GMC96B型鋼軌打磨列車動(dòng)力車電氣系統(tǒng)開發(fā)研制

陳留金，苗素云

（中車北京二七機(jī)車有限公司工程機(jī)械研發(fā)中心，北京100072）

GMC96B型鋼軌打磨列車動(dòng)力車電氣系統(tǒng)開發(fā)研制

陳留金，苗素云

（中車北京二七機(jī)車有限公司工程機(jī)械研發(fā)中心，北京100072）

介紹了七節(jié)GMC96B型鋼軌打磨列車，闡述了該列車動(dòng)力車（簡稱A車）電氣系統(tǒng)。該系統(tǒng)聯(lián)合CAT公司、VOITH公司及Rexroth公司，完成列車雙模式牽引系統(tǒng)；聯(lián)合法國SDMO公司及英國F.G.WILSON公司，完成動(dòng)力車、宿營車及非打磨作業(yè)車風(fēng)源系統(tǒng)的供電；聯(lián)合北京東風(fēng)機(jī)車電器廠、中鐵咨詢公司，實(shí)現(xiàn)了列車動(dòng)力牽引PLC網(wǎng)絡(luò)控制。最終較好地實(shí)現(xiàn)了GMC96型鋼軌打磨列車動(dòng)力車電氣系統(tǒng)的開發(fā)研制。

GMC96B型鋼軌打磨列車；動(dòng)力車；牽引及供電；電氣系統(tǒng)；開發(fā)研制

隨著我國鐵路事業(yè)的跨越式發(fā)展，特別是越來越多的高速動(dòng)車組投入運(yùn)行，對鐵路鋼軌狀況提出了更高的要求，現(xiàn)有進(jìn)口的8、16、32及48頭打磨列車已不能滿足要求。在鐵道部的主持下，中車北京二七機(jī)車有限公司（簡稱BRE公司）與瑞士SPNEO公司通過技術(shù)引進(jìn)與合作生產(chǎn)共同研制96頭打磨列車（GMC96型鋼軌打磨列車）。BRE公司主要承擔(dān)動(dòng)力車的研發(fā)，SPNEO公司主要承擔(dān)打磨作業(yè)車研發(fā)，其中又有中間環(huán)節(jié)的聯(lián)合研發(fā)工作。

鋼軌打磨列車是對鋼軌軌頭進(jìn)行打磨，以消除鋼軌波磨、側(cè)磨、擦傷、剝離、飛邊等缺陷，從而恢復(fù)軌頭工作部分的設(shè)計(jì)形狀，提高軌面平順度、改善輪軌關(guān)系的專項(xiàng)修理機(jī)械，也可用于預(yù)防性打磨。鋼軌打磨能夠延長鋼軌使用壽命，提高軌道平順性，減少列車運(yùn)行躁聲，降低能耗，并提高旅客列車的舒適度，確保列車安全運(yùn)行，是各大干線、提速線路和客運(yùn)專線安全運(yùn)行不可缺少的設(shè)備。

1 GMC96B型鋼軌打磨列車概述

GMC96B型鋼軌打磨列車由7節(jié)車組成，按功能分為A、B、C車，其中A車為列車的動(dòng)力車，B1、B2車為帶司機(jī)室的作業(yè)車，C1、C2、C3和C4車為作業(yè)車。列車組成如圖1所示的B1+C1+A+C2+C3+C4+ B2，是目前國內(nèi)外市場上打磨頭數(shù)量最多的鋼軌打磨列車。其中A車為列車運(yùn)行提供動(dòng)力。A車由兩個(gè)動(dòng)力轉(zhuǎn)向架、車體、車架、兩臺(tái)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、主傳動(dòng)系統(tǒng)、作業(yè)運(yùn)行液壓傳動(dòng)系統(tǒng)、輔助傳動(dòng)系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)以及輔助發(fā)電機(jī)組等組成。B車與C車為打磨作業(yè)車，每節(jié)車安裝有16個(gè)打磨頭，整車總計(jì)96個(gè)。其中B1和B2車帶有司機(jī)室。打磨作業(yè)時(shí)，打磨供電系統(tǒng)分別由安裝在C1、C2及C4車的柴油發(fā)電機(jī)組為B1+C1、C2+C3及C4+B2車供電；非打磨作業(yè)牽引時(shí)，A車的柴油發(fā)電機(jī)組為打磨小車作業(yè)的風(fēng)源系統(tǒng)提供交流電力，直流電力由安裝在B1和B2車的蓄電池提供。

圖1 CMC96型鋼軌打磨列車示意圖

2 動(dòng)力車（簡稱A車）電氣系統(tǒng)

動(dòng)力車電氣系統(tǒng)包含供電及PLC網(wǎng)絡(luò)控制兩部分，實(shí)現(xiàn)了整車的雙模式牽引運(yùn)行及輔助交流供電。

所謂雙模式牽引系統(tǒng)，即配有兩臺(tái)CAT 3512B型柴油機(jī)，每臺(tái)柴油機(jī)帶動(dòng)一臺(tái)Voith L520型液力傳動(dòng)箱，其中一臺(tái)傳動(dòng)箱配有靜液壓低恒速控制系統(tǒng)。兩套傳動(dòng)系統(tǒng)互為備份。在低速行駛或打磨作業(yè)時(shí)，單臺(tái)柴油機(jī)、傳動(dòng)箱工作。高速行駛或者單臺(tái)功率不夠時(shí)兩臺(tái)同時(shí)工作。整車牽引系統(tǒng)工況分為無打磨作業(yè)牽引與打磨作業(yè)低恒速牽引。在無作業(yè)牽引時(shí)傳動(dòng)箱直接帶動(dòng)萬向軸工作，在低恒速作業(yè)時(shí)柴油機(jī)直接帶動(dòng)力士樂靜液壓系統(tǒng)工作，實(shí)現(xiàn)低恒速0~15 km/h運(yùn)行。

2.1 供電系統(tǒng)

2.1.1 直流供電系統(tǒng)

A車裝有兩臺(tái)108 kW的輔助發(fā)電機(jī)組，為本車供電、為作業(yè)車提供泵風(fēng)用電，分為交流及直流供電。

列車直流供電系統(tǒng)由4組24 V蓄電池及交流變壓整流供電組成。

A車直流供電系統(tǒng)有兩組蓄電池。A車兩臺(tái)柴油機(jī)啟動(dòng)電源由1組NM360AH蓄電池提供，采用交/直隔離電源充電方式完成柴油機(jī)啟動(dòng)；通過A車電器柜內(nèi)的三相變壓器及整流裝置完成A車直流供電及整列車照明直流供電，另一組蓄電池采用浮充電形式，可根據(jù)季節(jié)及環(huán)境適當(dāng)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)組輸出或變壓器抽頭實(shí)現(xiàn)直流電壓的修訂。

安裝在B1和B2車2組蓄電池及安裝在電器柜內(nèi)的變壓整流系統(tǒng)共同完成列車打磨系統(tǒng)的直流供電，蓄電池采用浮充電形式。

2.1.2 輔助交流供電系統(tǒng)

動(dòng)力車配置2臺(tái)P135英國威爾遜輔助交流發(fā)電機(jī)組（380 Vac、50 Hz、108 kW），BRE與SPENO雙方確定了輔助交流系統(tǒng)供電方案。該機(jī)組為動(dòng)力車提供輔助交流電力，為工作間、材料間及維修間提供輔助交流電力，為聯(lián)掛的宿營車提供交流電力；在無作業(yè)牽引工況，機(jī)組為作業(yè)系統(tǒng)提供輔助交流電力；在低恒速打磨工況，作業(yè)系統(tǒng)輔助交流電力由作業(yè)發(fā)電機(jī)組提供。兩臺(tái)輔助交流發(fā)電機(jī)組互為備用。供電方案圖見附圖2（作業(yè)車以B1、C1為例，其他作業(yè)車相同）。

圖2 GMC96B型鋼軌打磨列車輔助交流供電系統(tǒng)

2.2 動(dòng)力牽引PLC網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)[1-3]

GMC96B型鋼軌打磨列車牽引控制系統(tǒng)核心是PLC網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，其硬件采用三菱可編程邏輯控制器（PLC）。整套系統(tǒng)由四臺(tái)PLC、若干PLC功能模塊、兩臺(tái)觸摸顯示屏與一臺(tái)調(diào)速模塊組成。其中兩臺(tái)PLC與若干功能模塊安裝在A車，稱為APLC與AFPLC.APLC為整個(gè)系統(tǒng)的主機(jī)，AFPLC為APLC故障情況下的備份。另外兩臺(tái)PLC與觸摸顯示屏安裝在B1、B1車，稱為B1PLC、B2PLC.整個(gè)系統(tǒng)組成如圖3所示。

圖3 控制系統(tǒng)連接示意圖

GMC96B型鋼軌打磨列車采用PLC網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)以內(nèi)燃機(jī)車微機(jī)控制理論為基礎(chǔ)，專門為GMC96型鋼軌打磨列車研發(fā)設(shè)計(jì)。為增加可靠性，系統(tǒng)采用三級工況，不完全依賴于網(wǎng)絡(luò)。三級工況為：（1）CCLINK總線傳輸最優(yōu)控制：司機(jī)的控制指令通過總線傳遞，并最終實(shí)現(xiàn)各部件最優(yōu)控制，進(jìn)行列車正常運(yùn)行和可靠作業(yè)。（2）APLC自動(dòng)控制：為提高列車運(yùn)行的可靠性，考慮到可能出現(xiàn)的干擾造成CC-LINK總線通信傳輸故障時(shí)，APLC將部分功能轉(zhuǎn)換為自動(dòng)控制，仍然可以在列車兩端的B1或B2司機(jī)室操作，實(shí)現(xiàn)打磨作業(yè)和列車牽引。（3）AFPLC應(yīng)急控制：在APLC發(fā)生故障情況下作為備用控制部件，快速切換到AFPLC控制，停止作業(yè)，維持列車的正常牽引，脫離作業(yè)現(xiàn)場。對電氣系統(tǒng)、柴油機(jī)系統(tǒng)以及傳動(dòng)箱故障實(shí)時(shí)進(jìn)行自動(dòng)診斷，實(shí)施保護(hù)，并通過觸摸屏及司機(jī)室內(nèi)蜂鳴器進(jìn)行提示。同時(shí)記錄故障類型、故障發(fā)生時(shí)間及相關(guān)狀態(tài)數(shù)據(jù)，為故障處理提供信息。通過CAN總線，實(shí)現(xiàn)與力士樂液壓控制系統(tǒng)的通信，在作業(yè)工況下實(shí)時(shí)監(jiān)視低恒速機(jī)構(gòu)的工作情況。同時(shí)通過力士樂控制器，將卡特柴油機(jī)組的重要參數(shù)傳遞至APLC，APLC將數(shù)據(jù)通過CC-LINK總線傳遞至B1、B2PLC并在觸摸屏上顯示。采用MODBUS通信總線實(shí)現(xiàn)作業(yè)發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)及參數(shù)的監(jiān)視。

PLC網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)主要完成的功能有：兩臺(tái)液力傳動(dòng)箱加載、力士樂低恒速系統(tǒng)的自動(dòng)合齒、工況轉(zhuǎn)換、輔助控制、通訊及自診斷。

PLC實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，PLC以其高可靠性越來越廣泛的應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。GMC96B型鋼軌打磨車采用三菱FX3U系列PLC.

3 結(jié)束語

GMC96B型鋼軌打磨列車動(dòng)力車采用集成創(chuàng)新和消化吸收再創(chuàng)新的方法，聯(lián)合CAT公司、VOITH公司及Rexroth公司，完成雙模式牽引系統(tǒng)的通信及控制；聯(lián)合法國SDMO公司及英國F．G．WILSON公司，完成供電系統(tǒng)的通信及控制；聯(lián)合北京東風(fēng)機(jī)車電器廠、中鐵咨詢公司，采用列車PLC網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，采用成熟可靠的國際知名品牌PLC網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，采用CAN通信及RS485通信系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)列車交流系統(tǒng)供電網(wǎng)絡(luò)、直流系統(tǒng)供電網(wǎng)絡(luò)及列車電氣控制系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)GMC96B型鋼軌打磨列車動(dòng)力車電氣系統(tǒng)研制。

GMC96B型鋼軌打磨列車共完成了二十余列訂單，在研發(fā)過程中，BRE先后成功解決了傳動(dòng)箱合齒困難、力士樂低恒速誤差超標(biāo)、列車網(wǎng)絡(luò)通信不可靠、風(fēng)源系統(tǒng)工作異常及列車制導(dǎo)系統(tǒng)不可靠等問題，BRE獨(dú)立及配合SPENO成功進(jìn)行了各項(xiàng)調(diào)試及試驗(yàn)，雙方先后進(jìn)行了部分完善，目前電氣系統(tǒng)總體運(yùn)行情況良好。

[1]LI Xue-min，MA Xiu-zhen，LI Wen-hui.Development and Test Research of New Diesel Engine Electronic Speed Gover nor System for Power Station[J].Chinese Internal Combustion Engine Engineering.2008，39（6）：81-84.

[2]路向陽.我國列車網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展與應(yīng)用[J].機(jī)車電傳動(dòng)，2001（4）：16-20.

[3]常振臣，牛得田，王立德，等.列車通信網(wǎng)絡(luò)研究現(xiàn)狀及展望[J].電力機(jī)車與城軌車輛，2005（03）：60-65.

Development of Electric System for GMC96BRail Grinding Train Power Car

CHEN Liu-jin，MIAO Su-yun
（Beijing Zhongche Locomotive Co.，Ltd.，27 Mechanical Engineering Research and Development Center，Beijing 100072，China）

In this paper，the seven section GMC96Btype rail grinding train is introduced,and the electric system of the train（A）is described.This system combined with CAT company，VOITH company and Rexroth company，to complete the dual-mode traction system；combined with the French SDMO company and the British company F. G.WILSON，to complete the power car，camping vehicles and non car air supply system of the grinding operation power supply；Beijing Dongfeng Locomotive Electric Appliance Factory，iron consulting firm，realized the train traction power network control PLC.In the end，the development of the electric system of the GMC96 rail grinding train power vehicle is realized.

GMC96Brail grinding train；power train；traction and power supply；electrical system；development

U216.65

A

1672-545X（2016）11-0122-03

2016-08-02

陳留金（1985-），女，江西瑞昌人，本科，工程師，主要從事鋼軌打磨車、接觸網(wǎng)多功能綜合作業(yè)車，地鐵檢測車等項(xiàng)目設(shè)計(jì)研究工作；苗素云（1964-），女，北京人，本科，高級工程師，主要從事鋼軌打磨車、內(nèi)燃調(diào)車、出口內(nèi)燃機(jī)車等項(xiàng)目設(shè)計(jì)研究工作。