JSQ特种车过驼峰车辆底部超限监测系统研究

倪逸文 中国铁路上海局集团有限公司科研所

在治超、蓝天保卫战等外部因素的推动下，面对巨大的市场份额，铁路部门主动加强市场营销策略研究，大力发展商品汽车运输，已经逐步实现从“站到站”运输向“门到门”运输的根本性转变，商品汽车发运量呈现出逐年倍增的良好态势。与此同时，面对近年来逐年倍增的汽车运输需求，自2015 年至2020 年，全国商品汽车运输铁路专用车辆（以下简称JSQ 车辆）保有量从8 520 辆猛增至19 982 辆，增长134.5%。JSQ6 型凹底双层运输汽车专用车，也称SQ6 型，主要用于运输尺寸较高的汽车，包括轻型客车、面包车、SUV、MPV、皮卡车等，是目前国内唯一一种可以双层运输较高小汽车的铁路货车。整车自重36.6 t，载重20 t，车辆定距20 800 mm，车辆长度26 066 mm，车辆最大宽度3 086 mm，车辆最大高度4 723 mm。

中国国家铁路集团有限公司《技术管理规程》指出：JSQ车辆属于自身构造禁止通过驼峰的车辆，由于其特殊的轴距、车底高等因素限制，若强行过峰，易发生车体摩擦、碰撞地面设备甚至脱轨问题，所以禁止通过驼峰。只能采用以调车进路形式带车送入峰下存车线，对驼峰解体能力受到很大影响。中国铁路上海局集团有限公司在2017 年起综合运用多种技术完成了对JSQ6 特种车辆溜放试验。在公布了【2020】362号文件之后，当线路和车辆都满足一定的条件下，逐步开始推广应用。

以往溜放试验中，为了避免车辆通过变坡点区间时发生车辆骑峰，均提前测量驼峰纵断面数据以及溜放车辆在平直线路上底部与轨顶面之间的距离。再运用模拟仿真计算和现场试验数据，分析过驼峰时车辆运行的安全性，从而有效防控风险。根据《中国铁路上海局集团有限公司JSQ 型车辆通过驼峰作业规定》技术规章第二章第四条：在平直线路上JSQ 型车辆其底部距离钢轨顶面距离不低于160 mm。第五条：集团公司有关部门应组织研究JSQ 型车辆底部限界检测装置，并在允许JSQ型车辆通过驼峰的车站开展试用。因此，为实现安全溜放，研制一套JSQ 车辆底部与轨顶面的动态距离监测装置十分必要。

JSQ 特种车过驼峰车辆底部超限监测系统前期以南翔站下行到达场作为试点，对京到线、昆到线所有进入编组站的JSQ 特种车辆的车底高进行实时监测，及时发现不满足过峰条件的JSQ 车辆，并通知CIPS 系统对该车辆进行禁止过峰标记。在到达场咽喉区段京到线K0+183、昆到线k0+185 作为设备安装点，各安装1 套车号识别装置和2 套车底高测量装置（左右轨各一套）。

设备安装位置平面图如图1 所示，JSQ 特种车过驼峰车辆底部超限监测系统主要由地面车号读取装置和车底高测量装置两部分组成。地面车号读取装置主要由车轮传感器、车号天线以及车号识别机箱组成。车底高测量装置主要由车底高检测装置、信号采集控制箱、工控机和UPS 等组成。车号数据和车底高测量数据通过机房内计算机进行处理，最终通过OA 网的中间件与编组站综合自动化系统（CIPS）进行数据实现交互。

图1 设备安装位置平面图

（1）机械结构设计

车底高测量装置由底座固定在钢轨上。底座如图2所示，左右压板通过全螺纹螺栓与钢轨固定，钢轨外侧的压板通过螺母将支座固定，支座用来固定限位测量装置。

图2 车底高测量装置底座模型图

车底高测量装置由罩壳、圆筒、盖板和测距仪等组成。罩壳用来遮阳挡雨；
圆筒内装有电磁铁，电磁铁能够带动盖板进行转动。

工作原理：当列车快接近限位装置时，电磁铁驱动盖板往上转动，测距仪开始工作，通过窗口发射激光进行测距。当列车远离限位装置之后，电磁铁断电，盖板靠自重往下转动，盖住测距仪窗口（防止非工作时段，有异物遮挡窗口，干扰测量），测距仪停止工作。如图3为车底高测量装置。

图3 车底高测量装置图

（2）电气部件设计

JSQ 特种车过驼峰车辆底部超限监测系统的信号采集控制机箱内部装有隔离电源模块、信号输入隔离模块、研华PCIE-1816采集卡、继电器、MOS管等部件。实现了对超限监测装置单路的隔离控制和数据采集，并对电源模块、车轮传感器进行实时监测，如图4所示。

图4 电气部件设计框图

JSQ 特种车过驼峰车辆底部超限监测系统的软件由数据采集模块、数据处理模块和通讯模块组成。软件整体流程如图5所示，车轮磁钢触发开机，开始实时采集车底高数据，并对采集数据进行轮廓判断和超限判断，最终结合车号信息，识别出超限的JSQ车辆。

图5 软件流程图

（1）数据采集模块由地面车号读取装置获取信号，并处理来车信息。识别到车辆到达，激光测距仪开始进入数据采集状态。左右轨2 路激光测距仪同时测量。待来车信号结束，数据完成存储并进入数据处理模块，实时分析每一节车辆的底部测距信息。

（2）数据处理模块主要处理车辆底部到轨顶面的测距信息。针对进入到达场车辆的速度，设定一定阈值，根据测量数据判断是否为车底轮廓，并计算车底轮廓的有效值。地面车号读取装置通过读取车辆底部的RFID 标签来识别车辆的车号，由于JSQ车辆的识别标签在车体的一端，导致了车号识别的信息会出现在车头或者车尾的任意一端。如何将每一段车底轮廓的有效值和车号一一对应，是数据处理的另一个难点。目前，通过计算有效值和识别车号相对位置的距离，实现数据匹配。

如图6 所示为数据处理车底轮廓处理流程图。如图7所示为车底有效值和车号匹配流程图。

图6 车底轮廓处理流程图

图7 车号配对算法流程图

（3）通讯模块用于将超限车辆信息发送给编组站综合自动化系统（CIPS）。基于OA 网通过FTP 传输到中间站点，CIPS 接收到超限车号后，自动将该车标记为禁止溜放车辆，并将标记结果返回给FTP中间站。

JSQ 特种车过驼峰车辆底部超限监测系统于2021年9月初在到达场咽喉区段京到线K0+183、昆到线k0+185 完成安装调试，并开始监测来往车辆数据。

JSQ 特种车过驼峰车辆底部超限监测系统能够有效的监测通过的JSQ 车辆车底高，从中筛选出JSQ 车辆与其相对应的底部轮廓有效值。如图8、图9所示为2021年10月23日京到线驶入某整列车辆的底部轮廓软件截图和处理数据截图。

图8 车辆底部轮廓软件截图

图9 数据处理截图

JSQ 特种车过驼峰车辆底部超限监测系统现场应用半年以来，系统可靠，运行稳定，数据监测准确，已完成了上万次JSQ 车辆的监测。该装置的应用，彻底解决了因车辆底部与轨顶面距离过小而发生擦碰危及安全的问题。优化了运输生产组织方式，提高了编组站的生产能力，降低了职工的劳动强度，对提高驼峰解体作业效率具有重要意义，具有很强的实用价值。并从不断积累的车辆数据中总结经验，进一步深化研究，形成JSQ车辆溜放技术标准体系，为在全路推广应用为JSQ车辆驼峰安全溜放提供了有效的技术手段。