叉车防站台跌落智能报警装置的研制

陆 磊 中国铁路上海局集团有限公司蚌埠货运中心

叉车防站台跌落智能报警装置是一种直接安装在叉车上的防跌落站台报警装置。当叉车作业距离站台边缘或障碍物很近时有跌落站台或撞上障碍物的危险，叉车防站台跌落智能报警装置可自动检测、判断并发出报警，提醒叉车司机采取措施，确保叉车作业安全。

1 研制叉车防跌落智能报警装置意义

叉车是铁路货场必不可少的机械设备，主要用于火车、汽车货物装卸，货位货物堆码。近年来，运输市场的快速发展，运量急剧增加，加之叉车具有起重量大、操作便捷、移动速度快等优点，叉车的使用越来越广泛。铁路货运运输的集装化发展趋势，以及快速、优质装卸服务要求，货场叉车等机械装卸作业逐渐替代传统落后的人力装卸。

铁路货物运输装卸作业需要将货物从车辆卸到站台或从站台搬运到车辆上，而叉车在站台作业会经常性靠近站台边缘。由于站台与铁轨或道路侧有1.1 m的高度差，一旦叉车在前进或倒退时边缘距离估计错误，就会发生坠落站台的事故，严重时会造成机毁人亡的重大事故。这类事故在铁路货场内已多次发生，并且造成了不可挽回的财产损失和人身伤亡。

研制叉车站台防跌落的智能报警装置，通过叉车在站台作业时可以自动检测叉车靠近站台边缘或障碍物的距离，当叉车离站台边缘或障碍物达到安全距离时，发出报警，提醒叉车司机立即转向或停止运行，从而避免事故的发生。

2 叉车防跌落智能报警装置原理及功能

（1）组成：本装置由测距传感器、信号放大电路、CPU控制模块和声光报警器四部分组成。

（2）工作原理：测距传感器采用超声波、激光传感综合测量技术，测量叉车与站台边缘距离的电压信号，经信号放大电路放大，放大后的信号由CPU控制模块进行分析、计算、判断，得出叉车是否接近站台边缘的结论，满足设置的报警条件时，由报警装置发出声光报警信号。系统工作原理框图如图1所示。

图1 工作原理框图

（3）主要功能：本装置可自动检测叉车四周是否有障碍物，是否已经靠近站台边缘；当叉车一侧离站台边缘小于指定的距离时，可以自动判断并发出强烈的报警声响；同时增设的叉车顶部传感器还能排除误报的可能，增加报警可靠性。

3 技术方案

（1）测距传感器：测距传感器为专门设计的一种超声波和激光复合型测距传感器，两种原理的复合应用能够解决设备安装时的角度调整和测距需要。其中激光传感器由激光器、激光检测器和测量电路组成，它的优点是能实现无接触远距离测量，速度快，精度高，量程大，抗光、电干扰能力强等，在本技术方案中担任定位作用，使安装调试更为方便；超声波测距传感器是通过超声波在空气中传播的时间计算测量距离，本项目中超声波和激光传感器是测量距离核心部件。

（2）CPU控制处理模块：该模块由爱特梅尔(ATMEGA)单片机ATMEGA8A-AU TQFP32产生40 kHz的频率信号、超声波传感器、接收处理电路和1V～10V测量信号输出等电路等构成。单片机是整个系统的核心部件，它协调和控制各部分电路的工作。单片机控制口发一个10 μs以上的高电平，就可以在接收口等待高电平输出，一有输出就可以开启定时器计时，当输出变为低电平时就可以读定时器的值，此时就为此次测距的时间，从而计算出距离。如此不断的周期测,即可以达到你移动测量的值。

（3）声光报警模块：将超声波传感器和单片机电压识别模块组合在一起，配上110 dB的高音报警音响喇叭，形成完整的检测报警装置。单片机处理模块输出相应的距离信号后，由智能识别电路进行距离比对，当满足报警条件时，发出报警信号。

（4）安装位置：本套装置分别在叉车门架左、右前臂处、车顶、车尾部等安装有四个测距传感器，其中车辆顶部传感器用于甄别车厢内外部环境，减少误报警现象，其余三个测距传感器均用于距离测量及坠落临界状况判断。具体安装位置见图2。

图2 检测装置(传感器)安装位置

4 该装置研制开发过程及试行效果

2016年06月通过现场调研初步制定了项目实施方案，主要是通过激光测距传感器垂直测量叉车距地面或轨面高度的方式，通过两个月的攻关，完成了样机试制，进而将样机投入到蚌埠站南货场进行试用测试。经过试用测试发现，激光传感器在恶劣天气或者站台地面有水洼等情况下会有误测和误判情况发生，而且测量垂直高度的数学模型不够可靠，不适用叉车进入火车车厢内部作业等情形，因此课题组针对该问题，对方案马上进行了改进。首先，将原来的激光传感器更换为激光、超声波一体的复合测距传感器，可靠性大大增加；其次，测量模型和安装位置进行调整，改为特定角度斜向测量到轨面的距离，并同步修改变化阈值。最后，在叉车顶部增加一个测距传感器，用以测量叉车在车厢内作业时，到车厢内顶面的距离，防止装置误报，对货场工作人员工作造成误报干扰。

2016年12月，上述改造完成，将样机再次投入现场试用。经过试用后，现场反映该装置体积过大，容易在作业过程中受到碰撞后损坏，而且线路布局不够合理。课题组及时听取用户意见，对样机体积及密封性进行了重新设计，最终将体积从原来的150 mm×120 mm×55 mm改为现在的58 mm×29 mm×21 mm，体积缩小至原来的1/30，同时将防水性能进一步提高，线路布局更加合理，安装维护更为便捷。

本项目研发的报警装置经过在现场长达一年的试用，目前的使用结果表明该装置设计合理，环境适应性强，可在各种恶劣天气和环境中使用，报警失误率几乎为零，完全能够满足现场安全保障的目的。

5 推广前景

从铁路推进现代物流建设的发展趋势看，安全发展、协调发展、共享发展是货运转型发展的必然要求，加强安全风险管控能力是不可缺少的管理手段；叉车防站台跌落智能报警装置经过一年多的现场使用，证明其在现场安全预防中具有重要作用。从铁路货运安全的现状看，叉车在铁路货场使用极为普遍，叉车的投入量逐年增加，上海局集团公司现有叉车约1 200台，其存在可能发生的站台安全风险也越来越大，可以预见该成果会在集团公司，甚至是总公司范围内快速推广，取得较好的经济和社会安全效益。综上所述，叉车防站台跌落智能报警装置推广应用，将不断提高铁路货运设备保安全的能力。