反位车钩检测装置研制与跟踪保护系统

于志光，周 健

（河北港口集团秦皇岛港务股份公司第二港务分公司，河北秦皇岛 066000）

1 存在的问题

通常情况下，两节火车车皮之间的连接方式为“方对圆”连接，其中方钩为固定车钩，圆钩为旋转车钩。其他的车钩连接形式即为反位车钩，俗称“乱钩”。正常车钩的连接形式，保证了车辆翻转卸货物时可不摘钩连续作业，而遇到反位车钩位于翻车机转子平台两侧时，则须对火车进行解列后，方可翻卸作业。否则，会导致钩头扭断，造成巨大经济损失。

反位车钩的识别目前有两种方法，一种是完全靠人工逐一排查，一种是利用激光反射器及照相机进行智能识别。人工排查增加了职工的劳动强度，效率低下，且作业人员在连续作业反位车钩车辆的状况下，会出现疲劳等不安全因素，给接卸车辆带来严重的隐患。智能识别成本较高，一套系统约为50万元人民币，且受现场环境及技术手段所限，存在一定的误报率。

2 解决方案

对现场实际进行大量调研，发现相邻两节车皮之间都有风管连接，而反位车钩与正常车钩的风管连接位置不同，通过这一差别，研制了高可靠性的机械式反位车钩检测装置。同时设计了跟踪保护系统，利用PLC程序对反位车钩进行标记，动态实时跟踪其位置信息，当反位车钩位于翻车机转子平台两侧时，系统给出报警提示，程序禁止翻车，需现场操作人员对反位车钩进行解列处理完毕并按机侧确认按钮再由司机室内司机检查核对确认后方可继续运行翻车作业流程，实现了翻车机在接卸过程中对反位车钩的实时跟踪与保护。系统还添加了观察车钩情况的视频监控功能和对反位车钩检测情况进行记录的数据库功能。该项目由反位车钩检测装置、跟踪保护系统、视频监控和运行数据记入数据库4个部分构成（图1）。

图1 反位车钩检测系统

2.1 反位车钩检测装置

利用反位车钩的车皮风管位置的不同，研究制作基于检测风管的反位车钩检测装置，正常车钩和反位车钩风管状态如图2所示，反位车钩风管弯弧距离地面高度要大于正常车钩风管，因此设计了一种机械装置，当钩挡为正常车钩时，被风管压下，传感器发出信号；当钩挡为反位车钩时，不被风管压下，传感器无信号发出。

设计的检测装置结构如图3所示，主要由检测翻板、顶针、配重、接近开关、磁铁以及底座组成。经大量现场数据分析，正常车钩风管两连接点同时在车钩左侧或右侧，最低点距量地面距离均值为360 mm，反位车钩风管连接点分布在车钩两侧，为交叉连接，最低点达500 mm。设计装置设计总高度420 mm，保证翻板高度方向有效检测距离60 mm，翻板上沿有效检测风管宽度设计为180 mm，保证风管与翻板接触面，翻板整体检测风管最低点始终有效。

图2 正常车钩与反位车钩风管状态

翻板材料采用力学性能（特别是弹性极限、强度极限、屈强比）、抗弹减性能（即抗弹性减退性能，又称抗松弛性能）、疲劳性能优良的弹簧钢。通过对弹簧钢材料进行比对，最终选定60Si2Mn合金弹簧钢，其强度、弹性和淬透性较为综合，回复性能好，不易于变形损坏，可以保证检测装置的稳定可靠性。在车皮通过检测装置时，翻板材料自身回复性能好，在检测结束后，不会发生形变。

由于列车行驶方向不一，导致正常车钩风管顺向位置在车钩两侧均有可能，因此装测装置成对安装，检测两个正常车钩风管出现位置，车皮定位后，两个位置必将有检测翻板倾斜，接近开关长时间中断，表示为正常车钩；如果车皮定位后，两翻板仍处于垂直状态，未检测到风管，表示为反位车钩，进行通信报警。

正常情况下，风管压住任意一侧检测翻板，正常车钩风管压住检测翻板如图3所示，检测翻板与配重之间的连接杆移位，接近开关产生动作信号。出现反位车钩车型时，两侧检测翻板都不会被风管压倒，接近开关不动作，实现对反位车钩车型的识别。

图3 正常车钩风管压住检测翻板示意

2.2 跟踪保护系统

分别在位于距入口翻车机转子平台一节车皮钩挡处的检测装置1和位于距入口翻车机转子平台两节车皮钩挡处的检测装置2安装2套反位车钩检测装置。将识别出的反位车钩在PLC程序中进行标记跟踪，计算其距离转子平台入口及出口的距离，来判断车钩是否位于翻车机转子平台两侧。当反位车钩位于翻车机转子入口或者出口时，上位系统发出报警提示，程序禁止翻车，等现场处理完毕并按机侧操作钮确认，再由司机室检查核对确认后方可继续翻车作业流程。当反位车钩推出距翻车机转子平台出口一节车皮的距离后，视为该车钩到达安全区域，程序取消对其标记，相应的寄存器也被释放，反位车钩PLC程序流程如图4所示。

图4 反位车钩PLC程序流程

程序共包含检测装置输入信号处理、翻板装置故障检测与上位报警、尾车检测装置故障误报排除、反位车钩检测计数、反位车钩标记、反位车钩位置判定、入口/出口反位车钩上位报警、入口/出口反位车钩处理确认、司机室复位确认、翻车机恢复运行等程序。

2.3 视频监控及运行数据记入数据库功能

为使了使操作人员更方便、快捷查的看检测装置及处钩头情况，同时也能全程记录检测装置的运行情况，为故障排除供依据，本项目还加入了视频监控及运行数据记入数据库功能。

视频监控功能由监控摄像机、硬盘录像机、显示器组成，实现对反位车钩车型检测装置运行状况的快捷查看，同时全程录像也为运行状况评估和故障排除提供相关影像资料。

运行数据记入数据库功能利用翻车机系统上位机使用的显示系统及添加的Access数据库实现，将PLC程序中有关反位车钩检测系统相应点的状态变化存储于Access数据库中。这样可以实现记录反位车钩车辆出现、现场确认、设备故障等事件发生的时间日期。

3 效果

反位车钩跟踪与保护系统已经在秦皇岛港煤一期、煤二期5台双翻翻车机系统中应用，使用一年来，从未发生过漏报的情况，受到职工一致好评。该系统还能够推广应用在其他相类似的单翻、双翻、三翻、四翻等翻车机系统中，可以有效保护车钩的完好，同时大大降低工人的劳动强度，提高作业效率。该系统成本低，车钩检测装置每套成本0.2万元人民币，摄像监控系统每套0.5万元人民币，其他利用翻车机系统程序即可，总计成本约为1万元人民币。