JSQ特種車過駝峰車輛底部超限監測系統研究

倪逸文 中國鐵路上海局集團有限公司科研所

1 研究背景

在治超、藍天保衛戰等外部因素的推動下，面對巨大的市場份額，鐵路部門主動加強市場營銷策略研究，大力發展商品汽車運輸，已經逐步實現從“站到站”運輸向“門到門”運輸的根本性轉變，商品汽車發運量呈現出逐年倍增的良好態勢。與此同時，面對近年來逐年倍增的汽車運輸需求，自2015 年至2020 年，全國商品汽車運輸鐵路專用車輛（以下簡稱JSQ 車輛）保有量從8 520 輛猛增至19 982 輛，增長134.5%。JSQ6 型凹底雙層運輸汽車專用車，也稱SQ6 型，主要用于運輸尺寸較高的汽車，包括輕型客車、面包車、SUV、MPV、皮卡車等，是目前國內唯一一種可以雙層運輸較高小汽車的鐵路貨車。整車自重36.6 t，載重20 t，車輛定距20 800 mm，車輛長度26 066 mm，車輛最大寬度3 086 mm，車輛最大高度4 723 mm。

中國國家鐵路集團有限公司《技術管理規程》指出：JSQ車輛屬于自身構造禁止通過駝峰的車輛，由于其特殊的軸距、車底高等因素限制，若強行過峰，易發生車體摩擦、碰撞地面設備甚至脫軌問題，所以禁止通過駝峰。只能采用以調車進路形式帶車送入峰下存車線，對駝峰解體能力受到很大影響。中國鐵路上海局集團有限公司在2017 年起綜合運用多種技術完成了對JSQ6 特種車輛溜放試驗。在公布了【2020】362號文件之后，當線路和車輛都滿足一定的條件下，逐步開始推廣應用。

以往溜放試驗中，為了避免車輛通過變坡點區間時發生車輛騎峰，均提前測量駝峰縱斷面數據以及溜放車輛在平直線路上底部與軌頂面之間的距離。再運用模擬仿真計算和現場試驗數據，分析過駝峰時車輛運行的安全性，從而有效防控風險。根據《中國鐵路上海局集團有限公司JSQ 型車輛通過駝峰作業規定》技術規章第二章第四條：在平直線路上JSQ 型車輛其底部距離鋼軌頂面距離不低于160 mm。第五條：集團公司有關部門應組織研究JSQ 型車輛底部限界檢測裝置，并在允許JSQ型車輛通過駝峰的車站開展試用。因此，為實現安全溜放，研制一套JSQ 車輛底部與軌頂面的動態距離監測裝置十分必要。

2 研究方案

JSQ 特種車過駝峰車輛底部超限監測系統前期以南翔站下行到達場作為試點，對京到線、昆到線所有進入編組站的JSQ 特種車輛的車底高進行實時監測，及時發現不滿足過峰條件的JSQ 車輛，并通知CIPS 系統對該車輛進行禁止過峰標記。在到達場咽喉區段京到線K0+183、昆到線k0+185 作為設備安裝點，各安裝1 套車號識別裝置和2 套車底高測量裝置（左右軌各一套）。

設備安裝位置平面圖如圖1 所示，JSQ 特種車過駝峰車輛底部超限監測系統主要由地面車號讀取裝置和車底高測量裝置兩部分組成。地面車號讀取裝置主要由車輪傳感器、車號天線以及車號識別機箱組成。車底高測量裝置主要由車底高檢測裝置、信號采集控制箱、工控機和UPS 等組成。車號數據和車底高測量數據通過機房內計算機進行處理，最終通過OA 網的中間件與編組站綜合自動化系統（CIPS）進行數據實現交互。

圖1 設備安裝位置平面圖

3 硬件設計

（1）機械結構設計

車底高測量裝置由底座固定在鋼軌上。底座如圖2所示，左右壓板通過全螺紋螺栓與鋼軌固定，鋼軌外側的壓板通過螺母將支座固定，支座用來固定限位測量裝置。

圖2 車底高測量裝置底座模型圖

車底高測量裝置由罩殼、圓筒、蓋板和測距儀等組成。罩殼用來遮陽擋雨；圓筒內裝有電磁鐵，電磁鐵能夠帶動蓋板進行轉動。

工作原理：當列車快接近限位裝置時，電磁鐵驅動蓋板往上轉動，測距儀開始工作，通過窗口發射激光進行測距。當列車遠離限位裝置之后，電磁鐵斷電，蓋板靠自重往下轉動，蓋住測距儀窗口（防止非工作時段，有異物遮擋窗口，干擾測量），測距儀停止工作。如圖3為車底高測量裝置。

圖3 車底高測量裝置圖

（2）電氣部件設計

JSQ 特種車過駝峰車輛底部超限監測系統的信號采集控制機箱內部裝有隔離電源模塊、信號輸入隔離模塊、研華PCIE-1816采集卡、繼電器、MOS管等部件。實現了對超限監測裝置單路的隔離控制和數據采集，并對電源模塊、車輪傳感器進行實時監測，如圖4所示。

圖4 電氣部件設計框圖

4 軟件設計

JSQ 特種車過駝峰車輛底部超限監測系統的軟件由數據采集模塊、數據處理模塊和通訊模塊組成。軟件整體流程如圖5所示，車輪磁鋼觸發開機，開始實時采集車底高數據，并對采集數據進行輪廓判斷和超限判斷，最終結合車號信息，識別出超限的JSQ車輛。

圖5 軟件流程圖

（1）數據采集模塊由地面車號讀取裝置獲取信號，并處理來車信息。識別到車輛到達，激光測距儀開始進入數據采集狀態。左右軌2 路激光測距儀同時測量。待來車信號結束，數據完成存儲并進入數據處理模塊，實時分析每一節車輛的底部測距信息。

（2）數據處理模塊主要處理車輛底部到軌頂面的測距信息。針對進入到達場車輛的速度，設定一定閾值，根據測量數據判斷是否為車底輪廓，并計算車底輪廓的有效值。地面車號讀取裝置通過讀取車輛底部的RFID 標簽來識別車輛的車號，由于JSQ車輛的識別標簽在車體的一端，導致了車號識別的信息會出現在車頭或者車尾的任意一端。如何將每一段車底輪廓的有效值和車號一一對應，是數據處理的另一個難點。目前，通過計算有效值和識別車號相對位置的距離，實現數據匹配。 如圖6 所示為數據處理車底輪廓處理流程圖。如圖7所示為車底有效值和車號匹配流程圖。

圖6 車底輪廓處理流程圖

圖7 車號配對算法流程圖

（3）通訊模塊用于將超限車輛信息發送給編組站綜合自動化系統（CIPS）。基于OA 網通過FTP 傳輸到中間站點，CIPS 接收到超限車號后，自動將該車標記為禁止溜放車輛，并將標記結果返回給FTP中間站。

5 現場應用

JSQ 特種車過駝峰車輛底部超限監測系統于2021年9月初在到達場咽喉區段京到線K0+183、昆到線k0+185 完成安裝調試，并開始監測來往車輛數據。

JSQ 特種車過駝峰車輛底部超限監測系統能夠有效的監測通過的JSQ 車輛車底高，從中篩選出JSQ 車輛與其相對應的底部輪廓有效值。如圖8、圖9所示為2021年10月23日京到線駛入某整列車輛的底部輪廓軟件截圖和處理數據截圖。

圖8 車輛底部輪廓軟件截圖

圖9 數據處理截圖

6 結論

JSQ 特種車過駝峰車輛底部超限監測系統現場應用半年以來，系統可靠，運行穩定，數據監測準確，已完成了上萬次JSQ 車輛的監測。該裝置的應用，徹底解決了因車輛底部與軌頂面距離過小而發生擦碰危及安全的問題。優化了運輸生產組織方式，提高了編組站的生產能力，降低了職工的勞動強度，對提高駝峰解體作業效率具有重要意義，具有很強的實用價值。并從不斷積累的車輛數據中總結經驗，進一步深化研究，形成JSQ車輛溜放技術標準體系，為在全路推廣應用為JSQ車輛駝峰安全溜放提供了有效的技術手段。