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1、TY5型接触网作业车重联方案设计随着我国经济的快速发展，对接触网作业车的性能提出了新的更高的要求，即要求运行时占用区间时间更短，牵引力更大，可靠性更高【1】。由于单台作业车牵引功率有限，因此当遇到特殊情况时，如果一台作业车牵引功率不够，那么通过双车重联提高牵引力就是一种经济可行的方法。1 TY5型接触网作业车简介TY5型接触网作业车是中车太原机车车辆有限公司生产的四轴液机传动接触网作业车，该车采用了潍柴动力股份有限公司生产的WP10.336型电喷水冷柴油发动机，该柴油发动机的燃油喷射系统采用了BOSCH的最新第二代电控高压共轨技术，排放可达到国标准。变速箱选用日本新潟铁工所生产的TDCN-33
2、-1002系列液力机械变速箱。该变速箱采用电控液压换挡方式，具有操作轻巧简单的特点，符合内燃机车的驾驶规范。特别是该变速箱具备了自动换挡和电子故障检测功能，更能显著降低司乘人员的劳动强度，提高故障分析的准确性。由于采用了电喷发动机和国外原装进口先进的液力机械变速箱，因此该车具有牵引性能理想、起步平稳、加速快、换挡冲击小等特点。该车最大牵引力达62 kN，平直道牵引50 t运行速度可超过90 km/h。2 接触网作业车重联方案2.1 重联功能概述重联方案以不改变作业车辆原有功能为前提，既保留了当前系统的单机控制要求，又能满足双车重联的牵引要求。针对TY5型接触网作业车的特点，在原有单机控制系统的
3、基础上增加有线重联同步控制功能。TY5型接触网作业车重联就是在单机作业车的基础上增加重联电器线路，包括重联插座、重联线束及相关逻辑控制电路，同时在微机控制系统中增加重联功能来实现。重联后的作业车可以由一名司机在一台作业车上操纵，控制指令会同步传送到其他重联车，司机直接操纵的作业车称为主车，间接接受操纵的作业车称为补车。主车和补车外部车体通过外部车钩连接，重联电线路逻辑控制原理通过外部重联电连接器连接，制动风管等气路通过重联风管连接。主车和补车的总电源需各自手动单独开启。可以在主车和补车上各自完成点火，也可以都在主车上分别完成点火。2.2 重联电气原理说明TY5型接触网作业车重联功能主要由微机控
4、制系统实现，微机控制系统主要由微机控制器及两端司机台的状态显示屏组成。状态显示屏在双机重联牵引时将切换到重联显示模式，主车和补车均能同时显示重联两车的状态数据。双车重联牵引时，控制器通过检测和判断控制电路提供的三路低电平开关量信号，确认以下3个方面的工作状态：一是轨道车是否处于重联牵引工况；二是该车是重联主车还是重联补车；三是重联编组方式是正向联挂还是反向联挂。笔者分析了双车重联牵引的3种工况。1）当该车为重联主车时，控制器接收司控操作信号并检测该车运行状态和参数，实现对该车行车方向及换挡等的逻辑控制；同时控制器通过重联485总线向补车提供该车的行驶状态数据。2）当该车为重联补车且双车正向联挂
5、时，控制器仅接收重联主机传输的发动机调速及逻辑控制信号并确认重联方向，而该车发出的司控操作信号及调速信号皆为无效信号，发动机调速及逻辑控制均按主车调速及操作信号执行，控制器控制该车与主车保持运行方向一致、挡位一致且同步，实现对该车行车方向及换挡等的逻辑控制。同时控制器通过重联485总线向它车提供该车的行驶状态数据。3）当该车为重联补车且双车反向联挂时，控制器仅接收重联主机传输的发动机调速及逻辑控制信号并确认重联方向，而该车发出的司控操作信号及调速信号皆为无效信号，发动机调速及逻辑控制均按主车调速及操作信号执行，控制器控制该车与主车保持运行方向相反、挡位一致且同步，实现对该车行车方向及换挡等的逻
6、辑控制。同时控制器通过重联485总线向它车提供该车的行驶状态数据。3 接触网作业车重联的具体实现方案图1图6为重联方案的电气原理图，包括点火控制电路、重联联挂控制电路、微机控制器调速换挡电路、发动机控制电路、变速箱控制电路、旁路制动控制电路。图中线号100为电源线。TY5型接触网作业车有两个司机操纵台，称为为前端司机台和后端司机台。操纵作业车只能选择其中一个司机台操纵。任何一个司机台操纵作业车，重联的电气控制原理都是一致的，因此笔者仅以前端司机台操纵来说明重联的原理。图1中，SB1为发动机熄火开关，QC1为主车发动机点火开关，QC2为补车发动机点火开关；图2中，Q1为重联控制开关，XS1，XS
7、2为作业车两端的重联插座，XS1安装于作业车车头部，XS2安装于作业车尾部；图5中，QC3为换向控制开关，QC4为挡位控制开关；图6中，SA1为旁路制动开关；各图中KC1，KC2，KC5-KC7，KC10-KC11均为中间继电器。Q1是万能转换开关，共3个位置，从左至右依次为单机位、主机位、补机位。双车重联时，只能将其中一台作业车的重联开关Q1置于主机位，则该作业车为主车，主车的微机控制器为主车控制器；另一台作业车为补车，补车需要将该车的重联开关Q1置于补机位，补车的微机控制器为补机控制器，简称补机。3.1 单机工况和重联工况原理说明将重联开关Q1置于单机位，单机控制输入信号DJ有效，控制器执
8、行单机控制功能，作业车是单机运行工况。Q1置于单机位，重联控制继电器KC1，KC2，KC5-KC7的控制线圈均没得电，继电器触点为初始状态。图4中，发动机控制部分电路中的继电器触点 KC5.1和KC5.2是常闭状态，操作司机台上的油门手柄，发动机的油门开度信号通过信号线F275和F278传送给发动机ECU，完成发动机调速，保留了作业车单机操作功能。同时，图5中变速箱控制部分电路中继电器触点KC6.1-KC6.4，KC1.3-KC1.4是常闭状态，变速箱的方向信号、挡位信号的控制也保留了作业车单机操作功能。重联开关Q1置于主机位或者补机位时，重联控制输入信号CJ有效，控制器执行重联控制功能，作业
9、车是重联运行工况。不管是主机位还是补机位，重联信号均有效，重联控制继电器KC1，KC2，KC5-KC7的控制线圈均得电，继电器的常闭触点均断开。图4中，发动机控制部分电路中的继电器常闭触点 KC5.1和KC5.2断开，发动机的油门开度信号线F275和F278也被断开，此时操作司机台上的油门手柄，油门手柄输出的电压信号传送微机控制器模拟量采样中的4点和29点。图3中，控制器处理后通过CAN总线通信传送给发动机ECU，同时控制器通过485通信线向重联的补车发送油门信息，完成主车发动机和补车发动机的调速。图5中，变速箱控制部分电路中继电器常闭触点KC6.1-KC6.4，KC1.3-KC1.4也断开，
10、司机台上变速箱的方向控制开关QC3、挡位操作开关QC4与变速箱控制盒之间的电路被断开，信号TB13，TB14，TB15，TB16，TB17 被断开。操作司机台上的方向控制开关、挡位控制开关时，方向信号、挡位信号送到微机控制器I/O输入口中的9，10，11，12，13点。图3中，微机控制器通过串口RS232将操作信号传送给变速箱，同时控制器通过485通信线向重联的补车发送方向信号、挡位信号，完成主车和补车的方向与挡位同步控制。3.2 重联联挂方式原理说明作业车重联是要实现作业车的同步控制，包括车速、行驶方向、制动的同步控制等。作业车司机室有两个司机操纵台，分为一端和二端。对于同一端的司机操纵台而
11、言，两台机车重联时可能是同向联挂，即车头和车尾联挂的情况，也可能是反向联挂，即车头和车头联挂或车尾和车尾联挂的情况。无论在哪个司机台操作，无论重联作业车采取哪种联挂方式，重联作业车的行驶方向总是一致的。作业车重联的行驶方向控制原理如下：司机在主车司机台上操作方向控制开关，控制开关将方向信号传递给主车微机控制器，方向信号通过485通信线传递给补车的微机控制器，补车执行补机控制器发出的方向指令。当同向联挂时，补机控制器发出与主车相同的方向信号；当反向联挂时，补机控制器发出与主车相反的方向信号。因此，补车控制器必须明确重联作业车的联挂方式。图2中，重联控制开关Q1的不同位置将不同的重联信号CJ，主机
12、信号ZJ，补机信号BJ输入给控制器，控制器通过这3个开关量信号判断重联作业的联挂方式，并识别控制器的工作状态，其判断与识别逻辑如下。1）当两车同向联挂时，即作业车车头与车尾联挂时，主机控制器输入信号为：重联主机信号有效，重联补机信号无效，重联信号有效；补机控制器输入信号为：重联主机信号无效，重联补机信号无效，两车重联信号有效。2）当两车反向联挂时，即作业车车头与车头或车尾与车尾联挂时，主机控制器输入信号为：重联主机信号有效，重联补机信号无效，两车重联信号有效；补机控制器输入信号为：重联主机信号无效，重联补机信号有效，两车重联信号有效。补机控制器通过3个信号判断机车运行的方向并进行方向控制，而后
13、根据主机的速度和油门自行运算并控制补机的挡位。图2中，重联中间继电器KC10控制线圈一端接206，另一端接地线204。中间继电器KC11控制线圈一端接205，另一端接地线204。以下分别阐述重联作业车两车同向联挂和反向联挂2种情况下控制器通过3个开关量判断作业车联挂方式的电气原理。1）当两车同向联挂时，控制器通过3个开关量判断作业车联挂方式的电气原理如下：重联作业车同向联挂时，通过重联线束，车头的重联插座XS1与车尾的重联插座XS2相连，XS1和XS2的1芯和2芯接通，电源线203和205接通，成为KC11线圈的电源线，电源线203还和206接通，成为KC10线圈的电源线。将主车的重联开关Q1
14、置于主机位，电源线203接通电源，将补车重联开关Q1置于补机位，地线204通过重联线束接通。中间继电器线圈电路被接通，主车和补车上KC10和KC11线圈均得电，主车控制器和补车控制器的补机输入信号BJ电路中KC10和KC11触点均断开，图3中主车控制器和补车控制器的补机输入信号均无效。因此，将主车的重联开关置于主机位时，主车上主机控制器输入信号为：重联主机信号有效，重联补机信号无效，两车重联信号有效；将补机重联开关置于补机位时，补车上补机控制器输入信号为：重联主机信号无效，重联补机信号无效，两车重联信号有效。2）当两车反向联挂时，控制器通过3个开关量判断作业车联挂方式的电气原理如下：当重联作业
15、车车头和车头联挂时，通过重联线束，主车车头的重联插座XS1与补车车头的重联插座XS1相连；当重联作业车车尾和车尾联挂时，通过重联线束，主车车尾的重联插座XS2与补车车尾的重联插座XS2相连。将主车的重联开关置于主机位，将补机重联开关置于补机位，只能通过重联线将KC10和KC11线圈的204线接地，在这2种方式下，既不能接通KC10的206线，又不能接通KC11的205线，主车和补车上KC10和KC11线圈均不得电，主车控制器和补车控制器的补机输入信号BJ电路中KC10和KC11触点始终是常闭状态。因此，将主车上重联开关置于主机位时，主车上主机控制器输入信号为：重联主机信号有效，重联补机信号无效
16、，两车重联信号有效；将补车重联开关置于补机位时，补车上补机控制器输入信号为：重联主机信号无效，重联补机信号有效，两车重联信号有效。3.3 重联补机点火控制原理说明主车和补车发动机点火可以分别在各自车上完成，也可以都在主车上完成。主车上完成补车发动机点火的原理如下：图1中，将主车上的重联控制开关Q1置于主机位，继电器KC2线圈吸合，KC2.1-KC2.2触点接通，补车发动机点火电路接通，操作补车发动机点火开关QC2，主车微机控制器接收到启动信号155a和运行信号156a，通过485通信将启动和运行信号传输给补机控制器，补机控制器输出低电平信号，接通继电器KC3和KC4的线圈，KC3.1-KC3.
17、2，KC4.1-KC4.2触点接通，155和156得电，将启动信号和运行信号送到发动机ECU，补机发动机启动。补车上的重联控制开关Q1置于补机位，继电器KC1线圈吸合，KC1.1-KC1.2触点接通，切断主机发动机点火电路，补车上主机点开关无效。3.4 重联旁路制动原理说明当作业车处于单机控制功能时，重联控制开关处于单机位，KC5控制线圈不得电，图6中的KC5.3-KC5.4是常闭状态，操作旁路制动开关SA1，201得电，旁路制动电磁阀YM1得电，车辆实施制动。当作业车处于重联控制功能时，不论重联控制开关处于主机位，还是处于补机位，重联控制开关的202线接通，KC5控制线圈得电，图6中的KC5
18、.3-KC5.4由常闭状态断开，操作旁路制动开关SA1，将旁路制动指令201a输入给主机微机控制器，主机微机控制器通过485通信线将旁路制动信号送到补机微机控制器。主车微机控制器、补车微机控制器同时输出旁路制动信号201K，各处驱动该车继电器KC9线圈得电，图6中，KC9.1由常开状态闭合，旁路制动电磁阀YM1得电，车辆实施同步制动。4 结束语该重联方案已在中车太原机车车辆有限公司生产的TY5型四轴液机传动接触网作业车上试用。实现了在主车上完成补车点火的功能；单车操作能够实现重联各作业车速度、挡位、运行方向以及制动的同步控制性，重联操作的整个过程准确无误，达到了重联控制牵引、制动的性能要求。参考文献：【1】 李志锋.接触网作业车专业知识培训教材.成都:西南交通大学出版社,2012.Double Heading Program Design of TY5 Catenary Working Vehicle