JSQ特種車過(guò)駝峰車輛底部超限監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究

倪逸文 中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司科研所

1 研究背景

在治超、藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)等外部因素的推動(dòng)下，面對(duì)巨大的市場(chǎng)份額，鐵路部門主動(dòng)加強(qiáng)市場(chǎng)營(yíng)銷策略研究，大力發(fā)展商品汽車運(yùn)輸，已經(jīng)逐步實(shí)現(xiàn)從“站到站”運(yùn)輸向“門到門”運(yùn)輸?shù)母拘赞D(zhuǎn)變，商品汽車發(fā)運(yùn)量呈現(xiàn)出逐年倍增的良好態(tài)勢(shì)。與此同時(shí)，面對(duì)近年來(lái)逐年倍增的汽車運(yùn)輸需求，自2015 年至2020 年，全國(guó)商品汽車運(yùn)輸鐵路專用車輛（以下簡(jiǎn)稱JSQ 車輛）保有量從8 520 輛猛增至19 982 輛，增長(zhǎng)134.5%。JSQ6 型凹底雙層運(yùn)輸汽車專用車，也稱SQ6 型，主要用于運(yùn)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(guó)內(nèi)唯一一種可以雙層運(yùn)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(zhǎng)度26 066 mm，車輛最大寬度3 086 mm，車輛最大高度4 723 mm。

中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司《技術(shù)管理規(guī)程》指出：JSQ車輛屬于自身構(gòu)造禁止通過(guò)駝峰的車輛，由于其特殊的軸距、車底高等因素限制，若強(qiáng)行過(guò)峰，易發(fā)生車體摩擦、碰撞地面設(shè)備甚至脫軌問(wèn)題，所以禁止通過(guò)駝峰。只能采用以調(diào)車進(jìn)路形式帶車送入峰下存車線，對(duì)駝峰解體能力受到很大影響。中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司在2017 年起綜合運(yùn)用多種技術(shù)完成了對(duì)JSQ6 特種車輛溜放試驗(yàn)。在公布了【2020】362號(hào)文件之后，當(dāng)線路和車輛都滿足一定的條件下，逐步開(kāi)始推廣應(yīng)用。

以往溜放試驗(yàn)中，為了避免車輛通過(guò)變坡點(diǎn)區(qū)間時(shí)發(fā)生車輛騎峰，均提前測(cè)量駝峰縱斷面數(shù)據(jù)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(yùn)用模擬仿真計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析過(guò)駝峰時(shí)車輛運(yùn)行的安全性，從而有效防控風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)《中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司JSQ 型車輛通過(guò)駝峰作業(yè)規(guī)定》技術(shù)規(guī)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(tuán)公司有關(guān)部門應(yīng)組織研究JSQ 型車輛底部限界檢測(cè)裝置，并在允許JSQ型車輛通過(guò)駝峰的車站開(kāi)展試用。因此，為實(shí)現(xiàn)安全溜放，研制一套JSQ 車輛底部與軌頂面的動(dòng)態(tài)距離監(jiān)測(cè)裝置十分必要。

2 研究方案

JSQ 特種車過(guò)駝峰車輛底部超限監(jiān)測(cè)系統(tǒng)前期以南翔站下行到達(dá)場(chǎng)作為試點(diǎn)，對(duì)京到線、昆到線所有進(jìn)入編組站的JSQ 特種車輛的車底高進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)不滿足過(guò)峰條件的JSQ 車輛，并通知CIPS 系統(tǒng)對(duì)該車輛進(jìn)行禁止過(guò)峰標(biāo)記。在到達(dá)場(chǎng)咽喉區(qū)段京到線K0+183、昆到線k0+185 作為設(shè)備安裝點(diǎn)，各安裝1 套車號(hào)識(shí)別裝置和2 套車底高測(cè)量裝置（左右軌各一套）。

設(shè)備安裝位置平面圖如圖1 所示，JSQ 特種車過(guò)駝峰車輛底部超限監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由地面車號(hào)讀取裝置和車底高測(cè)量裝置兩部分組成。地面車號(hào)讀取裝置主要由車輪傳感器、車號(hào)天線以及車號(hào)識(shí)別機(jī)箱組成。車底高測(cè)量裝置主要由車底高檢測(cè)裝置、信號(hào)采集控制箱、工控機(jī)和UPS 等組成。車號(hào)數(shù)據(jù)和車底高測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)機(jī)房?jī)?nèi)計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，最終通過(guò)OA 網(wǎng)的中間件與編組站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)（CIPS）進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)交互。

圖1 設(shè)備安裝位置平面圖

3 硬件設(shè)計(jì)

（1）機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

車底高測(cè)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(guò)全螺紋螺栓與鋼軌固定，鋼軌外側(cè)的壓板通過(guò)螺母將支座固定，支座用來(lái)固定限位測(cè)量裝置。

圖2 車底高測(cè)量裝置底座模型圖

車底高測(cè)量裝置由罩殼、圓筒、蓋板和測(cè)距儀等組成。罩殼用來(lái)遮陽(yáng)擋雨；圓筒內(nèi)裝有電磁鐵，電磁鐵能夠帶動(dòng)蓋板進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。

工作原理：當(dāng)列車快接近限位裝置時(shí)，電磁鐵驅(qū)動(dòng)蓋板往上轉(zhuǎn)動(dòng)，測(cè)距儀開(kāi)始工作，通過(guò)窗口發(fā)射激光進(jìn)行測(cè)距。當(dāng)列車遠(yuǎn)離限位裝置之后，電磁鐵斷電，蓋板靠自重往下轉(zhuǎn)動(dòng)，蓋住測(cè)距儀窗口（防止非工作時(shí)段，有異物遮擋窗口，干擾測(cè)量），測(cè)距儀停止工作。如圖3為車底高測(cè)量裝置。

圖3 車底高測(cè)量裝置圖

（2）電氣部件設(shè)計(jì)

JSQ 特種車過(guò)駝峰車輛底部超限監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)采集控制機(jī)箱內(nèi)部裝有隔離電源模塊、信號(hào)輸入隔離模塊、研華PCIE-1816采集卡、繼電器、MOS管等部件。實(shí)現(xiàn)了對(duì)超限監(jiān)測(cè)裝置單路的隔離控制和數(shù)據(jù)采集，并對(duì)電源模塊、車輪傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，如圖4所示。

圖4 電氣部件設(shè)計(jì)框圖

4 軟件設(shè)計(jì)

JSQ 特種車過(guò)駝峰車輛底部超限監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件由數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)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(fā)開(kāi)機(jī)，開(kāi)始實(shí)時(shí)采集車底高數(shù)據(jù)，并對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行輪廓判斷和超限判斷，最終結(jié)合車號(hào)信息，識(shí)別出超限的JSQ車輛。

圖5 軟件流程圖

（1）數(shù)據(jù)采集模塊由地面車號(hào)讀取裝置獲取信號(hào)，并處理來(lái)車信息。識(shí)別到車輛到達(dá)，激光測(cè)距儀開(kāi)始進(jìn)入數(shù)據(jù)采集狀態(tài)。左右軌2 路激光測(cè)距儀同時(shí)測(cè)量。待來(lái)車信號(hào)結(jié)束，數(shù)據(jù)完成存儲(chǔ)并進(jìn)入數(shù)據(jù)處理模塊，實(shí)時(shí)分析每一節(jié)車輛的底部測(cè)距信息。

（2）數(shù)據(jù)處理模塊主要處理車輛底部到軌頂面的測(cè)距信息。針對(duì)進(jìn)入到達(dá)場(chǎng)車輛的速度，設(shè)定一定閾值，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)判斷是否為車底輪廓，并計(jì)算車底輪廓的有效值。地面車號(hào)讀取裝置通過(guò)讀取車輛底部的RFID 標(biāo)簽來(lái)識(shí)別車輛的車號(hào)，由于JSQ車輛的識(shí)別標(biāo)簽在車體的一端，導(dǎo)致了車號(hào)識(shí)別的信息會(huì)出現(xiàn)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(hào)一一對(duì)應(yīng)，是數(shù)據(jù)處理的另一個(gè)難點(diǎn)。目前，通過(guò)計(jì)算有效值和識(shí)別車號(hào)相對(duì)位置的距離，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)匹配。 如圖6 所示為數(shù)據(jù)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(hào)匹配流程圖。

圖6 車底輪廓處理流程圖

圖7 車號(hào)配對(duì)算法流程圖

（3）通訊模塊用于將超限車輛信息發(fā)送給編組站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)（CIPS）?；贠A 網(wǎng)通過(guò)FTP 傳輸?shù)街虚g站點(diǎn)，CIPS 接收到超限車號(hào)后，自動(dòng)將該車標(biāo)記為禁止溜放車輛，并將標(biāo)記結(jié)果返回給FTP中間站。

5 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

JSQ 特種車過(guò)駝峰車輛底部超限監(jiān)測(cè)系統(tǒng)于2021年9月初在到達(dá)場(chǎng)咽喉區(qū)段京到線K0+183、昆到線k0+185 完成安裝調(diào)試，并開(kāi)始監(jiān)測(cè)來(lái)往車輛數(shù)據(jù)。

JSQ 特種車過(guò)駝峰車輛底部超限監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠有效的監(jiān)測(cè)通過(guò)的JSQ 車輛車底高，從中篩選出JSQ 車輛與其相對(duì)應(yīng)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?cè)肽痴熊囕v的底部輪廓軟件截圖和處理數(shù)據(jù)截圖。

圖8 車輛底部輪廓軟件截圖

圖9 數(shù)據(jù)處理截圖

6 結(jié)論

JSQ 特種車過(guò)駝峰車輛底部超限監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用半年以來(lái)，系統(tǒng)可靠，運(yùn)行穩(wěn)定，數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確，已完成了上萬(wàn)次JSQ 車輛的監(jiān)測(cè)。該裝置的應(yīng)用，徹底解決了因車輛底部與軌頂面距離過(guò)小而發(fā)生擦碰危及安全的問(wèn)題。優(yōu)化了運(yùn)輸生產(chǎn)組織方式，提高了編組站的生產(chǎn)能力，降低了職工的勞動(dòng)強(qiáng)度，對(duì)提高駝峰解體作業(yè)效率具有重要意義，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。并從不斷積累的車輛數(shù)據(jù)中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步深化研究，形成JSQ車輛溜放技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，為在全路推廣應(yīng)用為JSQ車輛駝峰安全溜放提供了有效的技術(shù)手段。