機(jī)械冷藏車抱閘預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

熊小青　劉漢威

摘要：機(jī)械冷藏車由于抱閘導(dǎo)致車輪踏面擦傷，嚴(yán)重影響鐵路運(yùn)行秩序。本抱閘預(yù)警系統(tǒng)就是針對(duì)這一問(wèn)題而設(shè)計(jì)的。

關(guān)鍵詞：車輪踏面擦傷；抱閘預(yù)警系統(tǒng)；機(jī)械冷藏車

中圖分類號(hào)：P227

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-1145(2009)-02-0114-02

機(jī)械冷藏車屬于鐵路運(yùn)輸?shù)奶胤N車輛，主要用于運(yùn)輸保鮮易腐貨物。我國(guó)機(jī)械冷藏車20世紀(jì)50年代開(kāi)始從原東德進(jìn)口，目前的機(jī)械冷藏車65％是從原東德進(jìn)口，其余為武昌車輛工廠生產(chǎn)。全國(guó)共有機(jī)械保溫車車輛段5個(gè)，分布于豐臺(tái)、上海、廣州、鄭州、柳州等地。由于機(jī)械冷藏車在運(yùn)輸過(guò)程中是不規(guī)定線路運(yùn)行，由鐵道部特調(diào)統(tǒng)一指揮，輪對(duì)不能與其他貨物車輛的輪對(duì)互換，一旦抱閘致使輪踏面擦傷，將給運(yùn)用檢修帶來(lái)許多困難，影響機(jī)械冷藏車的正常使用，嚴(yán)重干擾鐵路運(yùn)營(yíng)秩序。因此，減少和防止輪踏面擦傷是保證機(jī)械冷藏車正常運(yùn)行必須解決的問(wèn)題。

一、機(jī)械冷藏車運(yùn)用現(xiàn)狀及抱閘原因

(一)機(jī)械冷藏車運(yùn)用現(xiàn)狀

機(jī)械冷藏車在有列檢所的車站始發(fā)前，由列檢和車輛乘務(wù)人員共同進(jìn)行技術(shù)檢查和施行空氣自動(dòng)制動(dòng)機(jī)列車試驗(yàn)。運(yùn)行途中當(dāng)車輛發(fā)生抱閘時(shí)，只能依靠乘務(wù)人員耳聽(tīng)、目測(cè)及車站值班員接送列車時(shí)目測(cè)來(lái)發(fā)現(xiàn)。實(shí)踐證明，列車運(yùn)行時(shí)發(fā)生抱閘，僅靠乘務(wù)人員耳聽(tīng)、目測(cè)是很難發(fā)現(xiàn)的，若等到車站值班人員發(fā)現(xiàn)，車輪踏面擦傷往往已到極限或超限。按規(guī)定對(duì)擦傷車必須甩車，而甩下車輛往往是停靠在小站，不具備作業(yè)條件，給車輛施修帶來(lái)一定困難，特別是重車時(shí)，還影響貨物的運(yùn)輸期限、保鮮質(zhì)量及鐵路的信譽(yù)等。

(二)引起機(jī)械冷藏車車輪踏面擦傷的因素

機(jī)械冷藏車空氣自動(dòng)制動(dòng)機(jī)的閥全部是GK型三通型。運(yùn)用中導(dǎo)致其踏面擦傷主要因素有以下幾方面：

1.車輛乘務(wù)員或司機(jī)疏忽所造成的抱閘。例如，當(dāng)列車在制動(dòng)主管壓力為0.6MPa區(qū)段運(yùn)行完畢后，轉(zhuǎn)換到列車主管壓力為0.5MPa區(qū)段充風(fēng)運(yùn)行時(shí)，車輛制動(dòng)機(jī)仍可能會(huì)處于制動(dòng)抱閘狀態(tài)而乘務(wù)員沒(méi)有發(fā)現(xiàn)。

2.車組編掛位置的影響引起的不緩解。根據(jù)鐵道部《技術(shù)管理規(guī)程》的規(guī)定：“機(jī)械冷藏車組應(yīng)盡量掛于列車中部或后部。”因此，在運(yùn)用中機(jī)械冷藏車組一般都是編掛在列車較后的位置。由于采用GK型三通閥的車輛充風(fēng)緩解及減壓制動(dòng)時(shí)，受制動(dòng)波速的影響較大，在列車減壓制動(dòng)停車后再次充風(fēng)開(kāi)車時(shí)，一段時(shí)間內(nèi)比標(biāo)準(zhǔn)壓力低0.04MPa的情況時(shí)有發(fā)生；如果前次停車的司機(jī)根據(jù)列車速度按常規(guī)操縱列車，減壓量較小，列車停留時(shí)間又較長(zhǎng)，由于列車主管漏泄造成列車主管壓力與副風(fēng)缸壓力差過(guò)大，后部的車輛就有不緩解的現(xiàn)象。

3.司機(jī)操縱不當(dāng)引起的抱閘。列車運(yùn)行時(shí)，司機(jī)利用減壓制動(dòng)調(diào)速，一般減壓量在0.03MPa左右，也就是當(dāng)列車主管壓力0.5MPa(或O.6MPa)時(shí)，列車主管壓力減至0.47MPa(或0.57MPa)左右。如果機(jī)械冷藏車掛于列車前部時(shí)(如機(jī)械冷藏車專列或其他原因)，車組立即產(chǎn)生制動(dòng)，但后部車輛可能因?yàn)槎虝r(shí)的減壓調(diào)速對(duì)列車后部主管壓力影響不大，后部車輛的制動(dòng)不明顯甚至不制動(dòng)。此時(shí)若遇機(jī)車供風(fēng)系統(tǒng)故障不能向列車主管充風(fēng)就會(huì)發(fā)生機(jī)械冷藏車組抱閘運(yùn)行。

4.人力制動(dòng)機(jī)擰緊后忘記松開(kāi)或其他原因?qū)е碌谋чl。

二、抱閘預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

(一)抱閘預(yù)警系統(tǒng)的功能要求

根據(jù)機(jī)械冷藏車運(yùn)行中的特定環(huán)境和條件，預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)具備以下功能和技術(shù)指標(biāo)。

1.機(jī)械冷藏車在運(yùn)行中或停車時(shí)，自動(dòng)制動(dòng)機(jī)和手動(dòng)制動(dòng)機(jī)正常制動(dòng)抱閘時(shí)，抱閘預(yù)警系統(tǒng)按照車輛編號(hào)發(fā)出制動(dòng)指示燈光顯示制動(dòng)狀態(tài)；當(dāng)車輛制動(dòng)機(jī)處于非正常制動(dòng)時(shí)，抱閘預(yù)警系統(tǒng)按照車輛編號(hào)發(fā)出指示燈光顯示和警笛聲預(yù)警，提醒隨車乘務(wù)人員采取有效措施防止機(jī)械冷藏車輪踏面擦傷。

2.當(dāng)列車主管臨界報(bào)警壓力值比列車主管標(biāo)準(zhǔn)壓力低0.04MPa，即當(dāng)列車主管壓力為0.5MPa(或0.6MPa)時(shí)，警笛報(bào)警的臨界主管壓力為0.46MPa(或0.56MPa)；主管壓力大于設(shè)定臨界值而仍有制動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出抱閘車輛編號(hào)的指示燈光顯示和警笛聲預(yù)警。這主要考慮機(jī)械冷藏車輪踏面擦傷原因(1)、(2)、(3)點(diǎn)，在列車主管壓力減壓量0.01MPa至0.04MPa范圍之間發(fā)生非正常制動(dòng)時(shí)，能及時(shí)發(fā)出預(yù)警報(bào)告。

3.列車運(yùn)行中實(shí)施常用制動(dòng)減速后，當(dāng)機(jī)車向列車主管再次充風(fēng)壓力大于設(shè)定值時(shí)，設(shè)定延時(shí)報(bào)警時(shí)間為1分鐘，即1分鐘后仍未緩解，視為非正常制動(dòng)(根據(jù)鐵道部《鐵路貨車運(yùn)用維修規(guī)程》第20條規(guī)定，列車施行常用制動(dòng)后。全列車須在1分鐘內(nèi)緩解完畢)。

4.當(dāng)車列停放且列車主管壓力為零時(shí)。制動(dòng)車輛對(duì)應(yīng)的抱閘指示燈亮。發(fā)車時(shí)當(dāng)主管壓力從零升至臨界值后仍有未緩解的車輛時(shí)，系統(tǒng)立即發(fā)出抱閘車輛編號(hào)的指示燈光顯示和警笛聲預(yù)警。

5.抱閘預(yù)警系統(tǒng)的指示燈光顯示顏色為紅色，警笛聲音≥70dB，設(shè)備電源為直流24伏。當(dāng)全部車輛處于正常緩解狀態(tài)時(shí)，燈光顯示和警笛聲應(yīng)全部消失。

(二)抱閘預(yù)警系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)

1.設(shè)計(jì)思想。利用車輛制動(dòng)機(jī)活塞及推桿的伸縮運(yùn)動(dòng)，使電子感光開(kāi)關(guān)拾取開(kāi)和關(guān)的信號(hào)，通過(guò)微電芯片對(duì)信號(hào)處理，實(shí)現(xiàn)車輛抱閘狀態(tài)的信號(hào)顯示；車輛主管壓力的變化用電子壓力傳感器通過(guò)微電芯片處理，為系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的參考?jí)毫χ担幌到y(tǒng)的邏輯判斷電路通過(guò)對(duì)電子感光開(kāi)關(guān)拾取的信號(hào)和電子壓力傳感器的信號(hào)進(jìn)行處理，結(jié)合時(shí)間控制電路適時(shí)發(fā)出車輛抱閘的指示燈光顯示和警笛聲報(bào)警。操縱面板上有列車主管壓力選擇開(kāi)關(guān)，由乘務(wù)員根據(jù)運(yùn)行區(qū)間的主管壓力進(jìn)行切換。

2.主要器件的選型。抱閘狀態(tài)檢測(cè)的光電傳感器采用SS2/AN-OA。其工作電壓為DC9～30V。在設(shè)計(jì)過(guò)程中曾經(jīng)考慮過(guò)采用行程開(kāi)關(guān)或接近開(kāi)關(guān)，由于行程開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)的限制，容易受到振動(dòng)的影響，在列車運(yùn)行中可能會(huì)出現(xiàn)誤動(dòng)作；而接近開(kāi)關(guān)由于安裝位置精度要求比較嚴(yán)格，如果安裝出現(xiàn)偏差，很容易出現(xiàn)漏檢或碰壞接近開(kāi)關(guān)的現(xiàn)象，故不采用。SS2/AN-OA型光電傳感器探測(cè)范圍廣，對(duì)安裝位置精度要求不嚴(yán)，探測(cè)信號(hào)的發(fā)射和接受裝置為一體式，只需在檢測(cè)點(diǎn)安裝一塊反光板，調(diào)節(jié)方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠，靈敏度滿足使用要求。

壓力傳感器，變送器采用DG1210-BZ，其工作電壓為DC9-30V，壓力測(cè)量范圍0～1MPa，測(cè)量精度為1％，線性好，一致性好。

報(bào)警器采用一般民用報(bào)警裝置，可以簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)。

控制主板由單片機(jī)、運(yùn)算放大器、電壓比較器、控制繼電器和其他電子元件構(gòu)成，能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷，確定報(bào)警狀態(tài)。

3.系統(tǒng)方框圖

各車的抱閘信號(hào)由每個(gè)車安裝的一個(gè)光電傳感器拾取，通過(guò)電纜傳送到主板；壓力傳感器，變送器安裝在機(jī)械車(工作車)主管風(fēng)壓表處。報(bào)警方式為聲光報(bào)警，任何狀態(tài)下的抱閘都會(huì)有發(fā)光二極管顯示相應(yīng)的抱閘車號(hào)。

為了保證系統(tǒng)能夠正常地運(yùn)行，主板設(shè)有穩(wěn)壓電源，向主板、傳感器、報(bào)警器提供穩(wěn)定的工作電壓。雖然傳感器的工作電壓范圍為DC9～30V，考慮到機(jī)械冷藏車生活用電系統(tǒng)在充電狀態(tài)時(shí)接近30V，部分車組的充電電壓會(huì)達(dá)到32V，且電壓的波動(dòng)或多或少都會(huì)影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定性。設(shè)計(jì)時(shí)將光電傳感器、壓力傳感器的供電電壓穩(wěn)定在20V。

抗干擾設(shè)計(jì)：機(jī)械冷藏車運(yùn)行在全國(guó)各地，當(dāng)運(yùn)行在電氣化線路上時(shí)，干擾很大，且干擾信號(hào)無(wú)規(guī)律。機(jī)械冷藏車配備的柴油發(fā)電機(jī)組、制冷設(shè)備、輔助供電系統(tǒng)等都會(huì)產(chǎn)生各種干擾。如逆變式日光燈等。在設(shè)計(jì)時(shí)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，提高抗電火花干擾的能力和抗電磁干擾的能力。

4.主板工作原理方框圖(如右圖)：

5.原理說(shuō)明

抱閘信號(hào)經(jīng)整形、幅度控制，主管風(fēng)壓參數(shù)經(jīng)放大、比較后送入微處理器，電路圖中LED0～LED8為相應(yīng)車號(hào)的抱閘指示燈，JKO～JK8為相應(yīng)車號(hào)的抱閘傳感器(光電開(kāi)關(guān))，DO～D8構(gòu)成二極管與門電路，當(dāng)車組無(wú)抱閘時(shí)所有光電傳感器輸出高電平，BG1導(dǎo)通(輸出低電平)，當(dāng)車組有抱閘時(shí)(一個(gè)或多個(gè))二極管與門電路輸出低電平，BG1截止(輸出高電平)。BG1還兼有電平轉(zhuǎn)換的功能。微處理器根據(jù)BG1的輸出狀態(tài)進(jìn)行判斷。壓力傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)比較器比較后送微處理器，微處理器根據(jù)預(yù)設(shè)程序判斷輸入的各種參數(shù)，確定報(bào)警狀態(tài)。

三、應(yīng)用效果

本設(shè)計(jì)2006年開(kāi)始在廣州機(jī)械保溫車輛段兩列機(jī)冷車上安裝試驗(yàn)，證實(shí)該系統(tǒng)滿足運(yùn)用要求。該系統(tǒng)除了對(duì)車輛制動(dòng)狀態(tài)提供參考信息外，還具有督促乘務(wù)員執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)的功能。例如當(dāng)車組在編組站停留時(shí)間較長(zhǎng)或深夜至凌晨發(fā)車時(shí)，主管充風(fēng)激活系統(tǒng)，可以通過(guò)聲光信號(hào)及時(shí)提醒乘務(wù)員參加試風(fēng)和檢查手制動(dòng)機(jī)，避免發(fā)車時(shí)因人為疏忽造成的輪對(duì)擦傷。系統(tǒng)從裝車運(yùn)行至今已有兩年多，性能穩(wěn)定，動(dòng)作準(zhǔn)確，沒(méi)有出現(xiàn)誤報(bào)或漏報(bào)，為機(jī)械冷藏車運(yùn)輸安全提供了可靠的保障。