關于不落輪鏇智能牽引對位系統的研究

杜新偉，石曉飛，肖亞運，楊大順

（中國鐵路廣州局集團有限公司 廣州動車段，1.高級工程師，2、3、4.工程師，廣東 廣州 511483）

0 引言

動車組在運行一段里程后，輪對表面會存在磨損、缺陷，嚴重時影響動車組運行安全和品質，輪對定期鏇修是消除踏面缺陷的一種防范措施。動車組約每運行25 萬公里就要鏇修一次，每列動車組每年平均要進行至少3次全列鏇輪作業和3次臨修作業，鏇修作業頻次高。當動車組進行鏇修作業時，需要公鐵兩用車拖動動車組對位，每完成一次鏇修定位都需要1名公鐵兩用車司機、1名鏇輪工、1名庫外車尾聯防等3人共同配合完成。

現有的多人協同配合的動車組對位模式，對位效率低、作業環境惡劣等弊端是制約鏇輪產能的主要因素。因此開發一套自動化、智能化的牽引對位系統，建立新型的智能牽引對位作業模式成為在動車組鏇修作業中亟待解決的問題。

1 傳統牽引對位作業現狀

在動車組開展鏇修作業時，每完成一個轉向架輪對的鏇修作業時，就需要公鐵車司機啟動公鐵兩用車拖動動車組開展輪對對位工作，確保輪對準確停止在鏇輪設備的驅動輪夾持頂起區域。一個標準動車組有16 個轉向架，對于雙軸鏇輪機，至少要開展牽引對位作業16次（單軸鏇輪機32次），才能完成整組鏇輪作業。每開展一次牽引對位作業耗時約在12 分鐘左右，一個標準組對位作業平均耗時190 分鐘。由于每個轉向架輪對（包含牽引對位時間）鏇修作業時間平均約60 分鐘，即平均每個小時就需要開展人工牽引對位工作。一個標準組鏇輪作業需要16 小時作業，此期間內公鐵車司機和后端防護人員不能離開，需要隨時候命開展牽引對位工作，另外，對位作業期間需要鏇輪工、公鐵車司機、車組后端防護人員集中精力互控應答對位，若對位作業中注意力不集中，存在一次對位不成功，需二次對位的情況。

人工對位時需要公鐵兩用車司機從待命地領取公鐵車鑰匙后走到公鐵車停放位置，后端防護人員從待命地走到車組后端監護位置。一個標準動車組長約220米，一列長編動車組長約430米，因此公鐵兩用車基本停放在鏇輪庫外。一旦動車組鏇修作業任務下發，為不影響動車組檢修生產計劃，即使存在雨雪冰凍、高溫日曬等惡劣環境時，公鐵車司機也要步行到公鐵兩用車停放位置、動車組尾端防護人員也要走到相應位置開展牽引對位和監護工作。

2 智能牽引對位系統架構設計

為解決現有對位模式的弊端，提高設備的智能化，建立一套鏇輪作業智能牽引對位系統開展牽引對位工作，系統主要由圖像數據采集模塊、數據中心、數據處理執行器、監控中心、安全防護模塊組成，如圖1所示。

圖1 系統組成

2.1 數據采集模塊

系統有圖像、車號、粗定位、精定位等數據采集模塊，可根據系統需求采集所需的數據，為后續對位算法提供數據基礎。

2.2 數據中心

數據中心用于存儲及運算所采集的數據。數據中心的數據可以按不同的車型車號及對應日期進行歸檔分類，方便日后的追溯和歷史信息查閱。

2.3 數據處理執行器

系統通過對應接口信息調用數據中心的數據，經過數據處理器進行算法運算，從而得出結果信息發至執行器。執行器根據算法結果進行調用公鐵車的控制指令執行公鐵車對位控制。

2.4 監控中心

監控中心可通過監控平臺上查看到各重要監控點的動態視頻信息。當執行自動對位時，可通過監控平臺查看各重要監控點的當前狀況，可有效起到實時多點防護的功能。

2.5 安全防護模塊

安全防護是自動對位必不可少的防護措施，系統采用多道安全防護，可確保自動對位的安全性。有重點監控防護、異物遮擋保護、移動區域保護、脫軌保護、硬性超限保護、物理隔離保護、超時保護、數據驗證保護、心跳保護。

3 智能牽引對位系統功能

3.1 自動牽引對位

通過在公鐵車安裝遠程控制模塊，在鏇輪機床安裝粗對位采集模塊、精對位采集模塊及車廂信息采集模塊，車輪采集軟件可結合自動車號識別軟件精準確認車廂轉向架信息，有效執行粗定位控制，高運力的算法服務器可在最短時間內位精準定位實時輸送有效的距離信息，精對位采集模塊根據反饋信息實現高效的精準定位。可實現正向或逆向的下一臨近轉向架自動牽引對位作業，亦可指定任意位置的轉向架，實現智能化對位功能。

3.2 實時場景監控

在公鐵車和動車組對位可能經過的區域安裝監控攝像頭，擬定為安全防護區。攝像頭的監控圖像可實時回傳到數據中心，數據中心通過監控展示平臺同步顯示各個監控關鍵點的動態信息。鏇修工人在操作自動對位時，可方便的查看監控展示平臺各個重要監控點的實時動態。當發現有異常情況時，可通過操作臺控制公鐵車停止下來，也可通過急停按鈕快速制止公鐵車繼續移動。

3.3 語音播報警示

通過安裝高分貝的語音播報器，當公鐵車移動時，語音播報器開始警示，提醒周邊人員注意安全。在對位系統未被啟動時，操作人員在監控平臺看到保護區有其他人員時，也可通過語音播報系統提醒人員離開。

3.4 無線網絡及無線控制

無線網絡和無線控制使用不同種類的網絡方式，實現物料層的隔離效果。監控視頻通過有線及無線兩種方式向數據中心回傳數據流。近距離傳輸使用交換機進行數據交互，遠距離的網絡通過網橋傳播，可節省布線成本，也可有效降低故障率的發生。無線網絡具有自診斷功能，當出現與監控中心無法聯通時，將會自動執行重啟功能。為保證安全控制，公鐵車的遠程控制采用專用的無線協議，有效防止外來入侵者對無線信號的入侵。在控制信息交互上也采用邏輯交互鎖，錯誤的交互邏輯指令會觸發入侵保護程序，系統將強制鎖定控制源的有效性，有效提升安全防護等級。

3.5 全過程信息存檔

采用信息化系統控制系統，將行車視頻、操作員操作日志、設備動作日志、采集數據等信息進行歸類存檔，形成方便查閱的后臺數據。后臺數據可根據車型、車號、日期等相關信息，快速索引出對應數據信息，實現便利化。

3.6 多層安全防護

公鐵車四個角落和公鐵車操作臺分別安裝急停按鈕，按鈕被按下時公鐵車緊急停車。地標定位，開展行車區域保護，超出行車區域觸發緊急制動。無線控制系統給公鐵兩用車發送心跳包，公鐵兩用車收不到心跳信息時，觸發緊急停車。公鐵兩用車配備前行超聲波雷達探測系統，行車前方10 米內一旦發現有影響行車安全的人和物時觸發自動報警和停車。防越位行車，公鐵兩用車安裝有雙重機械式限位保護開關，一旦觸發，將會機械式觸發切斷公鐵兩用車控制電源，公鐵兩用車緊急停車。為防止意外行車，系統接入了鏇輪機互鎖信號，鏇輪機作業時，系統行車無效。

4 智能牽引對位原理

不落輪鏇修自動牽引對位系統的安裝部署如圖2 所示。其中1 表示第一對位組件，2 表示第二對位組件，3 表示軌道，4 表示公鐵兩用車，5 表示輪對，6 表示動車組，其中1 和2 為一組對位組件，兩組對位組件分別安裝在軌道兩側。

圖2 對位示意圖

為實現公鐵兩用車拖動動車組可以沿不同方向移動，軌道兩側的兩組對位組件在設計上采用互鎖邏輯，即當位于軌道3左側的對位組件1和對位組件2 處于工作狀態時，位于軌道3 右側的對位組件1 和對位組件2 處于關閉狀態，反之亦然。為了實現自動化精準定位，避免人為操作產生的誤差，對位組件和公鐵兩用車均與控制系統連接，控制系統控制公鐵兩用車的行駛速度［1］。系統具體對位原理歸納為3點。

（1）在開展鏇修作業前，公鐵兩用車與動車組連掛完成后，公鐵車司機將動車組拉到鏇床附近的起點位置，將公鐵車的操作模式切換為遙控器模式，拔出控制鑰匙，公鐵兩用車拖動動車組沿軌道向第一對位組件1和第二對位組件2靠近。

（2）當對位組件1 檢測到靠近的輪對時，控制系統發出公鐵兩用車減速的信號，實現車組的粗定位［1］。對位組件2 中的RGB 高清相機，選擇抗蛇行減振器的圖像數據輸入控制系統作為模板，使公鐵兩用車4 減速。當輪對接近對位組件2 時，RGB 高清相機捕捉到抗蛇行減振器的圖像時，對抗蛇行減振器的位移進行跟蹤，通過控制公鐵兩用車使抗蛇行減振器停止在預設的位置上，從而完成了輪對的精準對位。

（3）車組完成精準對位后，旋輪工開展旋修作業，當完成1 個轉向架中輪對的鏇修作業后，旋輪工在web 端上點擊一鍵啟動公鐵兩用車，重復步驟（2）和步驟（3）的動作，直到完成所有輪對的鏇修作業。

5 智能牽引對位系統優勢

5.1 提高牽引對位工作效率

傳統人工對位作業需要10分鐘～15分鐘，自動對位作業僅需要一名鏇輪工一鍵點擊下一個轉向架位置即可，耗時僅需60秒至110秒，單次牽引對位作業耗時相比人工對位作業降低90%，鏇修耗時由原來的每標準組18 小時，降低至每標準組12 小時，作業效率提升33%。

5.2 減少輔助作業人員、提高勞效

原鏇輪作業，作業人員需要4 人，即2 名鏇輪工、1 名公鐵車司機、1 名地勤機械師。使用智能化牽引對位系統后，無需再配備兩名輔助作業人員（1名公鐵車司機+1 名地勤機械師），僅1 名鏇輪工使用自動化對位系統開展對位操作即可，且無需再耗神互控應答對位，在提高一次對位作業準確率的同時，減少了輔助作業人員，提升了作業勞效。

5.3 改善作業環境

使用智能化牽引對位系統后，創新實現了全天候牽引對位作業，無需受外界惡劣環境影響，作業人員隨時開展牽引對位作業，改善了輔助人員作業環境。

6 結束語

目前該動車組不落輪鏇作業智能牽引對位系統已開發完成，在廣州局集團公司廣州動車段正式投入使用。已完成自動牽引對位265 列動車組，成功對位5050 次，一次對位準確率達99.8%。該系統的成功投入使用，提高了一次對位準確率和鏇輪作業整體效率，達到了減員增效的目的。