一种人工道岔扳手智能锁定装置及其使用方法与流程

本发明涉及铁道装备技术领域，涉及手动立式道岔扳道器的道岔扳手手柄的锁具，尤其是一种人工道岔扳手智能锁定装置及其使用方法。

背景技术：

铁道集中区的道岔操作及安全监控，已经使用道岔控制系统进行电子自动化操作和管理；而对于一些偏远小站或者一些矿厂铁路，由于道岔非常分散且规模很小，如果为了一个道岔单独部署一个道岔控制系统成本太高不经济无法部署，所以这些场合仍然采用手动立式道岔扳道器，通过人工扳动道岔扳手手柄控制变道。

这些场所的人工道岔扳手平常通过机械挂锁和插销进行锁定，操作人员使用时打开挂锁，取出插销，将道岔扳手从定位或反位卡槽中提起，从下到上穿过卡槽到达该卡槽上方，水平方向旋转道岔扳手到达另一个卡槽的上方，进行扳道作业，然后将道岔扳手从所述另一个卡槽上方放下，从上到下穿过所述另一个卡槽，完成后再将插销拴上所述另一个卡槽槽口、关闭锁。这种人工道岔操作方式存在如下隐患：

一是机械挂锁过于简单，很容易被破坏，导致扳手被非法人员操作；

二是由于是人工操作，且多人拥有机械钥匙，无法识别操作人员的身份和权限，以及判断是否操作规范（比如没有扳往规定股道，忘记上插销或忘记关闭锁）；

三是无法自动对操作进行记录，出现事故无法分析事故原因及责任认定；

四是无法确保固定轨道与可移动轨道完全密贴（比如人工扳手变道不到位，扳手松动，轨道间有异物）；

五是当车辆停靠在岔道上时，原则上不能再扳动道岔，但是现有机制没法控制。由于人工操作可能扳错轨道，导致与钩计划不一致，目前除了人工核查外没有其他预防措施。

上述人工道岔带来的安全隐患，可能导致机车脱轨等事故。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种人工道岔扳手智能锁定装置及其使用方法，旨在解决上述手动立式道岔扳道器的操作存在的安全隐患。

实现本发明目的的技术方案如下：

一种人工道岔扳手智能锁定装置，包括锁具和控制装置；

所述控制装置包括mcu以及与mcu电连接的无线通信模块、扳手位置感应器、锁舌位置感应器、身份识别模块和驱动模块；

所述锁具包括设置在锁体外壳内的两套结构相同的锁体，即第一锁体和第二锁体，第一锁体的外锁舌和扳手感应杆对应道岔扳手的定位卡槽槽口，第二锁体的外锁舌和扳手感应杆对应道岔扳手的反位卡槽槽口；

所述锁体外壳的侧面板设有可供外锁舌伸出的通孔；

第一锁体的外锁舌可将道岔扳手锁定在道岔扳手的定位卡槽槽口内、或第二锁体的外锁舌可将道岔扳手锁定在道岔扳手的反位卡槽槽口内；

每套锁体包括外锁舌、开锁弹簧、电机、电机套、锁销拨杆和锁销，

所述外锁舌和开锁弹簧设置在锁体外壳的侧端部内，外锁舌的前端可从所述通孔伸出，外锁舌的后端伸出锁体外壳外；所述开锁弹簧的两端分别与锁体外壳、外锁舌的后端部相抵接，使外锁舌有向其后端方向运动的弹力；所述外锁舌的侧面设有与锁销前端相配合的销孔；

所述锁销呈柱状体形，锁销与外锁舌呈垂直状态，锁销前端在锁销弹簧的弹力下可插入所述外锁舌的销孔中，使外锁舌无法缩回锁体外壳内从而形成闭锁；锁销的中部设有拨块，锁销弹簧的两端分别与拨块后端面、锁体外壳抵接，使锁销有向前的弹力；

所述电机套为一不完全圆形块，电机套套接在电机的转轴上；

所述锁销拨杆为一可绕其中部支点旋转的条状杆，锁销拨杆支点设置在锁体外壳内，所述锁销拨杆的一端与电机套相配合，另一端与拨块的前端面靠接，当电机套转动时，电机套迫使锁销拨杆的一端转动，带动锁销拨杆的另一端从锁销拨块的前端面向后端方向拨动拨块，使锁销向后运动，锁销前端脱离销孔，外锁舌在开锁弹簧的作用下缩回锁体外壳内，形成开锁状态，道岔扳手可从卡槽槽口中向上提起；

当外锁舌后端部受外力使其前端部从锁体外壳内伸出，伸出的外锁舌被锁销插入外锁舌销孔中，外锁舌被固定住无法缩回锁体外壳内，形成闭锁状态，锁舌位置感应器向mcu发出闭锁信号；卡槽槽口被伸出的外锁舌锁定，道岔扳手被锁在卡槽内不能穿过卡槽槽口向上提起；

所述扳手感应杆为一可绕其后部扳手感应杆支杆旋转的条状杆，所述扳手感应杆的后部设有伸向锁体外壳内的感应块，扳手感应杆支杆设置在锁体外壳上；设有复位扭簧设置在扳手感应杆支杆上，使扳手感应杆的初始位置为靠近外锁舌端；当扳手感应杆旋转到处于远离外锁舌的位置时（闭锁状态），跟随扳手感应杆旋转的感应块触发扳手位置感应器向mcu发出道岔扳手放置到位信号；

所述电机通过驱动模块与mcu电连接。

进一步地，所述扳手位置感应器包括第一干簧管和第一永磁体，所述第一永磁体设置在所述感应块上，所述第一干簧管设置在扳手感应杆处于远离外锁舌的位置时、能够与第一永磁体相作用的位置上；所述第一干簧管与mcu电连接。

进一步地，所述锁舌位置感应器包括第二干簧管和第二永磁体，所述第二永磁体设置在所述外锁舌上，所述第二干簧管设置在外锁舌处于伸出被锁销锁定的闭锁状态时、能够与第二永磁体相作用的位置上；所述第二干簧管与mcu电连接。

进一步地，所述身份识别模块包括用于读取操作人员的身份信息的感应卡识别模块和/或生物特征识别模块。

进一步地，包括声光警示模块，所述声光警示模块与mcu电连接。

进一步地，包括电池，所述控制装置与电池连接。

进一步地，包括车轮传感器，所述车轮传感器设置在道岔区两侧的轨道上，用于检测进路和出清的机车轮轴数，所述车轮传感器与mcu电连接。所述车轮传感器为行程开关。

进一步地，包括道岔密贴检测器，所述道岔密贴检测器设置在与每组道岔的尖轨连接的连杆上，用于检测基本轨与尖轨的密贴情况，所述道岔密贴检测器与mcu电连接。

智能锁定装置的锁体固定在手动立式道岔扳道器上，与手动立式道岔扳道器上的道岔扳手固定台叠接，智能锁定装置的外锁舌伸出时横向插入道岔扳手起落卡槽中形成闭锁状态，扳手感应杆横向插入卡槽中，并可在水平方向上旋转、在卡槽中前后滑动，道岔扳手被外锁舌锁定在定位、反位两个起落卡槽中的其中一个卡槽内，道岔扳手位于外锁舌与扳手感应杆之间。身份识别模块感应到正确的操作人员信息时，mcu通过驱动模块使电机转动，同时带动电机套转动，电机套迫使锁销拨杆的一端转动，带动锁销拨杆的另一端从锁销拨块的前端面向后端方向拨动拨块，使锁销向后运动，锁销前端脱离销孔，外锁舌在开锁弹簧的作用下缩回锁体外壳内，形成开锁状态，开锁后外锁舌缩回锁体内，卡槽的槽口打开，人工手动提起道岔扳手从下到上穿过卡槽，道岔扳手离开卡槽到该卡槽的上方，水平方向旋转道岔扳手完成变道操作，道岔扳手到达另一个卡槽的上方，此时该卡槽中扳手感应杆在复位扭簧的作用下其初始位置为靠近外锁舌处，在将道岔扳手从上方放下时，道岔扳手从上到下穿过另一个卡槽，推动该卡槽中的扳手感应杆向卡槽的后方即远离外锁舌的方向移动，道岔扳手推动扳手感应杆到达该卡槽的底部时，扳手位置感应器向mcu发出扳手放置到位信号，确认道岔扳手完成变道，手动推动外锁舌的后端部使外锁舌从通孔中伸出，伸出的外锁舌被锁销插入外锁舌销孔中，外锁舌被固定住无法缩回锁体外壳内，形成闭锁状态，锁舌位置感应器向mcu发出闭锁信号，卡槽槽口被伸出的外锁舌锁定，道岔扳手被锁在卡槽内不能穿过卡槽槽口向上提起，这样就将变道后的道岔扳手锁定在另一个卡槽内；需要再变道时，重复上述操作。

在变道操作过程中，如果mcu接收到同一个锁体的扳手位置感应器发来的扳手放置到位信号和锁舌位置感应器发来的闭锁信号，则判断为道岔扳手变道到位，操作正确；其他情况下，对于同一个锁体，如果mcu不能同时接收到位置感应器发来的扳手放置到位信号和锁舌位置感应器发来的闭锁信号，则判断为变道不到位，操作不正确，则通过声光警示模块发出警示信号，提醒操作人员注意排除故障；同时，mcu通过无线通信模块将信息传输到远程服务器。

无线通信模块可通过基于物联网等的无线通信方式与远程服务器应用管理系统无线连接，进行双向数据交换，如nb-iot（窄带物联网，narrowbandinternetofthings，简称nb-iot）或者lora物联网。

本智能锁定装置在使用时，控制装置通过身份识别模块可以对操作人员身份进行识别，通过扳手位置感应器、锁舌位置感应器判断操作人员动作是否规范到位，并在现场进行相应的声光警示，并可以将作业人员、作业道岔、作业时间、扳手定、反位位置、智能锁编号等信息通过无线通信模块传输给远程服务器进行备案，提供责任事故认定依据。

本技术方案的智能锁定装置直接叠接在手动立式道岔扳道器的固定台上，以智能锁定装置锁定人工道岔扳手替代现有机械挂锁插销装置的锁定功能，现有的手动立式道岔扳道器不需要进行任何改造，相对于现有的机械锁插销装置具有身份识别、操作动作监控、数据远程自动备份等优点，本装置体积小，安装简单，有效地克服了现有挂锁装置存在的安全隐患。

附图说明

图1为实施例中人工道岔扳手智能锁定装置的立体结构示意图；

图2为图1的俯视示意图；

图3为外锁舌与锁销配合示意图；

图4为图1的智能锁定装置与手动立式道岔扳道器的配装示意图；

图5为实施例中人工道岔扳手智能锁定装置的电路连接方框示意图。

图中，1.锁体外壳2.侧面板3.通孔4.滑槽5.开锁弹簧6.外锁舌6-1.销孔7.锁销8.拨块9.锁销弹簧10.支点11.锁销拨杆12.电机套13.电机14.感应块15.扳手感应杆支杆16.复位扭簧17.扳手感应杆18-1.第一干簧管18-2.第一永磁体18-3.第二干簧管18-4.第二永磁体19.手动立式道岔扳道器20.固定台21.道岔扳手22.扳手支杆23.卡槽槽口。

具体实施方式

以下的说明本质上仅仅是示例性的而并不是为了限制本公开、应用或用途。应当理解的是，在全部附图中，对应的附图标记表示相同或对应的部件和特征。下面结合附图和实施例对本发明内容作进一步的阐述，但不是对本发明的限定。

实施例：

如图1-图5所示，一种人工道岔扳手智能锁定装置，包括锁具和控制装置；

所述控制装置包括mcu以及与mcu电连接的无线通信模块、扳手位置感应器、锁舌位置感应器、身份识别模块和驱动模块；

所述锁具包括设置在锁体外壳1内的两套结构相同的锁体，即第一锁体和第二锁体，第一锁体的外锁舌和扳手感应杆对应道岔扳手的定位卡槽槽口，第二锁体的外锁舌和扳手感应杆对应道岔扳手的反位卡槽槽口；

所述锁体外壳1的侧面板2设有可供外锁舌6伸出的通孔3；

第一锁体的外锁舌可将道岔扳手锁定在道岔扳手的定位卡槽槽口内、或第二锁体的外锁舌可将道岔扳手锁定在道岔扳手的反位卡槽槽口内；

每套锁体包括外锁舌6、开锁弹簧5、电机13、电机套12、锁销拨杆11和锁销7，

所述外锁舌6和开锁弹簧5设置在锁体外壳1的侧端部内，外锁舌6的前端可从所述通孔3伸出，外锁舌6的后端伸出锁体外壳1外；所述开锁弹簧5的两端分别与锁体外壳1内侧、外锁舌6的后端部相抵接，使外锁舌6有向其后端方向运动的弹力；所述外锁舌6的侧面设有与锁销7前端相配合的销孔6-1；

所述锁销7呈柱状体形，锁销7与外锁舌6呈垂直状态，锁销7前端在锁销弹簧9的弹力下可插入所述外锁舌6的销孔6-1中，使外锁舌6无法缩回锁体外壳1内从而形成闭锁；锁销7的中部设有拨块8，锁销弹簧9的两端分别与拨块8后端面、锁体外壳1抵接，使锁销7有向前的弹力；

所述电机套12为一不完全圆形块，电机套12套接在电机13的转轴上；

所述锁销拨杆11为一可绕其中部支点10旋转的条状杆，锁销拨杆支点10设置在锁体外壳1内，所述锁销拨杆11的一端与电机套12相配合，另一端与拨块8的前端面靠接，当电机套12转动时，电机套12迫使锁销拨杆11的一端转动，带动锁销拨杆11的另一端从锁销拨块8的前端面向后端方向拨动拨块8，使锁销7向后运动，锁销7前端脱离销孔6-1，外锁舌6在开锁弹簧5的作用下缩回锁体外壳1内，形成开锁状态，道岔扳手21可从卡槽槽口中向上提起；

当外锁舌6后端部受外力使其前端部从锁体外壳1内伸出，伸出的外锁舌6被锁销7插入外锁舌销孔6-1中，外锁舌6被固定住无法缩回锁体外壳1内，形成闭锁状态，锁舌位置感应器向mcu发出闭锁信号；卡槽槽口23被伸出的外锁舌6锁定，道岔扳手21被锁在卡槽内不能穿过卡槽槽口23向上提起；

所述扳手感应杆17为一可绕其后部扳手感应杆支杆15旋转的条状杆，所述扳手感应杆17的后部设有伸向锁体外壳1内的感应块14，扳手感应杆支杆15设置在锁体外壳1上；设有复位扭簧16设置在扳手感应杆支杆15上，使扳手感应杆17的初始位置为靠近外锁舌6端；当扳手感应杆17旋转到处于远离外锁舌6的位置时（闭锁状态），跟随扳手感应杆17旋转的感应块14触发扳手位置感应器向mcu发出道岔扳手放置到位信号；

所述电机13通过驱动模块与mcu电连接。

所述mcu为stm32系列。

进一步地，所述扳手位置感应器包括干簧管18和永磁体，所述永磁体设置在所述感应块14上，所述干簧管18设置在扳手感应杆17处于远离外锁舌6的位置时、能够与永磁体相作用的位置上；所述干簧管18与mcu电连接。

进一步地，所述扳手位置感应器包括第一干簧管18-1和第一永磁体18-2，所述第一永磁体18-1设置在所述感应块14上，所述第一干簧管18-1设置在扳手感应杆17处于远离外锁舌6的位置时、能够与第一永磁体18-2相作用的位置上；所述第一干簧管18-1与mcu电连接。

进一步地，所述锁舌位置感应器包括第二干簧管18-3和第二永磁体18-4，所述第二永磁体18-3设置在所述外锁舌6上，所述第二干簧管18-3设置在外锁舌6处于伸出被锁销7锁定的闭锁状态时、能够与第二永磁体18-4相作用的位置上；所述第二干簧管18-3与mcu电连接。

进一步地，所述身份识别模块包括用于读取操作人员的身份信息的感应卡识别模块和/或生物特征识别模块，感应卡识别模块包括ic卡、nfc卡等，生物特征识别包括指纹识别、虹膜识别和面相识别等。

进一步地，包括车轮传感器，所述车轮传感器设置在道岔区两侧的轨道上，用于检测进路和出清的机车轮轴数，所述车轮传感器与mcu电连接。所述车轮传感器为行程开关。

进一步地，包括道岔密贴检测器，所述道岔密贴检测器设置在与每组道岔的尖轨连接的连杆上，用于检测基本轨与尖轨的密贴情况，所述道岔密贴检测器与mcu电连接。

进一步地，包括声光警示模块，所述声光警示模块与mcu电连接。

进一步地，包括电池，所述控制装置与电池连接，由电池进行供电。

进一步地，还可设置紧急开锁钥匙，将紧急开锁钥匙插入锁体外壳1内，旋转，直接扭动锁销拨杆11，使锁销7向后运动，锁销7前端脱离销孔6-1，外锁舌6在开锁弹簧5的作用下缩回锁体外壳1内，形成开锁状态。

所述人工道岔扳手智能锁定装置的锁体固定在手动立式道岔扳道器19上，与手动立式道岔扳道器18上的固定台20叠接，叠置在固定台20的下端面，智能锁定装置的外锁舌6伸出时横向插入道岔扳手21定位或反位卡槽槽口中形成闭锁状态，扳手感应杆17横向插入卡槽中，并可在水平方向上旋转、在定位或反位卡槽中前后滑动，道岔扳手21被第一锁体或第二锁体的外锁舌6锁定在定位或反位卡槽两个起落卡槽中的其中一个卡槽槽口内，道岔扳手21位于外锁舌6与扳手感应杆17之间。

使用时，身份识别模块感应到正确的操作人员信息时，mcu通过驱动模块使电机13转动，同时带动电机套12转动，电机套12迫使锁销拨杆11的一端转动，带动锁销拨杆11的另一端从锁销拨块8的前端面向后端方向拨动拨块8，使锁销7向后运动，锁销7前端脱离销孔6-1，外锁舌6在开锁弹簧5的作用下缩回锁体外壳1内，形成开锁状态，开锁后外锁舌6缩回锁体外壳1内，卡槽槽口23打开，人工手动提起道岔扳手21，道岔扳手21绕扳手支杆22转动，从下到上穿过卡槽，道岔扳手21离开卡槽到该卡槽的上方，旋转道岔扳手21完成变道操作，此时道岔扳手21到达另一个卡槽的上方，此时所述另一个卡槽中扳手感应杆17在复位扭簧16的作用下其初始位置为靠近外锁舌6处，在将道岔扳手21从上方放下时，道岔扳手21从上到下穿过上述另一个卡槽，推动该卡槽中的扳手感应杆17向卡槽的后方即远离外锁舌6的方向移动，道岔扳手21推动扳手感应杆17到达该卡槽的底部时，感应块14上的扳手位置感应器中的第一永磁体18-2与第一干簧管18-1相作用，第一干簧管18-1中的两个电极相连接，向mcu发出道岔扳手放置到位信号，确认道岔扳手21完成变道，手动推动外锁舌6的后端部使外锁舌6从通孔3中伸出，伸出的外锁舌6被锁销7插入外锁舌销孔6-1中，外锁舌6被固定住无法缩回锁体外壳1内，形成闭锁状态，锁舌位置感应器中的第二永磁体18-4与第二干簧管18-3相作用，第二干簧管18-3中的两个电极相连接，第二干簧管18-3向mcu发出闭锁信号，卡槽槽口23被伸出的外锁舌6锁定，道岔扳手21被锁在卡槽内不能穿过卡槽槽口23向上提起，这样就将变道后的道岔扳手21锁定在所述另一个卡槽内；需要再变道时，重复上述操作。

在变道操作过程中，如果mcu接收到同一个锁体的扳手位置感应器发来的道岔扳手放置到位信号和锁舌位置感应器发来的闭锁信号，则判断为道岔扳手21变道到位，操作正确；其他情况下，对于同一个锁体，如果mcu不能同时接收到扳手位置感应器发来的道岔扳手放置到位信号和锁舌位置感应器发来的闭锁信号，则判断为变道不到位，操作不正确，则通过声光警示模块发出警示信号，提醒操作人员注意排除故障；同时，mcu通过无线通信模块将信息传输到远程服务器应用管理系统。

无线通信模块可通过基于物联网等的无线通信方式将mcu与远程服务器应用管理系统无线连接，应用管理系统用来设置能够开启该智能锁装置的授权身份。

本智能锁定装置在使用时，控制装置中的感应卡识别模块和/或生物特征识别模块可以对操作人员的ic卡等身份进行识别；判断操作人员动作是否规范到位，并在现场进行相应的声光警示；可以将作业人员、作业道岔、作业时间、扳手定反位位置、智能锁编号等信息通过无线通信模块传输给远程服务器应用管理系统进行备案，提供责任事故认定依据。

实施例中所述具体实施案例仅为本发明的较佳实施案例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所做的等效变化与修饰，都应作为本发明的技术范畴。