تحليل البنية التقنية والتكوين الأساسي لنظام مركبات مترو الأنفاق

باعتبارها الناقل الأساسي للنقل بالسكك الحديدية في المناطق الحضرية, يحدد التكامل الفني والموثوقية التشغيلية لنظام مركبات مترو الأنفاق بشكل مباشر الكفاءة التشغيلية. تبدأ هذه المقالة بالوحدات الأربع الرئيسية للعربة, نظام الجر, نظام الفرامل ونظام TCMS, ويحلل بعمق التكوين الفني وآلية التنسيق الخاصة بهم.

1. نظام بوجي: الحاملة والديناميكية الأساسية

باعتبارها جزء تشغيل السيارة, تتولى العربة المهام المزدوجة لنقل الحمولة وتحسين الأداء الديناميكي. يتضمن التكوين الأساسي:

هيكل الإطار: إنها تعتمد إطار ملحوم مزدوج العارضة على شكل H, والمكونات الحاملة الرئيسية مصنوعة من صفائح فولاذية S275J2G3 بمعيار EN10025, مع عمر تعب يزيد عن 30 سنين. يدمج الشعاع الجانبي مقعد تثبيت الزنبرك الهوائي وواجهة امتصاص الصدمات الجانبية, والعارضة المتقاطعة مجهزة بشماعة محرك, علاقة علبة التروس ومقعد قضيب الجر لتحقيق التكامل المعياري لوحدة الطاقة.

نظام التعليق: يعتمد التعليق الأول مزيجًا من النوابض الفولاذية ذات الملف المزدوج والعقد المطاطية, مع صلابة عمودية 2.5-3.5MN/m وصلابة تحديد المواقع الجانبية 8-12MN/m; التعليق الثاني مزود بنوابض هوائية ذات صلابة 0.2-0.3MN/m, مدمج مع جهاز شريط الالتواء المضاد للالتفاف لمنع التسارع الزاوي لتدحرج الجسم إلى حدود 0.3راد/ثانية².

العجلات والقيادة: تدمج مجموعة العجلات الكهربائية محرك الجر وعلبة التروس, وتتبنى العجلات غير الكهربائية محورًا مجوفًا خفيف الوزن. يستخدم محمل صندوق المحور محامل أسطوانية مدببة قياسية من UIC, وتتعاون مع أقفاص فولاذية بلاستيكية لتحقيق دورة خالية من الصيانة 1.2 مليون كيلومتر.

التحسين الديناميكي: يتم تعديل الحمل بشكل متكيف من خلال صمام ارتفاع زنبرك الهواء, ويتم استخدام ممتص الصدمات المضاد للثعبان والمخزن الجانبي لتقليل القوة الجانبية لسكة العجلات 15% عندما تمر السيارة عبر المنحنى, ويتم التحكم في معامل الانحراف في الداخل 0.8.

2. نظام الجر: مركز الطاقة للطاقة والكبح الكهربائي

يحقق نظام الجر تحويلاً فعالاً للطاقة الكهربائية والطاقة الميكانيكية من خلال التحويل الإلكتروني للطاقة, ويعكس تكوينه الفني الخصائص التالية:

الجمع والتوزيع الحالي: تعتمد المجموعة الحالية لشبكة الاتصال منساخًا أحادي الذراع, سمك لوحة الشريحة الكربونية هو ≥10mm, وضغط الاتصال هو 70 ± 10N; تم تجهيز المجموعة الحالية للسكك الحديدية الثالثة بحذاء جامع, وضغط التلامس هو 120±15N. تدمج وحدة توزيع الجهد العالي قواطع دوائر عالية السرعة, مرشحات الخط وامتصاص الطفرة, مع زمن استجابة ≥10 مللي ثانية, اجتماع اللجنة الانتخابية المستقلة 60077 معيار.

الانقلاب والتحكم: يعتمد عاكس الجر وحدة IGBT لتحقيق تعديل SPWM, مع نطاق جهد الإدخال 1000- 1800V DC وتردد الإخراج 0-120 هرتز. تدمج استراتيجية التحكم التحكم في المتجهات والتحكم المباشر في عزم الدوران, مع زمن استجابة ≥50 مللي ثانية, بحيث يصل تسارع القطار في نطاق 0-40 كم/ساعة إلى 0.83 م/ث².

محرك الجر: القوة المقدرة 180- 200 كيلوواط, السرعة المقدرة 2790 دورة في الدقيقة, السرعة القصوى 4980 دورة في الدقيقة, مستوى الحماية IP55, مستوى ارتفاع درجة الحرارة F. يتم توصيل المحرك غير المتزامن على شكل قفص السنجاب وقارنة تروس الأسطوانة مباشرة, نسبة الإرسال 6.31:1, الكفاءة ≥96%.

إدارة طاقة الكبح: كفاءة الكبح المتجددة ≥90%, تجتمع قدرة مقاومة الكبح 100% حالات فشل الفرامل الكهربائية, ارتفاع درجة الحرارة ≥ 400 ك. مع جهاز المكثفات الفائقة على متن الطائرة, يتم زيادة معدل استعادة طاقة الكبح بمقدار 25%.

3. نظام الكبح: الضمان النهائي للتشغيل الآمن

يحقق نظام الكبح تحكمًا دقيقًا في السرعة من خلال وضع الكبح متعدد المراحل, ويتضمن تكوينها الفني:

وحدة التحكم في الكبح (بكو): 32-المعالج الدقيق قليلا, فترة أخذ العينات ≥10 مللي ثانية, يدعم خوارزمية الكبح الهجين الكهربائي والهواءي, خطأ في توزيع قوة الكبح ≥3%. مع حماية مضادة للانزلاق, تعويض الحمل, ووظائف تشخيص الأخطاء, وقت الاستجابة هو .51.5 ثانية.

جهاز الكبح الأساسي: يبلغ قطر وحدة الفرامل القرصية 640 ملم, سمك 110 ملم, والسعة الحرارية ≥ 12 إم جي; قوة الشفط الكهرومغناطيسي لوحدة فرامل السكة المغناطيسية هي ≥12 كيلو نيوتن, وزمن الاستجابة هو ≥200 مللي ثانية.

وضع الكبح: التباطؤ المشترك للكبح هو 1.0-1.2 م/ث², تباطؤ الكبح في حالات الطوارئ هو ≥1.3 م/ث², ويتم الحفاظ على ضغط الكبح عند 3.0 ± 0.2 بار. تلبي سعة زنبرك تخزين طاقة فرامل الانتظار متطلبات ركن السيارة بزاوية 30‰.

تصميم زائدة عن الحاجة: يعتمد نظام الكبح بنية زائدة ثنائية القناة. عندما تفشل قناة واحدة, لا يزال بإمكانها ضمان أكثر من 80% من قوة الكبح الناتج, ومعدل زيادة مسافة الكبح هو ≥15%.

4. نظام TCMS: المركز العصبي للتحكم الذكي

يحقق نظام TCMS مراقبة كاملة لحالة القطار والتحكم التعاوني من خلال بنية تحكم موزعة. يتضمن تكوينها الفني:

بنية الشبكة: بنيت على أساس معيار TCN, معدل نقل حافلة WTB هو 1 ميجابت في الثانية, معدل نقل حافلة MVB هو 1.5 ميجابت في الثانية, يدعم 1024 الوصول إلى الجهاز, وتكون دورة تحديث البيانات أقل من 100 مللي ثانية.

وحدة التحكم: وحدة التحكم المركزية (وحدة التحكم المركزية) يعتمد تصميمًا احتياطيًا ساخنًا مزدوج الماكينة, ووحدة التحكم في السيارة (VCU) مجهز بنظام التشغيل VxWorks في الوقت الحقيقي, دعم إم في بي, إيثرنت, والاتصالات متعددة البروتوكولات RS-485.

التشخيص الذكي: وحدة PHM المتكاملة, خلال 2000+ أجهزة الاستشعار لتحقيق دقة التنبؤ بالخطأ ≥85٪, دعم تحميل البيانات عن بعد وتحليل نظام الخبراء, وقت إنشاء اقتراح الصيانة ≥5min.

تكامل القيادة بدون طيار: اقتران عميق مع نظام إشارة CBTC لتحقيق الاستيقاظ التلقائي للقطار, ينام, داخل وخارج المستودع, وتشغيل الخط الرئيسي, دقة تحديد المواقع ± 5 سم, دقة التوقف ± 25 سم.

5. تعاون النظام وتحسين الأداء

تحقق الأنظمة الأربعة الرئيسية تفاعل البيانات والربط المنطقي من خلال TCMS:

يقوم نظام الجر بضبط عزم الجر وفقًا لإشارة الحمل المحسوبة بواسطة TCMS, ويطابق نظام الكبح قوة الكبح وفقًا لأمر السرعة الخاص بـ TCMS.

يتم تغذية بيانات اهتزاز العربة مرة أخرى إلى نظام الجر من خلال TCMS لتحسين خرج عزم دوران المحرك لمنع تأثير حاجز العجلة.

عندما يفشل نظام الكبح, يقوم TCMS تلقائيًا بتشغيل وضع الكبح الآمن لنظام الجر لضمان توقف القطار ضمن المسافة المحددة.

تمكن آلية التنسيق هذه مركبات مترو الأنفاق من الحفاظ على متوسط ​​تسارع قدره 0.83 م / ث² وتباطؤ مكابح الطوارئ بمقدار .01.0 م / ث² في ظل ظروف سعة الركاب 310 شخص لكل مركبة وسرعة تشغيل قصوى تبلغ 80 كم/ساعة, يعكس بشكل كامل التقدم التكنولوجي للنقل بالسكك الحديدية في المناطق الحضرية الحديثة.