鄭勇濤 田 軍

(西安沙爾特寶電氣有限公司,710048,西安∥第一作者,工程師)

自1814年英國工程師斯蒂芬森發(fā)明了第一輛機(jī)車以來,司機(jī)控制器——這種人可以直接控制機(jī)車行駛的機(jī)器便隨之發(fā)展到今天。隨著科技的進(jìn)步,機(jī)車經(jīng)歷了從蒸汽機(jī)車到內(nèi)燃機(jī)車,從內(nèi)燃機(jī)車到電力機(jī)車、動(dòng)車、地鐵列車等的不斷發(fā)展,但是,司機(jī)控制器從來不曾改變它對機(jī)車行駛主導(dǎo)的控制地位。

今天,司機(jī)控制器的種類越來越繁多,功能越來越強(qiáng)大,結(jié)構(gòu)越來越精巧,其可靠性、安全性、司機(jī)操作時(shí)的舒適度也大幅度提高。作為可直接控制機(jī)車行駛的主令電器,司機(jī)控制器的重要性愈來愈受到機(jī)車設(shè)計(jì)者、機(jī)車司機(jī)等專業(yè)人群的關(guān)注。

在司機(jī)控制器近200年的發(fā)展中,其操作模式基本上沒有什么變化。按控制手柄的操作方式,可分為手輪式、扳把式、平推式等三種;按換向手柄的功能,可分為鑰匙式和非鑰匙式兩種;從司機(jī)控制器是否有機(jī)械鎖機(jī)構(gòu),可分為有鎖機(jī)構(gòu)式和無鎖機(jī)構(gòu)式兩種;從是否具有警惕裝置,可分為有警惕裝置(Deadman Switch)和無警惕裝置。當(dāng)然,上述幾種操作模式也可能同時(shí)出現(xiàn)在一臺司機(jī)控制器上。比如,一臺司機(jī)控制器既是扳把形式,又有警惕裝置,還有鎖機(jī)構(gòu),等等。

本文對近年來國內(nèi)常用的幾種形式的司機(jī)控制器加以介紹。

1 手輪式司機(jī)控制器

顧名思義,手輪式司機(jī)控制器的控制手柄是以“手輪”的形式存在的(見圖1)。這種司機(jī)控制器最大的優(yōu)勢是:便于無級輸出信號,輸出信號的變化非常平穩(wěn)可靠;沒有齒輪傳動(dòng),因傳動(dòng)而造成的誤差幾乎為零;控制手輪轉(zhuǎn)動(dòng)角度很大,可以細(xì)致地分割檔位。但是,因?yàn)椤笆州啞钡拇嬖?使得司機(jī)控制器的外觀并不美觀,且該司機(jī)控制器比較笨重,結(jié)構(gòu)較松散,所需空間較大,對機(jī)車操縱臺的空間要求較高。另外,如果該司機(jī)控制器需要有電位器進(jìn)行電壓輸出,限于司機(jī)控制器內(nèi)部空間的因素,電位器不容易加裝和調(diào)整。因此,這種司機(jī)控制器主要用于內(nèi)燃機(jī)車。其主要使用機(jī)車車型有DF11系列、DF8B等。

圖1 手輪式司機(jī)控制器

2 扳把式司機(jī)控制器

這種司機(jī)控制器的控制手柄是“扳把式”(見圖2),其結(jié)構(gòu)緊湊、體積小巧,操作舒適方便。但是,由于控制手柄是扳把式,其轉(zhuǎn)動(dòng)角度有限,故不能更為細(xì)致地分割檔位,且扳把式控制手柄的轉(zhuǎn)動(dòng)是在垂直方向上的一個(gè)扇形面,想要達(dá)到純粹的無級調(diào)速是比較困難的。另外,在需要無級調(diào)速的情況下,該控制手柄的穩(wěn)定性比較難保證。該類型司機(jī)控制器使用范圍非常廣泛,主要使用機(jī)車車型為:規(guī)范化司機(jī)室 DF4D、DF8B、DF11、SS3B 、SS4G 、SS7E 、SS9 等 。

圖2 扳把式司機(jī)控制器

3 平推式司機(jī)控制器

其控制手柄的操作方式為平動(dòng)(見圖3),即控制手柄進(jìn)行速度控制是以直線形式動(dòng)作的。這種形式的司機(jī)控制器在現(xiàn)階段是比較新穎的。它可以穩(wěn)定地進(jìn)行無級調(diào)速,司機(jī)在進(jìn)行操作時(shí)非常舒適方便。但是由于這種司機(jī)控制器的傳動(dòng)方式為齒輪齒條結(jié)構(gòu),所需空間非常大,因而造成該司機(jī)控制器的體積較大、質(zhì)量較重、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、制造成本較高。平推式司機(jī)控制器主要用于輕軌和地鐵列車上。

圖3 平推式司機(jī)控制器

4 鑰匙式和非鑰匙式司機(jī)控制器

換向手柄為鑰匙式和非鑰匙式的司機(jī)控制器如圖4、圖5所示。一般來講,為保證機(jī)車的行車安全,非鑰匙式換向手柄的司機(jī)控制器一定會有機(jī)械鎖機(jī)構(gòu)。

這兩種司機(jī)控制器的最大區(qū)別是:換向手柄為鑰匙式的司機(jī)控制器,換向手柄是可以取下來的,在機(jī)車停運(yùn)或者換端操作時(shí),司機(jī)必須將該端的司機(jī)控制器換向手柄取下來才可以停運(yùn)或換端操作。這對于機(jī)車的行車安全是非常有必要的。非鑰匙式換向手柄司機(jī)控制器的換向手柄不能取下來,這就導(dǎo)致了該司機(jī)控制器必須另有一套機(jī)械鎖機(jī)構(gòu)才能保證機(jī)車的行車安全。一般來講,非鑰匙式換向手柄司機(jī)控制器的結(jié)構(gòu)相對鑰匙式司機(jī)控制器會復(fù)雜一些。這兩種司機(jī)控制器的用途都非常廣泛,目前在鐵路干線上行駛的機(jī)車主要使用的是鑰匙式換向手柄司機(jī)控制器。

圖4 鑰匙式換向手柄司機(jī)控制器及鑰匙式換向手柄

圖5 非鑰匙式換向手柄司機(jī)控制器

5 有警惕按鈕的司機(jī)控制器

隨著鐵路的發(fā)展和科技的進(jìn)步,對機(jī)車的安全性能要求越來越高,由此產(chǎn)生了帶有警惕裝置的司機(jī)控制器。警惕裝置的作用是防止司機(jī)在行車過程中因?yàn)樗X或不在司機(jī)室而發(fā)生行車事故。有警惕裝置的司機(jī)控制器(見圖6)要求司機(jī)在行車過程中必須每隔一段時(shí)間觸動(dòng)警惕裝置,以表明沒有睡覺或者離開;如果在規(guī)定時(shí)間間隔內(nèi)沒有觸動(dòng)警惕裝置,則機(jī)車會進(jìn)行緊急制動(dòng),以避免事故的發(fā)生。這種司機(jī)控制器是未來的一個(gè)發(fā)展方向?，F(xiàn)階段,這種配備警惕裝置的司機(jī)控制器因造價(jià)較高,尚未廣泛應(yīng)用在鐵路機(jī)車上。該司機(jī)控制器廣泛應(yīng)用于對安全性能要求很嚴(yán)格的地鐵和輕軌列車上。

圖6 有警惕裝置的司機(jī)控制器

6 司機(jī)控制器的輸出裝置

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,司機(jī)控制器從最初的觸頭輸出、速動(dòng)開關(guān)輸出、編碼器輸出、光電編碼器電流輸出、電位器電壓輸出,到如今最為先進(jìn)的磁編碼輸出。每一種方式的誕生和使用都標(biāo)志著機(jī)車司機(jī)控制器的進(jìn)步和發(fā)展。

單純使用觸頭或者速動(dòng)開關(guān)作為司機(jī)控制器信號輸出的方式雖然仍在國內(nèi)鐵路上使用,但其使用的范圍和頻率已越來越少。目前,國內(nèi)的鐵路機(jī)車以及地鐵和輕軌列車上,常將觸頭或速動(dòng)開關(guān)作為輔助電位器或者其他輸出裝置的元器件,和電位器或其他輸出裝置一起控制機(jī)車的行駛。

目前,國內(nèi)鐵路、地鐵、輕軌上的機(jī)車司機(jī)控制器輸出裝置主要使用的是電位器。電位器主要分為兩種:①線繞電位器;②精密導(dǎo)電塑料電位器。線繞電位器的使用壽命長,可靠性高,精度很好,但價(jià)格比較昂貴;精密導(dǎo)電塑料電位器的使用壽命較長,可靠性較高,精度較好,價(jià)格比較便宜。這兩種電位器在司機(jī)控制器上的用途不同。線繞電位器主要用在使用頻率高、使用的地方人流量非常大的地鐵和輕軌的司機(jī)控制器上;精密導(dǎo)電塑料電位器則用在使用頻率不很大、人流量不很多的鐵路電力機(jī)車上,如 SS3B、SS4G 、SS9 、SS7E 、SS7D 等 。

編碼器輸出和光電碼電流輸出在國內(nèi)鐵路、地鐵、輕軌上使用的比較少,在此不作介紹。

磁傳感器輸出方式是近年發(fā)展起來的非常新穎的技術(shù)。使用磁傳感方式進(jìn)行信號輸出,將是我國司機(jī)控制器發(fā)展的一個(gè)趨勢。

(1)安裝磁傳感裝置所需要的空間比較小,雖然使用磁傳感裝置時(shí)還需要配合使用一個(gè)印制板組件,但印制板組件一般都是扁平形狀的,所要求的空間形式很容易在司機(jī)控制器空間范圍內(nèi)得到,且不必和磁傳感裝置安裝在一起。在司機(jī)控制器空間范圍內(nèi),提供給印制板組件安裝的位置的選擇很多。

(2)使用磁傳感裝置不用進(jìn)行機(jī)械類型的調(diào)整,可直接用寫程序的方式來定義輸出值,非常方便且相對誤差小。

(3)修改容易,因?yàn)榻o定值是以寫程序的方式定義,若要修改,只需要重新定義就可以了。

(4)使用范圍廣,一個(gè)磁傳感裝置(這個(gè)裝置有輸入和輸出范圍的要求)可滿足在其輸入和輸出范圍內(nèi)的所有值的定義。即使輸入輸出范圍不能滿足需要,也無需改變磁傳感裝置,僅需修改配套使用的印制板組件就可以了。

(5)壽命長。該裝置是以切割磁力線來獲取信號,并用程序來定義信號;裝置的基礎(chǔ)就是一塊磁鐵和一塊印制板組件,其壽命顯而易見。

(6)調(diào)整方式簡單。磁傳感裝置安裝在司機(jī)控制器上后是以寫程序的方式來確定輸出值的,只要搬動(dòng)司機(jī)控制器的手柄來確定轉(zhuǎn)動(dòng)角度,然后在需要定義輸出值的位置上輸入想要的值即可。

磁編碼裝置的技術(shù)出現(xiàn)已有7年,是比較成熟的技術(shù)。磁編碼裝置在歐洲的鐵路、地鐵、輕軌的司機(jī)控制器上得到了廣泛使用。它的高可靠性、良好的重復(fù)精度,以及方便的調(diào)整和修改數(shù)據(jù)的能力,都是未來司機(jī)控制器所必需擁有的功能。

便易的操作方式和舒適的操作感覺,良好的精度,可靠的信號輸出能力,方便的調(diào)整和修改能力,以及精致的外型,將是我國機(jī)車、地鐵、輕軌司機(jī)控制器發(fā)展的方向。

[1]TAEB H C.電器學(xué)(基本理論)[M].任耀先,譯.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1981.

[2]GB/T 14048.1—2000 低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 總則[S].

[3]孟慶龍.電器制造技術(shù)手冊[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000.