中央司機(jī)室機(jī)車的前部可視性研究

梅 明,杜先鵬,王 超

(中車株洲電力機(jī)車有限公司,湖南 株洲 412001)

0 引言

中央司機(jī)室機(jī)車是干線鐵路應(yīng)用廣泛的一類調(diào)機(jī)機(jī)車,其司機(jī)室作為一個(gè)功能單元,承擔(dān)著列車的監(jiān)視、操控、反饋和指引功能。因此中央司機(jī)室良好的前部可視性是列車運(yùn)行安全的重要保障,是駕駛員操控安全、可靠、舒適和通信及時(shí)的基礎(chǔ)。目前機(jī)車前部視野的研究大部分集中在司機(jī)室縱向端部,主要對司機(jī)室中立柱和側(cè)立柱在擋風(fēng)玻璃形成的視野盲區(qū)進(jìn)行相關(guān)研究[1-3]。國外標(biāo)準(zhǔn)UIC 651—2002《機(jī)車、有軌電車、動(dòng)車組、驅(qū)動(dòng)拖車的司機(jī)室布置》、EN 16186-1—2015《鐵路應(yīng)用—駕駛室—第1部分:人體測量學(xué)數(shù)據(jù)與能見度》和國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)GB 5914.1—2000《機(jī)車司機(jī)室瞭望條件》只提到了司機(jī)室位于機(jī)車縱向端部的前部視野分析方法,缺乏對中央司機(jī)室機(jī)車前部視野分析的準(zhǔn)確定義和判定方法,未提出司機(jī)室前部視野對機(jī)械間輪廓大小及位置的要求。中央司機(jī)室機(jī)車在行車過程中,機(jī)械間在前方擋風(fēng)玻璃形成的視野盲區(qū)影響駕駛員對軌道低信號的可視性,不利于駕駛員的瞭望作業(yè)。

因此,合理設(shè)計(jì)中央司機(jī)室機(jī)車的前部視野盲區(qū)和正確操作擋風(fēng)玻璃清潔設(shè)備以確保駕駛員具有清晰、無障礙的視線,對機(jī)車運(yùn)行安全有重要意義。

1 前部可視性計(jì)算

獲取前部信息作為駕駛?cè)蝿?wù)之一,中央司機(jī)室的設(shè)計(jì)應(yīng)確保駕駛員可觀察到前部信息,防止受到前部視線的干擾。司機(jī)室前窗一般安裝有前遮陽簾,防止太陽光和來自迎面行駛列車的反光、車燈照射對駕駛員觀察前部標(biāo)志、信號和其他可視化信息造成的不利影響。

擋風(fēng)玻璃清潔和清洗裝置的位置、類型和操作能確保駕駛員在大多數(shù)天氣和運(yùn)行條件下清楚地觀察前部環(huán)境,同時(shí)不妨礙駕駛員的前部視線。司機(jī)室設(shè)計(jì)保證了駕駛員在駕駛座位上視線清晰、不受阻,能區(qū)別軌道左右兩側(cè)的固定信號。

司機(jī)室的布置允許駕駛員可以坐著或站立進(jìn)行瞭望和操作,現(xiàn)以滿足“一帶一路”歐洲區(qū)域多國運(yùn)用要求的匈牙利調(diào)車機(jī)車示例前部可視性的計(jì)算。

1.1 機(jī)車垂直基準(zhǔn)位置計(jì)算

車輛相對于軌道的參考位置按照UIC 651—2002標(biāo)準(zhǔn)中第3.2.1條款要求。

水平位置:在直道路線上,機(jī)車的縱向軸線應(yīng)與軌道中心線重合。在曲率半徑不小于300 m的彎道路線上,機(jī)車應(yīng)處在其縱向軸線中點(diǎn)與曲線半徑相垂直的位置。

垂直位置:機(jī)車處于半磨耗車輪狀態(tài)并載有2/3的全整備重量。

根據(jù)整車稱重提供數(shù)據(jù),空載工況和滿載工況重量差值Md=2.1 t。

因此,由于空載和滿載重量差引起的一、二系簧綜合高度差H1=Hsd+Hpd=8.3 mm。

已知,車輪的全磨耗H2=40 mm;新輪、正常負(fù)載情況下,底架上平面高度H3=1 440 mm。

1.2 駕駛員眼高計(jì)算

駕駛員座椅在垂直方向上的高度調(diào)節(jié)量為80 mm,水平方向調(diào)節(jié)量為210 mm。當(dāng)駕駛員坐在座椅上時(shí),座椅SIP點(diǎn)(在座椅中心平面上,同靠背面相切的垂線與坐墊表面的交點(diǎn))的高度可以在E1min=355 mm至E1max=435 mm的范圍調(diào)節(jié)。座椅安裝座距司機(jī)室地板的高度E2=275 mm,根據(jù)座椅SIP點(diǎn)和SRP點(diǎn)(人體軀干線與大腿中心的鉸接交點(diǎn))之間的換算關(guān)系,SRP點(diǎn)與SIP點(diǎn)的高度差E3=-90 mm。

故座椅的SRP高度的最低點(diǎn)Emin=E1min+E3+E2=540 mm;座椅SRP高度的最高點(diǎn)Emax=E1max+E3+E2=620 mm。

駕駛臺設(shè)置一個(gè)高度可調(diào)節(jié)的腳踏,高度調(diào)節(jié)量最少為80 mm。

駕駛員坐姿眼高:Pmin=740+Emax=1 360 mm;Pmax=855+Emax=1 475 mm。

駕駛員站姿駕駛時(shí),向上方向的可見范圍可以因窗的上沿而縮小,但窗的上沿高度符合UIC 651—2002標(biāo)準(zhǔn)中第2.7.2條款中規(guī)定的最小距離1 800 mm。

由于遮陽簾最底部距地板高度為1 857 mm,當(dāng)最高駕駛員在站立駕駛位置觀察高信號會(huì)被遮陽簾遮擋,故為了觀察高信號,需要將最高駕駛員眼點(diǎn)位置降低至1 694 mm。

駕駛員站姿眼高:Pmax=1 694 mm,Pmin=1 530 mm。

駕駛員眼點(diǎn)的參考面位置如圖2所示。

表1 尺寸說明

1.3 視野條件計(jì)算

在高信號和緩沖器前端平面間距不小于10 m的距離處,駕駛員看到位于軌道中心兩側(cè)2.5 m且高度在軌面上方6.3 m位置的高信號。在低信號和緩沖器前表面之間距離不小于15 m的距離處,駕駛員看到位于軌道中心兩側(cè)距離1.75 m且高度在軌面位置的低信號。

機(jī)車運(yùn)行考慮沿平直軌道和曲率半徑不小于300 m彎道的情況,信號的視野條件如圖3所示。

對于中央司機(jī)室機(jī)車,駕駛員可以在司機(jī)室內(nèi)移動(dòng)至多個(gè)不同的位置,以確保低信號的可視性。由于觀察左低信號的視線被前方機(jī)械間阻擋,因此需要移至司機(jī)室門去觀察左低信號。

1.4 機(jī)械間輪廓對駕駛員視野影響

假設(shè)最低駕駛員在坐姿狀態(tài)下能直視前方,機(jī)械間距司機(jī)室地板的高度H須滿足以下要求:當(dāng)駕駛員腳踏的高度可調(diào)時(shí),根據(jù)UIC 651—2002標(biāo)準(zhǔn)附錄F.2,1 390 mm≤H≤1 490 mm。

綜上,最低駕駛員在坐姿狀態(tài)下能直視前方信號,機(jī)械間距司機(jī)室地板高度H應(yīng)滿足H≤1 490 mm。

駕駛員在觀察前方低信號時(shí),機(jī)械間輪廓在擋風(fēng)玻璃形成的視野盲區(qū)為梯形,故駕駛員在擋風(fēng)玻璃的可視區(qū)域受到機(jī)械間輪廓的限制。當(dāng)機(jī)車沿平直軌道、曲率半徑為300 m的左彎道和曲率半徑為300 m右彎道運(yùn)行時(shí),機(jī)械間輪廓在擋風(fēng)玻璃形成的梯形視野盲區(qū)位置是不同的。故可考慮在駕駛員座椅增加左右調(diào)節(jié)功能來消除機(jī)械間寬度W值過大對駕駛員視野的影響。

機(jī)械間輪廓對駕駛員視野影響示意見圖5。

雖然距離緩沖器前端10 m處的前方左側(cè)低信號受機(jī)械間輪廓限制而被遮擋。但機(jī)車運(yùn)行時(shí),前方左側(cè)信號的可視性是由遠(yuǎn)及近,距離越近越不易被觀察到。

綜上,機(jī)械間輪廓對左側(cè)低信號的可視性影響須深入評估,以確保機(jī)車運(yùn)行的安全。以機(jī)械間前端截面輪廓為邊界,駕駛員所能觀測到的前方左側(cè)區(qū)域,可作為輔助觀測區(qū)域。

1.5 前窗視野區(qū)域分析

考慮機(jī)械間輪廓在擋風(fēng)玻璃形成的視野盲區(qū),前窗視野區(qū)域如圖6所示。

由圖6可知:駕駛員可觀測到軌道左側(cè)高信號、右側(cè)高信號和右側(cè)低信號,但不能觀測軌道左側(cè)低信號。

因此為了觀察左側(cè)低信號,允許駕駛員移動(dòng)至司機(jī)室門的位置進(jìn)行觀測,如圖7所示。

1.6 座椅左右調(diào)節(jié)對視野盲區(qū)影響分析

從圖6可知,機(jī)車運(yùn)行在曲率半徑為300 m的左彎道時(shí),機(jī)械間輪廓在擋風(fēng)玻璃形成的視野盲區(qū)最大。當(dāng)機(jī)車在該彎道運(yùn)行,駕駛員處于坐姿狀態(tài)時(shí),座椅的左右調(diào)節(jié)功能對駕駛員視野的影響如圖8所示。

從圖8可知,機(jī)車在曲率半徑為300 m的左彎道運(yùn)行時(shí),駕駛員座椅向右側(cè)移動(dòng)可以有效減小機(jī)械間輪廓在擋風(fēng)玻璃形成的視野盲區(qū)。

2 刮雨器刮刷面積

刮雨器是擋風(fēng)玻璃清潔設(shè)備的重要組成部分,對機(jī)車運(yùn)行安全具有重要的作用[4]。刮雨器的刮刷面積取決于刮雨器的安裝位置及其結(jié)構(gòu)參數(shù)。刮雨器刮刷范圍是評價(jià)前部視野清晰性的重要依據(jù)。刮雨器刮刷面積如圖9所示。

駕駛員視野區(qū)的面積是347 810 mm2,刮雨器覆蓋的面積是295 140 mm2,故刮雨器可覆蓋駕駛員視野區(qū)域的84.86%。刮刷區(qū)域滿足EN 16186-1標(biāo)準(zhǔn)中“至少能覆蓋80%的視野區(qū)域”的要求。

3 擋風(fēng)玻璃性能

擋風(fēng)玻璃的大小、位置對機(jī)車前部視野有直接的影響[5]。擋風(fēng)玻璃的視野分區(qū)須滿足駕駛員在機(jī)車運(yùn)行過程中的瞭望要求[6]。

擋風(fēng)玻璃通過粘接安裝在司機(jī)室前墻上,為駕駛員提供視野條件。擋風(fēng)玻璃采用多層安全玻璃,內(nèi)層有加熱電阻絲,即使在單個(gè)加熱絲損壞時(shí),也能確保整個(gè)平面效率,并配有溫控裝置以防止玻璃加熱裝置過載和過熱。玻璃加熱范圍根據(jù)UIC 651標(biāo)準(zhǔn)中視野區(qū)計(jì)算來確定。

擋風(fēng)玻璃各項(xiàng)性能滿足EN 15152標(biāo)準(zhǔn)要求,其中抗沖擊性能滿足300 km/h的鋁彈沖擊。光學(xué)色度試驗(yàn)按EN 15152標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行,其中色度檢查包括紅色、黃色光源等。

擋風(fēng)玻璃由夾層安全玻璃黏合制成[7],具體為8 mm玻璃+5.32PVB+4 mm玻璃+3.22 mm防飛濺膜,防飛濺膜位于司機(jī)室內(nèi)側(cè),玻璃表面無其他表面處理。加熱絲經(jīng)過碾壓黏合被安置在夾層玻璃隔層的塑膠薄膜里。

擋風(fēng)玻璃內(nèi)層設(shè)置加熱電阻絲,加熱功率700 W/m2。玻璃配有溫控裝置,當(dāng)達(dá)到27 ℃斷電,低于15 ℃通電加熱。同時(shí)駕駛員可以通過開關(guān)手動(dòng)對擋風(fēng)玻璃進(jìn)行加熱。

4 擋風(fēng)玻璃清潔設(shè)備

擋風(fēng)玻璃的清潔設(shè)備須確保駕駛員在大多數(shù)天氣和運(yùn)行條件下清楚地觀察前部環(huán)境,故司機(jī)室前端安裝刮雨器、具有加熱功能的擋風(fēng)玻璃和具有輔助除霧除霜功能的司機(jī)室空調(diào)。

擋風(fēng)玻璃清潔設(shè)備如圖10所示。

當(dāng)下，信息化技術(shù)得到迅速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了國有資產(chǎn)的動(dòng)態(tài)化管理，并且為信息共享提供了極大的便利。但是存在一些事業(yè)單位，構(gòu)建信息系統(tǒng)時(shí)，還處于初步探究階段，這與資產(chǎn)全過程動(dòng)態(tài)監(jiān)督和管理需求之間不相適應(yīng)，引發(fā)了較為嚴(yán)重的資產(chǎn)配置和存量資產(chǎn)管理不符現(xiàn)象，財(cái)政部門以及相關(guān)單位之間缺乏有效溝通渠道，這也在較大程度上降低了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，同時(shí)導(dǎo)致預(yù)算編審科學(xué)性降低。

圖1 機(jī)車瞭望時(shí)的垂直基準(zhǔn)位置

圖2 駕駛員眼點(diǎn)的參考面位置

圖3 信號的視野條件

圖4 機(jī)械間輪廓

圖5 機(jī)械間輪廓對駕駛員視野的影響

圖6 司機(jī)室前窗視野區(qū)域

圖7 左側(cè)低信號的瞭望

圖8 座椅左右調(diào)節(jié)對駕駛員視野的影響

圖9 刮雨器刮刷面積示意圖

圖10 擋風(fēng)玻璃清潔設(shè)備

刮雨器的刮刷頻率可調(diào)節(jié),最高速度為(48±5)次/min。洗滌液能噴射到目標(biāo)位置,且軟管不會(huì)發(fā)生泄漏和脫落等現(xiàn)象。刮雨器的停放位置須位于玻璃的加熱區(qū)域內(nèi)。

機(jī)車配置一臺空調(diào),空調(diào)機(jī)組為冷暖空調(diào),為司機(jī)室提供舒適的環(huán)境?？照{(diào)通風(fēng)系統(tǒng)有2個(gè)獨(dú)立的空氣支路:空氣處理系統(tǒng)和壓縮冷凝系統(tǒng),即通常所說的室內(nèi)空氣循環(huán)和室外空氣循環(huán)。空調(diào)控制屏上設(shè)有3個(gè)擋位的風(fēng)速選擇。司機(jī)室駕駛臺靠近前窗處設(shè)有出風(fēng)口噴嘴,出風(fēng)口噴嘴均可開、關(guān)和360°旋轉(zhuǎn)。

刮雨器、擋風(fēng)玻璃電阻絲和空調(diào)系統(tǒng)共同組成擋風(fēng)玻璃的清潔設(shè)備,駕駛員通過正確操作駕駛設(shè)備可實(shí)現(xiàn)除冰、除濕、除雨、除冷凝和除霧的功能。

5 實(shí)現(xiàn)擋風(fēng)玻璃功能的操作

5.1 除冰操作

駕駛員操作擋風(fēng)玻璃加熱開關(guān)和空調(diào)控制面板,將擋風(fēng)玻璃加熱電阻絲和司機(jī)室空調(diào)開啟,直至擋風(fēng)玻璃可見區(qū)域的冰完全除盡。

當(dāng)除冰過程結(jié)束后,啟動(dòng)刮雨器去除水膜。

5.2 除濕雪操作

1)車輛停放時(shí)落雪的情況。駕駛室應(yīng)處于待機(jī)模式或正常停機(jī)模式,任何情況下?lián)躏L(fēng)玻璃加熱電阻絲都應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)。應(yīng)在刮雨器開啟的狀態(tài)下除濕雪。在除濕雪期間出現(xiàn)狀況時(shí),可以打開擋風(fēng)玻璃加熱電阻絲以加速除雪,或者盡可能機(jī)械地移除積雪。

2)落雪期間,車輛在軌道上的情況。司機(jī)室應(yīng)處于“正常模式”(空調(diào)開啟),開啟刮雨器選擇模式開關(guān)、噴淋按鈕,刮雨器開始工作。打開擋風(fēng)玻璃加熱電阻絲以加速除雪,或者盡可能機(jī)械地移除積雪。

5.3 除雨操作

空調(diào)應(yīng)處于運(yùn)行狀態(tài)。

刮雨器的所有設(shè)備都能單獨(dú)使用,并可提高刮刷的速度。

5.4 除冷凝操作

將司機(jī)室空調(diào)開啟。如果發(fā)生冷凝現(xiàn)象,采用糾正措施(如通過窗加熱、風(fēng)扇、窗戶上的通風(fēng)口進(jìn)行調(diào)節(jié)),直至擋風(fēng)玻璃達(dá)到完全的可見度。

5.5 除霧操作

將司機(jī)室空調(diào)開啟。在此期間,檢查司機(jī)室擋風(fēng)玻璃和車窗是否有霧。如果產(chǎn)生霧氣,應(yīng)采取糾正措施(如通過窗加熱、風(fēng)扇、窗戶上的通風(fēng)口進(jìn)行調(diào)節(jié)),直至達(dá)到完全的可見度。

6 結(jié)論

文中提出了中央司機(jī)室機(jī)車前部視野盲區(qū)的概念,建立了匈牙利調(diào)車機(jī)車視野盲區(qū)計(jì)算方法。機(jī)械間前端截面輪廓影響前方左側(cè)可視區(qū)域,左側(cè)可視性可作為輔助觀測功能,故合理控制機(jī)械間輪廓大小及位置對機(jī)車運(yùn)行安全具有重要意義。機(jī)械間輪廓對駕駛員視野的影響主要集中在低信號,為了減小機(jī)械間輪廓在擋風(fēng)玻璃形成的視野盲區(qū),增加座椅左右向調(diào)節(jié)功能可有效減小視野盲區(qū),有利于駕駛員的瞭望作業(yè)。同時(shí)正確操作駕駛設(shè)備來實(shí)現(xiàn)擋風(fēng)玻璃的除冰、除濕、除雨、除冷凝和除霧,可確保駕駛員能夠保持清晰的前部視野。