机械冷藏车抱闸预警系统设计

熊小青　刘汉威

摘要：机械冷藏车由于抱闸导致车轮踏面擦伤，严重影响铁路运行秩序。本抱闸预警系统就是针对这一问题而设计的。

关键词：车轮踏面擦伤；抱闸预警系统；机械冷藏车

中图分类号：P227

文献标识码：A

文章编号：1674-1145(2009)-02-0114-02

机械冷藏车属于铁路运输的特种车辆，主要用于运输保鲜易腐货物。我国机械冷藏车20世纪50年代开始从原东德进口，目前的机械冷藏车65％是从原东德进口，其余为武昌车辆工厂生产。全国共有机械保温车车辆段5个，分布于丰台、上海、广州、郑州、柳州等地。由于机械冷藏车在运输过程中是不规定线路运行，由铁道部特调统一指挥，轮对不能与其他货物车辆的轮对互换，一旦抱闸致使轮踏面擦伤，将给运用检修带来许多困难，影响机械冷藏车的正常使用，严重干扰铁路运营秩序。因此，减少和防止轮踏面擦伤是保证机械冷藏车正常运行必须解决的问题。

一、机械冷藏车运用现状及抱闸原因

(一)机械冷藏车运用现状

机械冷藏车在有列检所的车站始发前，由列检和车辆乘务人员共同进行技术检查和施行空气自动制动机列车试验。运行途中当车辆发生抱闸时，只能依靠乘务人员耳听、目测及车站值班员接送列车时目测来发现。实践证明，列车运行时发生抱闸，仅靠乘务人员耳听、目测是很难发现的，若等到车站值班人员发现，车轮踏面擦伤往往已到极限或超限。按规定对擦伤车必须甩车，而甩下车辆往往是停靠在小站，不具备作业条件，给车辆施修带来一定困难，特别是重车时，还影响货物的运输期限、保鲜质量及铁路的信誉等。

(二)引起机械冷藏车车轮踏面擦伤的因素

机械冷藏车空气自动制动机的阀全部是GK型三通型。运用中导致其踏面擦伤主要因素有以下几方面：

1.车辆乘务员或司机疏忽所造成的抱闸。例如，当列车在制动主管压力为0.6MPa区段运行完毕后，转换到列车主管压力为0.5MPa区段充风运行时，车辆制动机仍可能会处于制动抱闸状态而乘务员没有发现。

2.车组编挂位置的影响引起的不缓解。根据铁道部《技术管理规程》的规定：“机械冷藏车组应尽量挂于列车中部或后部。”因此，在运用中机械冷藏车组一般都是编挂在列车较后的位置。由于采用GK型三通阀的车辆充风缓解及减压制动时，受制动波速的影响较大，在列车减压制动停车后再次充风开车时，一段时间内比标准压力低0.04MPa的情况时有发生；如果前次停车的司机根据列车速度按常规操纵列车，减压量较小，列车停留时间又较长，由于列车主管漏泄造成列车主管压力与副风缸压力差过大，后部的车辆就有不缓解的现象。

3.司机操纵不当引起的抱闸。列车运行时，司机利用减压制动调速，一般减压量在0.03MPa左右，也就是当列车主管压力0.5MPa(或O.6MPa)时，列车主管压力减至0.47MPa(或0.57MPa)左右。如果机械冷藏车挂于列车前部时(如机械冷藏车专列或其他原因)，车组立即产生制动，但后部车辆可能因为短时的减压调速对列车后部主管压力影响不大，后部车辆的制动不明显甚至不制动。此时若遇机车供风系统故障不能向列车主管充风就会发生机械冷藏车组抱闸运行。

4.人力制动机拧紧后忘记松开或其他原因导致的抱闸。

二、抱闸预警系统设计

(一)抱闸预警系统的功能要求

根据机械冷藏车运行中的特定环境和条件，预警系统应具备以下功能和技术指标。

1.机械冷藏车在运行中或停车时，自动制动机和手动制动机正常制动抱闸时，抱闸预警系统按照车辆编号发出制动指示灯光显示制动状态；当车辆制动机处于非正常制动时，抱闸预警系统按照车辆编号发出指示灯光显示和警笛声预警，提醒随车乘务人员采取有效措施防止机械冷藏车轮踏面擦伤。

2.当列车主管临界报警压力值比列车主管标准压力低0.04MPa，即当列车主管压力为0.5MPa(或0.6MPa)时，警笛报警的临界主管压力为0.46MPa(或0.56MPa)；主管压力大于设定临界值而仍有制动时，系统发出抱闸车辆编号的指示灯光显示和警笛声预警。这主要考虑机械冷藏车轮踏面擦伤原因(1)、(2)、(3)点，在列车主管压力减压量0.01MPa至0.04MPa范围之间发生非正常制动时，能及时发出预警报告。

3.列车运行中实施常用制动减速后，当机车向列车主管再次充风压力大于设定值时，设定延时报警时间为1分钟，即1分钟后仍未缓解，视为非正常制动(根据铁道部《铁路货车运用维修规程》第20条规定，列车施行常用制动后。全列车须在1分钟内缓解完毕)。

4.当车列停放且列车主管压力为零时。制动车辆对应的抱闸指示灯亮。发车时当主管压力从零升至临界值后仍有未缓解的车辆时，系统立即发出抱闸车辆编号的指示灯光显示和警笛声预警。

5.抱闸预警系统的指示灯光显示颜色为红色，警笛声音≥70dB，设备电源为直流24伏。当全部车辆处于正常缓解状态时，灯光显示和警笛声应全部消失。

(二)抱闸预警系统的电路设计

1.设计思想。利用车辆制动机活塞及推杆的伸缩运动，使电子感光开关拾取开和关的信号，通过微电芯片对信号处理，实现车辆抱闸状态的信号显示；车辆主管压力的变化用电子压力传感器通过微电芯片处理，为系统提供准确的参考压力值；系统的逻辑判断电路通过对电子感光开关拾取的信号和电子压力传感器的信号进行处理，结合时间控制电路适时发出车辆抱闸的指示灯光显示和警笛声报警。操纵面板上有列车主管压力选择开关，由乘务员根据运行区间的主管压力进行切换。

2.主要器件的选型。抱闸状态检测的光电传感器采用SS2/AN-OA。其工作电压为DC9～30V。在设计过程中曾经考虑过采用行程开关或接近开关，由于行程开关结构的限制，容易受到振动的影响，在列车运行中可能会出现误动作；而接近开关由于安装位置精度要求比较严格，如果安装出现偏差，很容易出现漏检或碰坏接近开关的现象，故不采用。SS2/AN-OA型光电传感器探测范围广，对安装位置精度要求不严，探测信号的发射和接受装置为一体式，只需在检测点安装一块反光板，调节方便，结构简单，性能可靠，灵敏度满足使用要求。

压力传感器，变送器采用DG1210-BZ，其工作电压为DC9-30V，压力测量范围0～1MPa，测量精度为1％，线性好，一致性好。

报警器采用一般民用报警装置，可以简化电路结构。

控制主板由单片机、运算放大器、电压比较器、控制继电器和其他电子元件构成，能对现场采集的数据进行分析判断，确定报警状态。

3.系统方框图

各车的抱闸信号由每个车安装的一个光电传感器拾取，通过电缆传送到主板；压力传感器，变送器安装在机械车(工作车)主管风压表处。报警方式为声光报警，任何状态下的抱闸都会有发光二极管显示相应的抱闸车号。

为了保证系统能够正常地运行，主板设有稳压电源，向主板、传感器、报警器提供稳定的工作电压。虽然传感器的工作电压范围为DC9～30V，考虑到机械冷藏车生活用电系统在充电状态时接近30V，部分车组的充电电压会达到32V，且电压的波动或多或少都会影响到系统的稳定性。设计时将光电传感器、压力传感器的供电电压稳定在20V。

抗干扰设计：机械冷藏车运行在全国各地，当运行在电气化线路上时，干扰很大，且干扰信号无规律。机械冷藏车配备的柴油发电机组、制冷设备、辅助供电系统等都会产生各种干扰。如逆变式日光灯等。在设计时优化设计方案，提高抗电火花干扰的能力和抗电磁干扰的能力。

4.主板工作原理方框图(如右图)：

5.原理说明

抱闸信号经整形、幅度控制，主管风压参数经放大、比较后送入微处理器，电路图中LED0～LED8为相应车号的抱闸指示灯，JKO～JK8为相应车号的抱闸传感器(光电开关)，DO～D8构成二极管与门电路，当车组无抱闸时所有光电传感器输出高电平，BG1导通(输出低电平)，当车组有抱闸时(一个或多个)二极管与门电路输出低电平，BG1截止(输出高电平)。BG1还兼有电平转换的功能。微处理器根据BG1的输出状态进行判断。压力传感器的输出信号经比较器比较后送微处理器，微处理器根据预设程序判断输入的各种参数，确定报警状态。

三、应用效果

本设计2006年开始在广州机械保温车辆段两列机冷车上安装试验，证实该系统满足运用要求。该系统除了对车辆制动状态提供参考信息外，还具有督促乘务员执行标准化作业的功能。例如当车组在编组站停留时间较长或深夜至凌晨发车时，主管充风激活系统，可以通过声光信号及时提醒乘务员参加试风和检查手制动机，避免发车时因人为疏忽造成的轮对擦伤。系统从装车运行至今已有两年多，性能稳定，动作准确，没有出现误报或漏报，为机械冷藏车运输安全提供了可靠的保障。