铁路道口自动栏木机功能需求和改进分析

王明志

(北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070)

1 概述

随着社会经济不断发展，铁路与公路交通发展迅速，交通运输日益繁忙，铁路行车速度和密度不断提高，铁路与公路道口安全防护措施显得极为重要。由于道口平改立建设工期长、造价高且有些线路无法实施立交改造，铁路平交道口仍然广泛存在，据统计，现今国内外既有铁路平交道口总计约有45万处，尤其海外铁路平交道口分布极其广泛，因此铁路平交道口的防护，急需安全性和可靠性更高的道口控制系统和栏木机等设备。

目前铁路平交道口防护系统组成主要有道口自动通知、道口自动信号和道口栏木机3大类型设备。其中道口栏木机是及时有效的阻挡公路行人和车辆通过最直接的防护机械设备。经过调研，面对国内外铁路平交道口市场需求，现今栏木机在使用稳定性、安全性、抗疲劳性等方面存在诸多不足，本文拟从栏木机功能需求和现有典型栏木机改进方面进行分析。

2 栏木机产品边界分析

栏木机作为道口防护系统的信号设备，是与道口防护系统密切相关。对栏木机进行分析时，应考虑道口防护系统中的其他子系统的边界接口。

如图1所示，栏木机与道口防护系统中的其他子系统有：执行单元、逻辑单元、栏木机、电缆盒、道口。

图1 栏木机产品边界Fig.1 Boundaries of level crossing barrier machine

3 自动栏木机产品功能

3.1 基本要求

根据既有资料及相关标准，如图2所示，自动栏木机应具备以下基本功能：

图2 自动栏木机基本要求分解图Fig.2 Basic functions of automatic level crossing barrier machine

1）自动栏木机作为道口阻拦的机械设备，栏木机应具备及时定位（栏木处于垂直状态）与反位（栏木处于平行状态）的转换，如遇故障栏木机处于四开位（栏木既不在定位也不在反位）的状态下，应能随时操作到两个极限位置；

2）自动栏木机作为道口阻拦的机械设备，应具备栏木极限位置的锁止功能；

3）自动栏木机作为道口阻拦的信号设备，应能将栏木机的转换状态及时有效的反馈至联锁系统；

4）自动栏木机作为道口阻拦的机电设备，应能确保操作人员的人身防护安全。

3.2 功能分析

3.2.1 转换功能

1）根据基本要求，自动栏木机设备通过接收联锁系统的命令或者操作人员的命令应及时实现栏木的电动转换。转换命令为：转换至定位/转换至反位；

2）栏木机转换除了联锁系统的电动转换功能外，考虑现场定期维护或无法电动转换的情况下，栏木机应具备手动转换功能；

3）考虑到机构转换到终点位时，电机会产生回转惯性，对机构造成转换故障的隐患，栏木机应具备消除惯性功能；

4）考虑到栏木机在转换过程中会出现栏木卡阻现象，栏木机应具备过载保护功能，此功能可保护电机及其他薄弱机构的损坏。

3.2.2 锁止功能

1）根据基本要求，自动栏木机设备在转换到极限位置时，为避免栏木在极限位置受到外界干扰动作而带来的隐患，栏木机应具备定位与反位的锁闭功能，既当栏木机处于定位或反位状态时，受到非联锁系统及非手动操作的情况下，不可发生转换动作；

2）考虑栏木机在转换过程中系统失去控制（如突发断电等），为避免栏木在故障状态时发出错误表示，自动栏木机应具备制动功能，使栏木停在故障位置，然后再由操作人员手动恢复。

3.2.3 表示功能

1）根据基本要求，自动栏木机设备应将转换（包括电动及手动）的位置状态有效准确的反馈给联锁系统，确保行车安全，即表示栏木的定位、反位及四开位状态；

2）考虑自动栏木机具有锁止功能，此功能失效也会带来安全隐患，故栏木机的锁闭状态也应反馈给联锁系统，确保栏木锁闭，即定位锁闭及反位锁闭。

3.2.4 防护功能

自动栏木机设备在手动操作及定期维护的状态下，考虑操作人员需现场操作，为避免作业人员在现场发生触电意外及栏木操动造成的其他伤害，自动栏木机要确保现场可靠的断开控制系统控制电源的回路，非经人工恢复不得接通栏木机控制电源回路。

3.2.5 特殊功能

依据国外部分栏木机标准的功能需求，自动栏木机在转换过程中如果失去自动控制，出口栏木机的扭矩力应足以允许栏木自动升至70°位置。此功能与栏木机断电制动功能冲突，故而不能同时实现。

3.3 功能框图

考虑非特殊功能型号的自动栏木机设备研究，功能框图如图3所示。

图3 不具备特殊功能自动栏木机框图Fig.3 Automatic barrier machine without special functions

考虑特殊功能型号的自动栏木机设备研究，功能框图如图4所示。

图4 具备特殊功能自动栏木机框图Fig.4 Automatic barrier machine with special functions

4 既有自动栏木机功能对比及分析

依据国内典型自动栏木机及国外典型自动栏木机进行分析及对比，两种栏木机的构造图解如图5所示。

两种型号的自动栏木机都具备基本功能，但是通过上述图解以及客户反馈的使用现状，两种型号的自动栏木机均有不具备上述分析的功能，还有部分功能存在缺陷的现状，如表1所示。

图5 国内某型栏木机构和国外某型栏木机构图解Fig.5 Mechanism maps of a domestic barrier machine and a foreign barrier machine

表1 国内某型栏木机和国外某型栏木机功能表Tab.1 Functions of a domestic barrier machine and a foreign barrier machine

5 结束语

通过上述对铁路道口自动栏木机的功能需求和改进分析，可以看出提高自动栏木机的安全性和可靠性功能还有很大改进空间，需要栏木机设备厂家关注并开展设计实现工作，对自动栏木机进行优化完善，才能实现设备的高安全性及高可靠性，从而更好地适应国内尤其是海外大量铁路平交道口市场的建设、改造和运营需求。