移动式火车平料机防撞纠偏系统设计

林　晖　曾　宇　朱　轶　 孙　晖

(1　湖北轻工职业技术学院机电工程学院　2　武汉开锐海洋起重技术有限公司　3　武汉理工大学物流工程学院)



移动式火车平料机防撞纠偏系统设计

林晖1曾宇2朱轶3孙晖3

(1湖北轻工职业技术学院机电工程学院2武汉开锐海洋起重技术有限公司3武汉理工大学物流工程学院)

摘要：为防止移动式火车平料机在车皮上行走时出现碰撞、偏向及掉落的危险情况，设计了平料机防撞纠偏系统。通过光电传感器和自动控制技术，实现了平料机的防撞和纠偏，保障作业安全。

关键词：平料机； 防撞； 纠偏； 光电传感器

1前言

在货运列车敞车散货装车的过程中，由于装车方式的限制，容易出现货物在车厢中分布不均的情况，严重时可能导致列车在行驶途中发生倾覆、脱轨等重大安全事故，所以《铁路货物运输管理规则》规定：对于装载散堆状货物，顶面应予以平整[1]。为了改变传统人力平整的低效率，提升散货平整作业的自动化程度，移动式火车平料机被设计出来。该平料机可在火车车帮上行进，对车厢内的散货物料进行连续的平整工作。

由于平料机工作时，连续行走于整列车皮两侧车帮上，在工作的过程中，可能出现跨越2节不同高度车厢、行进至最后1节车厢或在车帮上跑偏的工况，需要对平料机进行防撞纠偏系统设计，以确保其安全稳定运行。

2防撞纠偏系统设计

平料机的防撞和纠偏由检测平料机与车皮相对位置的光电传感器配合自动控制技术完成。在平料机的四周安装8个光电开关SD1-SD8(数字量输出)，在水平方向设置2个光电测距仪SA1-SA2(模拟量输出)，布置位置如图1所示。

图1　平料机光电传感器布置图

SD1-SD4检测方向为平料机行进方向，用于检测平料机工作时与火车皮防撞信号及最后一节列车禁止行走的安全信号。SA1-SA2、SD5-SD8检测方向为水平方向，检测平料机与火车皮侧边的相对位置，作为平料机行走过程中的纠偏信号。其中SD1、SD4伸出平料机一段距离作为减速停车安全距离，同时SD1与SD2，SD3与SD4的水平距离大于火车皮跨厢距离最大值700 mm。

SD1-SD4检测动作阀值为传感器安装位置至车皮上边缘距离加上车皮最高跨度距离(140 mm)，设为H(实际设定可比H略大)；SD5-SD8检测动作阀值为传感器安装位置至车皮侧边缘距离,设为L(实际设定可比L略大)。SA1-SA2检测模拟量输出，设为L1、L2。光电开关被遮挡时状态为1，未被遮挡时状态为0。

3防撞控制

平料机的防撞控制主要用于平料机行进过程中的跨厢动作控制以及末节车厢停车控制。

以平料机右行工作为例，在跨厢过程中，防撞控制主要分为以下3个步骤：

(1)当平料机行进至一节车厢末尾时，伸出平料机外部的传感器SD1检测到下降沿(状态由1变为0)时，右行行走速度降为最低速。手柄改为左行且SD4检测到上升沿，减速信号复位。

(2)当SD2检测到上升沿(状态由0变为1)时，判断以下条件：

SD1已检测到了上升沿，说明右行方向仍有车皮。若起升机构不处于上限位，整机停车；若起升机构处于上限位，可继续以最低速前进。

SD1没有检测到上升沿，说明右行方向无车皮，此时整机立即停车并发出报警信号，直到手柄反打且SD1重新检测到上升沿，前进停止信号解除。

SD3检测到上升沿后，表明跨厢已经完成。右行方向最低速限制解除。

(3)在跨厢工作过程中，平料机最外侧2个光电传感器SD1和SD4还可以检测跨厢的高度。若检测到2列车皮间的高度差高于整机设计跨厢能力，则进行报警，并限制强行跨箱，防止平料机与车厢发生碰撞。

4自动纠偏控制

当位于平料机四角的SD5/SD7或SD6/SD8 2组光电开光中任1组出现状态相反时(如SD5=0，SD7=1或SD6=1，SD8=0)，系统认为进入纠偏状态，判断以下条件：

(1)SA1/SA2检测距离L1与L2大致相等，说明车头偏向一侧，需利用差速纠偏。

以右行状态为例：S5或S8检测到状态0，SA1侧变频器减速，检测到S5及S8均为1，延时1s后停止减速；S6或S7检测到状态0，SA2侧变频器减速，检测到S6及S7均为1，延时1s后停止减速。如图2所示。

图2　车头偏向一侧工况

(2)SA1/SA2检测距离L1与L2相差较大，或S5/S6或S7/S8均状态为0，说明整车偏向一侧，利用差速向另一侧纠偏。

以右行状态为例：S5及S6检测到状态0，SA1侧变频器减速，检测到S5或S6为1，延时1s后停止减速；S7及S8检测到状态0，SA2侧变频器减速，检测到S7或S8为1，延时1s后停止减速，此时将车状态改变至(1)中的状态，继续再纠偏一次可将车摆正。如图3所示。

图3　整车偏向一侧工况

另外，在平料机每组轮中还配置了水平安装的销轴传感器，监测水平轮与车帮的实时压力状态。光电开关纠偏距离设置在水平轮销轴传感器最大偏离范围内。当销轴传感器监测压力超出一定范围时，说明整车偏转量过大，此时停止自动纠偏，只能以手动纠偏形式将整车摆正。

5结语

经实际使用证实，应用以上方法设计的平料机防撞纠偏系统，可有效控制平料机在火车车帮上行走时的跨厢、防撞和纠偏动作，对平料机的安全稳定运行及其在散货装车工作领域的应用和推广有着重大的意义。

参 考 文 献

[1]中华人民共和国铁道部,铁路货物运输管理规则(铁运[2000]90号)[S].

林晖： 430070, 湖北省武汉市洪山区石牌岭东二路5号

Design of Crash Prevention and Deviation Rectification System for Movable Train Flattening Machine

1.School of Mechatronics Engineering Hubei Light Industry Technology InstituteLin Hui2.Wuhan K-crane Ocean Lifting Technology Co.,Ltd.Zeng Yu3.School of Logistics Engineering of Wuhan University of TechnologyZhu YiSun Hui

Abstract：To preventing the crash, direction deviation and falling accident when the train flattening machine is walking on wagons, the crash prevention and deviation rectification system is designed. This system realizes the crash prevention and deviation rectification by using photoelectric sensor and automatic controlling technology, and guarantees the safe of operation.

Key words:flattening machine; crash prevention; deviation rectification; photoelectric sensor

收稿日期：2016-05-05

DOI：10.3963/j.issn.1000-8969.2016.03.014