岳红强，安 杰，刘 博，刘青松

（北京拓博尔轨道维护技术有限公司，北京 100085）

0 引言

钢轨铣磨车是钢轨维护的重大智能装备。钢轨投入使用后，表面会逐渐产生形变和微裂纹等病害，恶化后形成肥边、剥落等缺陷，新开通的线路在使用3～9个月之后，即产生波浪磨耗、鱼鳞纹等损伤。这会加剧列车和轨道震动，造成部件损坏，给轨道运营的安全性、舒适性带来重大不利影响。

对钢轨进行科学维护会有效保障铁路安全经济地运行，重载铁路经过定期钢轨维护，可将钢轨寿命从通过重量4亿吨提高到22亿吨，大大降低了钢轨更换造成的材料、人力及运力损失。钢轨铣磨车是专门用于轨道维护保养的重大智能装备，能有效修复钢轨波浪磨耗、鱼鳞纹等损伤，延长钢轨使用寿命。

目前市场上主流钢轨铣磨车依然采用内燃机作为驱动动力。其有两个优点：第一，内燃机技术非常成熟，生产设计成本和使用成本都较低，维修方便；第二，燃机在电气化区段和非电气化区段都可以运行，非常灵活。

但是，它具有较为突出的缺点：第一，在地铁等封闭环境中运行，需要低噪声和低排污量，而采用内燃机作为驱动动力则会产生大量噪声和烟尘；第二，钢轨铣磨车在作业过程中，需要低震动甚至无震动，而采用内燃机作为驱动动力则会产生震动，影响钢轨铣磨的效果。因此，以内燃机作为驱动动力的钢轨铣磨车，就无法满足上述的要求了。

目前越来越多的地铁和高铁都采用电力接触网供电，因此采用电力为动力的钢轨铣磨车更具有优势了。针对现有技术中存在的上述问题，本文提出了一种基于电力接触网和蓄电池组双动力钢轨铣磨车。既能适用于地铁等封闭环境中运行，低震动甚至无震动的。

1 双动力钢轨铣磨车整车结构形式

本文提出的双动力钢轨铣磨车如图1所示，该钢轨铣磨车由动力车和作业车组成。每节车各设一个司机室，配备一铣一磨两个作业单元，双动力钢轨铣磨车分为牵引车和动力车两节，动力车在图1左侧，作业车在图1右侧。每节车辆采用框架式整体承载式的车体结构，由底架、车体、侧墙、活动车顶、司机室等组成。

图1 车辆总体结构Fig.1 The overall structure of the rail milling train

双动力钢轨铣磨车从电力接触网或蓄电池两种直流电源接入，经变换后实现整车电牵引系统的控制，并为铣磨作业装置及车上辅助设备供电，采用交流电传动，满足自牵引运行行驶及铣磨作业的动力需要。每节车采用两台两轴转向架，动力车转向架轴列式 B0-B0，作业车转向架轴列式 B-B。

铣磨装置和打磨装置分别安装在作业车和动力车的车下，钢轨铣磨车具有0.3~3km/h范围内的低恒速作业功能，作业过程中产生的铣削铁屑可被高效率回收。

该钢轨铣磨车铣磨作业一次成型，恢复钢轨横断面轮廓形状、提高钢轨的纵向平顺性、消除轨面部分侧磨、波磨、碾压层、表面细小裂纹、剥离等缺陷，从而提高列车运行的平稳性和舒适度、降低运行噪音和振动、延长钢轨的使用寿命。

2 双动力钢轨铣磨车电气系统

双动力钢轨铣磨车驱动方式为电力驱动，钢轨铣磨车电力主取电方式为接触网受电弓取电，钢轨铣磨车电力副取电方式为铅酸蓄电池取电。当受电弓供电时，蓄电池处于充电状态；当受电弓断开时，蓄电池处于放电状态，自动切换到蓄电池供电。外供电调试时可以边调试边进行蓄电池充电。

2.1 双动力钢轨铣磨车总体电气方案

双动力钢轨铣磨车主取电方式是电力接触网供电，电力接触网供电是指通过沿轨道线路上架设的特殊电线向行走在线路上的电动列车不间断地供应电能。电动列车利用顶部的受电弓与接触网滑动摩擦接触而获得电能，受电弓是城市轨道交通车辆的受流装置，安装在与车体顶部，当受电弓升起时，弓和网接触滑行，从接触网受取电流，通过车顶母线传送到车辆内部，供车辆设备使用，电流经过车辆轮对、钢轨（或回流装置）回到变电所，形成闭合回路。

如图2所示，双动力钢轨铣磨车主取电采用接触网供电，满足不铣磨作业时机车高速牵引用电、铣磨作业时低恒速牵引及铣磨作业用电、机车辅助设备的用电的需求，副取电方式采用蓄电池供电，当线路故障或检修失电时，采用蓄电池为机车临时供电，满足机车牵引用电，可以开回车库中，同时也可以满足机车辅助设备的用电，蓄电池供电时不进行低恒速铣磨作业。接触网供电时，蓄电池放电电路断开，接触网可以给蓄电池充电，蓄电池处于充电状态，同时设计有车间库电接口，钢轨铣磨车开回车库中后，可以插入库电进行钢轨铣磨车的调试，维修，同时可以为库电可以给蓄电池充电，以防止钢轨铣磨车长期停放未使用时蓄电池缺电，钢轨铣磨车前期调试时也要用到库电。

图2 双动力能源供总体电气方案Fig.2 The overall electrical scheme of the dual power energy supply system

2.2 双动力钢轨铣磨车电气系统

图3 双动力钢轨铣磨车电气系统方案示意图Fig.3 Schematic diagram of electrical system for the double powered rail milling train

如图3所示，双动力钢轨铣磨车电控系统主要功能是从接触网或蓄电池两种直流电源接入，经变换后实现整车电牵引系统的控制，并为铣磨作业装置及车上辅助设备供电。整车电控系统由触网开关柜、直流变换柜、牵引变频柜、辅助变流柜、辅助电源柜、蓄电池管理柜、控制柜、充电机、铣磨系统电气柜等几部分组成。主要控制柜介绍如下：

（1）直流变换柜。双动力钢轨铣磨车的直流变换柜直流的输入为1500V直流电压。双动力钢轨铣磨车可以接入外部的380V交流电源，例如库用电。外部380V交流电源接入后，辅助电源柜的输出侧三相380V、单相220V均能正常工作。另外，外部380V交流电源接入后，将自动切断KM1，从而断开蓄电池直流供电回路，以有效充电并避免电池电量浪费。

（2）辅助变流柜。辅助变流柜将直流输入电压进行DC/AC变换，三相输出电压稳定在380V，单相输出稳定在220V。辅助变流柜的输出作为辅助电源柜的输入，由辅助电源柜为铣磨作业装置及其它辅助电气设备供电。

（3）辅助电源柜。辅助电源柜内主要设备为3个三相逆变电源。其中：第1个逆变电源输出三相380V后滤波，供给铣磨作业装置和蓄电池充电机；第2个逆变电源与第3个逆变电源输出三相380V后滤波并隔离，为空压机、液压站、通风机、空调、照明等其它辅助电气设备提供三相380V和单相220V电源。为保障系统供电的安全可靠，第2个逆变电源与第3个逆变电源互为备用，当其中一路出现故障时，可将其切除，然后将备用逆变电源切入系统。

辅助电源柜将辅助变流柜输出的380V三相交流进行滤波，并经变压器隔离后，输出三相380V、单相220V两种规格的辅助电源供给其他电气设备。其中，一路三相380V专供给铣磨作业单元和蓄电池充电模块，另一路三相380V供给包括空压机、通风机、空调及散热机等辅助设备，单相220V供给整车交流控制电源及空调、仪表。

（4）牵引变频柜。双动力钢轨铣磨车有两台牵引变频柜，每台牵引变频柜内安装两个牵引变频器，整个系统共包含4个牵引变频器，共同负责整车的牵引运行，实现恒牵引力准恒速自运行以及低恒速作业。牵引变频器主电路采用两电平电压型拓扑，两台牵引变频柜实现两个转向架四台电机的分别控制。

（5）控制柜。控制柜是牵引供电系统的集中控制器，主要实现4个牵引变流器的协调控制，同时对直流变换柜、冷却系统以及辅助电源柜进行状态监控显示和操作控制。控制器与车辆控制监视系统之间通过总线实现数据的传输，接受控制器的指令，并向车辆控制监视系统（TCMS）反馈相应的运行状态数据和故障报警信息。控制器还配备有调试通讯接口，用以协助进行深入的调试和测试工作。

（6）蓄电池管理柜。蓄电池管理柜主要用于对牵引蓄电池的保护和充放电控制，并在接触网断电时，实现系统750V直流母线的不间断供电。

3 结论

传统的钢轨铣磨车采用柴油内燃机发电，有污染，有震动，有噪音。本文介绍的双动力钢轨铣磨车驱动方式能提供足够大功率的电，负载所用功率都足够用。目前，城市轨道地铁大都采用接触网供电，取电方便。双动力钢轨铣磨车具有无污染，环保，体积小，无震动，无噪音的优点。接触网和蓄电池双动力供电之间实现无缝衔接，供电系统安全可靠，电能充分利用，节能，环保。