王維 于明凱

摘? 要：介紹了XM-1500MBG型鋼軌銑磨列車砂帶打磨裝置電氣系統(tǒng)，通過電氣系統(tǒng)供電及控制實現(xiàn)其作業(yè)功能。

關(guān)鍵詞：砂帶打磨;電氣;控制

中圖分類號：U216.65? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：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型鋼軌銑磨列車砂帶打磨裝置是鋼軌銑磨列車的作業(yè)部件之一，通過電機帶動砂帶高速轉(zhuǎn)動，對銑削后的鋼軌進(jìn)行打磨作業(yè)，提高鋼軌的表面質(zhì)量。

1 砂帶打磨裝置的組成

砂帶打磨裝置主要由砂帶、砂帶驅(qū)動機構(gòu)、牽引機構(gòu)、砂帶張緊機構(gòu)、平移機構(gòu)、加壓機構(gòu)、升降機構(gòu)、導(dǎo)向機構(gòu)、鎖緊機構(gòu)、集塵及清掃機構(gòu)等組成，所有機構(gòu)均左右對稱，可同時打磨兩條軌道。裝置執(zhí)行動作由電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和氣動系統(tǒng)進(jìn)行控制。其最大外形尺寸為3100×2000×650（長×寬×高，單位：mm），采用整體安裝方式，安裝于銑磨車作業(yè)車車架下方。作業(yè)時需將裝置下放，從而進(jìn)行鋼軌打磨。如圖1所示。

砂帶打磨裝置具有兩套砂帶驅(qū)動機構(gòu)，即通過左側(cè)（1#）和右側(cè)（2#）兩個打磨電機的獨立驅(qū)動，分別實現(xiàn)兩側(cè)砂帶的轉(zhuǎn)動，從而可進(jìn)行兩側(cè)鋼軌的打磨，如圖2所示。電機軸上安裝有主動輪，打磨裝置左、右兩側(cè)各安裝一條打磨砂帶和一條備用砂帶，當(dāng)達(dá)到一定的打磨里程時，以更換使用。即整套裝置共計4條砂帶，分別為1#、2#、3#、4#砂帶，其中2條作為備用，1#、2#砂帶在同側(cè)，3#、4#砂帶在另一側(cè)。

集塵及清掃機構(gòu)主要包括集塵靴以及清掃電機、清掃刷等。對于打磨后鋼軌的清掃，砂帶打磨裝置左、右兩側(cè)分別裝有一個清掃電機，即1#、2#清掃電機，以單獨驅(qū)動兩側(cè)的清掃刷。集塵裝置用來收集打磨鐵粉，并設(shè)有氣錘敲擊裝置，在整個打磨作業(yè)過程中，氣錘定時對集塵靴進(jìn)行敲擊，殘留在集塵靴上的鐵粉便可脫落，便于收集。

2 砂帶打磨裝置電氣系統(tǒng)

2.1 電氣系統(tǒng)組成

砂帶打磨裝置電氣系統(tǒng)，由安裝于車上的砂帶打磨控制柜、作業(yè)車司機室內(nèi)的控制面板、車下兩側(cè)的外控盒、安裝于砂帶打磨裝置上的打磨電機、清掃電機、行程開關(guān)、氣控柜內(nèi)的控制電磁閥、壓力開關(guān)以及集塵裝置等用電設(shè)備組成。

2.2 電氣柜

車上裝有砂帶打磨裝置電氣柜。內(nèi)部安裝有與裝置有關(guān)的電氣元件，如斷路器、接觸器、繼電器、軟起動器、電源模塊等，此外還有此裝置的PLC控制系統(tǒng)。在打磨控制柜門外側(cè)，裝有三相電指示燈，即對應(yīng)相通電后燈亮，可實現(xiàn)對三相供電的實時監(jiān)控。同時裝有電壓、電流表，采集并顯示打磨電機供電線路的電流、電壓值。電氣柜內(nèi)裝有一個AC220V-DC24V電源轉(zhuǎn)換模塊，將AC220V電壓轉(zhuǎn)換成DC24V，為砂帶打磨裝置提供控制供電，其功率為0.2kW。

2.3 交流供電

砂帶打磨裝置電氣系統(tǒng)，利用銑磨車發(fā)電機組提供的AC380V電源，實現(xiàn)裝置的供電與控制。在整車控制允許打磨裝置作業(yè)后，可進(jìn)行砂帶打磨裝置供電。

裝置交流用電設(shè)備為1#打磨電機、2#打磨電機、1#清掃電機、2#清掃電機、集塵裝置電機、供電指示燈、電機控制線路、AC220V-DC24V電源轉(zhuǎn)換模塊等。如圖3所示。

2.4 PLC控制系統(tǒng)

砂帶打磨PLC控制系統(tǒng)，采用AC220V-DC24V電源轉(zhuǎn)換模塊供電，由主機、通信模塊、數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊等組成，與整車的控制系統(tǒng)TCMS采用RS485接口Modbus_RTU通訊，銑削裝置控制系統(tǒng)與整車TCMS采用網(wǎng)線TCP/IP通訊，砂帶打磨作業(yè)狀態(tài)、單砂帶打磨里程以及報警保護，均由銑削單元顯示屏顯示。

數(shù)字量輸入模塊的輸入信號由行程開關(guān)、壓力開關(guān)、繼電器、斷路器信號及按鈕開關(guān)等控制提供;數(shù)字量輸出模塊的輸出信號全部由繼電器線圈接收，以控制接觸器及電磁閥等;模擬量輸入模塊，采集集塵裝置溫度傳感器信號。模擬量輸出模塊，輸出控制打磨頭下降比例電磁閥電流信號。

2.5 電機的起動

砂帶打磨電機用電功率為11kW，額定電壓為AC380V，頻率為50Hz。

在兩打磨電機供電電路中，分別增加一個軟起動器，以使電機平滑起動。軟起動器可將電機起動時的電壓由0慢慢提升到額定值，電機在起動過程中的起動電流可以得到控制，并且可根據(jù)需要調(diào)節(jié)起動電流的大小，避免起動沖擊電流，使電機起動的全過程都不存在沖擊轉(zhuǎn)矩，而是平滑的起動運行。即避免在砂帶打磨裝置主動輪電機起動瞬間存在沖擊，使砂帶拉動從動輪向主動輪方向移動，導(dǎo)致砂帶松動跑偏造成危險。清掃電機用電功率為0.25kW，電壓為AC380V，頻率為50Hz，采用直接起動。

3 砂帶打磨控制

全車設(shè)置三個控制區(qū)，左側(cè)外控盒，右側(cè)外控盒，作業(yè)車司機室控制面板。其中，在作業(yè)車司機室控制面板控權(quán)有效的情況下，需在作業(yè)車走行時進(jìn)行砂帶打磨控制操作。外控盒為調(diào)試和檢修設(shè)計使用。

3.1 外控盒控制

車下砂帶打磨裝置兩側(cè)的外控盒，每個上面裝有8個控制按鈕或旋鈕開關(guān)，功能分別為外控有效、打磨急停、砂帶張弛、砂帶更換、小車鎖定、小車升降、打磨開始、打磨停止，其控制信號均輸入PLC，實現(xiàn)打磨作業(yè)控制。如圖4所示。

（1）外控有效

將打磨小車單側(cè)外部控制盒外控有效旋鈕打到有效位，單側(cè)外控盒可操作打磨小車。司機室控制面板及對側(cè)外控盒按鈕失效。左右兩個外控盒，以先打到有效位的為準(zhǔn)，利用繼電器實現(xiàn)互鎖功能，避免兩邊同時控制打磨裝置。當(dāng)兩個外控盒的“外控有效”旋鈕開關(guān)均在“無效”位時，司機室控制面板控制有效，砂帶控權(quán)指示燈滅;當(dāng)外控盒有控權(quán)時，指示燈亮起，司機室控制面板上開始作業(yè)、終止作業(yè)、集塵啟/停按鈕依然有效，只有砂帶更換、打磨提升、打磨下降三個按鈕無效。

（2）打磨急停

每個外控盒分別裝有一個急停按鈕，當(dāng)按下急停按鈕時，1#、2#打磨電機回縮、提升，繼而電機停止工作，兩個清掃電機隨即停止，且小車升降、鎖定/解鎖、砂帶更換、集塵裝置啟動功能均無法執(zhí)行。打磨急停按鈕不受控權(quán)控制，即外控有效旋鈕在無效位，打磨急停按鈕仍然有效。

（3）砂帶張弛

外控盒上的砂帶張弛旋鈕，控制本側(cè)砂帶的張緊和松弛。當(dāng)旋鈕打到“松弛”位，砂帶張緊/松弛電磁閥得電，砂帶松弛;當(dāng)旋鈕打到“張緊”位，該電磁閥失電，砂帶張緊。

每條砂帶松弛、斷裂時，分別有一個對應(yīng)的行程開關(guān)動作，將信號輸入PLC。

（4）砂帶更換

砂帶打磨裝置默認(rèn)1#、3#砂帶在工作位。左側(cè)外控盒砂帶更換旋鈕在“對側(cè)”位時，砂帶平移切換到對側(cè)工作位，即2#、4#砂帶在工作位;旋鈕在“本側(cè)”位時，恢復(fù)1#、3#砂帶在工作位;此時，PLC通過安裝在電磁閥上的行程開關(guān)判斷當(dāng)前工作砂帶。右側(cè)外控盒砂帶更換旋鈕的“本側(cè)”位則是2#、4#砂帶在工作位，“對側(cè)”為1#、3#在工作位。

（5）小車鎖定

左旋小車鎖定旋鈕到“解鎖”位，通過使小車鎖定/解鎖電磁閥得電，控制鎖緊銷縮回，小車解鎖。右旋小車鎖定旋鈕到“鎖定”位，小車鎖定/解鎖電磁閥失電，鎖緊銷伸出，小車鎖定。

小車鎖定及解鎖，分別有對應(yīng)的行程開關(guān)動作，將信號反饋給PLC。

（6）小車升降

左旋小車升降旋鈕到“下降”位，信號輸入PLC，繼而輸出信號，使控制小車上升/下降電磁閥得電，小車下降。下降到位后，檢測小車是否到軌的壓力開關(guān)閉合，信號輸入PLC。右旋到“上升”位，信號輸入PLC，使電磁閥失電，小車上升。到位后，其前端及后端車架相應(yīng)位置的行程開關(guān)觸點閉合，給PLC輸入相應(yīng)信號。

（7）打磨開始

在小車下降到工作位后，按下打磨開始按鈕，1#、2#打磨電機相繼啟動，打磨開始按鈕自帶指示燈閃爍，同時，PLC采集此控制信號，電機起動完成后，輸出信號使控制兩電機上升/下降電磁閥得電，1#、2#電機下降，并通過比例電磁閥控制電機的下降壓力，以控制下降速度。電機下降到位，按鈕自帶指示燈常亮，通過行程開關(guān)將信號輸入PLC。隨后，PLC輸出信號，使控制1#、2#電機外伸/回縮電磁閥得電，電機外伸，開始打磨。同時，PLC控制1#、2#清掃電機起動。

（8）打磨停止

按下打磨小車外控盒上打磨停止按鈕，打磨開始按鈕綠色指示燈熄滅，信號輸入PLC，1#、2#清掃電機停止工作，1#、2#打磨電機外伸/回縮電磁閥失電，電機回縮。回縮到位時，通過行程開關(guān)將信號進(jìn)入PLC，繼而1#、2#電機上升/下降電磁閥失電，電機提升。待上升到位，對應(yīng)行程開關(guān)將信號輸入PLC，1#、2#打磨電機停止工作。

3.2 作業(yè)車司機室控制面板

司機室控制面板控制銑削裝置與砂帶打磨裝置協(xié)同作業(yè)，其中與砂帶打磨裝置相關(guān)的按鈕、旋鈕及指示燈有：開始作業(yè)、終止作業(yè)、集塵啟/停、打磨下降、打磨提升、砂帶更換、砂帶控權(quán)。如圖5所示。

（1）開始作業(yè)

開始作業(yè)按鈕同時控制銑削裝置和砂帶打磨裝置。按下此按鈕，銑削裝置銑刀盤即時切入鋼軌作業(yè)，列車行至切入位時開始砂帶打磨作業(yè)。

（2）終止作業(yè)

按下終止作業(yè)按鈕后，銑削裝置順坡切出，整車?yán)^續(xù)走行，待砂帶打磨裝置到達(dá)銑削順坡切出位時停止打磨作業(yè)，停止打磨作業(yè)的同時給出停車信號，列車緩慢停止。

（3）打磨下降

按下打磨下降按鈕，信號輸入PLC，小車完成鎖緊銷收回，到位后，控制小車上升/下降電磁閥得電，小車下降。小車下降到位后，壓力開關(guān)閉合，信號輸入PLC。

（4）打磨提升

按下打磨提升按鈕，信號輸入PLC，控制小車上升/下降電磁閥失電，小車上升。小車上升到位后，其前端及后端車架相應(yīng)位置的行程開關(guān)觸點閉合，給PLC輸入相應(yīng)信號，隨后，鎖緊銷伸出，鎖定小車。

（5）砂帶更換

砂帶打磨裝置默認(rèn)1#、3#砂帶在工作位，按下砂帶更換按鈕，打磨裝置砂帶平移，使2#、4#砂帶在工作位。同理，在2#、4#砂帶在工作位時，按下此按鈕，可更換1#、3#砂帶在工作位。

（6）集塵啟/停

司機室控制面板設(shè)置集塵啟/停按鈕，在閉合集塵電機斷路器后，按下此按鈕，或在1#打磨頭下降到位信號輸入PLC后，PLC控制集塵電機開始工作。同時，PLC輸出信號控制集塵平移及重錘敲擊， 傳感器采集集塵裝置的溫度信息反饋到PLC，當(dāng)溫度達(dá)到75℃，人機界面報警;集塵裝置溫度達(dá)到80℃時，停止打磨。

（7）砂帶控權(quán)

砂帶控權(quán)指示燈在外控盒有控權(quán)時亮起，本司機室控制面板有控權(quán)時熄滅。

4 結(jié)束語

砂帶打磨裝置電氣系統(tǒng)已隨整車生產(chǎn)制造，系統(tǒng)操作簡單、實用性強。

參考文獻(xiàn)：

[1]王立峰.基于虛擬樣機的高鐵鋼軌閉式砂帶打磨小車設(shè)計與優(yōu)化[D].北京：北京交通大學(xué)，2017.