叉車防站臺跌落智能報警裝置的研制

陸 磊 中國鐵路上海局集團有限公司蚌埠貨運中心

叉車防站臺跌落智能報警裝置是一種直接安裝在叉車上的防跌落站臺報警裝置。當叉車作業距離站臺邊緣或障礙物很近時有跌落站臺或撞上障礙物的危險，叉車防站臺跌落智能報警裝置可自動檢測、判斷并發出報警，提醒叉車司機采取措施，確保叉車作業安全。

1 研制叉車防跌落智能報警裝置意義

叉車是鐵路貨場必不可少的機械設備，主要用于火車、汽車貨物裝卸，貨位貨物堆碼。近年來，運輸市場的快速發展，運量急劇增加，加之叉車具有起重量大、操作便捷、移動速度快等優點，叉車的使用越來越廣泛。鐵路貨運運輸的集裝化發展趨勢，以及快速、優質裝卸服務要求，貨場叉車等機械裝卸作業逐漸替代傳統落后的人力裝卸。

鐵路貨物運輸裝卸作業需要將貨物從車輛卸到站臺或從站臺搬運到車輛上，而叉車在站臺作業會經常性靠近站臺邊緣。由于站臺與鐵軌或道路側有1.1 m的高度差，一旦叉車在前進或倒退時邊緣距離估計錯誤，就會發生墜落站臺的事故，嚴重時會造成機毀人亡的重大事故。這類事故在鐵路貨場內已多次發生，并且造成了不可挽回的財產損失和人身傷亡。

研制叉車站臺防跌落的智能報警裝置，通過叉車在站臺作業時可以自動檢測叉車靠近站臺邊緣或障礙物的距離，當叉車離站臺邊緣或障礙物達到安全距離時，發出報警，提醒叉車司機立即轉向或停止運行，從而避免事故的發生。

2 叉車防跌落智能報警裝置原理及功能

（1）組成：本裝置由測距傳感器、信號放大電路、CPU控制模塊和聲光報警器四部分組成。

（2）工作原理：測距傳感器采用超聲波、激光傳感綜合測量技術，測量叉車與站臺邊緣距離的電壓信號，經信號放大電路放大，放大后的信號由CPU控制模塊進行分析、計算、判斷，得出叉車是否接近站臺邊緣的結論，滿足設置的報警條件時，由報警裝置發出聲光報警信號。系統工作原理框圖如圖1所示。

圖1 工作原理框圖

（3）主要功能：本裝置可自動檢測叉車四周是否有障礙物，是否已經靠近站臺邊緣；當叉車一側離站臺邊緣小于指定的距離時，可以自動判斷并發出強烈的報警聲響；同時增設的叉車頂部傳感器還能排除誤報的可能，增加報警可靠性。

3 技術方案

（1）測距傳感器：測距傳感器為專門設計的一種超聲波和激光復合型測距傳感器，兩種原理的復合應用能夠解決設備安裝時的角度調整和測距需要。其中激光傳感器由激光器、激光檢測器和測量電路組成，它的優點是能實現無接觸遠距離測量，速度快，精度高，量程大，抗光、電干擾能力強等，在本技術方案中擔任定位作用，使安裝調試更為方便；超聲波測距傳感器是通過超聲波在空氣中傳播的時間計算測量距離，本項目中超聲波和激光傳感器是測量距離核心部件。

（2）CPU控制處理模塊：該模塊由愛特梅爾(ATMEGA)單片機ATMEGA8A-AU TQFP32產生40 kHz的頻率信號、超聲波傳感器、接收處理電路和1V～10V測量信號輸出等電路等構成。單片機是整個系統的核心部件，它協調和控制各部分電路的工作。單片機控制口發一個10 μs以上的高電平，就可以在接收口等待高電平輸出，一有輸出就可以開啟定時器計時，當輸出變為低電平時就可以讀定時器的值，此時就為此次測距的時間，從而計算出距離。如此不斷的周期測,即可以達到你移動測量的值。

（3）聲光報警模塊：將超聲波傳感器和單片機電壓識別模塊組合在一起，配上110 dB的高音報警音響喇叭，形成完整的檢測報警裝置。單片機處理模塊輸出相應的距離信號后，由智能識別電路進行距離比對，當滿足報警條件時，發出報警信號。

（4）安裝位置：本套裝置分別在叉車門架左、右前臂處、車頂、車尾部等安裝有四個測距傳感器，其中車輛頂部傳感器用于甄別車廂內外部環境，減少誤報警現象，其余三個測距傳感器均用于距離測量及墜落臨界狀況判斷。具體安裝位置見圖2。

圖2 檢測裝置(傳感器)安裝位置

4 該裝置研制開發過程及試行效果

2016年06月通過現場調研初步制定了項目實施方案，主要是通過激光測距傳感器垂直測量叉車距地面或軌面高度的方式，通過兩個月的攻關，完成了樣機試制，進而將樣機投入到蚌埠站南貨場進行試用測試。經過試用測試發現，激光傳感器在惡劣天氣或者站臺地面有水洼等情況下會有誤測和誤判情況發生，而且測量垂直高度的數學模型不夠可靠，不適用叉車進入火車車廂內部作業等情形，因此課題組針對該問題，對方案馬上進行了改進。首先，將原來的激光傳感器更換為激光、超聲波一體的復合測距傳感器，可靠性大大增加；其次，測量模型和安裝位置進行調整，改為特定角度斜向測量到軌面的距離，并同步修改變化閾值。最后，在叉車頂部增加一個測距傳感器，用以測量叉車在車廂內作業時，到車廂內頂面的距離，防止裝置誤報，對貨場工作人員工作造成誤報干擾。

2016年12月，上述改造完成，將樣機再次投入現場試用。經過試用后，現場反映該裝置體積過大，容易在作業過程中受到碰撞后損壞，而且線路布局不夠合理。課題組及時聽取用戶意見，對樣機體積及密封性進行了重新設計，最終將體積從原來的150 mm×120 mm×55 mm改為現在的58 mm×29 mm×21 mm，體積縮小至原來的1/30，同時將防水性能進一步提高，線路布局更加合理，安裝維護更為便捷。

本項目研發的報警裝置經過在現場長達一年的試用，目前的使用結果表明該裝置設計合理，環境適應性強，可在各種惡劣天氣和環境中使用，報警失誤率幾乎為零，完全能夠滿足現場安全保障的目的。

5 推廣前景

從鐵路推進現代物流建設的發展趨勢看，安全發展、協調發展、共享發展是貨運轉型發展的必然要求，加強安全風險管控能力是不可缺少的管理手段；叉車防站臺跌落智能報警裝置經過一年多的現場使用，證明其在現場安全預防中具有重要作用。從鐵路貨運安全的現狀看，叉車在鐵路貨場使用極為普遍，叉車的投入量逐年增加，上海局集團公司現有叉車約1 200臺，其存在可能發生的站臺安全風險也越來越大，可以預見該成果會在集團公司，甚至是總公司范圍內快速推廣，取得較好的經濟和社會安全效益。綜上所述，叉車防站臺跌落智能報警裝置推廣應用，將不斷提高鐵路貨運設備保安全的能力。