邢曉佳

（中鐵電氣化局集團(tuán)有限公司鐵路工程公司，北京 100071）

1 引言

根據(jù) 《國(guó)鐵集團(tuán)鐵路營(yíng)業(yè)線施工管理辦法》（鐵調(diào)[2021]160 號(hào)）規(guī)定，鐵路營(yíng)業(yè)線的成段（連續(xù)3 根及以上軌枕）破底清篩、成組更換道岔、無縫線路應(yīng)力放散、線路架空或加固后橋涵頂進(jìn)等各項(xiàng)施工作業(yè)完畢后，施工作業(yè)地段需根據(jù)相應(yīng)的列車放行條件進(jìn)行階梯提速。涉及限速的施工作業(yè)，需在施工作業(yè)地點(diǎn)來車方向的線路左側(cè)設(shè)置移動(dòng)減速信號(hào)牌，向機(jī)車司機(jī)及時(shí)并準(zhǔn)確地提供限速信息，提示司機(jī)減速[1]。目前應(yīng)用的移動(dòng)減速信號(hào)牌多采用刷漆、粘貼反光貼等方式體現(xiàn)，每張牌只能顯示一種限速值，每次放行列車條件的限速變換需要作業(yè)人員在非天窗進(jìn)入護(hù)網(wǎng)更換相應(yīng)的限速數(shù)值。移動(dòng)減速信號(hào)牌限速數(shù)值的更換必須準(zhǔn)時(shí)，否則可能會(huì)給機(jī)車司機(jī)提供錯(cuò)誤的限速信息，從而引起事故[2]。作業(yè)人員多次在非天窗時(shí)間進(jìn)入護(hù)網(wǎng)更換移動(dòng)減速信號(hào)牌，且不能完全保證準(zhǔn)時(shí)更換，給作業(yè)人員的人身安全及列車的安全運(yùn)行帶來了巨大的隱患。

鑒于此，本文擬研發(fā)一種鐵路智能電子移動(dòng)減速信號(hào)牌和控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制切換限速值，以減少非天窗時(shí)間作業(yè)人員進(jìn)入護(hù)網(wǎng)更換移動(dòng)減速信號(hào)牌的次數(shù)，減少作業(yè)人員的工作量，降低人身、行車及施工安全隱患。

2 總體設(shè)計(jì)

《普速鐵路工務(wù)安全規(guī)則》（鐵總運(yùn)[2014]272 號(hào)）對(duì)移動(dòng)減速信號(hào)牌的樣式、顏色、尺寸等做出了詳細(xì)的要求。

智能電子移動(dòng)信號(hào)牌的基本設(shè)計(jì)思路是在保證正、反面的外觀、顏色、尺寸符合相關(guān)規(guī)則要求的前提下，將牌體設(shè)計(jì)為中空?qǐng)A柱體，圓面幾何尺寸與相關(guān)規(guī)則要求保持一致，牌體中空位置放置智能操控部件，牌體正面開顯示屏孔（280 mm×160 mm）。智能操控部件通過3G/4G/5G 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)程控制端的信息互通和遠(yuǎn)程控制。本設(shè)計(jì)還考慮了顯示屏受損、故障、3G/4G/5G 網(wǎng)絡(luò)信號(hào)弱、信號(hào)中斷及無信號(hào)等不能準(zhǔn)確顯示限速值情況下的應(yīng)急顯示操控設(shè)計(jì)、信號(hào)牌顯示狀態(tài)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及智能電子移動(dòng)信號(hào)牌架桿設(shè)計(jì)。智能電子移動(dòng)信號(hào)牌整體架構(gòu)圖如圖1 所示。

圖1 智能電子移動(dòng)信號(hào)牌整體架構(gòu)圖

3 智能電子移動(dòng)信號(hào)牌設(shè)計(jì)

3.1 移動(dòng)減速信號(hào)牌牌體外觀設(shè)計(jì)

3.1.1 外觀形狀及材質(zhì)

移動(dòng)減速信號(hào)牌外觀設(shè)計(jì)為圓柱體箱盒，外殼采用高硬度且有一定柔韌度的輕質(zhì)金屬材質(zhì)。為節(jié)省成本，箱體的背面和正面的非數(shù)值區(qū)延用噴涂反光漆。箱盒的正面和側(cè)面可采用整體沖壓工藝，一體成型，再在顯示屏位置掏孔。為方便檢修，背面設(shè)計(jì)為可拆卸后蓋，且具備防水、防塵、防潮等功能。

3.1.2 圖案及顏色

正面由外向內(nèi)依次為寬10 mm 的白色反光漆涂層警示圈，寬20 mm 的黑色反光漆涂層警示圈，內(nèi)圓為黃色反光漆涂層，限速值數(shù)字為黑色反光漆（兩位數(shù)的數(shù)字尺寸為170 mm×140 mm）。背面除內(nèi)圓為綠色反光漆、無限速值數(shù)字外，其他與正面一致。側(cè)面顏色采用白色反光漆噴涂。移動(dòng)減速信號(hào)牌的外觀設(shè)計(jì)示意圖如圖2 所示。

圖2 移動(dòng)減速信號(hào)牌外觀設(shè)計(jì)示意圖

3.2 顯示系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)

3.2.1 顯示系統(tǒng)

數(shù)字顯示區(qū)采用超薄、節(jié)能的戶外高清LED 顯示屏[3]。要求顯示屏顯示黃底黑字（要求能顯示3 位數(shù)，兩位數(shù)字的字高為140 mm，字寬為170 mm；三位數(shù)字的字高為140 mm，字寬為255 mm），夜間清晰可見，白天在太陽光的照射下亦能清晰可見，耐風(fēng)化，防水、防塵、防潮，有一定的抗擊打能力（一定程度上可抵御冰雹等惡劣天氣帶來的破壞）。

3.2.2 控制系統(tǒng)

1）遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)：可通過遠(yuǎn)程控制實(shí)現(xiàn)限速值切換。遠(yuǎn)程控制采用3G/4G/5G 信號(hào)控制，此遠(yuǎn)程控制端可以通過電腦、手機(jī)、平板電腦等多種端口控制來實(shí)現(xiàn)。設(shè)置人工切換、紅外感應(yīng)切換模式和智能切換3 種模式。人工切換模式為紅外感應(yīng)切換和智能切換出現(xiàn)故障時(shí)的備用模式。定時(shí)模式適用于按時(shí)段限速的數(shù)值切換，紅外感應(yīng)切換模式適用于按列車通過次數(shù)切換限速值的情況。

當(dāng)紅外感應(yīng)切換系統(tǒng)或智能定時(shí)切換系統(tǒng)出現(xiàn)故障，不能及時(shí)完成限速值切換時(shí)，通過遠(yuǎn)程控制端調(diào)整為手動(dòng)切換系統(tǒng)，利用人工操作遠(yuǎn)程控制端來實(shí)現(xiàn)限速值的切換。

遠(yuǎn)程控制僅限于3G/4G/5G 網(wǎng)絡(luò)信號(hào)全覆蓋的地域。

2）紅外遙控控制系統(tǒng)：通過專門的紅外遙控器或有紅外功能手機(jī)的App 端來實(shí)現(xiàn)限速值切換。紅外遙控器或手機(jī)App根據(jù)《普速鐵路工務(wù)安全規(guī)則》中規(guī)定的限速值設(shè)置相應(yīng)的按鍵，切換限速值前，作業(yè)人員到達(dá)移動(dòng)減速信號(hào)牌位置的鐵路護(hù)網(wǎng)外側(cè)，在遙控器的有效距離范圍內(nèi)利用遙控器直接切換相應(yīng)的限速值，但無須進(jìn)入護(hù)網(wǎng)。

紅外遙控控制系統(tǒng)適用于3G/4G/5G 網(wǎng)絡(luò)信號(hào)未覆蓋、信號(hào)較弱的地區(qū)及網(wǎng)絡(luò)信號(hào)中斷的情況。該紅外遙控器可與應(yīng)急裝置的遙控合用。

3）供電系統(tǒng)：移動(dòng)減速信號(hào)牌的設(shè)置時(shí)長(zhǎng)由營(yíng)業(yè)線施工管理細(xì)則中的列車放行條件和鐵路天窗的設(shè)置決定。一般移動(dòng)限速牌在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置會(huì)持續(xù)2～8 d 或更長(zhǎng)（長(zhǎng)期限速且未納入列車運(yùn)行監(jiān)控記錄裝置的限速）。因鐵路沿線無電源，移動(dòng)限速信號(hào)牌應(yīng)采用體積小、容量大的蓄電池供電，蓄電方式采用電源直充和太陽能充電相結(jié)合的方式。移動(dòng)減速信號(hào)牌設(shè)置2個(gè)蓄電池組供電，一個(gè)為主蓄電池，另一個(gè)為應(yīng)急備用蓄電池；正常工作時(shí)只用主蓄電池供電，應(yīng)急備用蓄電池保持電量充盈，不參與供電；待主蓄電池電量用盡或者主蓄電池出現(xiàn)故障時(shí)，啟用應(yīng)急備用蓄電池。

4）實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)：加裝監(jiān)控裝置，以便隨時(shí)查看移動(dòng)減速信號(hào)牌的狀態(tài)及限速值顯示是否正確。監(jiān)控裝置宜采用微型高清攝像頭，并將其與移動(dòng)減速信號(hào)牌設(shè)計(jì)成為一個(gè)整體，將畫面實(shí)時(shí)反饋回來。

5）應(yīng)急備用系統(tǒng)：加裝應(yīng)急備用裝置，一旦發(fā)生顯示屏破裂、集成電路出現(xiàn)問題、主電源沒電、接觸不良、遠(yuǎn)程信號(hào)中斷等無法正常顯示信號(hào)的情況時(shí)，可以啟動(dòng)應(yīng)急備用裝置，避免給機(jī)車司機(jī)提供錯(cuò)誤信息或不能提供信息。

應(yīng)急備用系統(tǒng)主要由應(yīng)急備用電源、控制模塊、電機(jī)、顯示卷軸等組成。該應(yīng)急備用裝置單獨(dú)成立控制系統(tǒng)，應(yīng)急備用裝置供電采用獨(dú)立的備用電源（備用電源在未啟用的狀態(tài)下可利用主電源補(bǔ)充電量），應(yīng)急備用裝置利用紅外線或4G 網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)控制，該裝置采用遙控卷軸傳動(dòng)的方式轉(zhuǎn)換限速數(shù)值，在顯示器后面增加2 個(gè)卷軸，顯示材料采用反光噴繪布，將所有限速數(shù)值印刷在反光噴繪布上，視覺效果要求黃底黑字，卷在上方卷軸上，牽引線繞過屏幕連接在下方卷軸上，通過遠(yuǎn)程控制端、遙控或手機(jī)App 等設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，啟動(dòng)卷軸，卷軸轉(zhuǎn)動(dòng)，將上方卷軸上印有限速值的材料牽引至下方卷軸，以此實(shí)現(xiàn)切換限速數(shù)值。可設(shè)置數(shù)控模塊，當(dāng)選擇某個(gè)數(shù)值時(shí)，模塊根據(jù)事先設(shè)置好的程序?qū)⒄_的數(shù)值展現(xiàn)出來。應(yīng)急裝置設(shè)計(jì)示意圖如圖3 所示。

圖3 應(yīng)急裝置設(shè)計(jì)示意圖

6）遙控的設(shè)計(jì)：紅外線遙控內(nèi)部設(shè)置變波發(fā)射裝置，可以根據(jù)不同的需求來切換相應(yīng)的波段發(fā)射，以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同模塊的控制。

4 智能電子移動(dòng)信號(hào)牌架桿桿體設(shè)計(jì)

桿體采用不銹鋼二級(jí)伸縮桿設(shè)計(jì)，桿體收縮狀態(tài)長(zhǎng)度為1 000 mm，桿體展開狀態(tài)長(zhǎng)度為1 900 mm。二級(jí)桿底部車出卡槽，伸縮關(guān)節(jié)處采用螺絲對(duì)應(yīng)卡槽固定，防止二級(jí)桿隨意滑動(dòng)。二級(jí)桿頂部設(shè)置凸出環(huán)邊，防止二級(jí)桿全部落入一級(jí)桿內(nèi)。

桿體與移動(dòng)減速信號(hào)牌箱體的連接采用絲扣連接方式，二級(jí)桿頂部車成螺桿絲扣，移動(dòng)減速信號(hào)牌箱體底部焊接螺帽。

底部設(shè)折疊式三腳架腿，架腿展開長(zhǎng)度為400 mm。架腿末端設(shè)置楔釘，楔釘入土深度200 mm。架腿分為平支撐和斜支撐兩部分，平支撐采用不銹鋼扁鋼，遠(yuǎn)離桿體端開楔釘孔；斜支撐采用不銹鋼圓管，末端開楔釘槽以藏匿楔釘。楔釘采用高強(qiáng)不銹鋼釘，楔釘長(zhǎng)度不小于250 mm，釘體開貫穿孔，用鉚釘穿過楔釘貫穿孔使其與斜支撐連接在一起。

一級(jí)桿頂部設(shè)置可自動(dòng)收線的纜風(fēng)繩盒。防風(fēng)繩采用防風(fēng)化、防腐蝕、高韌性、耐磨、抗拉性強(qiáng)的聚乙烯線繩。防風(fēng)繩的主要作用為將移動(dòng)減速信號(hào)牌與既有接觸網(wǎng)桿或柵欄捆綁在一起，或系在鐵路反方向的固定物上，防止移動(dòng)減速信號(hào)牌傾倒且倒向鐵路線路方向，從而侵入鐵路限界，引起事故。

5 結(jié)語

綜上所述，本文提出的智能電子移動(dòng)減速信號(hào)牌具有以下優(yōu)點(diǎn)，值得在今后研發(fā)、生產(chǎn)及推廣應(yīng)用。

1）智能電子移動(dòng)減速信號(hào)牌可以實(shí)現(xiàn)通過遠(yuǎn)程控制達(dá)到切換移動(dòng)減速信號(hào)牌限速數(shù)值的目的。

2）可以實(shí)現(xiàn)減少作業(yè)人員在非天窗時(shí)間進(jìn)入鐵路護(hù)網(wǎng)及和穿越鐵路運(yùn)行線路的次數(shù)及在護(hù)網(wǎng)內(nèi)逗留的時(shí)間，從而降低以上作業(yè)帶來的人身及行車安全隱患。

3）可以通過視頻監(jiān)控來實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)減速信號(hào)牌顯示狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

5）解決遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)或顯示裝置出現(xiàn)故障后的應(yīng)急處置，以及信號(hào)未覆蓋區(qū)域遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)不能發(fā)揮作用的問題。

6）解決傳統(tǒng)桿體插入深度不足、不方便插入路肩、整體不穩(wěn)的問題。