公铁两用车工作原理分析与技术改进

1．引言
深圳地铁二期工程共配备3台ZAGRO公铁两用车，其中1台公铁两用车在单机调试运行中发生脱轨事件，该事件已导致暂停ZAGRO公铁两用车牵引地铁列车镟轮作业。为了提高ZAGRO公铁两用车牵引地铁车辆镟轮作业及厂内调车过程中的安全性及稳定性，我们采取了针对性的技术措施来控制公铁两用车脱轨问题，如新增铁路控制模式程序以避免公铁两用车在轨道行驶过程中操作导向轮复位、将所有限位开关并人设备系统闭环控制来监控公铁两用车运动部件发生异常时系统能自动报警提示操作人员等，通过这些方法来弥补设备程序设计缺陷，提高设备运行的安全稳定性。

2．原理介绍

2．1公铁两用车导向轮液压系统工作原理
ZAGRO公铁两用车液压系统用于控制四个导向轮下降与升起，四个限位开关(sl、s2、s3、s4)分别监控四个导向轮的位置状态。多缸同步的整体油路图见图1，它是由一个液压泵给四个液压缸供油。




ZAGRO公铁两用车导向轮工作状态的全过程要求与轨道平行，在公铁两用车行进中导向轮轮缘与轨道产生摩擦，此时必须有一定的措施才能保证导向轮具有一定的下压力。图中四个蓄能器④就是完成这一功能，即保证公铁两用车在轨道行进过程中，导向轮受到外力作用时，蓄能器能使液压缸具备一定的下压力。

图1所示回路的工作原理为：油液从液压泵中打出流向两位四通阀9，溢流阀lO作为安全阀使用，安全压力设定为80bar；两位四通阀9左侧得电，油液流向两位两通阀1、2、3、4，两位两通阀左侧得电，油液流向单向阀5、6、7、8，控制液压缸下降到与轨道平行。系统压力大于压力开关1l、12设定值时，液压泵停止供油。两位四通阀9右侧为预留功能工位，手动泵③作为紧急情况下手动卸载系统压力的元件。

2．2 CR0020控制器
CAN总线控制ZAGRO公铁两用车选择了CAN总线技术(详见图2)，




其具有以下优点：
一是保证系统的安全性，车用通信协议可按周期性主动发送，发送周期可小于lOres；
二是成本低于以太网等网络控制技术；
三是CAN总线拥有一系列事故安全措施。

通过遍布车身的传感器(角度传感器、遥控器)，公铁两用车的各种状态数据会被发送到CAN总线1上，这些数据不会指定唯一的接收者，凡是需要这些数据的接收端都可以从“总线”上读取需要的信息。CAN总线2用于连接驱动控制单元、显示器等数据传输。

CAN总线的传输数据非常快，可以达到每秒传输500bytes有效数据，这样可以有效保证数据的实效性和准确性。在对公铁两用车技术改进中，MOELLER控制器作为工业设备连接到CAN接口构成网络。

3．典型案例分析
典型案例：2011年9月，ZAGRO公铁两用车在调试过程中于塘朗车辆段镟轮库发生脱轨事件。对现场拍照的图片和轨道摩擦痕迹进行分析，现场前后4个导向轮已收起，钢轨划痕留下驱动轮橡胶残留物及公铁两用车底盘与钢轨摩擦的黄色油漆，未留下导向轮与钢轨间的刮痕，此事件的真正原因已通过实验得出定论，脱轨具体原因分析如下：公铁两用车调试期间因现场多人轮换操作，下一个操作人员启动公铁两用车前，未确认导向轮状态，根据脱轨现场四个驱动轮处于公路行驶状态及轨道摩擦痕迹，判定公铁两用车脱轨是由前一个操作人员提前将导向轮复位引起。通过实验分析，操作人员提前将导向轮升起复位，公铁两用车亦可在轨道上继续行进，出现此情况，系统无报警提示，直接导致脱轨情况的发生。

从技术角度分析，公铁两用车控制程序存在严重的技术设计缺陷，设计理念应遵循“以人为本”的原则来避免人为失误导致公铁两用车出轨。

4．解决方案

4．1 调整导向轮限位开关位置
将4个导向轮限位开关往轨面方向移动15mm，减少导向轮运动机构挡块至限位开关的距离，提高导向轮运行的可靠性。

4．2 新增控制程序

4．2．1设计思路
由于供货商未提供CR0020控制器程序读出与写人工具，因此，现无法更改其控制程序。我们通过增设MOLELLER(EASY820)PLC，新增铁路模式、镟轮模式允许动车控制程序，将车体上所有限位开关纳入闭环控制，实现公铁两用车在不同运行模式之间的安全转换及报警提醒功能。

4．2．2 PLC的I／O分配表



5．程序改进前后效果对比分析
公铁两用车未改进前的设备状态在第3部分案例分析中已详细分析，其主要存在的设计缺陷是公铁两用车在轨道上行驶时，导向轮因各种原因复位后，系统无报警提示。特别是在长距离调车中，操作人员难以观察到导向轮的状态。程序改进后，现场实验证明，公铁两用车在轨道上行驶前，将模式控制钥匙开关旋转到铁路控制模式位，在此模式下运行，只要出现1个或多个导向轮运动机构挡块触发到相应的限位开关，系统自动发出响亮的报警声，此时，操作人员需对公铁两用车进行故障确认方可进行动车作业。程序改进中还新增公路模式、铁路模式、镟轮模式三种不同控制模式的警示灯颜色，操作人员可根据警示灯的颜色确定公铁两用车处于何种控制模式，此功能对于操作人员在长距离调车中观察设备状态尤为重要。

6．结束语
公铁两用车在轨道上行进，设备状态、人为操作、外界因素均可能导致公铁两用车出轨。对于ZAGRO公铁两用车控制程序不完善的问题，改进控制程序是关键，今后还需不断完善操作规程及加强操作人员的管理和培训。事实证明，通过改进控制程序的措施已可保证ZAGRO公铁两用车在轨道上安全运行。

参考文献
[1]操作指南ZAGIkO E-MAXI 80154．供货商Hegenscheidt技术文件，2011
[2]Operating／Maintenance Manual ZAGRO E—MAXI 80155．供货商Hegenscheidt技术文件，201 1

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