和諧機(jī)車(chē)安全報(bào)警裝置的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)

李天聞

摘 要 機(jī)車(chē)防睡警惕裝置是保證鐵路運(yùn)輸安全的重要設(shè)備。針對(duì)HXD型機(jī)車(chē)原裝防睡警惕裝置一旦起控會(huì)造成緊急制動(dòng)、影響重載運(yùn)輸安全的缺點(diǎn)，結(jié)合我段機(jī)車(chē)運(yùn)用實(shí)際情況研制開(kāi)發(fā)了一種和諧機(jī)車(chē)安全報(bào)警裝置。試驗(yàn)表明該裝置可以安全可靠地完成機(jī)車(chē)的防睡警惕功能。

關(guān)鍵詞 HXD型機(jī)車(chē) 防睡警惕 安全報(bào)警

中圖分類(lèi)號(hào)：U269.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Development of Security Alarming Device for HXD Locomotive

LI Tianwen

（Taiyuan Railway Bureau Hudong Electricity Depot， Datong， Shanxi 037300）

Abstract ASD is important equipment for the security of railway transportation. In view of the shortcoming of original ASD that emergency braking would be made if it takes action， influencing security of the heavy load transportation， a Security Alarming Device for HXD locomotive is developed with consideration of the practical using experiences of HXD locomotives. Experiments show that it can realize the function of sleep alert in good security and reliability.

Key words HXD locomotive； sleep alert； security alarming

1 概述

HXD型機(jī)車(chē)作為擔(dān)當(dāng)大秦線重載運(yùn)輸?shù)闹髁?chē)型，其運(yùn)行安全與否直接影響大秦鐵路貨物運(yùn)輸?shù)恼＿M(jìn)行。開(kāi)發(fā)一種安全實(shí)用的機(jī)車(chē)防睡警惕裝置對(duì)于提高乘務(wù)員值乘精神狀態(tài)，確保列車(chē)運(yùn)行安全具有重要意義。

HXD1、HXD2機(jī)車(chē)原設(shè)計(jì)帶有防睡警惕功能，功能投入后一旦起控，列車(chē)將起懲罰制動(dòng)或緊急制動(dòng)，嚴(yán)重影響重載列車(chē)運(yùn)行安全，不適合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要。且對(duì)原機(jī)車(chē)防睡警惕功能進(jìn)行適應(yīng)性改進(jìn)受技術(shù)壟斷、經(jīng)濟(jì)效益差等因素制約，對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)的必要性不大，最佳方法是在現(xiàn)有條件下重新設(shè)計(jì)一種新型安全報(bào)警裝置。

2 安全報(bào)警裝置的設(shè)計(jì)

2.1 工作原理及技術(shù)參數(shù)

該裝置的工作原理為：檢測(cè)機(jī)車(chē)速度信號(hào)，選擇提示和報(bào)警時(shí)間。當(dāng)達(dá)到提示時(shí)間時(shí)，開(kāi)始發(fā)出提示聲音。如果在報(bào)警時(shí)間內(nèi)按動(dòng)了警惕按鈕，則重新計(jì)時(shí)；如果沒(méi)有按動(dòng)警惕按鈕，則利用LKJ2000監(jiān)控上的“巡檢”通道，向LKJ送入一個(gè)記錄信號(hào)。

該裝置的相關(guān)技術(shù)參數(shù)如下：（1）電源電壓：DC110V ？30%（2）額定功率：10W（3）絕緣電阻：>20 M （4）預(yù)警時(shí)間：5秒～30分鐘（可調(diào)）（5）報(bào)警時(shí)間：5秒～60分鐘（可調(diào)）（6）最高檢測(cè)速度：120km/h（7）使用環(huán)境符合TB/T3021《機(jī)車(chē)車(chē)輛電子裝置》

2.2 總體設(shè)計(jì)方案

和諧機(jī)車(chē)安全報(bào)警裝置的核心部分為控制報(bào)警盒，通過(guò)連接電纜與機(jī)車(chē)警惕按鈕、機(jī)車(chē)速度信號(hào)、機(jī)車(chē)電源和LKJ監(jiān)控裝置連接。整個(gè)安全報(bào)警裝置的結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。

2.3 硬件設(shè)計(jì)

圖1 結(jié)構(gòu)原理圖

控制報(bào)警盒為此裝置的設(shè)計(jì)重點(diǎn)，其包括警惕裝置開(kāi)關(guān)隔離電路、速度信號(hào)整形電路、單片機(jī)電路、聲音報(bào)警驅(qū)動(dòng)電路、監(jiān)控裝置輸出隔離電路和電源電路，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 控制報(bào)警盒的硬件結(jié)構(gòu)

控制報(bào)警盒各組成部分的結(jié)構(gòu)說(shuō)明如下：（1）警惕裝置開(kāi)關(guān)隔離電路：開(kāi)關(guān)信號(hào)為DC 110V輸入，經(jīng)過(guò)降壓和光電耦合器隔離，產(chǎn)生5V電平，再經(jīng)過(guò)斯密特反相器整形，送入單片機(jī)電路的I/O端口。其中Z1的作用是提高輸入電壓，防止干擾。（2）速度信號(hào)整形電路：機(jī)車(chē)速度信號(hào)進(jìn)入控制盒后，通過(guò)運(yùn)算放大器LM158進(jìn)行差模放大，使輸入的方波或正弦波信號(hào)，整形為5V電平的方波，送到單片機(jī)計(jì)數(shù)器端口。（3）單片機(jī)：?jiǎn)纹瑱C(jī)采用了成熟的89C2051芯片，利用了其I/O端口和計(jì)數(shù)器端口，采用上電復(fù)位和有源晶振。（4）監(jiān)控裝置輸出隔離電路：監(jiān)控裝置輸出電路采用繼電器隔離，單片機(jī)電路輸出信號(hào)，經(jīng)過(guò)光耦隔離后，驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管，控制繼電器吸合，繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)接通，給監(jiān)控裝置一個(gè)“巡檢”信號(hào)。（5）聲音報(bào)警驅(qū)動(dòng)電路：?jiǎn)纹瑱C(jī)輸出報(bào)警信息，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。報(bào)警信息為一組頻率信號(hào)，可以控制蜂鳴器鳴叫時(shí)間。此外還設(shè)計(jì)了電源、報(bào)警、速度指示燈，方便檢查和測(cè)試。（6）電源電路：采用開(kāi)關(guān)電源模塊，將DC110V電源變?yōu)?15V和5V電源。

圖3 控制報(bào)警盒的軟件流程圖

2.4 軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)和諧機(jī)車(chē)安全報(bào)警裝置的工作原理，對(duì)其核心控制報(bào)警盒的軟件部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，使其可以有效安全地完成機(jī)車(chē)的防睡警惕功能。通過(guò)對(duì)控制報(bào)警盒的控制部分——單片機(jī)進(jìn)行編程即可實(shí)現(xiàn)其控制功能，其軟件流程圖如圖3所示。

3 安裝方法

安全報(bào)警裝置在HXD型機(jī)車(chē)上的具體安裝方案如下：（1）拆除原有警惕按鈕布線，利用原有機(jī)車(chē)操作臺(tái)警惕按鈕（2個(gè)）及腳踏警惕按鈕（1個(gè)）的常開(kāi)通道。（2）在操作臺(tái)下方隱蔽位置，安裝警惕裝置控制盒。（3）按接線圖接線，如圖4所示。

4 實(shí)際應(yīng)用效果分析

和諧機(jī)車(chē)安全報(bào)警裝置于2012年10月開(kāi)始上車(chē)試驗(yàn)，隨后在HXD1-98和HXD2-137機(jī)車(chē)進(jìn)行了適應(yīng)性改進(jìn)，在使用過(guò)程中裝置運(yùn)行良好，受到了乘務(wù)員和檢修人員的一致好評(píng)。該裝置利用原車(chē)警惕按鈕，不改變乘務(wù)員操作習(xí)慣，便于使用；可以根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整報(bào)警周期，可以與LKJ數(shù)據(jù)同步下載、分析，不用改變現(xiàn)有機(jī)車(chē)整備場(chǎng)作業(yè)模式，有效縮短機(jī)車(chē)段內(nèi)停留時(shí)間，提高機(jī)車(chē)?yán)寐省?/p>

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