熊小青　劉漢威

摘要：機械冷藏車由于抱閘導致車輪踏面擦傷，嚴重影響鐵路運行秩序。本抱閘預警系統(tǒng)就是針對這一問題而設計的。

關鍵詞：車輪踏面擦傷；抱閘預警系統(tǒng)；機械冷藏車

中圖分類號：P227

文獻標識碼：A

文章編號：1674-1145(2009)-02-0114-02

機械冷藏車屬于鐵路運輸?shù)奶胤N車輛，主要用于運輸保鮮易腐貨物。我國機械冷藏車20世紀50年代開始從原東德進口，目前的機械冷藏車65％是從原東德進口，其余為武昌車輛工廠生產(chǎn)。全國共有機械保溫車車輛段5個，分布于豐臺、上海、廣州、鄭州、柳州等地。由于機械冷藏車在運輸過程中是不規(guī)定線路運行，由鐵道部特調統(tǒng)一指揮，輪對不能與其他貨物車輛的輪對互換，一旦抱閘致使輪踏面擦傷，將給運用檢修帶來許多困難，影響機械冷藏車的正常使用，嚴重干擾鐵路運營秩序。因此，減少和防止輪踏面擦傷是保證機械冷藏車正常運行必須解決的問題。

一、機械冷藏車運用現(xiàn)狀及抱閘原因

(一)機械冷藏車運用現(xiàn)狀

機械冷藏車在有列檢所的車站始發(fā)前，由列檢和車輛乘務人員共同進行技術檢查和施行空氣自動制動機列車試驗。運行途中當車輛發(fā)生抱閘時，只能依靠乘務人員耳聽、目測及車站值班員接送列車時目測來發(fā)現(xiàn)。實踐證明，列車運行時發(fā)生抱閘，僅靠乘務人員耳聽、目測是很難發(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)定對擦傷車必須甩車，而甩下車輛往往是?？吭谛≌荆痪邆渥鳂I(yè)條件，給車輛施修帶來一定困難，特別是重車時，還影響貨物的運輸期限、保鮮質量及鐵路的信譽等。

(二)引起機械冷藏車車輪踏面擦傷的因素

機械冷藏車空氣自動制動機的閥全部是GK型三通型。運用中導致其踏面擦傷主要因素有以下幾方面：

1.車輛乘務員或司機疏忽所造成的抱閘。例如，當列車在制動主管壓力為0.6MPa區(qū)段運行完畢后，轉換到列車主管壓力為0.5MPa區(qū)段充風運行時，車輛制動機仍可能會處于制動抱閘狀態(tài)而乘務員沒有發(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《技術管理規(guī)程》的規(guī)定：“機械冷藏車組應盡量掛于列車中部或后部?！币虼耍谶\用中機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緩解及減壓制動時，受制動波速的影響較大，在列車減壓制動停車后再次充風開車時，一段時間內比標準壓力低0.04MPa的情況時有發(fā)生；如果前次停車的司機根據(jù)列車速度按常規(guī)操縱列車，減壓量較小，列車停留時間又較長，由于列車主管漏泄造成列車主管壓力與副風缸壓力差過大，后部的車輛就有不緩解的現(xiàn)象。

3.司機操縱不當引起的抱閘。列車運行時，司機利用減壓制動調速，一般減壓量在0.03MPa左右，也就是當列車主管壓力0.5MPa(或O.6MPa)時，列車主管壓力減至0.47MPa(或0.57MPa)左右。如果機械冷藏車掛于列車前部時(如機械冷藏車專列或其他原因)，車組立即產(chǎn)生制動，但后部車輛可能因為短時的減壓調速對列車后部主管壓力影響不大，后部車輛的制動不明顯甚至不制動。此時若遇機車供風系統(tǒng)故障不能向列車主管充風就會發(fā)生機械冷藏車組抱閘運行。

4.人力制動機擰緊后忘記松開或其他原因導致的抱閘。

二、抱閘預警系統(tǒng)設計

(一)抱閘預警系統(tǒng)的功能要求

根據(jù)機械冷藏車運行中的特定環(huán)境和條件，預警系統(tǒng)應具備以下功能和技術指標。

1.機械冷藏車在運行中或停車時，自動制動機和手動制動機正常制動抱閘時，抱閘預警系統(tǒng)按照車輛編號發(fā)出制動指示燈光顯示制動狀態(tài)；當車輛制動機處于非正常制動時，抱閘預警系統(tǒng)按照車輛編號發(fā)出指示燈光顯示和警笛聲預警，提醒隨車乘務人員采取有效措施防止機械冷藏車輪踏面擦傷。

2.當列車主管臨界報警壓力值比列車主管標準壓力低0.04MPa，即當列車主管壓力為0.5MPa(或0.6MPa)時，警笛報警的臨界主管壓力為0.46MPa(或0.56MPa)；主管壓力大于設定臨界值而仍有制動時，系統(tǒng)發(fā)出抱閘車輛編號的指示燈光顯示和警笛聲預警。這主要考慮機械冷藏車輪踏面擦傷原因(1)、(2)、(3)點，在列車主管壓力減壓量0.01MPa至0.04MPa范圍之間發(fā)生非正常制動時，能及時發(fā)出預警報告。

3.列車運行中實施常用制動減速后，當機車向列車主管再次充風壓力大于設定值時，設定延時報警時間為1分鐘，即1分鐘后仍未緩解，視為非正常制動(根據(jù)鐵道部《鐵路貨車運用維修規(guī)程》第20條規(guī)定，列車施行常用制動后。全列車須在1分鐘內緩解完畢)。

4.當車列停放且列車主管壓力為零時。制動車輛對應的抱閘指示燈亮。發(fā)車時當主管壓力從零升至臨界值后仍有未緩解的車輛時，系統(tǒng)立即發(fā)出抱閘車輛編號的指示燈光顯示和警笛聲預警。

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

(二)抱閘預警系統(tǒng)的電路設計

1.設計思想。利用車輛制動機活塞及推桿的伸縮運動，使電子感光開關拾取開和關的信號，通過微電芯片對信號處理，實現(xiàn)車輛抱閘狀態(tài)的信號顯示；車輛主管壓力的變化用電子壓力傳感器通過微電芯片處理，為系統(tǒng)提供準確的參考壓力值；系統(tǒng)的邏輯判斷電路通過對電子感光開關拾取的信號和電子壓力傳感器的信號進行處理，結合時間控制電路適時發(fā)出車輛抱閘的指示燈光顯示和警笛聲報警。操縱面板上有列車主管壓力選擇開關，由乘務員根據(jù)運行區(qū)間的主管壓力進行切換。

2.主要器件的選型。抱閘狀態(tài)檢測的光電傳感器采用SS2/AN-OA。其工作電壓為DC9～30V。在設計過程中曾經(jīng)考慮過采用行程開關或接近開關，由于行程開關結構的限制，容易受到振動的影響，在列車運行中可能會出現(xiàn)誤動作；而接近開關由于安裝位置精度要求比較嚴格，如果安裝出現(xiàn)偏差，很容易出現(xiàn)漏檢或碰壞接近開關的現(xiàn)象，故不采用。SS2/AN-OA型光電傳感器探測范圍廣，對安裝位置精度要求不嚴，探測信號的發(fā)射和接受裝置為一體式，只需在檢測點安裝一塊反光板，調節(jié)方便，結構簡單，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，壓力測量范圍0～1MPa，測量精度為1％，線性好，一致性好。

報警器采用一般民用報警裝置，可以簡化電路結構。

控制主板由單片機、運算放大器、電壓比較器、控制繼電器和其他電子元件構成，能對現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)進行分析判斷，確定報警狀態(tài)。

3.系統(tǒng)方框圖

各車的抱閘信號由每個車安裝的一個光電傳感器拾取，通過電纜傳送到主板；壓力傳感器，變送器安裝在機械車(工作車)主管風壓表處。報警方式為聲光報警，任何狀態(tài)下的抱閘都會有發(fā)光二極管顯示相應的抱閘車號。

為了保證系統(tǒng)能夠正常地運行，主板設有穩(wěn)壓電源，向主板、傳感器、報警器提供穩(wěn)定的工作電壓。雖然傳感器的工作電壓范圍為DC9～30V，考慮到機械冷藏車生活用電系統(tǒng)在充電狀態(tài)時接近30V，部分車組的充電電壓會達到32V，且電壓的波動或多或少都會影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定性。設計時將光電傳感器、壓力傳感器的供電電壓穩(wěn)定在20V。

抗干擾設計：機械冷藏車運行在全國各地，當運行在電氣化線路上時，干擾很大，且干擾信號無規(guī)律。機械冷藏車配備的柴油發(fā)電機組、制冷設備、輔助供電系統(tǒng)等都會產(chǎn)生各種干擾。如逆變式日光燈等。在設計時優(yōu)化設計方案，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.原理說明

抱閘信號經(jīng)整形、幅度控制，主管風壓參數(shù)經(jīng)放大、比較后送入微處理器，電路圖中LED0～LED8為相應車號的抱閘指示燈，JKO～JK8為相應車號的抱閘傳感器(光電開關)，DO～D8構成二極管與門電路，當車組無抱閘時所有光電傳感器輸出高電平，BG1導通(輸出低電平)，當車組有抱閘時(一個或多個)二極管與門電路輸出低電平，BG1截止(輸出高電平)。BG1還兼有電平轉換的功能。微處理器根據(jù)BG1的輸出狀態(tài)進行判斷。壓力傳感器的輸出信號經(jīng)比較器比較后送微處理器，微處理器根據(jù)預設程序判斷輸入的各種參數(shù)，確定報警狀態(tài)。

三、應用效果

本設計2006年開始在廣州機械保溫車輛段兩列機冷車上安裝試驗，證實該系統(tǒng)滿足運用要求。該系統(tǒng)除了對車輛制動狀態(tài)提供參考信息外，還具有督促乘務員執(zhí)行標準化作業(yè)的功能。例如當車組在編組站停留時間較長或深夜至凌晨發(fā)車時，主管充風激活系統(tǒng)，可以通過聲光信號及時提醒乘務員參加試風和檢查手制動機，避免發(fā)車時因人為疏忽造成的輪對擦傷。系統(tǒng)從裝車運行至今已有兩年多，性能穩(wěn)定，動作準確，沒有出現(xiàn)誤報或漏報，為機械冷藏車運輸安全提供了可靠的保障。