關于駝峰尾部停車器實時在線監測系統的研究

吳 磊，張 峰，朱 文

（1.中國鐵路上海局集團有限公司電務部，上海 200071；2.上海特力安電氣有限公司，上海 200040；3.中國鐵路上海局集團有限公司杭州電務段，杭州 310000）

1 概述

駝峰尾部停車控制器（簡稱停車器）是駝峰編組場重要的調速設備，是駝峰自動化調速體系的重要組成部分，是整個防溜系統最后的“守門員”，它的工作性能及質量狀態直接影響著編組站自動化安全及整個編解作業綜合效率。目前在日常運用和維護實踐中普遍存在以下問題。

1.1 維護力量普遍存在不足

編組場的特點是地域廣、設備分散、車組解編作業量大。目前電務停車器設備檢養修均以人力徒步巡查完成，且均安排在編組站區域局部天窗，停車器設備維護存在人力成本高、上道安全風險大等突出問題。

1.2 檢測手段落后，難以滿足設備精度要求

既有停車器檢測的方法主要靠目測、尺量，而停車器設備的特點是結構粗獷、動作細微，其動作精度都是毫米級，靠目測檢查難以發現問題，而尺量的標準也缺乏相應的操作規范，特別是涉及不同工況時檢測過程較繁雜，日常巡檢難以貫徹。

1.3 設備質量無法量化考量

停車器都是現場安裝，在設備安裝前進行出廠設計標準校核；如何保證安裝后的質量符合出廠設計標準，設備運用后的“制動能高”等參數能否滿足站場調速的設計要求，以現有技術手段都無法具體評估。

基于目前日常運用和維護實踐存在的問題，探索設計出“駝峰尾部停車器實時在線監測系統”（簡稱系統），實現對電務停車器進行智能化設備維護管理。

2 系統介紹

該系統由現場設備、室內設備和網絡傳輸設備組成。系統結構及拓撲如圖1 所示。

圖1 系統結構及拓撲Fig.1 System structure and topological graph

2.1 系統組成

系統由制動軌軌距、間隙檢測裝置、油壓采集裝置、油位采集裝置、現場主機和數據分析終端等組成。

2.1.1 制動軌軌距、間隙檢測裝置

制動軌軌距、間隙檢測裝置通過“基礎尺寸+位移檢測方式”實現對制動軌軌距和間隙的實時在線監測，制動軌的磨損等其他形變因素引起的軌距、間隙誤差可通過對基礎尺寸的定期校驗來消除。該裝置由位移傳感器、橫梁支架、軌底卡和絕緣卡等組成，如圖2 所示。

圖2 制動軌軌距、間隙檢測裝置Fig.2 Brake rail gauge and gap detection device

其特點如下。

1）該裝置內置高精度回彈式位移傳感器，更適應現場環境要求。能采集停車器制動軌發生的毫米級變化量，滿足對停車器制動軌兩摩擦面距離至整機檢驗參數的誤差要求。

2）每臺停車器在其兩端及中部各配置一套該裝置，每股道形成3 組制動軌軌距、間隙檢測數據，這些數據形象勾勒出了制動軌的平直程度及與基礎軌之間的相對關系，稱為形廓分析，如圖3 所示。

圖3 制動軌軌距、間隙檢測裝置部署及形廓分析Fig.3 Deployment and “profile” analysis of brake rail gauge and gap detection device

2.1.2 油壓/油位采集裝置

油壓采集選用MIK-P300 型壓力變送器，油位采集選用HK-DR04 型電容液位傳感器，如圖4所示。

圖4 油壓/油位采集裝置Fig.4 Oil pressure/oil level collection device

2.1.3 現場主機

現場主機由表示信號檢測電路、ARM 處理器和指示燈顯示等組成，其中表示信號檢測電路檢測停車器的制動/緩解信號、電磁閥信號，通過采集這幾種信號，判斷停車器控制系統對停車器發出的指令信號；ARM 處理器通過RS-485 接口讀取位移、油壓和油位傳感器數值；通過指示燈顯示各傳感器的工作狀態，供系統檢修使用。一臺現場主機連接2 股道位移傳感器、壓力傳感器和油位傳感器，實現2 股道停車器的同步自動測試。現場主機接收表示開關信號、位移、油壓、油位并進行初步的數據計算及定時，對緩解時間、制動時間、入車速度等停車器基礎數據做初始計算，并將數據以規定的傳輸方式及數據幀格式發送給數據服務器。

2.1.4 數據分析終端

數據分析終端由數據服務器及客戶端組成，數據服務器以規定的傳輸方式連接多個現場主機，客戶端通過以太網連接數據服務器進行訪問。分析計算停車器的以下功能。

1）停車器工作參數采集

對停車器的工作過程中的動作數據進行記錄統計，歸納計算出以下參數：

a.緩解動作時間（從制動位轉換至緩解位所需要的時間）；

b.緩解軌距（達到緩解位時制動軌兩作用面距離）；

c.緩解打壓油壓（進行緩解時油泵打壓的最大值）；

d.緩解保持油壓（緩解到位時保持的油壓值）；

e.緩解保持油位（緩解到位時的油位值）；

f.制動保持油位（制動到位時的油位值）；

g.制動動作時間（從緩解位轉換至制動位所需要的時間）；

h.制動軌距（達到制動位時制動軌兩作用面距離）；

i.制動位端口間隙（達到制動位時端口位基礎軌—制動軌摩擦面間隙）。

2）閾值報警

對工作參數進行變化范圍設置，若超出范圍則實行報警提示：

a.表示開關故障報警；

b.制動位形變報警；

c.制動位油位報警；

d.泄壓報警。

3）算法偵測

a.車輛入口速度偵測；

b.制動位停車器上有無存車表示偵測。

2.2 軟件設計

2.2.1 現場主機軟件設計

現場主機安裝實時操作系統（Linux），軟件采用C 語言編寫，啟用多線程任務管理，分別讀取各類傳感器采集獲取的位移、油壓、油位及表示信號，利用ARM 處理器精確的定時功能，對緩解時間、制動時間、入車速度等停車器基礎數據做初始計算，并將數據以規定的數據幀格式發送給數據服務器。軟件流程如圖5 所示。

圖5 現場主機程序軟件流程Fig.5 Flowchart of the software of the field host program

2.2.2 數據服務器軟件設計

數據服務器安裝Linux 系統，并部署MYSQL數據庫，軟件流程如圖6 所示。

圖6 數據服務器程序軟件流程Fig.6 Flowchart of the software of the data server program

2.2.3 客戶端軟件設計

客戶端主要通過連接數據服務器端顯示停車器的工作狀態及報警信息，軟件流程如圖7 所示。

圖7 客戶端程序軟件流程Fig.7 Flowchart of the software of the client program

3 運用實踐

該系統于2020 年在中國鐵路上海局集團有限公司南京東駝峰編組站投入研發，并于2021 年通過了上海鐵路局組織的評審鑒定，鑒定證書號：上鐵技驗字[2021]第126 號，自2022 年開始在上海局管內多個駝峰編組站投入運用，運轉穩定。上道后報檢出停車器泄漏故障、超限故障多起，提前發現了設備隱患及風險，檢測測試效率也得到較大提升，可借鑒方面如下。

3.1 統一停車器質量判定標準

既有停車器相關的技術標準及檢修規程和廠家的維護手冊中，只規定了一些對停車器靜態下的參數值要求，沒有對測量器具、測量方法等做出明確規定，這就造成了現場測試的測量偏差，在以毫米級、萬分位計量的精度要求下，這樣的偏差極大，造成各制造廠家間以及不同型號產品間的質量差異無從判定。該系統的應用有效統一了停車器的計量標準，測量精度符合TB/T 3162.1 的計量要求，并為此開發了專用的基礎尺寸測量工具，為不同廠家、不同型號產品的質量判定提供了依據。

3.2 豐富停車器運用的關鍵參數

該系統創造性地引入制動軌“形廓”這一概念作為停車器形變判斷依據，為停車器運用、檢修指明了方向。以往的停車器檢修只能盯著螺絲松動、漏油等表象進行，對于對停車器制動能力起著決定作用的制動軌“形廓”（由制動臂所帶動的制動軌是否與基礎軌平行形成矩形輪廓）缺乏認識，因停車器形廓直接影響著車輪與制動軌的摩擦力分布，形變大的話可能引起部分摩擦力消失和“跳車”事故的發生。而其他機械部件的變形和失能最終也都會反映在這一“形廓”上，因此對停車器的形廓分析可能是后期停車器設備維護的重點。

3.3 開發了數據應用的新領域

以往對于停車器的各種技術參數、標準等都是建立在制動軌剛性這一前提設定下制定的，在該系統的研發過程中，特別是通過對現場數據的分析發現，在制動過程中由于輪軌的強力作用，制動軌會呈現出一定的彈性特征，其彈性特征表現為車輛輪對進入“制動軌軌距、間隙檢測裝置”的行進速度與制動軌軌矩由大變小的形變速度呈正比關系，正是利用該彈性特征數據，系統創新性地發掘出了“入口速度”“存車表示”等偵測算法，解決了現場運用維護中責任界定的扯皮問題。且不僅入口處，在每組“制動軌軌距、間隙檢測裝置”處都可利用此原理檢測出車輛在停車器上的運行速度信息，這些信息如果結合駝峰編組站頭部“車重”等信息，便可對停車器本身的“制動能高”等關鍵質量參數做出評估， 做為尾部信息反饋，對整場駝峰調速系統來說也尤為重要，有助于其進一步提升駝峰編解作業綜合效率。

3.4 為實現“狀態修”提供了技術保障

該系統實現了對停車器質量及運用狀態的全面監測，并可通過數據分析預判故障點和超限時機，如補油周期、軌距調整周期等。可使得電務部門能合理規劃設備維修、測試周期，進一步提升現場作業勞效。

3.5 對慣性、疑難故障的診斷更加及時準確

該系統采用獨立的三段式“制動軌軌距、間隙檢測裝置”監測軌距，可靠性、準確性大幅提高，對停車器表示錯誤、管路滲漏等慣性故障能夠在第一時間給出報警提示，停車器的故障處置效率得到部分提升。

4 結論

對既有駝峰尾部停車控制器加裝實時在線監測系統，能有效提高電務停車器設備的檢修養護能力，減輕現場勞動強度，做實精準維修，提高綜合經濟效益。同時也大大提升了駝峰尾部數字化水平，為進一步提升編解作業綜合效率、確保駝峰車輛溜放安全打下了基礎。