列车折角塞门防关折系统研究

司全龙 施婷

摘要：随着我国铁路的高速发展，列车的安全性也越来越高，但是列车在实际运行过程中折角塞门被异常关闭的情况还是时有发生，严重干扰了正常的铁路运输秩序，因此针对这一现场应该加大研究力度，设计一套自动检测装置，杜绝这一现象的发生。

关键词：折角塞门;传感器;防关折检测系统

中图分类号：U298                                       文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2020）21-0143-02

0  引言

虽然我国动车组发展迅速，但是列车折角塞门关闭的情况还是时有发生，未能及时发现和解决问题将导致制列车刹车失灵、造成列车冒进、车轮磨损，甚至会造成脱轨事故等，对铁路交通安全会构成严重的威胁，还会给铁路运输造成巨大的经济损失。严重干扰了正常的铁路运输秩序。所以面对这一问题开展深入研究，制定出有效的防治办法和措施。

1  列车折角塞门异常关折的原因

列车折角塞门的结构决定了其在正常开放的情况下如果没有外力的作用是不会自然关闭的;于此同时，我们根据实际情况和近几年发生折关事故的原因分析后总结得知认为，组合列车从编组到停运过程中，存在关闭折角塞门的原因主要有以下几种：

①列检人员检查修复作业后忘记开放。

②人为破坏。

③站场、作业场组合列车后忘记开放。

④行人有意无意的关闭。

⑤长期的违章作业方式。某些车站长期采取“提钩开”、“甩车开”的违章作业方式，现场检车员在作业时也成了习惯，送车制度不能严格执行和落实，而是长期将“习惯”当作标准来执行。

⑥多工种违章、多环节失控。

⑦站场作业人员通过停有列车的线路从车钩上方通过时，脚踩折角塞门意外关闭。

⑧零星车辆调车组合列车。

这种现象在交汇口车站（譬如丹洲营站）非常普遍，一个车、两个车，十个八个车都有。作业人员为图省事，经常存在机车连连挂挂不试风、不按程序办，时间长了，就有可能出现“提钩开”、“甩车开”现象，中间部分作业程序被省却。

2  折角塞门防关折现状分析

目前，列车上现安装有此类折角塞门的数量加上备用的折角塞门个数总共约有300万余个，估值不低于1亿元。由此情况得知，为了防止列车折角塞门关折而采用把现有的所有塞门更换的方法显然不合适;一来会耗费巨大的人力并且影响整体列车的运营效率，二来会花费大量的资金。所以将现有折角塞门全部更换这一方法并不可行，只有同时从不同方面进行，一方面研制或引进能防关折的新型折角塞门，另一方面设计一款列车折角塞门防关折报警装置，这样逐步把现有的“问题”塞门更换掉既能省钱省力又能减少列车折角塞门关折情况的发生。目前全国使用或研制的塞门或塞门改进方案有以下几种：①自锁闭式折角塞门（其中包括风压程序控制防关折角塞门、拉杆防关式折角塞门、销闭式折角塞门、定压自销式折角塞门、加装自锁装置的折角塞门、双联自销型折角塞门等）。②新型折角塞门（其中包括单向排气球型折角塞门、安全型半球折角塞门、自锁式球型折角塞门等）。③在现有塞门上设排气孔。④尾部风压反馈装置（其中包括列车尾部凤压反馈阀、列车尾部监测器等）。

3  列车防关折检测系统设计

根据上述由于列车折角塞门关折引发的事故剖析得知列车折角塞门关折的原因以及危害，再结合现如今折角塞门防关折现状分析得知，研究一个装置来检测并提醒司机列车折角塞门发生关折尤为重要。该检测装置选取具有扩散功能的硅压阻材料传感器监视并实时检测列车管内的压力以及压差变量，根据一系列的现场试验及算法研究，研制出一种符合实际工作需求、监测误差在两节车厢之内的防列车折角塞门关折并具有报警以及记录功能的智能化装置。

3.1 列车防关折检测系统装置组成

①主机盒：是该装置的主要部件，其中包含转换器、单片机系统以及电源等。在盒子上安装了一个5位数码显示管，该装置的运作状态就能显示在上面。同时安装了两个开关和蜂鸣器，开关用于对车辆总长以及故障报警的确认，蜂鸣器顾名思义就用来报警鸣笛告知司机。主机盒下部设有信息储存区，用IC卡记录该装置运行数据，另外还有电源开关。

②辅助盒：与主机盒一样，安装有5位发光二极管数码显示管、两个开关以及蜂鸣器，这三者作用与主机盒一致。輔助盒装配在II端司机，通过线路与的主机盒连接。

③传感器：在中继阀和列车管的排风口上分别安装一个柱状传感器用于信号传输，通过电路与主机盒连接。

根据实际情况得知，两端司机室都可被司机操控，所以在两端司机室均有安装控制盒，可以满足不同司机室操控时对列车折角塞门情况的监控，便于司机接收信号。

3.2 检测装置系统电路设计

如图1所示，单片机为本装置系统的主要部件，其控制单仪器模数转换器对用滤波扩大之后的压力以及压差信号进行采样整理，并将它们转化成数字量，再根据特定的运算法则运算加工之后，得到代表列车管贯通状态的具体值并送显示电路。获得一个特定值并且是能够代表列车管状态的，之后便将这个值输送并体现在显示电路中。

3.3 折角塞门防关折检测系统工作流程

因为列车管的减压量P、总空气消耗量Q、车辆数N、由于泄漏等情况造成的列车管空气消耗量Q2都是非线性的关系即可得出：可以对实际检测所得的数据分析得出满足一定误差范围内的曲线关系（利用同等车辆数时的列车管总空气消耗量与P的关系与同样情况下P的列车管总空气消耗量与车辆数的内在联系）。

另一方面，列车在发车前可以事先检测其中P的列车管总空气消耗量，若列车折角塞门在列车运行途中发生关折或者泄露等情况，则会出现实际所测得的Q3值会与Q值有较大的出入，这样就能判断出折角塞门是否发生关折等故障。但根据实际情况可以得知，测量列车制动管中的压力P相比较测Q来说更为可靠，因为测Q受到的制约因素远远要比测P要多得多，所以本系统考虑通过管压P以及充气时间情况来判断列车折角塞门是否发生了关折或泄漏等问题。在列车在站内发出之前，编组人员即对列车进行多次试验以记录在多个减压量的时候计算得出的列车允许充气时间的极大极小值，这样就可以在列车运行途中根据实时检测车辆缓解时得出的列车管充气至定压时所用时长来辨别折角塞门是否发生关折等其他问题，列车折角塞门故障判断流程如图2所示。

装置设计完成后，在南宁车辆段进行了多次试验表明，当列车折角塞门存在关折情况时，本装置可以较为准确地检测出关折位置并且误差能控制在三节车厢之内，并通过装在Ⅰ端司机室里的主机盒和Ⅱ端司机室里的副盒的蜂鸣器报警告知机务人员。同时，当机务人员在进行排风试车发生误操时或在列车运行途中列车折角塞门发生故障时能给予蜂鸣提示，满足日常运行需要，防止列检人员检查作业后或列车组合后忘记开放折角塞门或路人有意无意关闭或人为故意关闭，避免列车因折角塞门关折而引起的安全事故。

4  结语

到现在为止，铁路部门对列车折角塞门防关折技术以及经验还不够成熟，而且防关折所利用的原理以及方向都基本一致，已有的防关折检测设备也存在众多问题。而基于各种实验条件以及时间等所具有的局限性，本防关折检测方案也不例外地并不足够成熟，很多地方也都还没有足够完善，以下几个方面仍有不足还有待研究解决：

①本防关折方案仍是根据列车排风原理进行研究的，但因为列车管气路并不简单以至于难以建模，若要更精准地检测则防关折原理还需从其他方面进行研究。②本方案中的列车防关折检测系统更多的还是用于列车发车前的检测，由于列车空气管路的复杂以及环境的多变性，对于正在运行的列车还不能做到非常精准的实时检测，所以这个问题还需突破。③相对于本文的防关折装置，其他已有的防关折装置也有本装置所不具备的一些优点，假如能够把两者或者多者结合在一起取其精华去其糟粕的话我相信还能做的更好，进一步提升防关折技术。④实践是检验真理的唯一标准，再好的设备也要经过无数次的试验才能充分避免其偶然性，由于时间以及实验条件的限制，本文研制的列车折角塞门防关折装置所做的试验次数还远远不够，仍需进行一系列更为严格的实验与比对才能得到更为权威的结果。

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