司機控制器“警惕裝置”優化設計

鄭勇濤

（西安沙爾特寶電氣有限公司，710048，西安∥工程師）

司機控制器“警惕裝置”優化設計

鄭勇濤

（西安沙爾特寶電氣有限公司，710048，西安∥工程師）

“警惕裝置”是為防止司機在行車過程中的意外事件而設置。闡述了“警惕裝置”的功能，以及老式“警惕裝置”存在的問題及由此引發的故障。介紹了為解決此類問題進行設計優化的難點以及難點的處理方法、新式“警惕裝置”的優點。新式“警惕裝置”經過各類測試，功能良好，已應用于北京、上海、深圳等城市軌道交通列車的司機控制器上。

司機控制器；警惕裝置；優化設計

Author'saddressXi'an Schaltbau Electric Co.，Ltd.，710048，Xi'an，China

隨著城市軌道交通的發展，操作地鐵、輕軌運行的司機控制器被賦予越來越多的功能。為了便于司機進行操作，提高列車運行的可靠性，防止司機在行車過程中的意外事件（睡覺、突發疾病等）發生，所設置的“警惕裝置”也被集成在司機控制器的“控制手柄”上。司機在行車過程中按照系統設定，每隔一段時間必須觸擊和釋放一次“警惕裝置”，通過觸發接通或者分斷“警惕裝置”中“觸頭”向系統微機反饋開關量通斷信號；如果超過設定時間未反饋信號，或者一直觸發接通“觸頭”，則系統微機會報警；在報警后若仍未在規定時間內進行信號的反饋，則系統會認為司機有異常，從而觸發“緊急制動”功能，此時列車會停止下來。

1 老式“警惕裝置”及問題分析

早期集成在司機控制器控制手柄上的“警惕裝置”的結構形式，最常用的是控制手柄上下兩個半球形式，其結構主要由6個部分組成（見圖1）。

圖1 老式警惕裝置示意圖

其中“控制手柄Ⅰ”和“控制手柄 Ⅱ”是以螺紋形分別安裝在“實心軸”和“空心軸”上的。在安裝時，螺紋部分添加螺紋膠。安裝完成后，“控制手柄Ⅰ”和“控制手柄Ⅱ”是不能自由轉動的。

操作時，司機按下“控制手柄 Ⅰ”則會帶動“實心軸”向下移動，此時安裝在“實心軸”下方的“觸頭”會被觸發接通；放開“控制手柄 Ⅰ”則其在“復位彈簧”的作用下，向上運動，恢復到自然狀態，此時“實心軸”下方的“觸頭”會分斷。“觸頭”的接通或分斷，給予微機系統開關量信號，從而實現“警惕”功能。

老式的“警惕裝置”，由于“控制手柄 Ⅰ”和“控制手柄Ⅱ”在安裝完成后不能自由轉動，而司機在行車過程中，手又會不自禁地旋轉和摩擦這兩個控制手柄，長此以往，則有可能會造成起緊固作用的“螺紋膠”失效，導致這兩個控制手柄能夠擰動。一旦“控制手柄Ⅰ”和“控制手柄Ⅱ”轉動，會造成兩者之間的行程變小，進而會導致“觸頭”不能夠正常的動作，此時，“警惕裝置”失效。

由于“警惕裝置”失效會直接導致列車不能運行，而司機不自禁地旋轉、摩擦兩個控制手柄的行為也無法進行要求，更無法杜絕，因此，設計一種符合人體工程、控制手柄能夠自由轉動的“警惕裝置”就成為優化“警惕裝置”結構的重點。

2 “警惕裝置”的優化設計

2.1 問題

在“警惕裝置”的結構優化設計中要解決以下幾個問題。

（1）由于司機已經熟悉了既有的“警惕裝置”，因此“控制手柄Ⅰ”和“控制手柄Ⅱ”的外形不能變化；“觸頭”的行程直接導致“警惕裝置”的行程這個行程不能有所變化。因此，在“警惕裝置”的外形和“行程”均被確定的情況下，方案設計就受到很大的限制。

（2）“控制手柄 Ⅰ”和“控制手柄Ⅱ”在安裝完成后，如何實現自由轉動，而且這種轉動還不會造成兩個手柄的脫落。

（3）在既定的空間內要能可靠且方便地安裝和拆卸“控制手柄Ⅰ”和“控制手柄Ⅱ”。

針對這些問題，首先可以確定的是新型“警惕裝置”的外形——依然沿用老式“警惕裝置”中“控制手柄Ⅰ”和“控制手柄Ⅱ”的外形；其次，為了保證新型“警惕裝置”在安裝完成后，兩個控制手柄能夠自由轉動，則“空心軸”和“實心軸”與兩個手柄之間的配合必須是“光孔”和“光軸”的配合；但是“光孔”和“光軸”之間的配合無法滿足控制手柄安裝牢固不脫落問題，為解決這個問題，就需要將兩個控制手柄都設計成分體結構。在這個思路下，進行新型“警惕裝置”的設計。

2.2 “警惕裝置”下半部分的功能和安裝

如圖2所示，“控制手柄Ⅱ”的外形輪廓不變，內腔設計為臺階通孔，以便于往“空心軸”上安裝。

圖2 控制手柄Ⅱ、下緊固套、空心軸示意圖

將“控制手柄Ⅱ”安裝在“空心軸”上，“空心軸”上的“軸肩2”限制“控制手柄Ⅱ”向下的位置。由于兩個零件是“光孔”和“光軸”配合，因此，“控制手柄Ⅱ”能夠在“空心軸”上靈活自由地轉動。

然后將“下緊固套”的“螺紋孔”擰在“空心軸”的“螺紋軸”上。利用“下緊固套”上的“安裝槽口”將其擰緊直到壓在“空心軸”的“軸肩1”上（見圖3）。組裝完成后，由于“下緊固套”是壓在“空心軸”的軸肩上，雖和“控制手柄 Ⅱ”之間不直接接觸（有間隙），但限制了“控制手柄Ⅱ”向上的位置。

圖3 下緊固套、控制手柄Ⅱ和空心軸組裝示意圖

因此，“控制手柄 Ⅱ”能夠在“空心軸”上“軸肩2”和“下緊固套”之間的區域靈活自由地轉動，但是不能取出。這樣，就實現了“警惕裝置”下半部分設計優化的目的——“警惕裝置”下半部分“控制手柄Ⅱ”能在“空心軸”上靈活自由轉動，但是不會脫落。

2.3 “警惕裝置”上半部分功能和安裝

如圖4所示，“控制手柄I”的外形輪廓不變，內腔設計成臺階盲孔，以便于安裝“上緊固套”。將“上緊固套”裝入“控制手柄Ⅰ”中，然后加入“鋼絲擋圈”（見圖5），此時“上緊固套”不能從“控制手柄Ⅰ”中取出。

圖4 控制手柄Ⅰ、上緊固套、實心軸示意圖

圖5 控制手柄Ⅰ、上緊固套、鋼絲擋圈組裝示意圖

“控制手柄 Ⅰ”和“上緊固套”配合采用“光孔”和“光軸”形式，組裝完成后，“控制手柄Ⅰ”在“上緊固套”上能夠靈活自由地轉動。

此時，如何將“控制手柄 Ⅰ、上緊固套、鋼絲擋圈”組裝件安裝在“實心軸”上則是個關鍵。因為，如圖7所示，“警惕裝置”組裝完成后行程處的空間只有4 mm，在這4 mm的空間內，任何常見的工具都不能使用。于是，設計一種用于安裝和拆卸的專用工具就是唯一途徑。在這種要求下，按照行程處的空間情況，設計出專用的扳手（見圖6）。

圖6 專用扳手示意圖

圖7 新型警惕裝置示意圖

解決了安裝工具的問題，將“控制手柄 Ⅰ、上緊固套、鋼絲擋圈”組裝件上“上緊固套”中“螺紋孔”和“實心軸”上“螺紋軸”進行配合安裝，利用專用工具上的“凸臺”和“上緊固套”上的“安裝槽口”將其緊固在“空心軸”上。

3 結語

整個新型“警惕裝置”安裝完成后如圖7所示。該新型“警惕裝置”的“控制手柄 Ⅰ”和“控制手柄Ⅱ”都能夠自由靈活的轉動，解決了司機不自禁轉動、摩擦兩個手柄導致“警惕裝置”失效的問題；在不使用專用工具的情況下，也不能將兩個手柄拆下，避免了人為原因導致兩個手柄脫落的情況；并且其外觀和行程都和老式“警惕裝置”保持一致，完成了優化設計的目的。

新式“警惕裝置”在設計完成后，經過各類測試功能良好。現在已經成功地應用在北京、上海、深圳、廣州、重慶、沈陽、西安、杭州、寧波、無錫、蘇州等大中城市的軌道交通列車的司機控制器上，反映效果良好。新式“警惕裝置”將是司機控制器“警惕裝置”的主要形式。

［1］ GB/T 21413.1—2008鐵路應用機車車輛電氣設備一般使用條件和通用規則［S］.

［2］ 辛一行.現代機械設備設計手冊［M］.北京：北京機械工業出版社，1996.

Optimum Design of“Alarm Device”for Master Controller

Zheng Yongtao

A so-called“Alarm Device”is installed to prevent incidents caused by drivers in train operation.The functions of“Alarm Device”，the disadvantages of old“A-larm Device”and the relevant failures caused by the disadvantages are described.Some difficulties in optimum design and solutions and the advantages of new type device are introduce，which has passed many tests and proves to have good performance.The new“Alarm Device”has been applied in master controller of rail transit vehicles in Beijing，Shanghai，Shenzhen and other cities.

master controller；alarm device；optimum design

U 260.56

2014-03-11）