壓力70~140 N,行車速度:80~120 km/h。
(10)設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)
接觸網(wǎng)長度:
固定段1 6.57 m 活動段1 23.4 m
固定段2 7.57 m 活動段2 18.4 m
車庫內(nèi)長度:48 m
活動接觸網(wǎng)電壓等級:25 kV 50 Hz單相交流
活動接觸網(wǎng)接觸線高度:5.3 m(以地面軌頂高程±0.00 m)
活動接觸網(wǎng)工作范圍:工作——非工作狀態(tài)最大轉(zhuǎn)角80°~85°
活動接觸網(wǎng)擺動速度/擺動線速度:0.695 r/min/225.5 mm/s
活動接觸網(wǎng)設(shè)備總重:2 151 kg
受電弓對接觸網(wǎng)壓力:70±10 N
設(shè)備總?cè)萘?0.74 kW
工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換時間:26 s/段 52 s/工作狀態(tài)104 s/循環(huán)(1 min 44 s)
控制方式:地面控制臺操作
控制電源:~380 V/220 V 50 Hz 三相五線
絕緣子額定抗拉破壞負(fù)荷:≥60 kN
絕緣子額定抗彎破壞負(fù)荷:≥4 kN
絕緣子逐個拉伸試驗負(fù)荷:≥32 kN
絕緣子逐個彎曲試驗負(fù)荷:≥2.4 kN
絕緣子的最小安全系數(shù):4.8
(11)設(shè)備主要應(yīng)用實例
結(jié)合皇姑屯動車運用所成功的應(yīng)用經(jīng)驗,并經(jīng)過不斷的改進(jìn)設(shè)計,側(cè)移式活動接觸網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備廣泛的應(yīng)用在動車段(所)的臨修庫及三、四級檢修庫中,并取廣泛的認(rèn)可。見表1。
表1 設(shè)備在動車應(yīng)用實例
(1)在整備棚機(jī)車整備作業(yè)中的應(yīng)用
①機(jī)車整備作業(yè)
機(jī)務(wù)段的機(jī)車整備作業(yè)一般在整備棚(庫)內(nèi)進(jìn)行,包括車頂、車體、車底的整備和檢查。其作業(yè)流程為:機(jī)車入段檢查洗車——機(jī)車進(jìn)入整備臺位——交班整備檢查——機(jī)車出整備臺位進(jìn)入待班臺位——待班檢查接班——機(jī)車出待班臺位——機(jī)車出段,整備作業(yè)時間大約為1 h。
②在整備作業(yè)中電力機(jī)車的供電方式
根據(jù)機(jī)車整備作業(yè)特點,機(jī)車進(jìn)入整備臺位的供電方式有自行受電動車、牽車機(jī)牽車、牽車電源牽車等多種方式,因整備作業(yè)需要必須在無電狀態(tài)下整備,以確保作業(yè)人員的人身安全。整備臺位整備作業(yè)無電狀態(tài)分為有網(wǎng)-作業(yè)無電、作業(yè)無網(wǎng)無電、有網(wǎng)-作業(yè)無網(wǎng)3種整備作業(yè)供電方式。
有網(wǎng)-作業(yè)無電:機(jī)車自行受電進(jìn)入整備臺位,整備作業(yè)時通過安全聯(lián)鎖系統(tǒng)隔斷臺位上空電網(wǎng),這種方式整備作業(yè)效率高,但不能實現(xiàn)雷雨天氣情況下的整備作業(yè)。
作業(yè)無網(wǎng)無電:機(jī)車通過牽車設(shè)備進(jìn)入整備臺位,整備作業(yè)時臺位上空無電網(wǎng),這種方式整備作業(yè)可以保證絕對的安全,但整備效率比較低。
有網(wǎng)-作業(yè)無網(wǎng):機(jī)車通過活動接觸網(wǎng)自行受電進(jìn)入整備臺位,整備作業(yè)時移開活動接觸網(wǎng),臺位上空無電網(wǎng),這種方式整備作業(yè)既可以保證絕對的安全,也可以保證整備作業(yè)效率高。
綜合比選,有網(wǎng)-作業(yè)無網(wǎng)供電方式對于電力機(jī)車整備作業(yè)是一種既安全又高效的供電方式,建議在今后的電力機(jī)車整備作業(yè)中推薦采用。
③側(cè)移式活動接觸網(wǎng)在電力機(jī)車整備作業(yè)中的優(yōu)越性
隨著電力機(jī)車的更新?lián)Q代,和諧型大功率交流電力機(jī)車逐步替代直流電力機(jī)車,交流電力機(jī)車的動車電源完全不同于直流電力機(jī)車,不同的交流機(jī)車,制式不同,引機(jī)入庫要求不同,目前采用有拖纜式、滑線式、牽車機(jī)牽引式等各種牽車方式均不具備安全、高效共存的特性。隨著各機(jī)務(wù)段對安全、高效、標(biāo)準(zhǔn)的整備作業(yè)需求認(rèn)知,側(cè)移式活動接觸網(wǎng)在電力機(jī)車整備作業(yè)中,作為一種新型的高壓供電技術(shù)越來越顯現(xiàn)出其優(yōu)越性,特別對交流電力機(jī)車整備作業(yè)更突顯其安全、高效的特點。
④在機(jī)車整備作業(yè)中的應(yīng)用實例
結(jié)合側(cè)移式活動接觸網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備在動車段(所)的廣泛應(yīng)用,并結(jié)合電力機(jī)車整備領(lǐng)域作業(yè)的特點,將側(cè)移式活動接觸網(wǎng)技術(shù)成功的推廣到電力機(jī)車整備作業(yè)中。見表2。
(2)在機(jī)車檢修后試驗作業(yè)中的應(yīng)用
①側(cè)移式活動接觸網(wǎng)在電力機(jī)車檢修后試驗作業(yè)中的優(yōu)越性
機(jī)務(wù)段的機(jī)車檢修后應(yīng)進(jìn)行高壓試驗、整車試運。其作業(yè)流程為:機(jī)車通過側(cè)移式活動接觸網(wǎng)進(jìn)入試驗庫——通過活動接觸網(wǎng)供電進(jìn)行高壓試驗或整車試運——機(jī)車通過移式活動接觸網(wǎng)牽出試驗庫,其作業(yè)效率顯而易見。
②在機(jī)車檢修后試驗中的應(yīng)用實例(表3)
表2 設(shè)備在機(jī)車整備應(yīng)用實例
表3 設(shè)備在機(jī)車檢修應(yīng)用實例
側(cè)移式活動接觸網(wǎng)技術(shù)對于機(jī)車整備作業(yè)、高壓試驗作業(yè)是一種新型的高壓供電新技術(shù),杜絕了傳統(tǒng)的高壓供電方式在機(jī)車整備、高壓試驗作業(yè)中產(chǎn)生的不安全因素,在整備棚內(nèi)可完全實現(xiàn)全天候機(jī)車整備、高壓試驗作業(yè),真正實現(xiàn)機(jī)車無病上線運行。
(1)側(cè)移式活動接觸網(wǎng)設(shè)備與機(jī)車安全監(jiān)控、隔離開關(guān)聯(lián)鎖、三層作業(yè)平臺等設(shè)備組合,在集中監(jiān)控狀態(tài)下可實現(xiàn)車頂、車體、車底立體平行整備作業(yè),極大地提高了作業(yè)效率,是標(biāo)準(zhǔn)化整備作業(yè)首選的配套設(shè)備。
(2)側(cè)移式活動接觸網(wǎng)設(shè)備通過計算機(jī)聯(lián)鎖控制來實現(xiàn)整備、檢修試驗作業(yè)的安全性,突破了傳統(tǒng)的高壓供電在機(jī)車整備、高壓試驗中的局限性,不僅提高了機(jī)車整備、檢修作業(yè)的效率,而且拓展了高壓供電技術(shù)的應(yīng)用范圍。
近年來,隨著動車運用檢修設(shè)施設(shè)計的不斷完善,全路52個動車運用所的臨修設(shè)施中,側(cè)移式活動接觸網(wǎng)技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用,運用效率、使用效果顯著。該技術(shù)最顯著的特點是:在不解編車組的條件下,實現(xiàn)車組自行受電動車完成依次鏇輪、更換轉(zhuǎn)向架等臨修作業(yè)。隨著側(cè)移式活動接觸網(wǎng)技術(shù)的不斷完善及拓展延伸,全路7個動車段的三四級檢修庫的動車電源也廣泛采用側(cè)移式活動接觸網(wǎng)技術(shù),隨著交流電力機(jī)車時代的到來,側(cè)移式活動接觸網(wǎng)技術(shù)在機(jī)車整備作業(yè)、試驗作業(yè)中也充分發(fā)揮了其安全、高效的特點,充分體現(xiàn)了該技術(shù)在電力牽引供電領(lǐng)域,特別是在電力機(jī)車運用維護(hù)方面具有越來越廣泛的應(yīng)用前景。
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