1 优化设计研究背景

中车贵阳车辆有限公司（以下简称中车贵阳公司或公司）为铁路货车造修企业，主要产品包括铁路货车（大修、制造），铁路机车车辆重大锻配件，钢结构件制造等。公司具有年修理铁路货车13000辆、新造货车2000辆的生产能力，是我国西南地区唯一的铁路货车修理基地，也是全国最大的货车修理工厂之一。在货车造修工序衔接过程中，通过移车系统将车辆在不同工位、作业场地间对修造车辆的移动工作非常频繁。在整车标记涂打和制动组装间的四个工位需要移车系统频繁的完成车辆摆渡，原设计移车系统的驱动装置为四台YZR200L-6起重和冶金专用绕线转子三相异步电动机，主要采用一拖二变频驱动，分别由两台变频器驱动四台电机，位置控制采用现场操作人员手持遥控器肉眼观察手动进行位置控制的方式。为提高移车系统的的安全性性能，降低操作人员的劳动强度，提高移车定位的精准度，拟对手动定位系统重新设计研究、进行优化改造。经分析研究，原手动移车系统模式主要存在如下几个方面缺陷：

⑴ 效率低、位置控制精度差，对位的准确性主要依靠操作人员经验，操作移动按键次数过多，更换遥控装置频繁。

⑵ 四台电机同步协调能力差，对轨道和设备本体存在扭力损伤。

⑶ 移车区域内的安全警示主要依赖声光报警和操作人员人为判断，未设置技防手段与控制系统安全联动，还是依靠人为判断停止。

2 优化设计研究方案

⑴ 原移车系统基本结构

移车系统主要由车体、雨棚、牵车机构、驱动及传动装置、安全滑触线供电装置、电气控制等部分组成。

车体是移车系统的受力载体，整个运载车辆的重量全部由车体承担，因此要求车体具有足够的强度及刚度。车体主梁采用整体箱形梁焊接结构，横梁采用变截面箱形梁，结构合理；梁钢结构材料均在焊前进行预处理。车体上铺设有供车辆通过的轨道。在车体横梁上部铺有面板，面板下部为型钢框架结构，顶部铺有花纹钢板，便于其他车辆和行人通过由于采用合理的结构设计，由于各构件的受力分配合理，使组成车架的各梁处于等强度受力状态。

牵车机构用于将车辆牵入或牵出移车系统。牵车机构主要由卷扬装置、导向滑轮装置、钢丝绳和端导向轮装置等组成。由于该移车系统由单侧进出车辆，所以将牵车机构设置在移车系统的端部，这样可最大限度地减少钢丝绳的弯曲次数，延长了钢丝绳的使用寿命，并使人工牵绳时的力最小，减轻了工人的工作强度。导向轮设置在主梁上，在卷筒的中间位置，使钢丝绳岀绳点始终在卷筒的中部，这样使钢丝绳能尽可能的均匀排列，不至于全部堆到一侧。牵引力为20KN，满足各种车型的牵引。

⑵ 设计研究思路

　　关于位置精准控制方式，结合移车系统的负载和现场场情况，提出了以下的几种设计思路：

　　①行走电机加编码器来实现精准位置控制。此种方式行走电机加编码器数据处理精确计算，辅助采用变频器一拖一功率平衡系统，正常情况下能实现精准的位置控制。但如遇多段轨道连接错位或启动加速太大导致行走轮与轨道面摩檫力的变化造成行走轮打滑，此时摆渡车将无法精准到达指定位置。

②条码定位检测。此种方式要求在行走的轨道一侧贴满一整条条码，并且条码不能撕裂或断开较大距离，对条码有较高的安装要求。

③激光测距。此种方式要求激光反光板的安装必须对正，对安装要求较高。如果出现位置差异，对测量的结果会产生很大的偏差，导致定位精度不准确。

④接近开关。接近开关是一种无需与运动部件进行机械直接接触而可以操作的位置开关，当物体接近开关的感应面到动作距离时，不需要机械接触及施加任何压力即可使开关动作，从而驱动直流电器或给计算机（plc）装置提供控制指令。接近开关对于静止的位置控制有很好的反馈特性，但不能参与运动控制。

⑤安全防护装置，在移车系统上增加激光传感器或安全柔性钢丝绳，无论移车系统处于自动运行或手动运行的情况下，当移车系统在运行过程中有行人或车辆触碰到激光或柔性钢丝绳时，移车系统自动停止运行，避免发生安全事故。

⑶ 优化设计方案的选择和确定

上述几种方式各有优缺点，根据现场使用的实际情况，拟采用行走电机加旋转编码器动态控制与接近开关静态控制相结合的方式来实现移车系统精准定位的控制。两种控制方式的融合在可编程控制器内部通过程序实现，以达到动态控制加静态控制来实现精准的位置控制。移车系统属于运动设备，精准的位置控制还需要驱动系统的辅助，采用高精度的专用位置控制变频器，采用一拖一控制方式（驱动四台电机的变频器采用CAN通讯，主从控制。每台变频器内部烧录功率平衡软件），保证驱动系统的一致性。每台变频器加装电气制动来配合原有的机械制动，以保证到达指定位置后的迅速停车。

⑷ 优化设计目标

①定位精度小于±3mm；

②设置手/自动转换开关；

③辅助PLC控制柜、触摸屏及遥控器实现输入工位指令后自动定位；

④实现运动区域柔性安全保护。

⑸ 自动定位原理分析研究

自动定位对轨时移车系统行走速度沿阶梯型曲线变化（v-t），移车系统启动后，平滑加速到运行速度，以设定的运行速度行走；当接近目标轨道时，电磁接近开关接收到运行场地地面上的减速信号反射板返回的信号，移车系统开始减速运行，速度降低到对轨定位速度；当电磁接近开关接收到地面上的对轨信号反射板返回的信号后，PLC给出停止信号，变频器输出频率平滑下降到0，PLC给出延时制动信号，运行电机制动，3个电磁接近开关轨道对应脉冲数分别为1道（1个脉冲）；2道（4个脉冲）；3道（7个脉冲）；4道（10个脉冲），定位原理图如下图所示。

自动定位对轨原理

操作步骤：当选择好所需牵引轨道对应的道号， PLC根据移车系统所处的位置判断运行方向。启动运行控制程序，当运行到接近目标位置时，电机开始减速，然后移车系统以微速运行，轨道定位对齐后移车系统停车，自动定位对轨完成。

3 优化设计研究成果分析

⑴ 操作直观、可视化程度得到提高。

控制系统设计触摸屏，屏幕上显示整个平面的模拟图形，实时显示移车系统的位置、道号、走行速度报警信号等，同时触摸屏上显示的软按键，可对移车系统进行参数设定和故障检测。

⑵ 技术先进，自动化程度显著提高

实现定位精度在±3mm以内，运行机构采用交流变频调速驱动方式，并采用四台变频器分别驱动四台运行电机，四台变频器内部采用RS485通讯控制、以确保运行同步控制、速度可设定多级、起始位置复位归零等技术，控制精度高。操作员在遥控器或触摸屏上选择好道号并确认后，运行方向、运行速度控制、对轨均由PLC自动控制，完成减速、对接等动作，操作简便。同时还带有手动操作方式，便于设备调整和检修，移车系统运行设置了点动控制，方便对轨调节。

⑶ 运行区域安全保护功能得到完善加强

PLC可对错误的操作进行逻辑互锁；在各回路主干道上设置额定功率的断路器进行短路保护；断路器上安装防漏电插件来实现漏电保护；停电或意外停机时，各电机抱闸机构断电抱闸，防止突然断电时的惯性滑行，PLC带有可断电存储的记忆存储器，用于断电后记录移车系统所在位置。

PLC控制柜上设声光报警开关，在移车系统的两端设置紧急停按钮，遇有紧急情况时便于迅速停车。移车系统两侧设置极限位开关，当运行到两端接近极限位置时，接近开关动作，切断行走电路，使移车系统停止运行；移车系统的牵车装置和行走装置互相联锁，牵车装置工作时移车系统不能行走，行走时牵车装置不能工作。

移车系统左右两侧安装柔性钢丝绳，有人或障碍物接触柔性钢丝绳时，移车系统将自动停车，排除故障，移除障碍物后按遥控器上“复位”按钮方可从新启动系统。

4 结语

本文以中车贵阳车辆有限公司为例，对该公司的移车系统进行了优化研究设计。通过对原移车传统的运行模式进行分析研究，指出其存在运行对位精度低、人工机械定位、系统安全防护系数低、劳动强度高、自动化程度低的不足。结合移车系统实际使用情况，利用先进控制技术和控制软硬件，本项目采用行走电机加旋转编码器动态控制与接近开关静态控制相结合的方式来实现移车系统精准定位的控制，移车定位精度达到了3mm以内，实现了移车系统的精准自动定位，操作更加简便，大大降低了劳动强度，增加了装备的本质安全度。

参考文献

[1] 中国机械工业安全卫生协会. 机械制造企业安全质量标准化工作指南[M]. 北京，中国林业出版社, 2005.

[2] 廖常初.PLC编程及应用[M].北京:机械工业出版社,2008.

作者简介:王成均，1985.01，男，汉，贵州贵阳，本科，高级工程师，中车贵阳车辆有限公司，智能制造。