于志光，周 健

（河北港口集團(tuán)秦皇島港務(wù)股份公司第二港務(wù)分公司，河北秦皇島 066000）

1 存在的問(wèn)題

通常情況下，兩節(jié)火車車皮之間的連接方式為“方對(duì)圓”連接，其中方鉤為固定車鉤，圓鉤為旋轉(zhuǎn)車鉤。其他的車鉤連接形式即為反位車鉤，俗稱“亂鉤”。正常車鉤的連接形式，保證了車輛翻轉(zhuǎn)卸貨物時(shí)可不摘鉤連續(xù)作業(yè)，而遇到反位車鉤位于翻車機(jī)轉(zhuǎn)子平臺(tái)兩側(cè)時(shí)，則須對(duì)火車進(jìn)行解列后，方可翻卸作業(yè)。否則，會(huì)導(dǎo)致鉤頭扭斷，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。

反位車鉤的識(shí)別目前有兩種方法，一種是完全靠人工逐一排查，一種是利用激光反射器及照相機(jī)進(jìn)行智能識(shí)別。人工排查增加了職工的勞動(dòng)強(qiáng)度，效率低下，且作業(yè)人員在連續(xù)作業(yè)反位車鉤車輛的狀況下，會(huì)出現(xiàn)疲勞等不安全因素，給接卸車輛帶來(lái)嚴(yán)重的隱患。智能識(shí)別成本較高，一套系統(tǒng)約為50萬(wàn)元人民幣，且受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境及技術(shù)手段所限，存在一定的誤報(bào)率。

2 解決方案

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際進(jìn)行大量調(diào)研，發(fā)現(xiàn)相鄰兩節(jié)車皮之間都有風(fēng)管連接，而反位車鉤與正常車鉤的風(fēng)管連接位置不同，通過(guò)這一差別，研制了高可靠性的機(jī)械式反位車鉤檢測(cè)裝置。同時(shí)設(shè)計(jì)了跟蹤保護(hù)系統(tǒng)，利用PLC程序?qū)Ψ次卉囥^進(jìn)行標(biāo)記，動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)跟蹤其位置信息，當(dāng)反位車鉤位于翻車機(jī)轉(zhuǎn)子平臺(tái)兩側(cè)時(shí)，系統(tǒng)給出報(bào)警提示，程序禁止翻車，需現(xiàn)場(chǎng)操作人員對(duì)反位車鉤進(jìn)行解列處理完畢并按機(jī)側(cè)確認(rèn)按鈕再由司機(jī)室內(nèi)司機(jī)檢查核對(duì)確認(rèn)后方可繼續(xù)運(yùn)行翻車作業(yè)流程，實(shí)現(xiàn)了翻車機(jī)在接卸過(guò)程中對(duì)反位車鉤的實(shí)時(shí)跟蹤與保護(hù)。系統(tǒng)還添加了觀察車鉤情況的視頻監(jiān)控功能和對(duì)反位車鉤檢測(cè)情況進(jìn)行記錄的數(shù)據(jù)庫(kù)功能。該項(xiàng)目由反位車鉤檢測(cè)裝置、跟蹤保護(hù)系統(tǒng)、視頻監(jiān)控和運(yùn)行數(shù)據(jù)記入數(shù)據(jù)庫(kù)4個(gè)部分構(gòu)成（圖1）。

圖1 反位車鉤檢測(cè)系統(tǒng)

2.1 反位車鉤檢測(cè)裝置

利用反位車鉤的車皮風(fēng)管位置的不同，研究制作基于檢測(cè)風(fēng)管的反位車鉤檢測(cè)裝置，正常車鉤和反位車鉤風(fēng)管狀態(tài)如圖2所示，反位車鉤風(fēng)管彎弧距離地面高度要大于正常車鉤風(fēng)管，因此設(shè)計(jì)了一種機(jī)械裝置，當(dāng)鉤擋為正常車鉤時(shí)，被風(fēng)管壓下，傳感器發(fā)出信號(hào)；當(dāng)鉤擋為反位車鉤時(shí)，不被風(fēng)管壓下，傳感器無(wú)信號(hào)發(fā)出。

設(shè)計(jì)的檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要由檢測(cè)翻板、頂針、配重、接近開關(guān)、磁鐵以及底座組成。經(jīng)大量現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)分析，正常車鉤風(fēng)管兩連接點(diǎn)同時(shí)在車鉤左側(cè)或右側(cè)，最低點(diǎn)距量地面距離均值為360 mm，反位車鉤風(fēng)管連接點(diǎn)分布在車鉤兩側(cè)，為交叉連接，最低點(diǎn)達(dá)500 mm。設(shè)計(jì)裝置設(shè)計(jì)總高度420 mm，保證翻板高度方向有效檢測(cè)距離60 mm，翻板上沿有效檢測(cè)風(fēng)管寬度設(shè)計(jì)為180 mm，保證風(fēng)管與翻板接觸面，翻板整體檢測(cè)風(fēng)管最低點(diǎn)始終有效。

圖2 正常車鉤與反位車鉤風(fēng)管狀態(tài)

翻板材料采用力學(xué)性能（特別是彈性極限、強(qiáng)度極限、屈強(qiáng)比）、抗彈減性能（即抗彈性減退性能，又稱抗松弛性能）、疲勞性能優(yōu)良的彈簧鋼。通過(guò)對(duì)彈簧鋼材料進(jìn)行比對(duì)，最終選定60Si2Mn合金彈簧鋼，其強(qiáng)度、彈性和淬透性較為綜合，回復(fù)性能好，不易于變形損壞，可以保證檢測(cè)裝置的穩(wěn)定可靠性。在車皮通過(guò)檢測(cè)裝置時(shí)，翻板材料自身回復(fù)性能好，在檢測(cè)結(jié)束后，不會(huì)發(fā)生形變。

由于列車行駛方向不一，導(dǎo)致正常車鉤風(fēng)管順向位置在車鉤兩側(cè)均有可能，因此裝測(cè)裝置成對(duì)安裝，檢測(cè)兩個(gè)正常車鉤風(fēng)管出現(xiàn)位置，車皮定位后，兩個(gè)位置必將有檢測(cè)翻板傾斜，接近開關(guān)長(zhǎng)時(shí)間中斷，表示為正常車鉤；如果車皮定位后，兩翻板仍處于垂直狀態(tài)，未檢測(cè)到風(fēng)管，表示為反位車鉤，進(jìn)行通信報(bào)警。

正常情況下，風(fēng)管壓住任意一側(cè)檢測(cè)翻板，正常車鉤風(fēng)管壓住檢測(cè)翻板如圖3所示，檢測(cè)翻板與配重之間的連接桿移位，接近開關(guān)產(chǎn)生動(dòng)作信號(hào)。出現(xiàn)反位車鉤車型時(shí)，兩側(cè)檢測(cè)翻板都不會(huì)被風(fēng)管壓倒，接近開關(guān)不動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)反位車鉤車型的識(shí)別。

圖3 正常車鉤風(fēng)管壓住檢測(cè)翻板示意

2.2 跟蹤保護(hù)系統(tǒng)

分別在位于距入口翻車機(jī)轉(zhuǎn)子平臺(tái)一節(jié)車皮鉤擋處的檢測(cè)裝置1和位于距入口翻車機(jī)轉(zhuǎn)子平臺(tái)兩節(jié)車皮鉤擋處的檢測(cè)裝置2安裝2套反位車鉤檢測(cè)裝置。將識(shí)別出的反位車鉤在PLC程序中進(jìn)行標(biāo)記跟蹤，計(jì)算其距離轉(zhuǎn)子平臺(tái)入口及出口的距離，來(lái)判斷車鉤是否位于翻車機(jī)轉(zhuǎn)子平臺(tái)兩側(cè)。當(dāng)反位車鉤位于翻車機(jī)轉(zhuǎn)子入口或者出口時(shí)，上位系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警提示，程序禁止翻車，等現(xiàn)場(chǎng)處理完畢并按機(jī)側(cè)操作鈕確認(rèn)，再由司機(jī)室檢查核對(duì)確認(rèn)后方可繼續(xù)翻車作業(yè)流程。當(dāng)反位車鉤推出距翻車機(jī)轉(zhuǎn)子平臺(tái)出口一節(jié)車皮的距離后，視為該車鉤到達(dá)安全區(qū)域，程序取消對(duì)其標(biāo)記，相應(yīng)的寄存器也被釋放，反位車鉤PLC程序流程如圖4所示。

圖4 反位車鉤PLC程序流程

程序共包含檢測(cè)裝置輸入信號(hào)處理、翻板裝置故障檢測(cè)與上位報(bào)警、尾車檢測(cè)裝置故障誤報(bào)排除、反位車鉤檢測(cè)計(jì)數(shù)、反位車鉤標(biāo)記、反位車鉤位置判定、入口/出口反位車鉤上位報(bào)警、入口/出口反位車鉤處理確認(rèn)、司機(jī)室復(fù)位確認(rèn)、翻車機(jī)恢復(fù)運(yùn)行等程序。

2.3 視頻監(jiān)控及運(yùn)行數(shù)據(jù)記入數(shù)據(jù)庫(kù)功能

為使了使操作人員更方便、快捷查的看檢測(cè)裝置及處鉤頭情況，同時(shí)也能全程記錄檢測(cè)裝置的運(yùn)行情況，為故障排除供依據(jù)，本項(xiàng)目還加入了視頻監(jiān)控及運(yùn)行數(shù)據(jù)記入數(shù)據(jù)庫(kù)功能。

視頻監(jiān)控功能由監(jiān)控?cái)z像機(jī)、硬盤錄像機(jī)、顯示器組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)反位車鉤車型檢測(cè)裝置運(yùn)行狀況的快捷查看，同時(shí)全程錄像也為運(yùn)行狀況評(píng)估和故障排除提供相關(guān)影像資料。

運(yùn)行數(shù)據(jù)記入數(shù)據(jù)庫(kù)功能利用翻車機(jī)系統(tǒng)上位機(jī)使用的顯示系統(tǒng)及添加的Access數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)，將PLC程序中有關(guān)反位車鉤檢測(cè)系統(tǒng)相應(yīng)點(diǎn)的狀態(tài)變化存儲(chǔ)于Access數(shù)據(jù)庫(kù)中。這樣可以實(shí)現(xiàn)記錄反位車鉤車輛出現(xiàn)、現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)、設(shè)備故障等事件發(fā)生的時(shí)間日期。

3 效果

反位車鉤跟蹤與保護(hù)系統(tǒng)已經(jīng)在秦皇島港煤一期、煤二期5臺(tái)雙翻翻車機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用，使用一年來(lái)，從未發(fā)生過(guò)漏報(bào)的情況，受到職工一致好評(píng)。該系統(tǒng)還能夠推廣應(yīng)用在其他相類似的單翻、雙翻、三翻、四翻等翻車機(jī)系統(tǒng)中，可以有效保護(hù)車鉤的完好，同時(shí)大大降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高作業(yè)效率。該系統(tǒng)成本低，車鉤檢測(cè)裝置每套成本0.2萬(wàn)元人民幣，攝像監(jiān)控系統(tǒng)每套0.5萬(wàn)元人民幣，其他利用翻車機(jī)系統(tǒng)程序即可，總計(jì)成本約為1萬(wàn)元人民幣。