工务机械车高速运行安全控制技术

周 毅

(上海铁路局 工务处，上海 200071)

工务机械车高速运行安全控制技术

周 毅

(上海铁路局 工务处，上海 200071)

轨道车运行控制设备(GYK)的推广使用为工务机械车行车安全提供了保障。随着我国高速铁路运营里程的增加，高速铁路装备的工务机械车需求也不断增长，文章对使用既有轨道车运行控制设备提高高速工务机械车车辆运行效率的情况进行了分析，提出了提高工务机械车运行效率的三种方案，优化分析后，推荐GYK增加BTM设备的方案，并围绕该方案进行了现场验证，试验结果表明，为GYK增加BTM设备，接收铁路地面发码数据并纳入控车技术是解决工务机械车高速运行安全控制的理想方案之一。

工务机械车 轨道车运行控制设备 运行效率

1 工务机械车运行现状

在2009年以前，轨道车运行监控装置没有统一的技术规范，铁道部综合考虑了当时自轮运转设备的安全管理、换装能力和设备的技术可行性，制订了《轨道车运行控制设备技术规范V1.0》(以下简称“技术规范”)，规范了自轮运转设备的运用安全管理。受相关技术条件限制，GYK对轨道车的控制速度最高为80 km/h;自闭区段中＞700 m的闭塞区段按700 m控制。该规范的制订提高了轨道车运行的安全性和管理的便捷性，但也限制了其运行效率，另外，由于GYK的运行位置完全依赖人工对标，牺牲了操作的便利性，给提高最高限制速度带来难度。

2011年8月，国务院检查组针对“7.23”事故调查时提到高速铁路维护用的轨道车速度不高的问题，并列入整改项目。高速铁路区间较长，轨道车数量少，从综合工区到维修或抢修现场用时较长，为提高工作效率，充分利用封锁天窗有效时间，需发挥重型轨道车运用效能。轨道车运行控制设备(GYK)应满足不同等级正常监控模式速度限值，在保证安全的条件下充分发挥设备运输效率。

1.1 车辆技术条件

《重型轨道车技术条件》(GB/T 10082—2010)中对轨道车速度等级划分为 A(≥80 km/h)、B(≥100 km/h)、C(≥120 km/h)三个等级。目前工务所用的重型轨道车和大型养路机械自行允许运行速度都在80 km/h以上，高铁轨道车最高允许值已达到 120 km/h。

2010年1月，铁道部运输局组织制订了《工务重型轨道车技术规格书(范本)》，对新建200 km/h以上铁路线路维修用轨道车技术条件作了规定;同年8年，铁道部科技司对具备120 km/h运行条件的GCY-300Ⅱ型重型轨道车进行了样车出厂审查;目前，满足铁道部高速铁路重型轨道车技术条件的高铁轨道车陆续投入使用，同时相关生产厂家已完成了160 km/h轨道车的技术方案审查与型式检验;为适应高速铁路大型养路机械技术需要，2012年铁道部通过了大型养路机械制动距离调整及实施方案的技术审查。

1.2 管理条件

GYK投入运用2年来，轨道车在GYK运用管理上已经积累了大量经验，目前，已经有很多使用单位在硬件配备、基本数据编制、日常运行数据管理方面具备了改进条件，部分铁路局在GYK运用管理科技创新方面做了有益的探索，使得提高工务机械车运行效率的一些措施有了更多实施的可能。

1.3 绿黄灯以上部分灯型序列介绍

在绿黄灯(记作LU)以上的灯型序列依次是绿灯(记作 L)、绿2灯(记作 L2)、绿 3灯(记作 L3)、绿 4灯(记作L4)、绿5灯(记作L5)，分别表示距离绿黄灯尚有1～5个自闭区段。

2 提高工务机械车运行效率的思路

2.1 修订GYK技术规范(方案一)

2.1.1 基本方案

目前，GYK按“速度分级控制”方式运行，虽然只定义到80 km/h限速等级，但是也只用到LU灯的灯型限速，这为L灯乃至L2～L5灯情况下提高运行速度提供了一些条件。如果继续按照每个自闭分区应该按700 m以上的路程来考虑，从LU以上可以继续给出“速度分级控制”方式的灯型限速，从而提高车辆运行速度。在陡坡、长大下坡、区段限速或临时限速等特殊区段当然需要少量数据支持，其他路段可以按缺省参数计算出可行的速度等级。

考虑在－8‰下坡情况下，按照轨道车运行控制设备技术规范附录A.1的计算方法中的制动计算公式［2］，可以规定 L灯的开口限速为100 km/h，L2灯的开口限速为113 km/h，L3灯的开口限速为123 km/h，L4灯的开口限速为130 km/h，L5灯的开口限速为136 km/h。

2.1.2 本方案优缺点

1)优点。不必升级现有的GYK硬件设备;不必更改现有的 GYK基本数据格式，内容上仅需增加80 km/h以上的区段限速和临时限速数据;最大程度地兼容现有的技术规范。

2)缺点。①目前GYK运行位置是依靠人工对标来定位的，由于运行速度提高，司机的视觉效果和对标操作的同步性要求难以满足实际需要，容易造成额外的对标误差。②大部分自闭分区的长度都远大于700 m。按目前的方法，每个分区相当于有很长一段距离是按低一级灯型的限速来控制车辆运行，不能充分提高运行效率。③目前需要20 km/h限速运行的情况太多，距离较长，这是影响车辆运行效率的重要因素。本方案对这种现象毫无改善。④有些路段最高级别的灯型仅支持到L3，这样最高速度也只能达到123 km/h，不能充分发挥更高速度级高速轨道车的性能。

2.2 在基本数据中增加信号机位置(方案二)

2.2.1 基本方案

GYK灯型限速目标点都是按照保守的700 m来计算的。在基本数据中增加信号机位置，首先带来的好处是控制目标点直接到位。另外，对于L灯及L灯以上的信号，提供了“速度连续控制”的条件。通常情况下自闭区段的长度都远大于700 m。如果按连续几个自闭区段长度都是1 300 m的情况作为例子，考虑在－8‰下坡情况下，按照轨道车运行控制设备技术规范附录A.1的计算方法，L灯的开口限速可以达到111 km/h，L2灯的开口限速可以达到128 km/h，L3灯的开口限速可以达到139 km/h，L4灯的开口限速可以达到146 km/h，L5灯的开口限速可以达到152 km/h。

2.2.2 本方案优缺点

1)优点。不必升级现有的GYK硬件设备;较少更改现有的GYK基本数据格式，内容上仅需增加信号机位置信息以及80 km/h以上的区段限速和临时限速数据;多数情况下，区间的通过信号机可以帮助司机完成自动对标，减少安全隐患;车辆运行效率提高较多。

2)缺点。车载数据换装次数大大增加，有些地方本身换装困难，无法采用本方案;基本数据编制及维护工作量大大增加;数据换装不到位容易产生安全隐患;坡度数据显得更加重要。

2.3 为GYK增加BTM设备(方案三)

2.3.1 基本方案

地面点式应答器的使用已经在高速铁路得到很大程度的推广，尤其在高速轨道车运行路段。应答器数据已经包含线路限速、临时限速、坡道等细节，即使没有基本数据，也足以指导轨道车安全运行。有源应答器和无源应答器的数据组合，能够指导轨道车完成区间通过运行，车站正线、侧线停车或通过，区间作业等任务。GYK增设BTM设备以后，可以直接读取应答器信息。控车方案仍然可以考虑“速度分级控制”和“速度连续控制”相结合，80 km/h以下部分仍然按照技术规范的方法采用分级控制，80 km/h以上部分采用连续控制，这样能够在兼顾兼容性的同时最大程度提高轨道车运行效率。

2.3.2 本方案优缺点

1)优点。能降低管理成本，提高安全性，提高对标精度;支线转移、交路转移、尾部过岔、出站状态切换等作业不需司机操作，避免对揭示数据的依赖，司机操作减少;正常监控模式中减少“目视”状态，减少“解锁”操作;基本数据的换装重要性下降，即使没有及时换装，仅影响部分显示效果，不影响行车效率和安全。

2)缺点。设备成本增加较多;不适合那些没有应答器的路段。

2.4 方案比选

综合以上三种方案特点，考虑技术、管理及发展因素，GYK增加BTM设备的方案(方案三)优于其他方案，可作为提高工务机械车运行效率的推荐方案，围绕该方案进行了现场试验验证。

3 为GYK增加BTM设备方案的现场试验

3.1 现场行车基本数据

在完全监控模式，GYK收到应答器数据，并满足提速条件，当机车信号为 L5，L4，L3，L2，L 灯时，以控车所需的基本参数(轨道电路信息、应答器信息、轨道车参数)为依据，以 LU灯的出口限速80 km/h为目标，生成目标距离控制曲线(图示顶棚速度为160 km/h)，LU灯以下机车信号采用分级速度控制，以本分区信号机位置为目标，监控轨道车运行(参见图1)。

图1 速度控制示意

当机车信号为 L5，L4，L3，L2，L，LU 时，GYK 根据应答器信息和机车信号信息按照前方LU区段出口限速80 km/h进行连续曲线计算。当机车信号为U2S时，GYK保持限速80 km/h至当前闭塞分区出口。当机车信号为U或U2时，GYK根据应答器信息按照当前闭塞分区出口限速60 km/h进行连续曲线计算。当机车信号为黄2闪(U2S)时，GYK保持限速80 km/h至当前闭塞分区出口。当机车信号为黄(U)或黄2(U2)时，GYK根据应答器信息按照当前闭塞分区出口限速60 km/h进行连续曲线计算。当机车信号为双黄(UU)、双黄闪(UUS)时，GYK根据应答器信息按照当前闭塞分区出口限速45 km/h进行连续曲线计算。当机车信号为红黄(HU)灯时，GYK根据应答器信息按照当前闭塞分区末端停车进行连续曲线计算。

3.2 试验目的

验证GYK正常监控模式运行，应答器报文接收完整后可进入提速状态，GYK运行控制曲线的正确性。验证正常监控模式人工临时限速、报文线路限速和报文临时限速能够正确控制。验证利用报文里程信息校正公里标的正确性。验证正常监控模式进入提速状态时，L5等机车信号掉码变为B灯的控制功能。验证正常监控模式进入提速时，进站停车控制功能。验证GYK区间作业进入模式运行，应答器报文接收完整后可进入提速状态，GYK运行控制曲线的正确性。验证GYK区间作业返回模式运行，应答器报文接收完整后可进入提速状态，GYK运行控制曲线的正确性。

3.3 试验设备及条件

试验设备包括 GCY-300Ⅱ型重型轨道车1台，GYK设备、BTM主机和BTM天线。

软件采用BTM程序版本 V1.0.1 20120410、监控记录板程序版本 V1.1.0 20120312、监控记录单元程序版本 V1.1.0.20120312。

沪昆高铁嘉兴南到海宁西间UUS灯型限速为45 km/h，为了便于观察试验效果，设置编组限速 160 km/h，但是限制司机运行时不超过80 km/h。

3.4 试验内容

试验内容包括:①手动输入用于试验的“临时限速”;②轨道车位置设定;③设置监控状态。

设置后界面显示正常，司机正常发车后不久，应答器数据接收完整，提示司机进入提速状态;正常监控侧线进站运行正常，应答器数据接收正常，应答器自动对标功能正常，应答器数据中道岔限速(类型设置为“有计划临时限速”)读取正常，机车信号及绝缘节接收正常。途中，人工临时限速响应正常。运行途中出现短暂的掉码，限速曲线会在前方第二架信号机前闭口(如果降速曲线距离不足，会在留出司机人工反应时间的前提下画出降速曲线)，短暂的掉码不会影响运行效率，掉码显示见图2。嘉兴南站的进站过程，体现了“速度连续控制”和“速度分级控制”的结合。从最后一个L5的公里标和距离，可以推算前方 LU灯的“速度连续控制”目标位置在86.270 km处，参见图3。进入“速度分级控制”阶段，由于有了信号机位置，目标限速可以在前方信号机附近到位，大大提高运行效率。U灯的DMI界面如图4。进站信号机附近的应答器数据帮助GYK自动对标，精确定位后可以将目标控制位置推进到前方信号机，大大提高咽喉区运行效率，避免了目视状态的解锁和多次警惕操作，减少司机出错的可能性。越过进站信号机瞬间DMI界面如图5。

图2 掉码显示(单位:mm)

图3 进站速度控制显示

图4 速度分级控制显示

图5 进站信号机显示

3.5 试验结论

1)GYK能够及时判断应答器数据的完整性，提供提速条件指示，在司机确认后才进入提速状态;LU码以上的信号适合连续控制方式应用，LU码以下的信号可以继续使用分级控制方式，既改进了控车方式，又与正常监控有很好的兼容性。

2)动车组使用的应答器数据同样适合GYK使用，当前的GYK+BTM方案控车更加到位，提高行车效率。

3)路边的公里标本来就有误差，高速运行的轨道车造成的视觉效果严重影响司机的人工对标操作，容易造成安全隐患。利用应答器位置实现自动对标，可靠精准，既减少了司机的操作，又提高了安全性。

4)提高停车信号的执行效率，限速曲线更加到位，减少了对“目视状态”的依赖，减少了司机盲目“警惕”的安全隐患。

5)使用应答器数据后，GYK定位更加准确，区间作业的效率和安全性有明显提高。

6)掉码后GYK会及时限制列车的运行，短暂的掉码不影响运行效率。

7)人工揭示可以和应答器数据组合使用，人工临时限速可以正常响应。

8)应答器数据已经提供了线路限速，包括道岔的限制速度，减少了司机提前解锁的风险，这同样有利于提高行车效率和安全性。

9)在信号开通的情况下，正向行驶和反向行驶的运行效果是一样的。GYK可以不再依赖对基本数据的“反向”使用。

10)基本数据的换装重要性下降，即使没有及时换装，仅影响部分显示效果，不影响行车效率和安全。

4 结语

提高工务机械车运行速度，如采用既有GYK进行运行控制，会带来公里标定位误差增加、司机对标困难等问题，因此，为GYK增加BTM设备，接收铁路地面发码数据并纳入控车技术是解决工务机械车高速运行安全控制的理想方案之一。当然，要纳入技术推广范围，还需要进一步进行研究，完善控车方案，对技术规范作出合理的补充。另外，速度的提高，增加了制动距离，需对轨道车的制动距离的设定标准进行调整。

［1］中华人民共和国铁道部．科技运［2010］136号 CTCS-2级列控系统应答器应用原则［S］．北京:中国铁道出版社，2010．

［2］中华人民共和国铁道部．运基信号［2010］635号 轨道车运行控制设备技术规范［S］．北京:中国铁道出版社，2009．

［3］中华人民共和国铁道部．科技运［2010］138号 列控中心技术规范［S］．北京:中国铁道出版社，2010．

［4］中华人民共和国铁道部．运基信号［2010］48号 轨道车运行控制设备(GYK)运用维护管理办法［S］．北京:中国铁道出版社，2010．

U279．2

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2013．04．41

1003-1995(2013)04-0134-04

2012-12-20;

2013-01-20

周毅(1969— )，男，安徽临泉人，高级工程师。

(责任审编 王 红)