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[摘 要]本文介绍了列车折角塞门状态判定防控装置的功能作用和研究方法，通过现场应用需求确定装置的具体功能需求，通过试验数据建立修正了数学模型，根据机车的结构特点研究确定了机车数据的采集方案，文章还对装置的软硬件结构等方面进行阐述。
[关键词]折角塞门；机车；制动機试验；列车编组
中图分类号：C61 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）48-0257-02
在铁路货运列车运行管理中，列车折角塞门状态的检查确认是铁路机务系统和车辆系统作业的重点盯控内容，若开行列车中有折角塞门处于关闭状态，该折角塞门之后的所有车辆将丧失制动力，若遇到长大下坡道，极有可能会造成重大生命财产损失。为消除各种因素导致列车管贯通状态不良的问题，通过“技防”形式防止货运列车折角塞门非正常关闭，对铁路行车安全有着重要的意义。
一、功能需求
结合铁路货运列车操作实际情况，装置须具备以下功能：
1.1通过列车发车前的“感度试验”、“安定试验”、“列车管漏泄试验”，判断车列中折角塞门关闭位置。
1.2 列车运行过程中，机车乘务员通过制动机的操作，能够检查车列中折角塞门关闭的位置。
1.3 具备报警功能。
1.4 紧急制动时禁止或卸载机车牵引。
二、技术方案
2.1折角塞门关闭位置计算
折角塞门关闭位置计算是本装置的重点技术内容。
2.1.1列车制动原理
列车做减压制动时，列车管内的压缩空气排向大气，其排放时间受编组辆数（即列车管的长度）、支管长度、软管及减压量的影响。而机车的副风缸、三通阀、制动缸等部件对排风时间不构成大的影响，可以忽略。列车编组确定后，列车管通过中继阀在某一减压量下的排风时间基本为一个定值，基于这个原理，利用获取的相关参数可以计算出列车编组中折角塞门关闭的位置。
2.1.2 数学计算模型
2.2数据采集
根据数学模型的参数要求，装置计算折角塞门关闭位置需要获取列车编组长度、计长、列车管压力、机车排风时间等参数。
2.2.1 列车运行编组信息采集
通过RS485总线监听机车安全信息综合监测装置的总线数据。采集列车的公里标、速度、总重、编组、计长信息。
2.2.2 列车管压力采集
在机车列车管上安装压力传感器，用来实时检测列车管的压力，并将压力信号转换为电信号发送到装置主机。
2.2.3 排风时间采集
根据机车设计原理，当列车发生制动时，机车的压缩空气通过中继阀的排风口向外排放，当排风结束时，列车处于制动状态。根据这个设计原理，将压力传感器安装在中继阀的排风口处，当机车开始排风时，压力开关输出电信号，当机车排风结束时，排风压力消失，压力开关停止输出电信号，在整个过程中，装置主机通过对电信号的计时计算出机车的排风时间。
2.3对机车实施自动控制的方法
系统将以保障安全为出发点，根据列车的不同运行工况进行分级控制。
2.3.1列车始发出站前
列车在始发站编组场出站前没有按规程规章进行制动机试验时，装置切除牵引命令中间继电器，卸载机车牵引动力，司机不能启动。机车乘务员按规定进行相关制动机试验，并确认无意外关闭的折角塞门后，方可开车出站。
2.3.2 列车运行过程中
如果行车途中，装置发现意外关闭的折角塞门时，进行语音文字报警，在显示器上提示折角塞门关闭位置。
2.4 系统具体功能实现方法
2.4.1制动机试验
2.4.1.1始发站开车前进行制动机试验
列车在始发站开车前，乘务员必须按规定进行制动机试验，各项试验均通过，且在没有折角塞门意外关闭情况下机车才可正常起动。否则，机车限制启动并语音提示。列车开车前机车乘务员进行制动机全部试验或者简略试验。
（1）全部试验包括感度试验和安定试验。
①感度试验
机车对列车充风至定压后，自阀减压50kPa进行感度试验。自阀减压50kPa并保压1分钟，确保全列车发生制动作用，不得发生自然缓解，1分钟之内列车管压力下降不得超过20kPa，手柄移至运转位后，全列车须在1分钟之内缓解完毕。装置检测列车管压力由600kPa下降到550kPa，并在列车管压力稳定在550kPa后开始60秒钟倒计时，倒计时结束后检测列车管压力是否在530kPa～550kPa之间，如果超出此压力范围时，装置切除机车牵引动力，限制列车启动。
②安定试验
机车对列车充风至定压后，自阀实施最大有效减压量170 kPa，对列车制动机进行安定试验，确认列车不发生紧急制动。
（2）简略试验
机车对列车充风至定压后，自阀减压100 kPa并保压1分钟，检查列车管压力下降情况，每分钟不超过20kPa，如果发现列车管泄漏量大于20kPa/min，判定为列车管泄漏量超标。装置检测列车管的100kPa减压量，同时进行60秒钟倒计时，倒计时结束后计算列车管压力下降是否满足不超过20kPa，如果超出20kPa，则切除机车牵引力，限制列车启动。
2.4.2列车折角塞门关闭位置判定
列车折角塞门关闭位置判定是装置的主要功能。运行的列车在进行减压调速时，系统通过采集列车管减压量及排风时间来实现列车折角塞门关闭位置判定。若装置判定列车编组前1/3部分有折角塞门关闭，装置发出9次语音报警和文字提示，提示有折角塞门关闭及关闭位置；若装置判定列车编组中部1/3部分有折角塞门关闭，进行7次语音报警和文字提示；若装置判定列车编组后部1/3部分有折角塞门关闭，进行3次语音报警和文字提示。
2.4.3 记录及分析功能
装置自动记录乘务员对机车制动机操作、试风情况、判定数据等信息，记录数据转储至地面分析软件，通过地面分析软件可以生成数据记录表。
三、装置硬件、软件结构及实现方法
3.1系统硬件功能及实现方法
装置功能硬件主要由装置主机、机车司机室人机交互单元（显示器）、压力传感器、压力开关、机车牵引控制单元等组成，结构如图1所示。
主机是整个装置的控制核心，它采集两个压力传感器的信号及缓解信号等信息，根据减压量、排风时间、编组信息等，按照数学模型进行列车折角塞门关闭位置的计算，同时记录乘务员的操作制动机的过程。
制动机试验时，装置通过机车的预备输入和预备输出指令可实现对机车的起动控制。
3.2装置软件设计
装置软件采用自上向下的结构化设计，根据装置功能需求做出清晰的需求分析，确定各功能单元模块，然后依据各功能单元的任务和执行流程设计出程序流程图。
装置软件总流程图如图2所示。
四、结束语
列车折角塞门状态判定防控装置对铁路行车安全有着重要意义，是一项综合性很强、理论与实践结合很深的科研课题，其成功研制与推广应用能够有效预防铁路货运列车因列车管贯通出现意外，丧失制动力产生的重大事故，其理论研究和使用模式还需在实际运用中不断探索和优化改进。
参考文献：
[1]《铁路技术管理规程》（铁总科技）[2014]172号。中国铁道出版社，2014年7月；159-161.274.
[2]《铁路机车操作规则》（铁运）[2012]281号。中国铁道出版社，2013年1月；6-7.15.
[关键词]折角塞门；机车；制动機试验；列车编组
中图分类号：C61 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）48-0257-02
在铁路货运列车运行管理中，列车折角塞门状态的检查确认是铁路机务系统和车辆系统作业的重点盯控内容，若开行列车中有折角塞门处于关闭状态，该折角塞门之后的所有车辆将丧失制动力，若遇到长大下坡道，极有可能会造成重大生命财产损失。为消除各种因素导致列车管贯通状态不良的问题，通过“技防”形式防止货运列车折角塞门非正常关闭，对铁路行车安全有着重要的意义。
一、功能需求
结合铁路货运列车操作实际情况，装置须具备以下功能：
1.1通过列车发车前的“感度试验”、“安定试验”、“列车管漏泄试验”，判断车列中折角塞门关闭位置。
1.2 列车运行过程中，机车乘务员通过制动机的操作，能够检查车列中折角塞门关闭的位置。
1.3 具备报警功能。
1.4 紧急制动时禁止或卸载机车牵引。
二、技术方案
2.1折角塞门关闭位置计算
折角塞门关闭位置计算是本装置的重点技术内容。
2.1.1列车制动原理
列车做减压制动时，列车管内的压缩空气排向大气，其排放时间受编组辆数（即列车管的长度）、支管长度、软管及减压量的影响。而机车的副风缸、三通阀、制动缸等部件对排风时间不构成大的影响，可以忽略。列车编组确定后，列车管通过中继阀在某一减压量下的排风时间基本为一个定值，基于这个原理，利用获取的相关参数可以计算出列车编组中折角塞门关闭的位置。
2.1.2 数学计算模型
2.2数据采集
根据数学模型的参数要求，装置计算折角塞门关闭位置需要获取列车编组长度、计长、列车管压力、机车排风时间等参数。
2.2.1 列车运行编组信息采集
通过RS485总线监听机车安全信息综合监测装置的总线数据。采集列车的公里标、速度、总重、编组、计长信息。
2.2.2 列车管压力采集
在机车列车管上安装压力传感器，用来实时检测列车管的压力，并将压力信号转换为电信号发送到装置主机。
2.2.3 排风时间采集
根据机车设计原理，当列车发生制动时，机车的压缩空气通过中继阀的排风口向外排放，当排风结束时，列车处于制动状态。根据这个设计原理，将压力传感器安装在中继阀的排风口处，当机车开始排风时，压力开关输出电信号，当机车排风结束时，排风压力消失，压力开关停止输出电信号，在整个过程中，装置主机通过对电信号的计时计算出机车的排风时间。
2.3对机车实施自动控制的方法
系统将以保障安全为出发点，根据列车的不同运行工况进行分级控制。
2.3.1列车始发出站前
列车在始发站编组场出站前没有按规程规章进行制动机试验时，装置切除牵引命令中间继电器，卸载机车牵引动力，司机不能启动。机车乘务员按规定进行相关制动机试验，并确认无意外关闭的折角塞门后，方可开车出站。
2.3.2 列车运行过程中
如果行车途中，装置发现意外关闭的折角塞门时，进行语音文字报警，在显示器上提示折角塞门关闭位置。
2.4 系统具体功能实现方法
2.4.1制动机试验
2.4.1.1始发站开车前进行制动机试验
列车在始发站开车前，乘务员必须按规定进行制动机试验，各项试验均通过，且在没有折角塞门意外关闭情况下机车才可正常起动。否则，机车限制启动并语音提示。列车开车前机车乘务员进行制动机全部试验或者简略试验。
（1）全部试验包括感度试验和安定试验。
①感度试验
机车对列车充风至定压后，自阀减压50kPa进行感度试验。自阀减压50kPa并保压1分钟，确保全列车发生制动作用，不得发生自然缓解，1分钟之内列车管压力下降不得超过20kPa，手柄移至运转位后，全列车须在1分钟之内缓解完毕。装置检测列车管压力由600kPa下降到550kPa，并在列车管压力稳定在550kPa后开始60秒钟倒计时，倒计时结束后检测列车管压力是否在530kPa～550kPa之间，如果超出此压力范围时，装置切除机车牵引动力，限制列车启动。
②安定试验
机车对列车充风至定压后，自阀实施最大有效减压量170 kPa，对列车制动机进行安定试验，确认列车不发生紧急制动。
（2）简略试验
机车对列车充风至定压后，自阀减压100 kPa并保压1分钟，检查列车管压力下降情况，每分钟不超过20kPa，如果发现列车管泄漏量大于20kPa/min，判定为列车管泄漏量超标。装置检测列车管的100kPa减压量，同时进行60秒钟倒计时，倒计时结束后计算列车管压力下降是否满足不超过20kPa，如果超出20kPa，则切除机车牵引力，限制列车启动。
2.4.2列车折角塞门关闭位置判定
列车折角塞门关闭位置判定是装置的主要功能。运行的列车在进行减压调速时，系统通过采集列车管减压量及排风时间来实现列车折角塞门关闭位置判定。若装置判定列车编组前1/3部分有折角塞门关闭，装置发出9次语音报警和文字提示，提示有折角塞门关闭及关闭位置；若装置判定列车编组中部1/3部分有折角塞门关闭，进行7次语音报警和文字提示；若装置判定列车编组后部1/3部分有折角塞门关闭，进行3次语音报警和文字提示。
2.4.3 记录及分析功能
装置自动记录乘务员对机车制动机操作、试风情况、判定数据等信息，记录数据转储至地面分析软件，通过地面分析软件可以生成数据记录表。
三、装置硬件、软件结构及实现方法
3.1系统硬件功能及实现方法
装置功能硬件主要由装置主机、机车司机室人机交互单元（显示器）、压力传感器、压力开关、机车牵引控制单元等组成，结构如图1所示。
主机是整个装置的控制核心，它采集两个压力传感器的信号及缓解信号等信息，根据减压量、排风时间、编组信息等，按照数学模型进行列车折角塞门关闭位置的计算，同时记录乘务员的操作制动机的过程。
制动机试验时，装置通过机车的预备输入和预备输出指令可实现对机车的起动控制。
3.2装置软件设计
装置软件采用自上向下的结构化设计，根据装置功能需求做出清晰的需求分析，确定各功能单元模块，然后依据各功能单元的任务和执行流程设计出程序流程图。
装置软件总流程图如图2所示。
四、结束语
列车折角塞门状态判定防控装置对铁路行车安全有着重要意义，是一项综合性很强、理论与实践结合很深的科研课题，其成功研制与推广应用能够有效预防铁路货运列车因列车管贯通出现意外，丧失制动力产生的重大事故，其理论研究和使用模式还需在实际运用中不断探索和优化改进。
参考文献：
[1]《铁路技术管理规程》（铁总科技）[2014]172号。中国铁道出版社，2014年7月；159-161.274.
[2]《铁路机车操作规则》（铁运）[2012]281号。中国铁道出版社，2013年1月；6-7.15.