調車作業試風自動化裝置設計研究

樊笑棋，吳雨浩

（國能朔黃鐵路發展有限責任公司原平分公司，山西忻州 034100）

0 引言

隨著經濟的迅速發展，鐵路正在向高速鐵路、客貨專線方向發展，鐵路提速和運輸專線網絡化、數字化、智能化、綜合化的行車調度指揮系統需要高度可靠、高度安全、快速接入的自動化系統。在調車作業中，進行車輛制動系統的試風檢測確認調車列制動主管整列貫通狀態是調車作業中的關鍵環節，它可以有效防止調車作業中因關閉折角塞門開車引發的重大事故。實際生產中，作業人員不按規定試風引發的事故時有發生。時下鐵路科技迅猛發展，設備的可靠性已經遠遠超過了人的可靠性，應用新技術、新設備來保障安全已成為了不可逆轉的趨勢。研制適合調車作業試風操作、具備實時語音播送尾部風壓功能的專用裝置來取代調車作業中人工試風環節，在提高調車作業效率的同時，徹底杜絕調車作業中因關閉折角塞門開車引發的重大事故。

1 研究現狀

現調車作業簡易緊急制動閥是迫使調車行駛中的列車采取緊急制動的制動設備，當發生非正常情況時，調車列遠端連結員操縱緊急制動閥放風，致使調車列制動停車。

列尾裝置是鐵路重要的行車設備，具有標識列車尾部標志、檢測列車主管風壓狀態并進行自動語音提示、輔助排風制動等功能。列尾裝置的運用，改變了確認列車尾號來核實列車完整的辦法，對提高鐵路運輸組織工作效率，保證貨物列車的安全運行起到深遠的影響。目前，簡易緊急制動閥功能單一，只能起到放風制動作用；風壓表使用方式比較原始，受光線與天氣的因素影響較大，夜間或大風雨雪等惡劣天氣條件下使用存在諸多不便。

受此啟發，結合現場調車作業的經驗，設計一款功能類似列尾裝置的調車作業試風專用設備。

2 設計思路

通過對風壓表數值顯示方式進行技術創新，同時增加緊急制動閥功能，使之具備語音播報風壓數值、數據無線傳輸、使用手持終端發送放風操作指令等功能。在實際作業當中，連結員使用該設備后，可以通過收聽語音播報風壓數據進行試風；遇需要緊急停車情況時，使用手持終端排風制動，徹底改變當前調車作業通過人工確認車輛鞲鞴桿伸縮動作進行試風以及拉動放風閥進行制動的費時費力的作業現狀，徹底杜絕調車作業當中的作業人員未確認調車列整列貫通狀態而導致制動力不足引發的調車相撞事故以及遇到緊急情況時作業人員緊急制動閥操作不當，無法及時停車引發的調車事故，滿足了優化調車作業流程，減輕調車作業人員勞動強度的生產需求，踐行了科技保安全的理念。

3 設計內容

調車作業試風自動化裝置是通過語音播報調車列尾部風壓值進行試風操作，并采用無線通信方式，通過人工遠程控制調車列排風，實現緊急制動操作。

調車作業試風裝置由裝設于調車機駕駛室內的司機控制盒、安裝在調車列尾部的主機、主機天線及其手持終端組成。調車作業試風自動化裝置設計結構如圖1 所示。

圖1 調車作業試風自動化裝置設計結構

3.1 司機控制盒

司機控制盒由主控單元、LED 數碼管顯示、語音播送系統和“黑匣子”記錄系統組成，在機車駕駛室內裝設，與機車電臺設備相連。司機控制盒負責將作業指令進行編碼及解碼，機車電臺負責與調車列尾部主機之間進行指令的發送和接收。

調車作業試風裝置與調車機車之間根據通信方式的不同，可以是固定的一臺試風裝置對應一臺調車機車的“一對一”通信方式；也可以是試風裝置與調車機車之間隨機搭配的“一對多”“多對一”的通信方式。

通信關系建立后，司機依次按下控制盒的各個功能鍵就可以向主機發出各種數字編碼指令，主機接收并執行，同時將結果以數字編碼的形式回示機車，由控制盒解碼后通過控制盒內的語音播送設備與LED 數碼管顯示設備以語音播放和數碼顯示的方式提示司機；控制盒內的“黑匣子”通過對作業數據的記錄，來實現對整個作業過程的記錄，由此達到再現調車作業試風裝置作業全過程的目的。

3.2 試風主機

調車作業試風自動化裝置主機結構如圖2 所示。

圖2 調車作業試風自動化裝置主機結構

調車作業試風自動化裝置主機有主板，可實現對外設模塊進行自檢、具有數據存儲功能并實時記錄主機的運行使用情況、可靠并及時地控制電磁閥開啟和關閉；無線收發模塊同手持端，采用433 MHz 通信模塊，具有雙工通信，可設置多信道，能避免多設備之間的相互干擾且能及時的響應命令；風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構設計；電池單元采用通用式18650 電池組，根據使用時間的要求，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。

調車作業試風自動化裝置主機各部分之間是通過主機殼、支架、排線等配件來實現主機內部機械結構與電氣聯鎖上的連接。主體結構與尾部風管連接采用全鋁件，在增加強度同時加強了對主板的抗干擾性能。

3.3 手持操作終端

調車作業試風自動化裝置主機有顯示單元，為了保證手持終端足夠長的工作時間，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手持終端的大腦，需要完成語音壓縮、數據鏈路協議控制、界面實時刷新等各種復雜的工作，需擁有強大的運算能力；通信無線收發模塊，采用433 MHz 通信模塊，具有雙工通信，可設置多信道，能避免多設備之間的相互干擾且能及時的響應命令；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，根據使用時間的要求，組合不同容量的電池組，使其滿足使用要求。

3.4 附屬設備

調車作業試風自動化裝置的附屬設備中，主機電池需要與充電器配套且型號一致；置號器用于由調車作業人員將調車機的機車號碼輸入到主機中，使調車機車與試風裝置之間建立起通信關系。

4 工作原理

調車作業中，調車機與試風裝置之間建立起“一對一”通信關系后，調車機乘務員操作機車上的司機控制盒，發出檢測尾部風壓等數字編碼指令；經試風裝置主機天線接收并進行高頻解調，解調后的信號進入主控板，通過其識別后執行相應的指令，如讀取尾部風壓數據等，并把執行的結果以數字編碼和語音的形式向機車乘務員與調車作業人員播送提示。

列車尾部控制監測端與調車列尾部車輛風管連結后，若調車列整列貫通良好，則列車尾部控制監測端中的風壓表通過風壓傳感器，風壓數值變成語音播報出來，連結員通過聽取語音讀數來判斷調車列試風情況；若列車尾部控制監測端未發出語音讀數，則說明調車列尾部未進行充風、無風壓值，需要人工對整個調車列的軟管連結與車輛折角塞門情況進行檢查。

試風良好后，調車列起動，開始作業。列車尾部控制監測端的閃光燈發出紅色光線，起到警示作用。遇到緊急情況，調車列必須停車時，連結員按下手持端放風按鈕手持終端以無線傳輸形式向列車尾部控制監測端發布命令，列車尾部控制監測端迅速排風，調車列制動停車。

5 調車作業試風裝置在實際生產中的應用設想

調車作業試風裝置的司機控制盒可以裝設在機車駕駛室內，固定在調車機車上；試風裝置的主機隨車攜帶，由調車乘務員保管，作業時交于調車作業人員，作業完畢交還司機，雙方履行主機交接簽認手續，與當前朔黃線列尾的使用方式一致。也可以通過合理設計將司機控制盒的功能裝設到當前廣泛使用的便攜式無線調車燈顯設備中，實現一臺設備、多種功能，由調車長保管，作業時在調車機司機操作臺上臨時安裝使用，作業完畢拆下、收回；試風裝置主機由連結員保管，作業時由其安裝于調車列尾部最后一輛上，作業完畢收回。

需要特別指出的是，調車作業試風裝置屬于室外通信設備，必須具備適應惡劣環境下運行的功能。

6 結束語

朔黃線管內沒有駝峰設備，不進行駝峰溜放作業，調車作業主要有列車編組、解體以及車輛摘掛、轉線、取送，在這些作業中，按規定試風是卡控調車安全作業最為重要的環節，本裝置能夠實現調車列尾部風壓不間斷實時播放及調車列尾部一鍵放風的智能化效果，徹底杜絕調車作業當中的作業人員未確認調車列整列貫通狀態而導致制動力不足引發的調車相撞事故，徹底杜絕遇到緊急情況時作業人員緊急制動閥操作不當，無法及時停車引發的調車事故，優化調車作業流程，減輕調車作業人員勞動強度，對保障生產安全具有很高的實用價值。

當前，相比于行車設備更新換代，逐步替代人工作業的前進步伐，調車設備的發展還相當滯后，調車設備領域的發展空間巨大，諸如，眼下性能日臻完備的可視通話、GPS 定位、雷達測速及測距等新技術相信在不久的將來會在調車設備領域中得到廣泛使用。屆時，調車作業試風裝置可以與這些新技術進行有效融合，綜合研發，設計出功能更為強大，可以完全替代人工進行調車作業的先進設備，為朔黃鐵路調車作業安全高效開展，提供堅實的技術保障。