摘要：DWL-48連續(xù)式搗固穩(wěn)定車在作業(yè)中會(huì)出現(xiàn)過起道、過撥道。為了能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并阻止作業(yè)中出現(xiàn)的過起道、過撥道，本文設(shè)計(jì)了一種起撥道安全裝置，并介紹了其設(shè)計(jì)要求，組成、技術(shù)參數(shù)及工作原理，以及各組成部分的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。通過模擬各種過起道、過撥道的故障對(duì)起撥道安全裝置的報(bào)警率和切斷動(dòng)作準(zhǔn)確率進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果均滿足要求。目前，該起撥道安全裝置已在DWL-48連續(xù)式搗固穩(wěn)定車使用，使用效果較好，且適用于其他車型，具有推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：DWL-48連續(xù)式搗固穩(wěn)定車；起撥道安全裝置；過起道；過撥道

作者簡(jiǎn)介：邱曙光，男，高級(jí)工程師。

1概述

DWL-48連續(xù)式搗固穩(wěn)定車可進(jìn)行撥道、起道抄平、道砟搗固、線路穩(wěn)定和枕端夯實(shí)作業(yè)，在搗固作業(yè)的同時(shí)對(duì)線路進(jìn)行穩(wěn)定，提高線路的精度、橫向阻力和道床的整體穩(wěn)定性［1］。然而，搗固穩(wěn)定車作業(yè)時(shí)會(huì)出現(xiàn)過起道或過撥道現(xiàn)象，過起道會(huì)嚴(yán)重破壞線路的縱向水平和橫向水平，過撥道則會(huì)嚴(yán)重影響線路的方向，不僅造成接觸網(wǎng)超限，還有斷軌、脫軌的風(fēng)險(xiǎn)，線路恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)。

目前，施工中有兩種發(fā)現(xiàn)過起道、過撥道的途徑：一是搗固穩(wěn)定車作業(yè)司機(jī)觀察橫平表和撥道表指針是否嚴(yán)重偏離紅區(qū)；二是車后檢測(cè)人員通過軌距尺、弦線測(cè)量［2］。在理論起道量本身出問題時(shí)，橫平表和拔道表指針一般不會(huì)偏離紅區(qū)，作業(yè)司機(jī)無法發(fā)現(xiàn)過起道。當(dāng)車后檢測(cè)人員測(cè)量發(fā)現(xiàn)過起道、過撥道時(shí)，搗固穩(wěn)定車至少已走過20 m以上，不滿足安全要求。

針對(duì)上述問題，本文設(shè)計(jì)了一種起撥道安全裝置。

2起撥道安全裝置設(shè)計(jì)要求

起撥道安全裝置設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下幾方面要求：

（1）安全裝置既不能影響原有電氣系統(tǒng)的功能，也不能改變?cè)须姎庀到y(tǒng)結(jié)構(gòu)。

（2）安全裝置能夠檢測(cè)車上抄平系統(tǒng)和撥道系統(tǒng)是否正常，對(duì)于抄平傳感器、正矢?jìng)鞲衅?、理論正矢、測(cè)量小車、自動(dòng)引導(dǎo)計(jì)算機(jī)（ALC）故障等問題能夠迅速檢測(cè)并報(bào)警。

（3）安全裝置在發(fā)現(xiàn)異常時(shí)能夠迅速切斷一切作業(yè)動(dòng)作，包括夾持、起道、撥道、搗固等。

（4）為保證搗固車作業(yè)安全，安全裝置應(yīng)能夠被立即切斷，使搗固車快速恢復(fù)原車接線狀。

3起撥道安全裝置組成、技術(shù)參數(shù)及工作原理

3.1組成

起撥道安全裝置主要由檢測(cè)部分、采集運(yùn)算部分、控制和指示部分、電源部分組成，其原理框圖如圖1所示。

（1）檢測(cè)部分：通過檢測(cè)傳感器電信號(hào)獲取起撥道的工作狀態(tài)，為下一級(jí)的運(yùn)算提供依據(jù)。

（2）采集運(yùn)算部分：采集電信號(hào)并運(yùn)算，得出差值再進(jìn)行比較，判斷是否超出正常范圍。

（3）控制和指示部分：將判斷結(jié)果輸出至控制搗固的繼電器和操作者，控制搗固動(dòng)作并為操作者提供報(bào)警指示。

（4）電源部分：為整套系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源和接地。

3.2技術(shù)參數(shù)

（1）起撥道安全裝置主要技術(shù)參數(shù)見表1。

（2）作業(yè)報(bào)警擋位限定參數(shù)見表2。

3.3工作原理

3.3.1撥道系統(tǒng)控制原理

撥道控制系統(tǒng)計(jì)算作業(yè)點(diǎn)總撥道量，伺服閥根據(jù)總撥道量的大小控制撥道裝置進(jìn)行撥道作業(yè)。由于撥道作業(yè)要求精度高、響應(yīng)快，所以采用閉環(huán)控制系統(tǒng)，線路方向偏差檢測(cè)和撥道過程自動(dòng)進(jìn)行。撥道系統(tǒng)控制原理如圖2所示。

3.3.2撥道系統(tǒng)保護(hù)原理

每次撥道作業(yè)，單弦的撥道傳感器數(shù)值與理論撥道值進(jìn)行比較，若差值超過了設(shè)定的閾值，則會(huì)產(chǎn)生封鎖信號(hào)。

3.3.3起道系統(tǒng)控制原理

起道控制方式［3］與撥道控制類似，區(qū)別就是左右兩股鋼軌的起道原理是相互獨(dú)立的。為避免兩股鋼軌同時(shí)出現(xiàn)過起道故障，對(duì)總起道量進(jìn)行了控制。由于起道作業(yè)要求精度高，采用閉環(huán)控制系統(tǒng)，檢測(cè)和起道過程自動(dòng)進(jìn)行。起道系統(tǒng)控制原理如圖3所示

3.3.4起道系統(tǒng)保護(hù)原理

采集同一時(shí)刻左右兩股鋼軌的抄平傳感器數(shù)值并進(jìn)行比較，若左右兩股鋼軌的差值超過了設(shè)定的閾值，則會(huì)產(chǎn)生封鎖信號(hào)。

4各組成部分具體設(shè)計(jì)

4.1檢測(cè)部分

4.1.1起道傳感器

起道傳感器采用抄平傳感器EL-T2013.00，如圖4所示，通過對(duì)兩路抄平傳感器檢測(cè)值進(jìn)行采集比較，判斷是否出現(xiàn)了過起道，抄平傳感器直接參與作業(yè)，自身故障時(shí)禁止起道作業(yè)，有預(yù)防效果。

4.1.2撥道傳感器

撥道傳感器采用了搗固區(qū)正失傳感器EL-T609.00，如圖5所示。主要是通過弦線左右位移測(cè)量線路實(shí)時(shí)正矢值，搗固區(qū)正矢?jìng)鞲衅髦苯訁⑴c作業(yè)，自身故障時(shí)禁止撥道作業(yè)，有預(yù)防效果。

4.2采集運(yùn)算部分

4.2.1運(yùn)算部件

通過運(yùn)算放大器LM324N（圖6）采集傳感器電壓，保證傳感器的低頻響應(yīng)速度和精度以及傳感器的安全隔離。然后用運(yùn)算放大器LM358（圖7）構(gòu)成差分減法器、窗口比較器來進(jìn)行運(yùn)算和比較，最后通過功率元器件場(chǎng)效應(yīng)管IRFD110（圖8）輸出比較的結(jié)果。

4.2.2PCB電路板繪制及制作

（1）PCB電路板繪制

通過繪制總體原理圖并仿真，繪制了電路板的原理圖，然后繪制PCB電路板的標(biāo)準(zhǔn)視圖，具體流程如圖9所示。

（2）PCB電路板制作

將繪制好的PCB電路板的標(biāo)準(zhǔn)視圖進(jìn)行基板的制作及測(cè)試，手動(dòng)焊接各個(gè)元器件制作成型的電路板。在試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行四個(gè)擋位的模擬試驗(yàn)，確保電路板的重復(fù)精度、報(bào)警電壓閾值符合要求。PCB電路板制作流程如圖10所示。

4.3控制和指示部分

4.3.1控制部分

通過繼電器控制搗固踏板，連接踏板接線X130至備用繼電器常閉端，連接場(chǎng)效應(yīng)管作為控制端。踏板被切斷以后程序自動(dòng)切斷起撥道和搗固夾持裝置。繼電器連接如圖11所示。

使用示波器測(cè)量繼電器控制端得電到常閉端失電的時(shí)間（t2-t1），測(cè)試20次，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3。

該繼電器可以控制踏板信號(hào)通斷，常態(tài)踏板正常工作，繼電器響應(yīng)時(shí)間最大為5 ms，符合低于10 ms的要求。

4.3.2指示部分

在電路板上設(shè)計(jì)安裝一個(gè)語音報(bào)警板RM980，在外部設(shè)置一個(gè)4 Ω、10 W的喇叭，如圖12所示，語音合成工具界面如圖13所示，將語音文件和配置文件拷貝到語音報(bào)警板，使操作手能夠在噪聲環(huán)境下也能聽到，更能夠確?？焖僬业綀?bào)警位置。

4.4電源部分

采用機(jī)械車自帶B7箱內(nèi)的抄平系統(tǒng)供電，為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源。其中N50為+15 V，N51為-15 V，24 V報(bào)警電源采用弦線張緊信號(hào)QL216，如圖14所示，這樣只有在放車完畢準(zhǔn)備作業(yè)時(shí)才會(huì)進(jìn)入工作狀態(tài)，避免打開作業(yè)主開關(guān)時(shí)誤報(bào)警。

用萬用表分別測(cè)量1 min內(nèi)三個(gè)供電端子的實(shí)際電壓，記錄最低值和最高值，見表4。

經(jīng)過測(cè)量，±15 V電壓最大差值21 mV，24 V電壓最大差值0.425 V，均符合±15 V電壓誤差不超過±1 V，24 V電壓誤差不超過±4 V的要求。

5裝置驗(yàn)證、安裝調(diào)試及功能測(cè)試

5.1安全性驗(yàn)證

在安裝前召開安全審查會(huì)，主要對(duì)抄平和撥道系統(tǒng)各傳感器、電源、搗固動(dòng)作的影響三個(gè)方面進(jìn)行論證，主要結(jié)果見表5。

結(jié)論

通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出電路板接入前和接入后對(duì)各傳感器和電源的影響幾乎可以忽略不計(jì)，滿足安全性要求

5.2安裝及調(diào)試

在DWL-48連續(xù)式搗固穩(wěn)定車03564車上進(jìn)行安裝。首先安裝電路板、開關(guān)、喇叭等裝置，然后連接各電纜，其中B7箱內(nèi)的所有電纜采用新電纜布設(shè)，B7箱至B2箱采用備用線布設(shè)。該裝置的接線如圖15所示，各部件的分布如圖16所示，實(shí)物如圖17所示，各組件安裝實(shí)物圖如圖18所示。

5.3功能測(cè)試

5.3.1動(dòng)作性能測(cè)試

根據(jù)安裝調(diào)試大綱，通過墊高小車、拉動(dòng)弦線、拔掉傳感器插頭、解開信號(hào)線等方式，模擬各種傳感器故障、小車故障、電路板故障、線路故障、人為故障等29項(xiàng)故障，觀察是否報(bào)警、是否切斷搗固踏板。通過試驗(yàn)可以看出有效報(bào)警率為100%，每次報(bào)警都能立即切斷踏板信號(hào)，停止一切動(dòng)作，達(dá)到了預(yù)期的效果。

5.3.2響應(yīng)時(shí)間測(cè)試

為了測(cè)試安全裝置的響應(yīng)時(shí)間，通過雙通道示波器對(duì)每個(gè)擋位的響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行了10次實(shí)驗(yàn)，響應(yīng)時(shí)間統(tǒng)計(jì)見表6。

6結(jié)語

起撥道安全裝置已經(jīng)在一臺(tái)DWL-48連續(xù)式搗固穩(wěn)定車上安裝使用了一年，不僅對(duì)起撥道動(dòng)作進(jìn)行了保護(hù)，還使施工和線路安全得到了更好的保障，減少了操作人員的工作量，縮短了起撥道故障后的查找處理時(shí)間。由于其他類型搗固車如DC-32步進(jìn)式搗固車、DCL-32連續(xù)式搗固車等與DWL-48連續(xù)式搗固穩(wěn)定車的起道、撥道原理基本一致，安裝到其他搗固車只是外部接線不同，電路板無需更改，因此本裝置具有推廣意義。

參考文獻(xiàn)

［1］ 韓志青，唐定全.抄平起撥道搗固車［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2005.

［2］ 蔣萬軍.搗固車整體數(shù)字化預(yù)測(cè)量技術(shù)應(yīng)用研究［J］.高速鐵路技術(shù)，2014，5（5）：22-27.

［3］ 師輝宇.液壓起道機(jī)起道作業(yè)雙缸同步系統(tǒng)研究［D］.長(zhǎng)沙：中南大學(xué)，2010.