調(diào)車作業(yè)試風(fēng)自動(dòng)化裝置設(shè)計(jì)研究

樊笑棋，吳雨浩

（國能朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司原平分公司，山西忻州 034100）

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，鐵路正在向高速鐵路、客貨專線方向發(fā)展，鐵路提速和運(yùn)輸專線網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化、綜合化的行車調(diào)度指揮系統(tǒng)需要高度可靠、高度安全、快速接入的自動(dòng)化系統(tǒng)。在調(diào)車作業(yè)中，進(jìn)行車輛制動(dòng)系統(tǒng)的試風(fēng)檢測確認(rèn)調(diào)車列制動(dòng)主管整列貫通狀態(tài)是調(diào)車作業(yè)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它可以有效防止調(diào)車作業(yè)中因關(guān)閉折角塞門開車引發(fā)的重大事故。實(shí)際生產(chǎn)中，作業(yè)人員不按規(guī)定試風(fēng)引發(fā)的事故時(shí)有發(fā)生。時(shí)下鐵路科技迅猛發(fā)展，設(shè)備的可靠性已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了人的可靠性，應(yīng)用新技術(shù)、新設(shè)備來保障安全已成為了不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。研制適合調(diào)車作業(yè)試風(fēng)操作、具備實(shí)時(shí)語音播送尾部風(fēng)壓功能的專用裝置來取代調(diào)車作業(yè)中人工試風(fēng)環(huán)節(jié)，在提高調(diào)車作業(yè)效率的同時(shí)，徹底杜絕調(diào)車作業(yè)中因關(guān)閉折角塞門開車引發(fā)的重大事故。

1 研究現(xiàn)狀

現(xiàn)調(diào)車作業(yè)簡易緊急制動(dòng)閥是迫使調(diào)車行駛中的列車采取緊急制動(dòng)的制動(dòng)設(shè)備，當(dāng)發(fā)生非正常情況時(shí)，調(diào)車列遠(yuǎn)端連結(jié)員操縱緊急制動(dòng)閥放風(fēng)，致使調(diào)車列制動(dòng)停車。

列尾裝置是鐵路重要的行車設(shè)備，具有標(biāo)識(shí)列車尾部標(biāo)志、檢測列車主管風(fēng)壓狀態(tài)并進(jìn)行自動(dòng)語音提示、輔助排風(fēng)制動(dòng)等功能。列尾裝置的運(yùn)用，改變了確認(rèn)列車尾號(hào)來核實(shí)列車完整的辦法，對提高鐵路運(yùn)輸組織工作效率，保證貨物列車的安全運(yùn)行起到深遠(yuǎn)的影響。目前，簡易緊急制動(dòng)閥功能單一，只能起到放風(fēng)制動(dòng)作用；風(fēng)壓表使用方式比較原始，受光線與天氣的因素影響較大，夜間或大風(fēng)雨雪等惡劣天氣條件下使用存在諸多不便。

受此啟發(fā)，結(jié)合現(xiàn)場調(diào)車作業(yè)的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)一款功能類似列尾裝置的調(diào)車作業(yè)試風(fēng)專用設(shè)備。

2 設(shè)計(jì)思路

通過對風(fēng)壓表數(shù)值顯示方式進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，同時(shí)增加緊急制動(dòng)閥功能，使之具備語音播報(bào)風(fēng)壓數(shù)值、數(shù)據(jù)無線傳輸、使用手持終端發(fā)送放風(fēng)操作指令等功能。在實(shí)際作業(yè)當(dāng)中，連結(jié)員使用該設(shè)備后，可以通過收聽語音播報(bào)風(fēng)壓數(shù)據(jù)進(jìn)行試風(fēng)；遇需要緊急停車情況時(shí)，使用手持終端排風(fēng)制動(dòng)，徹底改變當(dāng)前調(diào)車作業(yè)通過人工確認(rèn)車輛鞲鞴桿伸縮動(dòng)作進(jìn)行試風(fēng)以及拉動(dòng)放風(fēng)閥進(jìn)行制動(dòng)的費(fèi)時(shí)費(fèi)力的作業(yè)現(xiàn)狀，徹底杜絕調(diào)車作業(yè)當(dāng)中的作業(yè)人員未確認(rèn)調(diào)車列整列貫通狀態(tài)而導(dǎo)致制動(dòng)力不足引發(fā)的調(diào)車相撞事故以及遇到緊急情況時(shí)作業(yè)人員緊急制動(dòng)閥操作不當(dāng)，無法及時(shí)停車引發(fā)的調(diào)車事故，滿足了優(yōu)化調(diào)車作業(yè)流程，減輕調(diào)車作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度的生產(chǎn)需求，踐行了科技保安全的理念。

3 設(shè)計(jì)內(nèi)容

調(diào)車作業(yè)試風(fēng)自動(dòng)化裝置是通過語音播報(bào)調(diào)車列尾部風(fēng)壓值進(jìn)行試風(fēng)操作，并采用無線通信方式，通過人工遠(yuǎn)程控制調(diào)車列排風(fēng)，實(shí)現(xiàn)緊急制動(dòng)操作。

調(diào)車作業(yè)試風(fēng)裝置由裝設(shè)于調(diào)車機(jī)駕駛室內(nèi)的司機(jī)控制盒、安裝在調(diào)車列尾部的主機(jī)、主機(jī)天線及其手持終端組成。調(diào)車作業(yè)試風(fēng)自動(dòng)化裝置設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 調(diào)車作業(yè)試風(fēng)自動(dòng)化裝置設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

3.1 司機(jī)控制盒

司機(jī)控制盒由主控單元、LED 數(shù)碼管顯示、語音播送系統(tǒng)和“黑匣子”記錄系統(tǒng)組成，在機(jī)車駕駛室內(nèi)裝設(shè)，與機(jī)車電臺(tái)設(shè)備相連。司機(jī)控制盒負(fù)責(zé)將作業(yè)指令進(jìn)行編碼及解碼，機(jī)車電臺(tái)負(fù)責(zé)與調(diào)車列尾部主機(jī)之間進(jìn)行指令的發(fā)送和接收。

調(diào)車作業(yè)試風(fēng)裝置與調(diào)車機(jī)車之間根據(jù)通信方式的不同，可以是固定的一臺(tái)試風(fēng)裝置對應(yīng)一臺(tái)調(diào)車機(jī)車的“一對一”通信方式；也可以是試風(fēng)裝置與調(diào)車機(jī)車之間隨機(jī)搭配的“一對多”“多對一”的通信方式。

通信關(guān)系建立后，司機(jī)依次按下控制盒的各個(gè)功能鍵就可以向主機(jī)發(fā)出各種數(shù)字編碼指令，主機(jī)接收并執(zhí)行，同時(shí)將結(jié)果以數(shù)字編碼的形式回示機(jī)車，由控制盒解碼后通過控制盒內(nèi)的語音播送設(shè)備與LED 數(shù)碼管顯示設(shè)備以語音播放和數(shù)碼顯示的方式提示司機(jī)；控制盒內(nèi)的“黑匣子”通過對作業(yè)數(shù)據(jù)的記錄，來實(shí)現(xiàn)對整個(gè)作業(yè)過程的記錄，由此達(dá)到再現(xiàn)調(diào)車作業(yè)試風(fēng)裝置作業(yè)全過程的目的。

3.2 試風(fēng)主機(jī)

調(diào)車作業(yè)試風(fēng)自動(dòng)化裝置主機(jī)結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 調(diào)車作業(yè)試風(fēng)自動(dòng)化裝置主機(jī)結(jié)構(gòu)

調(diào)車作業(yè)試風(fēng)自動(dòng)化裝置主機(jī)有主板，可實(shí)現(xiàn)對外設(shè)模塊進(jìn)行自檢、具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能并實(shí)時(shí)記錄主機(jī)的運(yùn)行使用情況、可靠并及時(shí)地控制電磁閥開啟和關(guān)閉；無線收發(fā)模塊同手持端，采用433 MHz 通信模塊，具有雙工通信，可設(shè)置多信道，能避免多設(shè)備之間的相互干擾且能及時(shí)的響應(yīng)命令；風(fēng)壓傳感器采用差壓式扁平式傳感器，其中最大直徑為16 mm。其體積小、可靠性高；電磁閥及閥體為一體式單閥控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；電池單元采用通用式18650 電池組，根據(jù)使用時(shí)間的要求，組合不同容量的電池組，使其滿足使用要求；由高亮紅色LED 燈珠組成的閃光燈，在夜間具有警示作用。

調(diào)車作業(yè)試風(fēng)自動(dòng)化裝置主機(jī)各部分之間是通過主機(jī)殼、支架、排線等配件來實(shí)現(xiàn)主機(jī)內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)與電氣聯(lián)鎖上的連接。主體結(jié)構(gòu)與尾部風(fēng)管連接采用全鋁件，在增加強(qiáng)度同時(shí)加強(qiáng)了對主板的抗干擾性能。

3.3 手持操作終端

調(diào)車作業(yè)試風(fēng)自動(dòng)化裝置主機(jī)有顯示單元，為了保證手持終端足夠長的工作時(shí)間，需選用耗電量較小的單色LCD 顯示器；控制單元部分可以說是整個(gè)手持終端的大腦，需要完成語音壓縮、數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議控制、界面實(shí)時(shí)刷新等各種復(fù)雜的工作，需擁有強(qiáng)大的運(yùn)算能力；通信無線收發(fā)模塊，采用433 MHz 通信模塊，具有雙工通信，可設(shè)置多信道，能避免多設(shè)備之間的相互干擾且能及時(shí)的響應(yīng)命令；音頻輸出單元，采用2 W、8 Ω 的喇叭；電池模塊采用18650 電池組對控制單元和通信模塊供電，根據(jù)使用時(shí)間的要求，組合不同容量的電池組，使其滿足使用要求。

3.4 附屬設(shè)備

調(diào)車作業(yè)試風(fēng)自動(dòng)化裝置的附屬設(shè)備中，主機(jī)電池需要與充電器配套且型號(hào)一致；置號(hào)器用于由調(diào)車作業(yè)人員將調(diào)車機(jī)的機(jī)車號(hào)碼輸入到主機(jī)中，使調(diào)車機(jī)車與試風(fēng)裝置之間建立起通信關(guān)系。

4 工作原理

調(diào)車作業(yè)中，調(diào)車機(jī)與試風(fēng)裝置之間建立起“一對一”通信關(guān)系后，調(diào)車機(jī)乘務(wù)員操作機(jī)車上的司機(jī)控制盒，發(fā)出檢測尾部風(fēng)壓等數(shù)字編碼指令；經(jīng)試風(fēng)裝置主機(jī)天線接收并進(jìn)行高頻解調(diào)，解調(diào)后的信號(hào)進(jìn)入主控板，通過其識(shí)別后執(zhí)行相應(yīng)的指令，如讀取尾部風(fēng)壓數(shù)據(jù)等，并把執(zhí)行的結(jié)果以數(shù)字編碼和語音的形式向機(jī)車乘務(wù)員與調(diào)車作業(yè)人員播送提示。

列車尾部控制監(jiān)測端與調(diào)車列尾部車輛風(fēng)管連結(jié)后，若調(diào)車列整列貫通良好，則列車尾部控制監(jiān)測端中的風(fēng)壓表通過風(fēng)壓傳感器，風(fēng)壓數(shù)值變成語音播報(bào)出來，連結(jié)員通過聽取語音讀數(shù)來判斷調(diào)車列試風(fēng)情況；若列車尾部控制監(jiān)測端未發(fā)出語音讀數(shù)，則說明調(diào)車列尾部未進(jìn)行充風(fēng)、無風(fēng)壓值，需要人工對整個(gè)調(diào)車列的軟管連結(jié)與車輛折角塞門情況進(jìn)行檢查。

試風(fēng)良好后，調(diào)車列起動(dòng)，開始作業(yè)。列車尾部控制監(jiān)測端的閃光燈發(fā)出紅色光線，起到警示作用。遇到緊急情況，調(diào)車列必須停車時(shí)，連結(jié)員按下手持端放風(fēng)按鈕手持終端以無線傳輸形式向列車尾部控制監(jiān)測端發(fā)布命令，列車尾部控制監(jiān)測端迅速排風(fēng)，調(diào)車列制動(dòng)停車。

5 調(diào)車作業(yè)試風(fēng)裝置在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用設(shè)想

調(diào)車作業(yè)試風(fēng)裝置的司機(jī)控制盒可以裝設(shè)在機(jī)車駕駛室內(nèi)，固定在調(diào)車機(jī)車上；試風(fēng)裝置的主機(jī)隨車攜帶，由調(diào)車乘務(wù)員保管，作業(yè)時(shí)交于調(diào)車作業(yè)人員，作業(yè)完畢交還司機(jī)，雙方履行主機(jī)交接簽認(rèn)手續(xù)，與當(dāng)前朔黃線列尾的使用方式一致。也可以通過合理設(shè)計(jì)將司機(jī)控制盒的功能裝設(shè)到當(dāng)前廣泛使用的便攜式無線調(diào)車燈顯設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)一臺(tái)設(shè)備、多種功能，由調(diào)車長保管，作業(yè)時(shí)在調(diào)車機(jī)司機(jī)操作臺(tái)上臨時(shí)安裝使用，作業(yè)完畢拆下、收回；試風(fēng)裝置主機(jī)由連結(jié)員保管，作業(yè)時(shí)由其安裝于調(diào)車列尾部最后一輛上，作業(yè)完畢收回。

需要特別指出的是，調(diào)車作業(yè)試風(fēng)裝置屬于室外通信設(shè)備，必須具備適應(yīng)惡劣環(huán)境下運(yùn)行的功能。

6 結(jié)束語

朔黃線管內(nèi)沒有駝峰設(shè)備，不進(jìn)行駝峰溜放作業(yè)，調(diào)車作業(yè)主要有列車編組、解體以及車輛摘掛、轉(zhuǎn)線、取送，在這些作業(yè)中，按規(guī)定試風(fēng)是卡控調(diào)車安全作業(yè)最為重要的環(huán)節(jié)，本裝置能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)車列尾部風(fēng)壓不間斷實(shí)時(shí)播放及調(diào)車列尾部一鍵放風(fēng)的智能化效果，徹底杜絕調(diào)車作業(yè)當(dāng)中的作業(yè)人員未確認(rèn)調(diào)車列整列貫通狀態(tài)而導(dǎo)致制動(dòng)力不足引發(fā)的調(diào)車相撞事故，徹底杜絕遇到緊急情況時(shí)作業(yè)人員緊急制動(dòng)閥操作不當(dāng)，無法及時(shí)停車引發(fā)的調(diào)車事故，優(yōu)化調(diào)車作業(yè)流程，減輕調(diào)車作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度，對保障生產(chǎn)安全具有很高的實(shí)用價(jià)值。

當(dāng)前，相比于行車設(shè)備更新?lián)Q代，逐步替代人工作業(yè)的前進(jìn)步伐，調(diào)車設(shè)備的發(fā)展還相當(dāng)滯后，調(diào)車設(shè)備領(lǐng)域的發(fā)展空間巨大，諸如，眼下性能日臻完備的可視通話、GPS 定位、雷達(dá)測速及測距等新技術(shù)相信在不久的將來會(huì)在調(diào)車設(shè)備領(lǐng)域中得到廣泛使用。屆時(shí)，調(diào)車作業(yè)試風(fēng)裝置可以與這些新技術(shù)進(jìn)行有效融合，綜合研發(fā)，設(shè)計(jì)出功能更為強(qiáng)大，可以完全替代人工進(jìn)行調(diào)車作業(yè)的先進(jìn)設(shè)備，為朔黃鐵路調(diào)車作業(yè)安全高效開展，提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)保障。