王明志

(北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 100070)

1 概述

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，鐵路與公路交通發(fā)展迅速，交通運(yùn)輸日益繁忙，鐵路行車(chē)速度和密度不斷提高，鐵路與公路道口安全防護(hù)措施顯得極為重要。由于道口平改立建設(shè)工期長(zhǎng)、造價(jià)高且有些線路無(wú)法實(shí)施立交改造，鐵路平交道口仍然廣泛存在，據(jù)統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)今國(guó)內(nèi)外既有鐵路平交道口總計(jì)約有45萬(wàn)處，尤其海外鐵路平交道口分布極其廣泛，因此鐵路平交道口的防護(hù)，急需安全性和可靠性更高的道口控制系統(tǒng)和欄木機(jī)等設(shè)備。

目前鐵路平交道口防護(hù)系統(tǒng)組成主要有道口自動(dòng)通知、道口自動(dòng)信號(hào)和道口欄木機(jī)3大類(lèi)型設(shè)備。其中道口欄木機(jī)是及時(shí)有效的阻擋公路行人和車(chē)輛通過(guò)最直接的防護(hù)機(jī)械設(shè)備。經(jīng)過(guò)調(diào)研，面對(duì)國(guó)內(nèi)外鐵路平交道口市場(chǎng)需求，現(xiàn)今欄木機(jī)在使用穩(wěn)定性、安全性、抗疲勞性等方面存在諸多不足，本文擬從欄木機(jī)功能需求和現(xiàn)有典型欄木機(jī)改進(jìn)方面進(jìn)行分析。

2 欄木機(jī)產(chǎn)品邊界分析

欄木機(jī)作為道口防護(hù)系統(tǒng)的信號(hào)設(shè)備，是與道口防護(hù)系統(tǒng)密切相關(guān)。對(duì)欄木機(jī)進(jìn)行分析時(shí)，應(yīng)考慮道口防護(hù)系統(tǒng)中的其他子系統(tǒng)的邊界接口。

如圖1所示，欄木機(jī)與道口防護(hù)系統(tǒng)中的其他子系統(tǒng)有：執(zhí)行單元、邏輯單元、欄木機(jī)、電纜盒、道口。

圖1 欄木機(jī)產(chǎn)品邊界Fig.1 Boundaries of level crossing barrier machine

3 自動(dòng)欄木機(jī)產(chǎn)品功能

3.1 基本要求

根據(jù)既有資料及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如圖2所示，自動(dòng)欄木機(jī)應(yīng)具備以下基本功能：

圖2 自動(dòng)欄木機(jī)基本要求分解圖Fig.2 Basic functions of automatic level crossing barrier machine

1）自動(dòng)欄木機(jī)作為道口阻攔的機(jī)械設(shè)備，欄木機(jī)應(yīng)具備及時(shí)定位（欄木處于垂直狀態(tài)）與反位（欄木處于平行狀態(tài)）的轉(zhuǎn)換，如遇故障欄木機(jī)處于四開(kāi)位（欄木既不在定位也不在反位）的狀態(tài)下，應(yīng)能隨時(shí)操作到兩個(gè)極限位置；

2）自動(dòng)欄木機(jī)作為道口阻攔的機(jī)械設(shè)備，應(yīng)具備欄木極限位置的鎖止功能；

3）自動(dòng)欄木機(jī)作為道口阻攔的信號(hào)設(shè)備，應(yīng)能將欄木機(jī)的轉(zhuǎn)換狀態(tài)及時(shí)有效的反饋至聯(lián)鎖系統(tǒng)；

4）自動(dòng)欄木機(jī)作為道口阻攔的機(jī)電設(shè)備，應(yīng)能確保操作人員的人身防護(hù)安全。

3.2 功能分析

3.2.1 轉(zhuǎn)換功能

1）根據(jù)基本要求，自動(dòng)欄木機(jī)設(shè)備通過(guò)接收聯(lián)鎖系統(tǒng)的命令或者操作人員的命令應(yīng)及時(shí)實(shí)現(xiàn)欄木的電動(dòng)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換命令為：轉(zhuǎn)換至定位/轉(zhuǎn)換至反位；

2）欄木機(jī)轉(zhuǎn)換除了聯(lián)鎖系統(tǒng)的電動(dòng)轉(zhuǎn)換功能外，考慮現(xiàn)場(chǎng)定期維護(hù)或無(wú)法電動(dòng)轉(zhuǎn)換的情況下，欄木機(jī)應(yīng)具備手動(dòng)轉(zhuǎn)換功能；

3）考慮到機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換到終點(diǎn)位時(shí)，電機(jī)會(huì)產(chǎn)生回轉(zhuǎn)慣性，對(duì)機(jī)構(gòu)造成轉(zhuǎn)換故障的隱患，欄木機(jī)應(yīng)具備消除慣性功能；

4）考慮到欄木機(jī)在轉(zhuǎn)換過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)欄木卡阻現(xiàn)象，欄木機(jī)應(yīng)具備過(guò)載保護(hù)功能，此功能可保護(hù)電機(jī)及其他薄弱機(jī)構(gòu)的損壞。

3.2.2 鎖止功能

1）根據(jù)基本要求，自動(dòng)欄木機(jī)設(shè)備在轉(zhuǎn)換到極限位置時(shí)，為避免欄木在極限位置受到外界干擾動(dòng)作而帶來(lái)的隱患，欄木機(jī)應(yīng)具備定位與反位的鎖閉功能，既當(dāng)欄木機(jī)處于定位或反位狀態(tài)時(shí)，受到非聯(lián)鎖系統(tǒng)及非手動(dòng)操作的情況下，不可發(fā)生轉(zhuǎn)換動(dòng)作；

2）考慮欄木機(jī)在轉(zhuǎn)換過(guò)程中系統(tǒng)失去控制（如突發(fā)斷電等），為避免欄木在故障狀態(tài)時(shí)發(fā)出錯(cuò)誤表示，自動(dòng)欄木機(jī)應(yīng)具備制動(dòng)功能，使欄木停在故障位置，然后再由操作人員手動(dòng)恢復(fù)。

3.2.3 表示功能

1）根據(jù)基本要求，自動(dòng)欄木機(jī)設(shè)備應(yīng)將轉(zhuǎn)換（包括電動(dòng)及手動(dòng)）的位置狀態(tài)有效準(zhǔn)確的反饋給聯(lián)鎖系統(tǒng)，確保行車(chē)安全，即表示欄木的定位、反位及四開(kāi)位狀態(tài)；

2）考慮自動(dòng)欄木機(jī)具有鎖止功能，此功能失效也會(huì)帶來(lái)安全隱患，故欄木機(jī)的鎖閉狀態(tài)也應(yīng)反饋給聯(lián)鎖系統(tǒng)，確保欄木鎖閉，即定位鎖閉及反位鎖閉。

3.2.4 防護(hù)功能

自動(dòng)欄木機(jī)設(shè)備在手動(dòng)操作及定期維護(hù)的狀態(tài)下，考慮操作人員需現(xiàn)場(chǎng)操作，為避免作業(yè)人員在現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生觸電意外及欄木操動(dòng)造成的其他傷害，自動(dòng)欄木機(jī)要確?，F(xiàn)場(chǎng)可靠的斷開(kāi)控制系統(tǒng)控制電源的回路，非經(jīng)人工恢復(fù)不得接通欄木機(jī)控制電源回路。

3.2.5 特殊功能

依據(jù)國(guó)外部分欄木機(jī)標(biāo)準(zhǔn)的功能需求，自動(dòng)欄木機(jī)在轉(zhuǎn)換過(guò)程中如果失去自動(dòng)控制，出口欄木機(jī)的扭矩力應(yīng)足以允許欄木自動(dòng)升至70°位置。此功能與欄木機(jī)斷電制動(dòng)功能沖突，故而不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)。

3.3 功能框圖

考慮非特殊功能型號(hào)的自動(dòng)欄木機(jī)設(shè)備研究，功能框圖如圖3所示。

圖3 不具備特殊功能自動(dòng)欄木機(jī)框圖Fig.3 Automatic barrier machine without special functions

考慮特殊功能型號(hào)的自動(dòng)欄木機(jī)設(shè)備研究，功能框圖如圖4所示。

圖4 具備特殊功能自動(dòng)欄木機(jī)框圖Fig.4 Automatic barrier machine with special functions

4 既有自動(dòng)欄木機(jī)功能對(duì)比及分析

依據(jù)國(guó)內(nèi)典型自動(dòng)欄木機(jī)及國(guó)外典型自動(dòng)欄木機(jī)進(jìn)行分析及對(duì)比，兩種欄木機(jī)的構(gòu)造圖解如圖5所示。

兩種型號(hào)的自動(dòng)欄木機(jī)都具備基本功能，但是通過(guò)上述圖解以及客戶(hù)反饋的使用現(xiàn)狀，兩種型號(hào)的自動(dòng)欄木機(jī)均有不具備上述分析的功能，還有部分功能存在缺陷的現(xiàn)狀，如表1所示。

圖5 國(guó)內(nèi)某型欄木機(jī)構(gòu)和國(guó)外某型欄木機(jī)構(gòu)圖解Fig.5 Mechanism maps of a domestic barrier machine and a foreign barrier machine

表1 國(guó)內(nèi)某型欄木機(jī)和國(guó)外某型欄木機(jī)功能表Tab.1 Functions of a domestic barrier machine and a foreign barrier machine

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上述對(duì)鐵路道口自動(dòng)欄木機(jī)的功能需求和改進(jìn)分析，可以看出提高自動(dòng)欄木機(jī)的安全性和可靠性功能還有很大改進(jìn)空間，需要欄木機(jī)設(shè)備廠家關(guān)注并開(kāi)展設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)工作，對(duì)自動(dòng)欄木機(jī)進(jìn)行優(yōu)化完善，才能實(shí)現(xiàn)設(shè)備的高安全性及高可靠性，從而更好地適應(yīng)國(guó)內(nèi)尤其是海外大量鐵路平交道口市場(chǎng)的建設(shè)、改造和運(yùn)營(yíng)需求。