邢湘利 ，贾 岩

（湖南铁路科技职业技术学院，湖南 株洲 412006）

随着城市的快速发展，城市常住人口急剧膨胀，在为区域经济发展注入活力的同时，也给交通出行带来较大压力。为缓解这一矛盾，各城市纷纷兴建城轨交通。截至2020年，全国在建城轨主体已达到42个，总里程数高达5 000多km。地铁B型车辆作为中大型运量设备，得到了广泛的应用。基于此，笔者认为有必要从固定式架车机优化设计角度入手，提升其运维检修效率，以保障城轨交通的稳定运行。

1 城轨车辆地下固定式架车机应用优势

移动式架车机是城轨交通中较为常见的设备种类，能够为车辆的架升、维护提供支撑，保障城轨线路的正常运行。在本文选取的地铁线路案例中，配备机械主要为移动式架车机，单体架升机构共16个，以车辆停放位置为依据平均分成4组，单组机构可对应单节地铁架车施工，也可满足2～4节车辆的不解编作业需求。当前，随着地铁使用需求的膨胀，检修运维工作面临着较大压力，移动式架车机连接电缆冗长、作业空间受限等弊端逐渐暴露出来，引进固定式架车机成为了该线路运维的重点革新方向，其优势如下。

1.1 作业流程明显简化

在旧有作业模式之中，架升机构采用分散布局模式，用于协调、操纵的主控台设置于股道一侧，正式进入架修环节后，机构首先移动至指定地点，并通过电缆与主控台相连。这种方式对现场环境要求较高，每次维护检修前，都需要进行场地清理和优化，以防止线路缠绕、故障，总花费时长在20 min左右，作业效率难以保障。而在固定式架车机中，各单元控制线均采用预埋方案，通过地下渠道与控制台建立连接，直接省略了烦琐的线路检查、整理工作，为正式检修环节空出了更多时间。同时，在应用移动架车机进行车底检修时，物料运输十分受限，只有沿着地沟的车辆两端是畅通的[1]，不管是拆卸部件还是地面工具，均需经由该通道交换，底部空间狭小，且物料往来效率较低，整个工作烦琐异常。而固定式架车机的应用明显缓解了这一矛盾，检修环节列车组下方为平地，支撑架周围场地相对开放，设备、人员进出难度减小，检修效率明显提升。

1.2 具备起升转向功能

固定式转向架中，采用双重支架作业模式，在转向架举升机构的基础上，还配备了车体支撑架，在拆解作业环节，前者首先运动，将车体举升至一定高度，接着支撑架发挥作用，承担整个列车组的载荷，转向架则等待拆卸作业完成，将车体推送至指定区域即可，无需借助额外的升降平台辅助操作，因此，作业时间更加宽松。而移动式架车机应用阶段，仅能单独完成车体的升降，当车辆被吊升至空中时，仅以螺栓方式与转向架相连，重达6 t的转向架结构施加的反向作用力极为可观，一旦螺栓发生断裂，车体会直接坠落下来，不但对车辆本身造成损害，还可能威胁工作人员安全。所以实践操作时，常常需要事先完成拆解操作，拆卸下来的转向架会被直接搁置于平台之上，沿着地沟轨道送出车底，接着借助专用转向架平台，将之降至地面高度，这种方式前期成本投入较大，作业时间也被迫延长。同时，当转向架推出时，还可能与车辆底部的集电靴产生冲突[2]，从而增加新的拆除工作，造成人力、时间的浪费。固定式转向架的工作模式解决了这一难题，转向架构造移动时，也完全可以借助车底股道，冲突被有效解决，无需额外考虑集电靴的问题，整体适用性更佳。

1.3 控制程序安全性高

控制程序简单是移动式架车机一个较为显著的缺点，其系统内并没有配备相应的误输出检测程序，其他保护装置也较为简陋，当正式进入检修维护环节后，工作人员需要在车底位置完成拆卸、更换等工作，整个流程耗时较长，若此时系统出现误动情况，将会造成较为严重的安全事故。而固定式架车机则无需额外建设转向架平台，整体的性价比更高，同时电磁兼容性也更好，现阶段中央控制平台设计过程中，更是引入了可编程控制器技术，可直接通过编程方式增添安全方式，降低了误动现象出现的概率，安全性更有保障。

2 地下固定式架车机与B型城轨车辆的接口

转向架、车体是城轨车辆的主要构成部分，对于地下固定式架车机来说，前者的拆卸占据了大部分工作内容，同时也包含一些其他附件的拆卸工作，因此其接口的分析主要从拆卸、举升环节涉及的要素考量。本文所选B型地铁线路案例中，接口参数如下：车辆定距12 600 mm，轴距2 200 mm，相邻两个转向架之间的中心距6 920 mm，架车垫板长300 mm、宽70 mm，横向距离大致2 650 mm。目前，市面上投入运行的车辆中，车辆定距、中心距等数值较为一致，其他则有微小差别，机械系统设计时，可结合自身具体参数进行调整优化[3]。从技术参数角度看，转向架、车体举升单元的功率、速度也各有不同，本文转向架举升单元功率设置为5.5 kW，速度设置为每分钟360 mm，车体举升单元功率设置为3 kW，速度设置为每分钟372 mm，经过调试测定后应用效果较好，可以作为实践环节参考。

3 固定式架车机机械系统结构设计

固定式架车机运行时，A举升单元首先发挥作用，托住转向架完成提升，高度由控制台统一设定，接着B举升单元启动，上升到一定高度后，对车体形成支撑，拆除目标转向架后，借助A举升单元的力量，降低转向架高度，使之回到轨面，待到检修完成再重新安装至车体底部，此时系统自动解除车体支撑，B举升单元高度降低，A举升单元下降，列车组同步返回轨面，完成整个检修流程。对上述步骤进行梳理可以发现，地下固定式架车机中，机械系统运转情况至关重要，因此必须对其材质、结构等进行严格把控。

3.1 钢结构设计

在固定式架车机运转过程中，钢结构是重要的安装平台与载体，主要由单元承载底座、轨道桥等构件组成。承载底座设计时，应当配备必要的走行轨，为主体单元的纵向移动创造条件，同时，考虑到车辆停放环节对精准性要求较高，停放不到位容易使车辆遭受损伤，因此上部还必须安装定位机构，尽可能减少风险因素。轨道桥同样采用固定安装模式，与车间轨道呈现联通、平齐的状态，对于转向架架升轨来说，经常性的应力作用可能导致其材质疲劳、老化。因此，在举升单元尚未启动的零位阶段时，架升轨实际上是低于轨道桥的，高差大致为4 mm，若架升检修已经完成，固定轨道桥会完全承载车辆重力，架升轨则是不受力的，这种设计方式能够显著延长架车机工作寿命。

3.2 转向架举升单元结构设计

转向架举升单元是较为核心的部分，实践操作环节对同步性要求较高，因此主要依托单个电机供能，中部设置传动机构，在丝杠、螺母等部件的协同运动下，带动并分配一组举升柱工作，一组通常为4个。为确保转向架移动通路的顺畅，转向架举升柱顶部会直接与轨道梁相连接，由导向箱体把控运动轨迹，主要负责垂直方向上的升降。导向轮的存在还能够有效缓解载荷应力，减小柱体本身受到的弯矩作用，此阶段要重点关注B型地铁车轴距参数，要能够满足轴距规格为2 200 mm、2 300 mm车辆的使用需求。至于丝杠、螺母结构，则要采用有自锁功能的部件，以确保其在机械系统运行到任何位置时，均能高效、稳定地完成自锁，提升安全性能。承载螺母是主要的应力承担、抵抗结构，当其过度损耗导致功能下降时，安全螺母会接替其完成承载工作，其上设置有磨损传感器，若磨损超过一定临界值，系统会自动开启安全模式，停机并发出告警信号[4]，提示工作人员及时更换，其间还配备了自动润滑装置，可以降低更换操作的难度，提升维护工作的效率。

3.3 车体举升单元结构设计

车体举升单元主要由6个部分构成，整体采用悬臂结构，内侧空间十分宽敞，车下推出转向架的难度较小，车体举升柱上的托头则采用伸缩设计，架车垫板位置受限情况得到明显好转，布局更加灵活。在正式运作阶段，三合一电机带动丝杠旋转进而促成升降，举升柱四周同样装配有导向轮结构，可以对升降作业起到规范、约束的作用。在走行阶段，弹性支撑机构担负了主要的承重任务，驱动机构两端分别固定于钢结构、举升单元之上，借助链轮、链条连接，可以满足多数B型车辆的举升需求。在举升柱的顶端，增加限位开关装置，当举升柱上升到一定高度，与抬车垫板相触碰，限位开关就会相应启动，该举升单元停止移动，防止车辆损坏。机械系统承载力受结构、举升速度等影响较大，因此，同时设置了载荷传感器，可以在原始状态下对车辆进行称重，并跟踪监控升降全过程，工作人员借助控制台显示屏就可以直观地获取举升柱的实时受力情况，防止危险因素的滋生与蔓延[5-7]。

3.4 固定式架车机附件设计

除架车机、车体举升机构外，机械系统内还配备有功能多样、规格迥异的附件装置，为系统的高效、稳定运行提供保障。跟随遮盖机构主要是为了弥补固定盖板空隙，它采用气弹簧支撑技术，单个弹簧可支撑高达100 kg的应力，方便检修工作的开展。检修平台负责为固定式架车机检修提供空间，通常采用方管钢结构形式，十分坚固、耐用。自动润滑系统主要安装在举升螺母上，通常容量设置为100 mL，可以对工作状态下的构件进行润滑保养，使部件始终处于清洁、润滑的状态，降低磨损风险。考虑到地下工作环境较为复杂，螺杆等部件可能受到尘土、水汽等的侵袭，出现锈蚀、老化等状况，因此，额外配备了风琴式防尘罩，隔绝外界的不良影响，保障其使用效率的提升[8-10]。

3.5 安全防护单元设计

安全、可靠是地下固定式架车机较为突出的优势特征，上文中已经就双螺母结构自锁性能、告警性能进行了阐述，但机械系统实际设计环节，还会采取一些通用的安全防护措施，常见的主要有以下几种。

3.5.1 同步安全控制

固定式架车机作业过程中，同步情况是衡量其性能优劣的关键指标，举升、下降环节不同步，很容易发生车辆倾覆事件，导致严重的人身、财产损失。因此，对于同类举升柱来说，减速机、丝杠应当最大限度保持一致，选型阶段就要做好准备。同时，设置高度检测系统，借助先进的传感器设备，对举升柱高度进行实时、动态监控，可以根据实际情况，设置高度差限值，当超过该临界点时，系统会自动停机并发出声光警告，防止危险情况出现。

3.5.2 低位停机保护

低位停机保护同样有赖于限位开关的安装，其功能主要体现在安全防护方面，可以降低车底异物对车体及轨道造成损伤的概率。当车辆处于下降状态时，传感器会自动监控车辆最低点与轨道顶面的间距，该距离达到400 mm后，下落进程自动停止，并且发出提醒信号，经由现场人员检查、确认后，按下低位保护按钮，下降进程继续运行，直至停放稳固为止。

3.5.3 故障自诊断

随着科技手段的进步，地下固定式架车机安全防护手段还在持续涌现，故障自诊断就是其中较为常见的渠道。该功能主要借助了PLC控制器的记忆算法，可以对日常工况、参数等进行自动存储，并以此为依据监控、提示异常状况，减小因部件磨损、链条老化等细微因素导致的安全风险。

4 结构计算分析

对于城轨车辆来说，固定式架车机的重要性十分显著，是大型架修、临修环节中必不可少的设备类型，应用频率极高，作为与车体结构直接联系的单元，机械系统功能直接关系车辆的安全性。因此，在设计研制的基础上，还进一步采用有限元分析方法进行了物理学计算，车体举升单元导向箱体分析结果如图1所示，整体上满足强度和安全需求，能够适应地下城轨车辆的检修维护应用。

图1 车体举升单元导向箱体有限元计算结果

5 结论

综上所述，地下固定式架车机具有安全性能高、起升转向灵活等优势，在B型城轨车辆运维检修中有着极高的适用性。研制阶段要对机械系统给予充分关注，事先进行系统的B型车辆运行参数分析，提升钢结构设计合理性，为转向单元的安装做好铺垫；同时采用双螺母结构，优化转向架举升单元性能；在举升单元设计上，也要装设配套的走行轮，为高兼容、高效率的运维检修奠定扎实基础。