（光学工程专业论文）基于plc的车辆防溜系统研究.pdfVIP

西南交通大学硕士研究生学位论文第l 页 摘要 随着国民经济迅速发展，铁路货物运输日益繁忙，因此铁路安全运输面临着更加 严峻的形势。长期以来，防止车辆溜逸是铁路安全的非常重要的一部分。随着铁路站 场作业量的增大，车站到发场发生车辆溜逸事故的概率也将随之上升，若不采取有效 的防溜措施，将会发生重大的安全事故，给国家造成巨大的经济损失。目前到发场防 溜作业一般采用传统的铁鞋和制动手闸，其工作效率不高且存在很大的安全隐患。尽 管近年来一些新型防溜装置不断问世，但在实际应用中还存在不少缺陷，整体自动化、 智能化水平不高。 本论文正视这些问题，以铁路站场防溜作业需求为背景，对车辆防溜系统开展研 究。从到发场工作实际出发，在西南交通大学研制的z t - 1 型峰尾停车器基础上，进行 结构优化和升级，研究并设计出智能防溜控制系统。系统采用西门子公司s - 3 0 0 系列 的p l c ，并通过p r o f i n e t 工业以太网实现p l c 之间、p l c 与上位机之间的快速通信， 形成一个智能的集散控制系统，实现对到发场各股道防溜器的智能控制、状态监测及 故障保护。不仅可增强防溜作业的安全性和可靠性，而且可提高站场的作业效率。本 论文还将防溜系统融入6 5 0 2 电气集中系统，并注重防溜系统的规范性、通用性，便于 系统推广应用，对提高铁路站场作业的自动化程度具有现实意义。 关键词到发场；防溜器；p l c ；工业以太网；6 5 0 2 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 l 页 a b s tr a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to f t h en a t i o n a le c o n o m y ，t h er a i l w a yc a r g ot r a n s p o r t a t i o n h a sb e c o m ei n c r e a s i n g l yb u s y ，t h e r e f o r e ，r a i l w a yt r a n s p o r t a t i o ns a f e t yi sf a c i n gam o r e s e v e r es i t u a t i o n s i n c el o n g ，t op r e v e n tt h ev e h i c l es l i p p e di sav e r yi m p o r t a n tp a r to f r a i l w a ys a f e t y s i m u l t a n e o u s l yt h er a i l r o a dw o r ks t a t i o ny a r dd a yb yd a yi sa l s ob u s y ，t h e v e h i c l e s ss l i d ea c c i d e n t si n c r e a s ei n c r e a s i n g l yi na r r i v a l d e p a r t u r eo fs t a t i o n ， i fd o e sn o t a d o p te f f e c t i v em e a s u r e st op r e v e n ts l i p ，s i g n i f i c a n ts e c u r i t yi n c i d e n t sw i l lo c c u r ， c r e a t e s t h eh u g ee c o n o m i cl o s st ot h ec o u n t r y a tp r e s e n ta n t i - s l i pw o r ko f a r r i v a l d e p a r t u r eu s e g e n e r a l l yt r a d i t i o n a lt h em e t a ls h o ea n dt h eb r a k eh a n db r a k e ，i t se f f i c i e n c yi sn o th i g ha n d t h e r ei sab i gs e c u r i t yr i s k a l t h o u g hi nr e c e n ty e a r s ，s o m en e w a n t i s l i pd e v i c e sc o n t i n u et o c o m eo u t ，b u ta l s oh a sm a n yf l a w si nt h ep r a c t i c a la p p l i c a t i o n ，t h ew h o l ea u t o m a t i o n ， t h ei n t e l l e c t u a l i z e dl e v e la r en o th i g h t h ep r e s e n tp a p e rf a c e su pt ot h e s eq u e s t i o n s ，t a k e st h es h e n s h u o t i e l us t a t i o ny a r d s a n t i - s l i pd e m a n da st h eb a c k g r o u n d ，d e v e l o pr e s e a r c ho fv e h i c l e sa n t i s l i p ，i nd e v e l o p e d z t - 1 - t y p ep e a kt a i lp a r k i n g a tt h es o u t h w e s tj i a o t o n gu n i v e r s i t yf o u n d a t i o n ，c a r r i e so nt h e s t r u c t u r eo p t i m i z a t i o na n dt h ep r o m o t i o n ，s t u d i e sa n dd e s i g n st h ei n t e l l i g e n c e a n t i s l i p s y s t e m t h ea n t i - s l i ps y s t e mu s e ss i e m e n s s 一30 0s e r i e sp l c ，a n dr e a l i z e s f r e e c o r r e s p o n d e n c eb e t w e e np l ca n dt h es u p e r i o rm a c h i n ef r e ec o m m u n i c a t i o n st h r o u g ht h e i n d u s t r ye t h e m e t ，t h u sr e a l i z e sa r r i v a l - d e p a r t u r ee a c hr o a da n t i s l i pb r a k e sa u t o m a t i c c o n t r o l 、c o n d i t i o nm o n i t o ra n df a i ls a f e n o to n l yi n c r e a s et h es y s t e m 、ss a f f ya n dr e l i a b l e ， a n dr a i s e dt h ey a r d sw o r ke f f i c i e n c yg r e a t l y a n dt h i sp a p e ra l s oi n t e g r a t ea n t i s l i ps y s t e m i n t ot h e6 5 0 2c h a i n - l i k es y s t e m s ，t h i se n h a n c e st h ea n t i - s l i ps y s t e m ss t a n d a r d s ，t h e v e r s a t i l i t y ，h a sb r o u g h tc o n v e n i e n t l yf o rt h es y s t e mp r o m o t i o n ，i ti st h e s es u p e r i o r c h a r a c t e r i s t i c s ，m a yc a u s eo p e r a t i o na c c i d e n tr a t eo fa r r i v a l d e p a r t u r et or e d u c eg r e a t l y ，t o r e a l i z e st h er a i l r o a dy a r d sw o r ka u t o m a t i o nt oh a v et h ep r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e k e yw o r d sr e c e p t i o n d e p a r t u r ey a r d ；a n t ir u n n i n gd e v i c e ；p l c ；i n d u s t r ye t h e m e t ； 6 5 0 2 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授 权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密囱，使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“4 ”) 学位论文作者签名：曼步它 日期：纠，f 叫 指导老师签名： 榔睬 日期：刎o 岁弓1 西南交通大学硕士学位论文主要工作( 贡献) 声明 本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下： 最近几年，对编组站峰尾制停防溜研制了些自动控制装置并投入现场使用，总 的看来以液压式，气压式居多。液压系统或气压系统初期投入较大，施工量大；长期 使用还会出现管道泄漏、液动( 或气动) 器件等故障，可靠性不高。在运用中，这些 车辆防溜装置对于那些车辆质量大、到发场坡度大或者风力大的地方，防溜器的制动 力往往显得不足。 本课题摒弃了采用液压和气压制动装置的设计思想，采用由电机驱动的机械传动装 置，采用西门子p l c 来对防溜现场进行集散控制，不仅系统可靠，而且实现了自动控 制，可大大提高了作业效率。并且本课题还考虑把防溜系统融入6 5 0 2 连锁系统，这样 就提高防溜系统的规范性、通用性，便于系统推广应用。 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成 果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰 写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。 本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。 学位论文作者签名：五饧匕 日期：2 4 0 f 3 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 研究背景 第1 章绪论 铁路到发场，是铁路网中极其重要的组成部分，也是铁路运输极其重要的基本生 产单位。随着铁路工作站场日益繁忙，车站到发场发生车辆溜逸事故的概率也随之升， 若不采取有效的防溜措施，将会发生重大的安全事故，给国家造成巨大的经济损失。 以神朔铁路某站为例，目前有到发线1 8 股道，调车线6 股道，准备线l 股道，共 有2 4 股道，每天平均有8 6 对列车停留，最多达9 8 对。车站调车作业繁忙，为防止停 留车辆溜逸要放置铁鞋，要牵走车辆又需撤除铁鞋。如果将调车机连挂上车辆并送达 指定地点为一钩，该站调车作业平均每天约2 0 0 余钩。若每撤或设1 次铁鞋按2 0 秒计， 每钩平均5 次，累计约需2 0 5 6 0 1 7 分钟，则一天撤设铁鞋就要花去1 7 x 2 0 0 6 0 = 5 6 7 个小时。当铁鞋被车辆压住，必需要借助机车顶开才能取出，特别是在有 坡度和风比较大的地区车轮压鞋发生的频率更高，所需时间还要增加。对停留在站上 的列车防溜依然采用原始的人工上鞋来完成，每次撤设铁鞋工人要手持约7 公斤( 普 通铁鞋) 重的铁鞋沿着坑洼不平的道碴路穿越股道，每次上鞋最近需走2 0 米，最远要 走5 0 余米，平均每次来回要走7 0 米。按目前每天至少8 6 对车计，每班每人要手持约 7 公斤的铁鞋走约3 0 趟，特别是在寒冷的夜晚或遇到恶劣天气，其作业条件更加困难， 如此高强度劳动，容易引起工人疲劳和疏忽，导致工作质量下降，引起事故发生。由 此可见，铁鞋防溜，不仅耗时费力，而且容易发生忘上、漏撤铁鞋或上鞋不当现象， 引发停留车辆溜逸、造成道岔挤坏，甚至导致溜逸车辆相撞、脱轨等恶性事故。 特别近十多年来，我国铁路车辆己经完成了由滑动轴承向滚动轴承的过渡，明显 地改善了车辆走行性能，有利于列车起动和运行。而另一方面，由于车组起动阻力小， 如果车辆停留在具有一定坡度( 有些车站到发线坡度甚至超过6 曲的到发线上，再加上 大风沙等外界自然环境的影响，极易产生车辆( 车列、车组) 自然溜逸，给运输生产安 全带来较大隐患。 目前尚无有效技术手段能杜绝此类事故的发生，能够对停放在到发线上的列车或 车辆予以可靠制动，并监控其制动状态和位置，从而达到防止列车或车辆溜逸的目的。 因此，研制一种先进、成熟、经济、可靠、适用的停车防溜技术和设备不仅可大大提 高站场的安全作业能力，而且可改善工人的劳动条件、提高工作效率，这对全面实现 到发线防溜作业的自动化和智能化具有重要的意义。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 1 2 国内外停车防溜的技术和设备研究应用现状 目前，世界各国的驼峰编组站编尾停车制动和止轮防溜方式主要有以下几种： 1 人工下铁鞋 人工下铁鞋这是一种与铁路发展几乎同龄的制动防溜设备。由于直接成本较低， 目前仍然是驼峰编组场尾部停车防溜的主要方式，需由人工布放和回收。为了解决人 工下铁鞋的问题，前苏联铁路曾经研制和少量应用自动铁鞋取代人工铁鞋。但是由于 可靠性较差和铁鞋回收难等问题而没有得到推广。下铁鞋作业效率低，需要人员多且 劳动强度大、安全系数不高。由于丢鞋和落鞋极易造成行车事故。 2 人工拧手闸 人工拧手闸在美国铁路编组站常用，编组站尾部调车机将重量符合要求且制动良 好的车辆从尾部送入股道的停车位置( b u f f e rc a r ) ，然后人工拧紧手闸作为停车设备：在 列车将要被牵出前，由人工松开手闸，然后用调车机将该辆重车牵走后，再办理列车 的牵出作业。此种方式不仅费时费力，而且还要因挑选和扣留的车辆货物须向顾客交 纳一定的货物滞留费用。 3 停车器 停车器是一种已经有4 0 多年应用历史的、比较传统的制动设备。制动方式由制动 轨对钩车的车轮轮幅施加钳夹力或内撑力而产生磨擦，从而达到减速停车的目的。驱 动方式有液压、气动、电动和弹簧几种。一般需要与信号连锁和外部控制。由于在技 术上比较复杂，造价高，制动能力不足，对维护要求较高，一旦失控后果严重，特别 是对“薄、大、油”轮的车辆制动效果较差，这些因素的影响使其应用范围受到了限 制。据考查，目前绝大部分在用的停车器仍需要人工下铁鞋进行防护。 4 防溜器 防溜器实际上是一种小型停车器，通过制动轨对车轮的轮辐施加夹紧力或内撑力 进行防溜。 5 停车顶 停车项是近年来开始研究并推广使用的新型防溜停车技术和设备。停车顶成了铁 路部门各科研院所主要研究开发的编组站尾部防溜停车的技术设备，都旨在采用液压 控制技术，对减速顶的缺点进行实质性的改进，目前英国的u l t r o 公司( 原d o u t y 公司) 也开始研究试验停车顶。 在国外，日本横滨编组站的l 4 型直线电机停车器，美国的非重力弹簧夹板式和 杠杆输入式停车器，以及德国研制的大电流强磁力式停车器，都先后投入了应用。但 是上述防溜设备都是针对编组站尾部停车防溜作业要求设计的，而应用在到发线上的 车辆防溜设备还有待进一步研究开发。 目前的防溜装置控制系统大多自动化程度较低，很多静态制动仍然采用铁鞋止轮 器、防溜枕木等设备，需要人工操作，不仅极大地制约了了运输作业效率，而且存在 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 较大的事故隐患。 同时，大部分防溜装置都是针对编组站尾部停车防溜作业而设计的，因此，其控 制系统也是与编组站峰尾调车进路集中联锁相结合的。适用于车站到发线的、与车站 信号联锁系统相结合的防溜装置控制系统的研发依然处在起步阶段。 针对国内外停车防溜的技术和设备研究应用现状，笔者认为到发场防溜可借鉴编 组站驼峰作业的尾部防溜设备和技术。目前，大部分峰尾停车防溜自动控制系统的基 本结构，由控制系统硬件和软件两部分组成，其功能结构上将峰尾调车进路控制、驼 峰头控制部分与尾部停车防溜装置控制结合起来，峰尾停车防溜与调车进路通过计算 机网络技术处理实现自动控制。系统运作时，只要驼峰信号楼操作员准备调车进路完 毕，相对应股道的停车防溜装置就能自动转换为制动位或缓解位的状态。因此，到发 场防溜系统也可形成车站调度室的上位机与现场p l c 和防溜制动设备相结合的控制 系统。 1 3 论文设计任务 主要根据神朔铁路的实际情况和需要，针对目前运输车辆在站场防溜环节中存在 的耗时、费力、不安全的落后生产问题，设计一种既能保持现有停车器制动效果，又 不妨害本务机的通行要求，既满足到发线停留车辆防溜需要，又符合调车场尾部溜逸 车辆防溜制动要求的通用型停车器，力求改变现有车辆防溜的落后现状。 其主要内容包括以下几方面的内容： 1 通用型铁路车辆防溜设备的设计与优化。以列车编组驼峰作业的峰尾防溜器为 技术参考，结合中间站停车防溜的技术要求，对防溜器制动原理以及制动效能进行研 究分析，并考虑多种因素环境下制动效能的优化分配问题，研制满足动、静防溜、大 小站场均能运用的通用型车辆防溜器，对其驱动方式进行分析和优选，设计相应的驱 动及检测电路，能方便地实现对防溜器的控制及状态监测。 2 应用车站现有的6 5 0 2 连锁控制系统，将防溜设备作为安全设备进行智能闭环控 制。将信号联锁的控制指令通过光电隔离引入到防溜控制系统中。由控制系统中的p l c ( 逻辑控制单元) 根据控制指令和现场传感信号决定机械执行机构的动作。防溜设备 动作表示情况反映到运转室防溜监控面板，以声音或灯光方式提醒车站值班人员注意 防溜设备的状态以及动作执行情况。 3 控制系统安全性、可靠性研究。为防范控制系统( 联锁设备) 意外失效或控制 信号失真时后，防溜器出现失控导致错误运行从而引发严重事故，拟采通过p l c 对现 场采集的信号和设定阈值信号的对比与匹配的方式，遵循系统“故障一安全”原则，设计 故障导向安全的措施。 4 控制系统冗余技术。为进一步提高控制系统可靠性，拟采用先进的双p l c 联 动控制技术。在任一p l c 出现故障的情况下，利用硬件冗余技术以保证系统可继续安 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 ! i 一一_ ；i i i i；_ i - 皇曼曼曼鼍蔓皇曼曼曼曼皇曼曼曼皇皇曼曼毫曼皇蔓曼! 曼量舅曼曼曼! 皇曼曼曼曼曼曼曼皇曼曼曼曼皇鼍篡量曼 全可靠运行，同时采用软件冗余技术，建立p l c 控制程序逻辑冗余。 5 故障处理控制模块的研究。通过获取手动操作权限，控制系统可释放自动控制 并切换到人工控制模式，操作人员可在该模式下利用故障排除模块排除异常与故障。 再次获得自动控制权限后，控制系统进行自检复位，并恢复自动控制模式。 6 设备布局优化。设备的安装布局很大程度上决定防溜设备制动效能，拟根据不 同站场地理位置、线路坡道参数、车型及车列不同编组的实际情况，确定设备最优布 局，以提高运输作业的最大效益。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 第2 章到发场和车站防溜联锁 本章主要介绍到发场的基本知识和车站6 5 0 2 电气集中系统，并结合神朔铁路的实 际情况，来说明本防溜逸系统如何满足到发场防溜的需要、如何融入车站信号联锁系 统。 2 1 到发场 货运站是铁路货运作业的车站，其功能主要是从事货运业务，包括货物承运、装 卸作业和货物列车的到发作业。根据需要设置若干到发线、编组线和货物库场、库房 等设施。货运站的布置形式基本分两种：一是通过式的客、货运站，其正线和到发线 是贯通的，货运库场布置在铁路的一侧；二是尽头式货运站，其到发线是尽头式的， 货运站房和库场设于到发线的终端或一侧。 根据列车作业的性质可分为编组站、区段站和中间站3 种。此外还有为工矿企业 服务的专业化的车站，这些站点有的设有到发线或者是到发场。例如本文主要研究的 神朔铁路是我国“八五”计划重点建设项目之一，是中国神华能源股份公司矿、电、路、 港、航系统工程的重要组成部分。它是我国继大秦铁路之后的第二条西煤东运的大通 道，主要承担神府、东胜煤田的煤炭外运任务，由中国神华能源股份公司神朔铁路分 公司负责经营管理 2 1 1 车站到发线 到发线数量的多少与所要求的车站通过能力以及基建投资紧密相关，因而正确计 算和确定设计年度运量所需到发线数量，具有重要意义。 ( 一) 影响列发线数量的因素 区段站上供货物列车使用的到发线数量主要应根据货物列车对数和种类等来确 定。影响列车到发线数量的主要因素是： 1 列车对数及列车性质 列车对数的多少及不同的货物列车种类直接影响到发线被占用的次数和时间。列 车到达次数愈多，所需到发线数量也应考虑作相应的增加。但线路数量并不是完全随 列车数增加而按比例增加的。列车的性质直接影响列车占用到发线的次数和时间，改 编中转列车较无改编中转列车每次占用到发线时间增加很多。本论文研究的神朔铁路 某站，每天平均有8 6 对列车停留，最多达9 8 对，且改编中转列车较多。 2 衔接线路方向数及相邻区段的闭塞方式 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 当车站衔接线路方向致较多、区间采用调度集中或双线自动闭塞等现代化设备时， 列车密集到达的可能性较大，所需的到发线数量也要考虑适当增加。 3 车站布置图的类型： 车站布置图的类型不同，线路灵活使用的可能性不同，影响线路数量的确定。如 横列式区段站正线往往可兼作到发线使用，线路数量可少些；纵列式区段站，大部分 到发线为单进路，正线不是都能兼作到发线使用的，线路数量则要多些；客、贷纵列 式区段站，客、货分场，到发线不能混用，两条正线均留作通过线，不能用来接发列 车，线数量就要更多些。 4 技术作业过程及作业方法：列车技术作业时间长短直接影响列车占用到发线的 时间，在各项技术作业时间中又以列车技术检查所需时间较长，由于各类列检所检修 范围、工作性质不同，致使列车占用到发线时间长短也有区别。不同的作业方式使列 车占用到发线的时间也有很大差别。如在编组作业较多的车站，列车占用到发线时间 长，因而所需的到发线数目相应增多。 5 机车交路：在采用肩回运转制交路的情况下，列车占用到发线的时间要比采用 循环运转制较长。因为采用循环运转制交路时，在无改编中转列车的技术作业过程中 可减少到达试风和出发试风等作业过程。 在采用肩回运转制时，在有大量或主要是直达、直通货物列车通过的区段站上， 当通过列车在站内不进行列检作业时，且机车和列车乘务组不更换时，列车在到发线 停留时间大大缩短，所需到发线数量可适当减少。 ( 二) 到发线数量的确定 在实际工作中，到发线数量是根据站规来确定的。站规规定，区段站上货 物列车使用的到发线数量应根据运量及运输性质确定，一般情况下，可按表2 1 所列 数字确定。 表2 1 区段站货物列车到发线数量 货物列车的换算对数双方向到发线数量( 条) ( 正线及机车走行线除外) 1 2 及以下 3 1 3 1 8 4 1 9 - 2 4 5 2 5 3 6 6 3 7 - 一4 86 8 4 9 7 2 8 1 0 7 3 9 61 0 1 2 9 6 以上1 2 1 4 注：对于表中到发线数量的幅度，可按换算对数的大小对应取值 两个方向以上线路的引入( 包括按行车办理的工业企业线引入) 区段站，为考 虑列车的同时到发，到发线数量可适当增加。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 货物列车换算对数少于6 对的个别区段站或者对数较少的尽端式区段站，到发 线数量可减为2 条。 采用追踪行图时，区段站的到发线数量应根据作业需要确定 区段站上的旅客列车对数不多时，到发线可不另行增加， 客货纵列式区段站的货车到发线数量应按本表采用，客车到发线数量和有效长 度可参照( 站规) 第7 16 条规定 区段站某一方向的货物列车换算对数，等于该方向各类货物列车对数( 可按该 方向到发的各类货物列车数除咀2 求得) 分别乘以相应的换算系数后相加的总数。查 表确定到发线数量时，尽端式区段站接发车一端的各个方向相加后总的换算对数确定 到发线数量，但可适当减少，贯通式区段站按各个方向相加后总的换算系数的1 ，2 确 定到发线数量。换算系数可采用，直通、直达、小运转和区段列车为1 ，零摘、接挂 和快零列车为2 神朔铁路是我国西煤东运第二条大通道神华铁路的咽喉，全长2 6 0 余公里，区内 设有1 8 个车站，主要担负神府东胜矿区的煤炭外运计划。那么，本文所涉及的车站却 是全长2 6 0 余公里的神朔铁路的咽喉或瓶颈，每天要承担近百对过往列车的检测任务， 任务重，劳动强度大，最多时有达9 8 对列车停留，且以运煤专列为主，布鹭 u 发线 1 8 股道，调车线6 股道，准各线1 股道，共有2 4 殷道。如果一个p l c 控制4 条单进 路股道或2 条双进路股道，那么到发线1 8 条股道就需要至少5 台p l c 。 ( 三倒发线的布置 到发场是区段站、编组站办理列车到达、出发、技术检查、机车的换挂、机车和 车辆检修、车辆编组等业务所设的供机车和车辆暂停的场所。到发场的太小要根据该 站作业量、各项设备数量、区间通过能力、列车流量等诸多因素密切相关。统计结果 表明，无论是到达场、到发场还是出发场，列车占用到发线时间和到发线利用系数等 差别均不大。在同一行车辆情况下，所需要线路数量的差别都较小。因此，到发场太 小没有按不同性质的车站划分。图2 - 1 和2 - 2 分别是双线纵列式和双线横列式区段站 布置图。 圈2 - l 取线纵列式 要雪耋鎏銮茎坚圭墼耋兰耋堡耋兰薹! 至 图2 - 2 职线横列式 在布置到发线时，还应考虑下列几个问题： 1 到发线单、双进路的设置：新建单线横列式区段站的到发线采用职进路；双线 横列式区段站的到发线，一般设计为单进路，分别按上、下行方向接发列车。但靠近 旅客站台的到发线及靠近调车场的部分到发线，宜设计为双进路如有第三方向线路 引入且有通过的折角车流或位于路局交界口的区段站，为了增加线路使用的灵活性， 以适应列车密镶到达和减少交叉干扰，可将部分到发线设计为取进路，其余作预留。 如到发线数量较少或有充分根据时，也可全部设计为双进路。 单取进路对设计影响较大，不同的进路方式需要设计不同的防溜逸设备布置。单 进路，就是单方向通过，按单方向来设计防溜系统；双进路，两个方向都要列车通过， 就要设计成两端对称布置的防溜布局。 2 超限货物列车到发线的布置：除正线必须保证通过超限货物列车外，站上应有 另一条到发线能通行超限货物列车；在职线铁路区段站上，到发线能通行超限货物列 车。 3 正线、到发线与旅客站台的布置形式；选择到发线与旅客站台的合理布置形式， 主要需考虑正线布置要顺直，客、贷列车能便捷到发、站内交叉少，旅客跨线路少， 撤越线路设备建筑费用小，便于贷场设置、支线引入及工业企业线接轨，便于线路保 养维修以及便于进一步发展，如从单线发展成双线时，便于增加线路等。 2 1 2 接发列车的主要作业 为了确保生产安全，使接发列车工作程序合理化、规范化，铁道部在1 9 8 4 年7 月1 日制定了第一部接发列车作业标准。1 9 9 2 年5 月2 9 日叉以中华人民共和国铁 道行业标准t b f f l 5 0 0 1 5 0 6 9 2 重新技布了接发列车作业标准。2 0 0 3 年5 月1 9 日发布了再次修改的接车作业标推，新标推自2 0 0 3 年l o 月1 日起实施。接发列 车作业标准规定了各种闭塞、连锁设备条件下接发列车的标准作业过程和用语。所 有参与接发列车的工作人员都必须认真领会精神实质，一丝不苟地执行该项作业标准。 采用不同的信号、联锁和闭塞设备，接发列车的作业程序也不同。在采用双线自 动闭塞集中联锁和单线半自动闭塞集中联锁条件下，接发列车时需要办理的主要作业 有： 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 1 办理闭塞( 发出和接受预告) ； 2 开放信号； 3 发车或接车； 4 列车出发或到达。 2 2 车站联锁系统和防溜系统的融合 车站信号控制系统，一般称为车站联锁。它的控制对象是：道岔、进路和信号机。 道岔在现地分散操纵的车站联锁，叫非集中联锁；道岔、进路和信号机在一处集中控 制与监督的车站联锁，则叫做集中联锁。用电气方法进行控制与监督的集中联锁，叫 做电气集中联锁，简称电气集中。用继电器电路实现联锁的电气集中，则叫做继电器 式电气集中，一般简称电气集中。6 5 0 2 电气集中即是继电集中的一种。 近年来，已经出现电子电路实现联锁的电气集中，一般称电子集中，若使用的是 计算机或微机，则称为计算机联锁或微机联锁。 因为本防溜系统是用在应用6 5 0 2 电气集中的车站上，所以下面将分析6 5 0 2 的组 成原理。6 5 0 2 电气集中系统的组成，如图2 3 所示。 图2 - 36 5 0 2 电气集中系统的组成示慈图 从图2 3 中可以看出：信号楼或行车室内设有控制台、区段人工解锁按钮盘、继 电器组合及组合架、电源屏和分线盘；室外设有色灯信号机、电动转辙机、股道电路 和电缆线路。 控制台用于控制和监控道岔、进路和信号机。设有控制台的信号楼或行车室就是 车站的控制中心。如果电气集中作为行车调度控制系统的基础设备，则信号楼里的控 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 皇量鼍曼曼曼皇曼舅i i mi l - - m_ i ；i ii 一i ；i 曼曼舅寰 制台即作为备用设备。区段人工解锁按钮盘是辅助设备，主要在更换继电器或停电后， 用它使设备恢复正常状态；另外，在道岔区段因故障不能解锁时，用它办理区段故障 人工解锁，或关闭信号设备发生故障不能关闭信号时，用它关闭信号。继电器组合及 组合架是实现联锁的设备，也是实行控制和监督用的继电器放置的地方。电源屏能不 间断地供给整个电气集中用的各种交流电源和直流电源。分线盘是室内外电缆连接的 地方。用室外的色灯信号机给出各种信息显示；用电动转辙机转换和锁闭道岔；用股 道电路监督进路是否空闲。室外的导线一般用地下电缆，分信号电缆( 虚线) 、道岔电 缆( 实线) 和股道电缆( 单点划线为供电用，双点划线为受电用) 。 综合以上所述，在电气集中式车站内，道岔、进路和信号机是自动控制系统的三 个控制对象，各有两种状态( 对道岔来说，指工作状态和非工作状态) ，均可以用二值 的逻辑元件一安全型继电器来反映。而改变它们的状态，又受它们之间的相互制约 关系的限制，规定有一定的先后顺序，这种制约关系，称为联锁。6 5 0 2 电气集中即是 目前在我国广泛推广使用的典型的车站联锁设备。因为电气集中是用电气方法集中控 制与监督被控制对象的，并且是用信号专用的安全型继电器实现联锁的，所以，它较 分散操纵的非集中联锁，例如与电联锁器联锁相比，不但不用扳道员( 采用电动转辙 机) ，而且提高了劳动生产率，改善了劳动条件；并且由于集中控制，反映情况及时、 准确，控制迅速，不再需要车站值班员与扳道员之间的联系，节省了联系时间，避免 了联系中可能产生的错误：继电器联锁的安全程度又高。所以，采用6 5 0 2 电气集中显 著地提高了作业效率和行车安全程度。 那么清楚了6 5 0 2 的作业流程，我们就要结合本防溜系统，做到二者的融合。到发 线防溜装置控制系统是与车站信号联锁控制系统相对独立的控制系统，但是二者之间 也需要有相关的信息交互。车站信号联锁控制系统所办理的对同一股道的列车的接、 发车( 调车除外) 进路均需检查防溜装置的定位( 缓解状态) 位置，并满足故障一安全的原 则。为此，在原来6 5 0 2 电气联锁的基础上，再加入防溜系统的联锁。在车站应用防溜 系统后，应满足的联锁条件有： 1 、出站信号开放，应自动检查防溜在撤除( 缓解) 状态，并应在列车出清股道前 不间断检查； 2 、进站信号开放，应自动检查防溜在撤除状态，并在列车完全停妥前不间断检查； 3 、进股道的调车信号开放，应自动不间断检查待挂车列( 辆) 在防溜( 制动) 状 态； 4 、出股道的调车信号开放，应自动检查防溜在撤除状态； 5 、车列防溜状态应得到不间断检查，发生人为破坏等非正常撤除防溜因素，应及 时通过声、光、电系统在集中操作台发出警报； 6 、接车信号、发车信号开放的防溜撤除状态，均应得到不间断检查，一有异常动 作，应及时通过声、光、电系统警报； 7 、防溜的采取应满足手动与自动两种模式，并且手动服从自动，自动失效方可手 西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页 动；在现场手动控制可以不受自动控制方式的干扰完成操作；可以拨动转换开关，将 控制权限转为自动方式，由上位机进行控制操作控制；在上位机操作控制时，仍可以 在现场随时干预控制过程。 因停电或自动控制系统发生故障，应能满足转入就地手动操作条件； 8 、防溜的采取与撤除分别设为“反位”与“定位”两个状态；“定位”属于常态位置， 防溜器在“定位”时，表示防溜撤除；防溜器在“反位”时，表示在防溜状态。 为了满足以上的联锁条件，我们就需要采集列车进路信号、股道空闲信号等信号， 这些信号由上位机采集，并随着命令信号一起传送给下位机p l c ，再综合这些车站信 号和p l c 自己采集的状态信号( 制动到位信号或缓解到位信号) ，由p l c 逻辑分析， 计算出要进行的下一步动作，来完成对车辆防溜逸的控制。 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 一皇量鼍置皇曼舅皇曼皇曼量曼量曼皇曼曼曼皇皇量曼曼曼暑曼曼曼寰曼曼皇曼量毫曼皇曼量曼舅皇皇皇皇舅曼皇曼皇曼曼曼曼舅皇曼皇皇皇曼皇曼曼曼蔓鼍曼皇曼皇曼曼皇曼皇曼曼曼曼曼曼 3 1 防溜装置 第3 章防溜器及其力学性能 本系统的防溜装置借鉴编组站峰尾制停防溜装置的设计理念。 最近几年，对编组站峰尾制停防溜研制了一些自动控制装置并投入现场使用，总 的看来以液压式，气压式居多。但液压式防溜器首先得解决液压源及其传输问题，因 此液压泵站、和输油管道就必不可少；同样，气压式防溜防溜器则需要配备空气压缩 机、储风缸和空气管道。而且液压系统或气压系统初期投入较大，施工量大；长期使 用还会出现管道泄漏、液动( 或气动) 器件等故障，因而在使用中需要经常对动力系 统进行维护，也势必给站场带来不小的物力和人力负担，并且安全性能也要大打折扣。 在运用中，这些车辆防溜装置对于那些车辆质量大、到发场坡度大或者风力大的地方， 防溜器的制动力往往显得不足，因此制动装置制动的同时还必须另加铁鞋制动。这就 同样出现了操作不慎、有误和铁鞋遗失所带来的隐患，当然也增加了到发场不少的工 作量。 本防溜装置摒弃了采用液压和气压制动装置的缺陷，采用由电机驱动的机械传动 装置，不仅能将初期投入降到最低，而且维护周期大大延长。本防溜装置机械结构如 图3 1 所示，采取自动升降方式，当装置处于缓解状态时，防溜装置的制动轨处于低 位，不影响其他车辆经过。当装置处于制动状态时，制动轨处于高位，此时，制动轨 和车轮侧面接触面积较大，因此所产生的制动力较大。这解决了一些到发场因风力、 坡度较大等因素要求较大制动力的难题。当电机正转时，电机通过减速箱带动丝杆和 传动杆向股道内方向传动动力，通过摇臂摆动使传动轴以及传动轴上的凸轮旋转，凸 轮旋转推动弹簧挡板和撑臂使两条制动轨向股道两侧伸张，从而完成制动轨的制动功 能。当电机反转时，通过上述机构使两条制动轨向内侧收缩，从而完成制动轨的缓解 功能 ， 可靠性和可维护性是运用成败的关键。由于液压式和气压式装置存在泄漏的危险， 所以降低了运行的可靠性。如果发生管路泄漏，而且掩埋管路的泄漏点又难于检测， 致使液压或气压动力装置失效；同时对环境也存在不小的污染，这给维护增加了不小 的难度，也增加了维护时间，必将对车辆防溜作业带来严重影响。而本装置的传动机 构不存在管路泄漏的问题，而且安装位置便于检测及维护，一些常见故障只需要进行 简单的更换就可以了。 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 翱缡 1 3 1 2 g 一 庐守 。妇 习蛩0 弋、 斗擀毕牡 | 删“蝌 出姬 1 制动轨，2 一挡臂，3 弹簧挡板，4 弹簧，5 一凸轮，6 传动轴，7 一减震器，8 摇臂， 啡动杆，l 座，i1 一感应凸台，1 2 行程开关，1 3 一丝杆，1 4 链条防护罩，l 卜电机防护罩。 图3 - i 防溜器结构简图 制动流程： 上位机制动命令- p l c 制动信号输出电机正向运转丝杠转动传动 杆向前传递动力接近开关开始检测摇臂摆动传动轴正向旋转凸轮正 向旋转弹簧挡板向轨道移动两条制动轨张开，压向钢轨内侧制动到位检 测信号呻l c 取消命令电机停转作业完毕 缓解流程 上位机缓解命令p l c 缓解信号输出电机反向运转丝杠转动传动 杆向后传递动力接近开关开始检测摇臂摆动传动轴反向旋转凸轮反 向旋转弹簧挡板向中间移动两条制动轨内移，脱离钢轨内侧缓解到位检 测信号_ p l c 取消命令电机停转作业完毕 综上所述，该制动防溜装置相对已有的防溜装置在设计理念上有了很大的改进， 将为到发场防溜安全作业带来根本的变化，大大加快了到发场自动化作业的进程。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 3 2 防溜器的主要力学性能指标 3 2 1 车辆( 组、列) 溜逸原因 车辆( 组、列) 停留在坡道上，会产生与坡道平行向下的分力f ( 见图3 - 2 ) 。 a b c = f ：a b a c ：即丝= i= f ：c ：且口= a ba c b cf = 一一if ；f = i g ； 么cg 图3 - 2 g 为车辆( 组、列) 重量，i 为倾角。可见，停留在坡遭上的车辆( 组、列) 下 溜的力f 与其重量g 和所在线路的坡度成正比。 考虑风力的影响，在最恶劣的情况，风力和f 方向相同，查阅当地气象资料年最 大风力为九级，最大风速为2 4 m s p = ，2 1 6 = 3 6 0 ( 帕1 挡风面积根据车辆限界来计算约为1 3 6 3 m 2 兄= p s = 4 9 0 6 ( 牛) = 0 4 9 ( 吨) 因此，只有当制动措施( 手闸、铁鞋、止轮器、防溜枕木、车辆防溜器) 足以抵 消风力和重力产生的下溜力时，才能达到防溜的目的。 3 2 2 计算下滑力 神朔铁路由铁道部第一勘测设计院设计，为国家i 级电气化重载铁路。最小曲线 半径为4 0 0 米，最大限制坡度1 2 0o 。所以设计的制动力要满足最大1 2 0o 的要求。 ( 1 ) 现以2 0 节车辆( 设每辆车重8 0 吨) 为一车组( 车列) ，计算在6 o 的坡道 上这一车组的下滑力 西南交通大学硕士研究生学位论文 第15 页 g = 2 0 x8 0 n i - - _ 1 6 0 0 n d g 疋- - - i g = 0 0 0 6 x1 6 0 0 0 d g + 0 4 9 1 1 d g = 1 0 0 9 吨 ( 2 ) 5 0 0 0 吨列车在6 0 坡度上 足- - i g = 0 0 0 6x5 0 0 0 u 屯+ o 4 9 1 1 屯- - 3 0 4 9 吨 ( 3 ) 万吨列车在1 2 的坡度上 疋= i g = 0 0 1 2x1 0 0 0 0 0 d g + 0 4 9 1 1 屯= 1 2 0 4 9 0 d g 3 2 3 防溜器的制动力 本防溜器是挤压型车轮防溜器，它是利用制动轨压向车轮一侧所产生的摩擦制动 力对车辆进行防溜的。制动轨对车轮进行制动时力的分布情况如图3 3 所示。 轨顶 n 矿厂 f 广 l 、越 j 刃。毫夕 7 )恻黝( 1 卫f 矿、 、一 歹3i c 图3 - 3 车轮上制动力的分布 防溜器对车轮进行制动时，其制动轨和车轮之间就有一个摩擦面、( 图3 3 中斜 线部分) ，该摩擦面的面积为2 0 ) ，以车轮的垂直中心线将摩擦面分为两半，彳半边摩 擦面和以半边摩擦面的面积相等，均为缈。若制动轨和车轮之间的摩擦系数为，制 动轨对车轮的侧压力p 平均分布在摩擦面上，用r 表示各个元摩擦面绕瞬时转动中心 c 点转动的瞬时转动半径，则彳半边摩擦面的摩擦力对瞬时转动中心c 所产生的摩擦 力矩m 为g m 、= 灿、= “岳d = h 毛妒( 3 - - 1 ) 式中l 府缈是摩擦曲面积。对c 点的静矩，其值等于形心到 该点c 的距离，与甜面积的乘积，即：i r d r o = 厂d 西南交通大学硕士研究生学位论文第16 页 m l = u 互p 彩fc o = 互1 仰( 3 - - 2 ) 由于4 半边摩擦面对瞬时转动中心c 点的摩擦力矩m 。= m ：，因此，防溜器的制 动轨和车轮之间所产生的摩擦力对瞬时转动中心c 点的总摩擦力矩m 为： m = m 。+ 鸠= 2 m 。= f l p r ( 3 3 ) 防溜器对车辆的制动力矩，是指作用在车轮轴心与车辆运行方向相反的力矩。设 防溜器制动轨和车轮之间的摩擦力对车轮所产生的轮轨制动力为b o ，则制动力b o 对 车轮轴心的制动力矩b o r 限为车轮半径) 应与上述摩擦力矩