鐵路道口自動欄木機功能需求和改進分析

王明志

(北京全路通信信號研究設(shè)計院集團有限公司，北京 100070)

1 概述

隨著社會經(jīng)濟不斷發(fā)展，鐵路與公路交通發(fā)展迅速，交通運輸日益繁忙，鐵路行車速度和密度不斷提高，鐵路與公路道口安全防護措施顯得極為重要。由于道口平改立建設(shè)工期長、造價高且有些線路無法實施立交改造，鐵路平交道口仍然廣泛存在，據(jù)統(tǒng)計，現(xiàn)今國內(nèi)外既有鐵路平交道口總計約有45萬處，尤其海外鐵路平交道口分布極其廣泛，因此鐵路平交道口的防護，急需安全性和可靠性更高的道口控制系統(tǒng)和欄木機等設(shè)備。

目前鐵路平交道口防護系統(tǒng)組成主要有道口自動通知、道口自動信號和道口欄木機3大類型設(shè)備。其中道口欄木機是及時有效的阻擋公路行人和車輛通過最直接的防護機械設(shè)備。經(jīng)過調(diào)研，面對國內(nèi)外鐵路平交道口市場需求，現(xiàn)今欄木機在使用穩(wěn)定性、安全性、抗疲勞性等方面存在諸多不足，本文擬從欄木機功能需求和現(xiàn)有典型欄木機改進方面進行分析。

2 欄木機產(chǎn)品邊界分析

欄木機作為道口防護系統(tǒng)的信號設(shè)備，是與道口防護系統(tǒng)密切相關(guān)。對欄木機進行分析時，應(yīng)考慮道口防護系統(tǒng)中的其他子系統(tǒng)的邊界接口。

如圖1所示，欄木機與道口防護系統(tǒng)中的其他子系統(tǒng)有：執(zhí)行單元、邏輯單元、欄木機、電纜盒、道口。

圖1 欄木機產(chǎn)品邊界Fig.1 Boundaries of level crossing barrier machine

3 自動欄木機產(chǎn)品功能

3.1 基本要求

根據(jù)既有資料及相關(guān)標(biāo)準，如圖2所示，自動欄木機應(yīng)具備以下基本功能：

圖2 自動欄木機基本要求分解圖Fig.2 Basic functions of automatic level crossing barrier machine

1）自動欄木機作為道口阻攔的機械設(shè)備，欄木機應(yīng)具備及時定位（欄木處于垂直狀態(tài)）與反位（欄木處于平行狀態(tài)）的轉(zhuǎn)換，如遇故障欄木機處于四開位（欄木既不在定位也不在反位）的狀態(tài)下，應(yīng)能隨時操作到兩個極限位置；

2）自動欄木機作為道口阻攔的機械設(shè)備，應(yīng)具備欄木極限位置的鎖止功能；

3）自動欄木機作為道口阻攔的信號設(shè)備，應(yīng)能將欄木機的轉(zhuǎn)換狀態(tài)及時有效的反饋至聯(lián)鎖系統(tǒng)；

4）自動欄木機作為道口阻攔的機電設(shè)備，應(yīng)能確保操作人員的人身防護安全。

3.2 功能分析

3.2.1 轉(zhuǎn)換功能

1）根據(jù)基本要求，自動欄木機設(shè)備通過接收聯(lián)鎖系統(tǒng)的命令或者操作人員的命令應(yīng)及時實現(xiàn)欄木的電動轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換命令為：轉(zhuǎn)換至定位/轉(zhuǎn)換至反位；

2）欄木機轉(zhuǎn)換除了聯(lián)鎖系統(tǒng)的電動轉(zhuǎn)換功能外，考慮現(xiàn)場定期維護或無法電動轉(zhuǎn)換的情況下，欄木機應(yīng)具備手動轉(zhuǎn)換功能；

3）考慮到機構(gòu)轉(zhuǎn)換到終點位時，電機會產(chǎn)生回轉(zhuǎn)慣性，對機構(gòu)造成轉(zhuǎn)換故障的隱患，欄木機應(yīng)具備消除慣性功能；

4）考慮到欄木機在轉(zhuǎn)換過程中會出現(xiàn)欄木卡阻現(xiàn)象，欄木機應(yīng)具備過載保護功能，此功能可保護電機及其他薄弱機構(gòu)的損壞。

3.2.2 鎖止功能

1）根據(jù)基本要求，自動欄木機設(shè)備在轉(zhuǎn)換到極限位置時，為避免欄木在極限位置受到外界干擾動作而帶來的隱患，欄木機應(yīng)具備定位與反位的鎖閉功能，既當(dāng)欄木機處于定位或反位狀態(tài)時，受到非聯(lián)鎖系統(tǒng)及非手動操作的情況下，不可發(fā)生轉(zhuǎn)換動作；

2）考慮欄木機在轉(zhuǎn)換過程中系統(tǒng)失去控制（如突發(fā)斷電等），為避免欄木在故障狀態(tài)時發(fā)出錯誤表示，自動欄木機應(yīng)具備制動功能，使欄木停在故障位置，然后再由操作人員手動恢復(fù)。

3.2.3 表示功能

1）根據(jù)基本要求，自動欄木機設(shè)備應(yīng)將轉(zhuǎn)換（包括電動及手動）的位置狀態(tài)有效準確的反饋給聯(lián)鎖系統(tǒng)，確保行車安全，即表示欄木的定位、反位及四開位狀態(tài)；

2）考慮自動欄木機具有鎖止功能，此功能失效也會帶來安全隱患，故欄木機的鎖閉狀態(tài)也應(yīng)反饋給聯(lián)鎖系統(tǒng)，確保欄木鎖閉，即定位鎖閉及反位鎖閉。

3.2.4 防護功能

自動欄木機設(shè)備在手動操作及定期維護的狀態(tài)下，考慮操作人員需現(xiàn)場操作，為避免作業(yè)人員在現(xiàn)場發(fā)生觸電意外及欄木操動造成的其他傷害，自動欄木機要確?，F(xiàn)場可靠的斷開控制系統(tǒng)控制電源的回路，非經(jīng)人工恢復(fù)不得接通欄木機控制電源回路。

3.2.5 特殊功能

依據(jù)國外部分欄木機標(biāo)準的功能需求，自動欄木機在轉(zhuǎn)換過程中如果失去自動控制，出口欄木機的扭矩力應(yīng)足以允許欄木自動升至70°位置。此功能與欄木機斷電制動功能沖突，故而不能同時實現(xiàn)。

3.3 功能框圖

考慮非特殊功能型號的自動欄木機設(shè)備研究，功能框圖如圖3所示。

圖3 不具備特殊功能自動欄木機框圖Fig.3 Automatic barrier machine without special functions

考慮特殊功能型號的自動欄木機設(shè)備研究，功能框圖如圖4所示。

圖4 具備特殊功能自動欄木機框圖Fig.4 Automatic barrier machine with special functions

4 既有自動欄木機功能對比及分析

依據(jù)國內(nèi)典型自動欄木機及國外典型自動欄木機進行分析及對比，兩種欄木機的構(gòu)造圖解如圖5所示。

兩種型號的自動欄木機都具備基本功能，但是通過上述圖解以及客戶反饋的使用現(xiàn)狀，兩種型號的自動欄木機均有不具備上述分析的功能，還有部分功能存在缺陷的現(xiàn)狀，如表1所示。

圖5 國內(nèi)某型欄木機構(gòu)和國外某型欄木機構(gòu)圖解Fig.5 Mechanism maps of a domestic barrier machine and a foreign barrier machine

表1 國內(nèi)某型欄木機和國外某型欄木機功能表Tab.1 Functions of a domestic barrier machine and a foreign barrier machine

5 結(jié)束語

通過上述對鐵路道口自動欄木機的功能需求和改進分析，可以看出提高自動欄木機的安全性和可靠性功能還有很大改進空間，需要欄木機設(shè)備廠家關(guān)注并開展設(shè)計實現(xiàn)工作，對自動欄木機進行優(yōu)化完善，才能實現(xiàn)設(shè)備的高安全性及高可靠性，從而更好地適應(yīng)國內(nèi)尤其是海外大量鐵路平交道口市場的建設(shè)、改造和運營需求。