利用机车“防撞土挡装置”

实现调车信号监控装置自动控制的设想与研究

合肥机务段芜湖运用车间机车乘务员   黄仕军

摘要：为扼制调车作业闯“蓝灯”的惯性事故，笔者利用现有机车“防撞土挡装置”进行较少的改造，设计出防止冒进调车信号的“防冒装置”，以实现对调车信号的自动控制。

关键词：调车信号  监控装置  自动控制

引言：由于调车信号机多而且不易实现发码，在调车状态下，机车监控装置因无法接收地面调车信号机的信息进行自动控制，完全依靠“人”控，当乘务员疏忽未确认地面调车信号启动机车，就会发生冒进调车蓝灯信号，构成“挤”、“脱”“撞”等调车惯性事故，严重危及行车安全。笔者利用现有机车“防撞土挡装置”，设计出对调车信号进行监控装置的自停控制的调车作业防冒装置，以防止在调车作业时冒进调车信号。

⒈机车“防撞土挡装置”的基本原理及应用情况

 

防撞磁铁实图（图1）

防撞装置监控控制模式（图2）

机车“防撞土挡装置”在机车上的应用已有多年，目前，大部分大运转和调小机车上，都已安装了机车“防撞土挡装置”装置。机车“防撞土挡装置”结构简单，主要由地面设备和车载设备两部分组成，与机车监控装置相连接，采用预警（限速）—控制（绝对停车）的方式实现机车防撞土挡。

 

 

感应线圈实图（图3）

点式信号转换器（图4）

地面设备由3个安装在钢轨旁的永磁铁组成，在距土挡约 200米处、机车运行方向的左侧装有1个永磁铁（如图1），这是一个预警点，当调机的越过这个点后监控窗口限速下降，起到预警限速控制作用（图2中的磁铁1）；在距土挡约50米处装2个相距2－4米的永磁铁（图2中的磁铁2、3），这是绝对停车点，越过它，监控实施紧急制动起到绝对停车的作用（监控控制模式如图2）。车载设备主要有装在机车左1和右6动轮旁的感应线圈（如图3）、点式信号转换器（如图4）、防撞切除按键盘及与监控装置的连接线等组成。

 

根据防撞土挡监控控制模式，当监控装置在“调车状态”下，装在机车上的感应线圈与钢轨旁的防撞磁铁的相对速度大于等于1km/h时，感应线圈就会感应出大于3V的脉冲信号，通过点式信号转换器进行信号转换，再传输给监控装置。当监控装置收到一个点式信号，监控窗口限速下降到15km/h,提示司机控制速度，控速运行100米后，窗口限速下降到10km/h。当监控装置接收到两个连续的点式信号，监控装置立即采取紧急制动措施，以防止机车撞上土挡。当机车需要越过绝对停车点时，司机可以通过按下“防撞切除按键”，并控速3km/h以下越过。

机车“防撞土挡”装置结构、原理简单，性能可靠、维护工作少，通过几年的使用，机车乘务员都熟练掌握了其操作要领，大大减少了机车撞土挡事故。

⒉利用“防撞装置”设计“防冒装置”的基本原理

 

（图5）

根据机车“防撞土挡装置”的原理，只需对当前监控控制模式稍作修改，就可以实现对调车信号的“预警提示（控速）—自停防冒”控制功能，取名为“调车信号防冒装置”，其监控控制原理图及磁铁安装位置如图5所示。为实现调车信号的“预警提示—自停防冒”功能，需在每架调车信号机前方的钢轨旁设置3个磁铁装置，为区别防撞磁铁和便于进行理论分析，如原理图所示，将远离信号机的第一个具有预警功能的磁铁称为“预警磁铁”，第二、三个具有自停功能的两个磁铁取名为“防冒磁铁”。预警磁铁应安装在信号机前10米左右，以方便乘务员确认信号即可；防冒磁铁的安装位置，可根据信号机的实际情况来确定约2－5米左右，以保证在紧急制动时机车不挤岔为准。

 

⒉1预警功能的实现。预警磁铁采用与防撞磁铁一样的永磁铁，在距调车信号机约10米处安装一个永磁铁。当机车感应到一个预警信息，监控装置判断为预警信息，监控装置调用“请确认调车信号”的语音提示，司机通过按压监控[定标]键确认信号，监控装置在5S内接到[定标]信息后，自动取消窗口限速下降功能，仅起到提醒司机确认调车信号功能。如果司机未按压[定标]键确认信号，5S后窗口限速下降至15km/h,起到监控限速控制功能。

要实现调车模式下的预警提示功能，必须对现有的防撞土挡监控控制模式进行修改：

1为区别一个或两个点式信息的第一个信息，监控装置需设置是一个点式信息（预警信息）还是两个连续点式信息（防冒信息）的判断程序。当监控装置收到一个点式信息，首先启动距离判断程序，当走行距离大于防冒磁铁之间的设置距离（暂设1米，如果技术上能实现，距离越小越好）仍未收到第二个点式信息时判断为预警信息，启用预警模式。在1米内收到两个点式信息时，启用防冒模式。

 

（图6）

2监控判断接收到预警信息时，监控窗口限速不立即下降，先调用“请确认调车信号”的语音提示，司机须在5S内按压[定标]键或机车速度为0后，监控窗口限速不下降，否则，5S后监控窗口限速按常用制动模式下降至15km/h。

 

3监控装置在调车模式下，按压[定标]键，除具有“打点”记录功能，还需增设解除5S后监控窗口降速的功能和停车确认反弹监控限速功能。

4修改后的防撞土挡监控模式如图6所示。在调机进入尽头线时，越过磁铁1后，虽然窗口限速5S后才下降到15km/h,但由于磁铁1距土挡还有150－200米，并不影响土挡预警功能的实现。

 

（图7）

⒉2自停防冒功能的实现。两个防冒磁铁采用电磁铁，电磁铁的电源取自调车信号机的蓝灯、出站或进路信号的红灯（原理如图7），受信号电源的控制，当信号为关闭状态时，两个防冒磁铁产生磁场，机车越过时能接收到地面的防冒信息，直接实施紧急制动，起到绝对停车的作用；信号为白灯开放状态下，两个防冒磁铁因没有电源而未产生磁场，机车越过时不能感应出点式信息，不起自停作用，可以直接越过，从而实现了调车信号监控自动防护控制功能。

 

要实现调车模式下的自停防冒功能，需达到以下条件：

1电磁铁要具有良好的导磁性能，磁滞率、剩磁率应在规定的范围内，否则容易造成监控误动作。

2电磁铁的电源接线，要遵守“故障导向安全”的原则，当信号故障、停用情况均应视为信号为关闭状态，防冒电磁铁都要具有磁场。

3监控装置要针对防冒磁铁，设置专门的解锁功能，并且其解锁功能要区别于防撞切除功能，解锁后机车能以规定速度越过防冒磁铁，而不是防撞切除的3km/h以下，以应对调车信号停用或防冒装置故障时的解锁作用。

⒊“调车信号防冒装置”的实际应用分析

 

（图9）

（图8）

由于各车站（场）的信号设备布置不尽相同，在实施中要根据具体情况，具体对待。

 

 

（图10）

⒊1安装距离不足时的处理。由于调车信号多且多设置在道岔最密集的处所，相同方向的信号机之间的距离（如图8）有的只有4－5米，不具备设置预警磁铁的位置，可只设置防冒磁铁。信号机与岔尖之间的距离（如图9）有时只有2－3米，可将预警磁铁分别安装在道岔外方，也可以只安装防冒磁铁。

 

⒊2用永磁铁代替电磁铁。为节约投资，实现基本的控制提醒功能，可直接在信号机前安装两个永磁铁代替具有电磁特性的防冒磁铁，起到绝对停车的作用（如图10）。

⒊3只设一个预警磁铁。

 

（图11）

还可以根据实际情况，只在信号机前装设一个预警磁铁，只实现预警提示功能。（如图11）信号机前的预警磁铁，可以是永磁铁也可以是受信号机控制的电磁铁，在现有防撞监控模式下，虽然实现不了防冒信号功能，但能实现提醒控速作用。

 

⒊4用于防护区间。为防止调车作业时机车越过反向进站信号机或站界标进入区间，可在反向进站信号机或站界前适当位置安装1个或2个永磁铁，起到预警提示或防止冒进区间作用。如图12所示。

 

（图13）

（图12）

⒊5完全控制功能。为减少防冒装置的盲区，可以在信号机旁再增加一副防冒磁铁（如图13），使其具备完全控制功能。

 

⒋保障措施

利用现有机车“防撞土挡装置”，设计防止冒进调车信号的“防冒装置”，实现调车信号监控自停控制，还需要处理好以下几个问题：

⒋1防冒磁铁的表面涂有荧光或反光材料，便于乘务员了望和实施解锁操作，防止因乘务员未能发现防冒磁铁的位置，造成监控误动作，影响调车作业的效率。

⒋2两台或两台以上重联机车进行调车作业、单机推进车列作业时，调车信号可能会由于本务机车或被推进车列已越过信号，调车信号自动关闭，造成重联机车或推进作业的本务机车无法越过已关闭信号的防冒磁铁，而误动作，应在调车作业时应设立对话框，便于乘务员取消在这种情况下的防冒功能。

⒋3在半自动、自动站间闭塞区间或自动闭塞区间反方向救援时，监控装置需进入调车状态才能进入区间，这时应允许乘务员对防冒磁铁实施解锁。

⒋4将机车“防撞土挡装置”纳入机车安全装备管理，设有专人负责检测维修，在每个机段或拆返段的入库线上都设一个防撞磁铁，用于检测防撞车载设备状态，当机车经过防撞检测点有语音提示或5S后监控窗口限速下降，表示车载防撞设备正常。防冒磁铁应纳入电务专业化管理，与信号机一样定期同步检查修理。

⒌结束语

该装置主要优点是，不改变原有信号联锁结构，安装简单投入少。防撞磁铁的制作成本低廉，每个仅需几元钱，每一架调车信号只需投入10－20元就可以完成安装，一个三等以下的车站有调车信号20－30架，约需几千元，一个路局各车站全部安装投入也仅需百万元左右，还可根据车站特点，先在防护正线的调车信号机上安装。目前绝大部分机车上都已安装了防撞装置，无需再次投资车载设备，只需简单修改升级监控芯片即可，投入性价比较高。主要缺点是监控装置接收的是点式信号而非边续的信息。

参考文献：

[1]王良明，蒋剑峰，吴宗营，监控装置增设调小机车防撞土挡功能[J],机车电传动，2002，（1），53－54

[2]曹桂均，林通源，调车机车监控记录系统的研究与试验[J]，铁道学报，2004，26（5），55－61