城軌車輛安全電路設(shè)計研究

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摘要：文章針對城軌車輛的編組及連掛運(yùn)營現(xiàn)狀，采用車鉤裝置內(nèi)部可控觸點來代替繼電器進(jìn)行安全電路的設(shè)計，實現(xiàn)了車輛獨(dú)立運(yùn)行和連掛時安全回路的形成，使之滿足列車靈活編組時邏輯控制的需要。該設(shè)計可使安全回路更加簡單、合理，從而提高系統(tǒng)的可靠性與可維護(hù)性。

關(guān)鍵詞：城軌車輛；列車編組；繼電器；安全電路

1概述

目前，絕大多數(shù)國內(nèi)外城軌車輛均采用固定編組或兩列車重聯(lián)的運(yùn)營方式。在發(fā)車間隔相同的條件下，采用固定編組的列車只有一種運(yùn)營模式，若按高峰客流配置列車編組，則在客流低峰時會造成列車運(yùn)力浪費(fèi)，增加運(yùn)營成本；若按低峰客流配置列車編組，則在客流高峰時列車運(yùn)能不足，會導(dǎo)致人員擁擠，極易引發(fā)事故；采用兩列車重聯(lián)運(yùn)營，可以適應(yīng)高峰客流及50%高峰客流的工況，但當(dāng)客流在50%~100%高峰客流之間變化時，列車必須以重聯(lián)方式運(yùn)營，同樣造成運(yùn)力的浪費(fèi)和能耗的增加。另外，在遇到突發(fā)大客流（如特殊節(jié)假日客流超過普通高峰客流）的情況時，無論是固定編組列車還是重聯(lián)運(yùn)營列車，同樣存在運(yùn)力不足的問題；固定編組列車長度較長，不方便在較短的線路上存放，會造成停車場空間的浪費(fèi)。因此采用可以由任意節(jié)數(shù)車輛組成的列車，不僅可以適應(yīng)1/N~100%高峰客流的工況（N為列車編組車輛數(shù)），而且對于突發(fā)大客流的情況，仍然可以通過增加列車編組的形式滿足運(yùn)能需求。軌道交通領(lǐng)域使用靈活編組設(shè)計的車輛目前還為數(shù)不多，國內(nèi)有上海軌道交通16號線、廣州市軌道交通三號線采用三節(jié)基本編組，可以實現(xiàn)三三連掛編組重聯(lián)運(yùn)營，但沒有完全實現(xiàn)自由連掛；在出口土耳其的IZMIRL1E項目上實現(xiàn)了單節(jié)車連掛。而且，可靈活編組車輛在連掛運(yùn)行與解編運(yùn)行時，大多采用中間繼電器作為邏輯控制構(gòu)成閉環(huán)控制電路，因繼電器本身的特性導(dǎo)致其故障具有偶然性和不重復(fù)性，在繼電器數(shù)量比較多的情況下，故障率將明顯增加，影響系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。據(jù)統(tǒng)計，車輛控制故障中，60%以上的故障是由繼電器故障引起。針對可靈活編組列車，筆者對其安全電路進(jìn)行了設(shè)計，通過車鉤裝置內(nèi)部的可控觸點來代替繼電器，實現(xiàn)車輛獨(dú)立運(yùn)行和連掛時安全回路的形成，使之滿足列車靈活編組時邏輯控制的需要，通過該電路可使安全回路電路更加簡單、合理，從而提高系統(tǒng)的可靠性與可維護(hù)性。

2靈活編組列車安全電路設(shè)計

列車安全電路的設(shè)計原則是：不管是單節(jié)車運(yùn)行還是連掛運(yùn)行，安全電路必須形成一個閉合的回路，當(dāng)此回路斷開時列車將施加緊急制動。2.1單車運(yùn)行時列車安全電路設(shè)計。列車單節(jié)車獨(dú)立運(yùn)行時安全電路原理如圖1所示。車輛兩端的電氣車鉤觸點閉合，車輛“末端選擇開關(guān)1”和“末端選擇開關(guān)2”都置“合”位，可實現(xiàn)列車單節(jié)編組時安全回路的形成。列車安全回路的形成路徑具體如下：車輛安全回路高電平信號通過微型斷路器F→“列車末端選擇開關(guān)1”的1/2觸點→Ⅰ端電氣車鉤閉合觸點→“列車末端選擇開關(guān)1”的4/3觸點→緊急制動按鈕→“列車末端選擇開關(guān)2”的2/1觸點→Ⅱ端電氣車鉤閉合觸點→信號系統(tǒng)設(shè)備、制動系統(tǒng)設(shè)備及牽引系統(tǒng)設(shè)備。只要列車解鉤，車端電氣車鉤常閉觸點就會閉合，安全回路自動形成，無需人工干預(yù)，方便快捷。2.2連掛運(yùn)行時列車安全電路設(shè)計。列車多節(jié)車連掛運(yùn)行時安全電路原理如圖2所示。車輛連掛時，連掛端的電氣車鉤觸點斷開，非連掛端的電氣車鉤觸點閉合，車輛連掛端“末端選擇開關(guān)1”和“末端選擇開關(guān)2”都置“否”位，車輛非連掛端“末端選擇開關(guān)1”和“末端選擇開關(guān)2”都置“是”位，可實現(xiàn)車輛連掛編組時安全回路的形成。列車安全回路的形成路徑具體如下：車輛安全回路高電平信號通過車輛1非連掛端的微型斷路器F→車輛1“列車末端選擇開關(guān)1”的1/2觸點→車輛1的Ⅰ端電氣車鉤閉合觸點→車輛1“列車末端選擇開關(guān)1”的4/3觸點→車輛1緊急制動按鈕→車輛1“列車末端選擇開關(guān)2”的4/3觸點→車輛2“列車末端選擇開關(guān)1”的6/5觸點→車輛2緊急制動按鈕→車輛2“列車末端選擇開關(guān)2”的2/1觸點→車輛2的Ⅱ端電氣車鉤閉合觸點→連掛車鉤→主控車輛（ATC、車輛控制單元為主控）→信號系統(tǒng)設(shè)備、制動系統(tǒng)設(shè)備及牽引系統(tǒng)設(shè)備。多節(jié)車輛連掛時，列車所有可能會產(chǎn)生緊急制動的部件（如緊急停車按鈕）或系統(tǒng)（如ATC系統(tǒng)和列車控制系統(tǒng)）都被串聯(lián)在一個電路內(nèi)，中間沒有繼電器的過渡轉(zhuǎn)換，使系統(tǒng)的反應(yīng)時間更快（一般繼電器或接觸器的反應(yīng)時間為30~50ms），可靠性會更強(qiáng)。本設(shè)計的特點是主要針對可靈活編組車輛，在連掛時無需人為干預(yù)，只要車輛連掛完成，該安全回路就自動形成，最大限度地保障了電路的可靠性，降低人工操作過程，節(jié)省時間。

3傳統(tǒng)電路與新型電路比較

傳統(tǒng)電路要想實現(xiàn)車輛靈活連掛或解鉤形成閉合回路，必須借助大量中間繼電器，但繼電器機(jī)械觸點易出現(xiàn)卡位、抖動、接觸不良等故障，受環(huán)境及動作次數(shù)限制，其可靠性低。長期保持得電狀態(tài)的繼電器，其線圈持續(xù)發(fā)熱易導(dǎo)致內(nèi)部材料加速老化，從而出現(xiàn)繼電器線圈故障；而長期低負(fù)載的觸點由于潤濕電流不足，不能有效去除表面氧化薄膜，易導(dǎo)致接觸不良。列車電氣故障60%~80%是由于繼電器故障引起的。有繼電器和無繼電器電路的特性對比見表1。綜上所述，與現(xiàn)有的軌道交通系統(tǒng)相比，本創(chuàng)新設(shè)計的車輛實現(xiàn)了任意編組列車安全電路的自動形成，實現(xiàn)了車輛的最優(yōu)配置；采用專門為可靈活編組車輛設(shè)計的內(nèi)部具有可控觸點的電氣車鉤裝置，通過車鉤裝置內(nèi)部的可控觸點（車輛連掛時斷開，解編時閉合），實現(xiàn)了車輛自動自由連掛功能。本設(shè)計使列車在實際運(yùn)行中減少由于繼電器引起的故障，提高列車的無故障率，從而提高系統(tǒng)的可靠性與可維護(hù)性。

4結(jié)束語

通過車鉤裝置內(nèi)部的可控觸點來實現(xiàn)車輛獨(dú)立運(yùn)行和連掛時安全回路的形成，替代了大量中間繼電器，使之滿足列車靈活編組時邏輯控制的需要。該設(shè)計可使安全回路更加簡單、合理，從而提高系統(tǒng)的可靠性與可維護(hù)性。本設(shè)計在廣州APM車輛項目及北京機(jī)場APM車輛項目中得到了很好的應(yīng)用，運(yùn)行情況良好，為后續(xù)大面積推廣提供了寶貴的應(yīng)用經(jīng)驗。

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作者:彭駒 單位:中車株洲電力機(jī)車有限公司