专利名称：轨道清筛车防碰撞报警装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及轨道清筛车，特别是轨道清筛车上的防碰撞报警装置。
背景技术：
铁路线长年暴露在大自然中，风砂尘土、垃圾污物、货车上散落下来的煤粉、矿粉等，都会侵入道碴。再加上因列车的动力作用和线路捣固时的冲击而引起的本身机械磨耗，随着时间的推移和运量的增加，它的块状间的空隙就逐渐被脏物所填塞而变得板结。道碴的排水性能、承载能力降低，失去了应有的弹性，加剧了机车车辆的振动和冲击，因此必须定期地对道床进行清筛，剔除污土，补充新碴。道碴清筛车是轨道线路大修施工的主要大型养路机械，道碴清筛车可在不拆除轨排的情况下，通过挖掘链运动将轨排下的道碴挖出，振动筛对挖出的道碴进行筛分，污土由污土输送带抛到该机前方线路的两侧或物料运输车内。清筛车回转污土输送臂在工作过程中由于作业需要，存在侵入线杆界限的状况，如果操
作不当会造成供电、电务设备的损坏，影响施工和行车安全，造成非常严重后果。[0003] 当前铁道部下属相关道床清筛单位在使用道碴清筛车时，均采用人工观察的方式，当清筛车污土排除臂接近前方障碍物时，由车下人员用高音喇叭或对讲机通知清筛车操作人员操作污土排除臂绕开障碍物。由于清筛作业现场灰土重、噪音大，采用人工通知清
筛车操作人员的方式落后，并且有时车下人员因人为疏忽，往往会导致工作上的失误，导致清筛车污土排除臂撞上前方障碍物，造成电务设备的损坏，影响施工和行车安全。 为了克服人工提示手段固有的缺陷，人们设计了一种在清筛车污土排除臂上安装防撞弦线的方案，当清筛车污土排除臂与前方障碍物接触时，压迫弦线以带动主开关动作，使清筛车回转污土输送带无法向已接触方向摆动，清筛车停车。该方案属于一种被动式的防护措施，可以防止因清筛车污土排除臂碰撞而造成设备的损坏，但该方案在清筛车污土排除臂已经碰撞到障碍物时，该装置才动作，并且会导致清筛车停车，影响施工的连续性，而且清筛机停车必须后退，然后摆动污土排除臂，以绕过障碍物。更有甚者，如果清筛车运行速度稍快，由于惯性将以很大的力碰撞到障碍物，导致事故产生。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种轨道清筛车防碰撞报警装置，该装
置可在清筛车污土排除臂可能撞上障碍物之前发出警报信号。
本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案是 轨道清筛车防碰撞报警装置，它包括可编程控制器、超声波传感器和报警装置；可编程控制器、报警装置设置在轨道清筛车上，超声波传感器设置在轨道清筛车的污土排除臂前端，超声波传感器的输出端与可编程控制器的信号输入端连接，报警装置由可编程控制器控制。 上述方案中，轨道清筛车防碰撞报警装置还包括用于驱动超声波传感器旋转扫描的步进电机、驱动器模块，可编程控制器通过驱动器模块控制步进电机。[0009] 上述方案中，步进电机设置在污土排除臂的前端，超声波传感器设置在步进电机 的输出轴上。 上述方案中，超声波传感器两侧分别设有用于超声波传感器旋转扫描限位的接近 开关，接近开关的输出端与可编程控制器的信号输入端连接。
与现有技术相比，本实用新型轨道清筛车防碰撞报警装置具有以下优点 1、本实用新型是一种主动防护方式的、基于超声波技术的清筛车污土排除臂防碰
撞报警装置，能在污土排除臂距离前方障碍物一定距离处发出报警信号，提示操作人员绕
开障碍物。 2、轨道清筛车防碰撞报警装置还包括用于驱动超声波传感器旋转扫描的步进电 机，可以驱动超声波传感器在一定圆弧度范围内左右来回旋转扫描，提高了超声波传感器 的监测范围。 3、超声波传感器两侧设有用于超声波传感器旋转扫描限位的接近开关，接近开关 的输出信号输入可编程控制器，可编程控制器根据接近开关的输出信号控制步进电机换 向。 本实用新型轨道清筛车防碰撞报警装置，克服了基于人工报警方式固有的主观 性，降低了劳动强度，提高了轨道清筛车操作的可靠性和安全性。
图1为本实用新型实施例的结构框图 图2为本实用新型实施例的结构示意图 图3为超声波传感器与接近开关位置关系的结构示意图 图4为可编程控制器软件流程图 图5为控制系统原理图 图6为与图5相对应的控制系统信号连接图具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做出进一步详细的说明。 如图1所示的本实用新型轨道清筛车防碰撞报警装置实施例，它包括可编程控制 器PLC、超声波传感器、用于驱动超声波传感器旋转扫描的步进电机、驱动器模块、接近开关 和报警装置。超声波传感器的输出端与可编程控制器的信号输入端连接，报警装置由可编 程控制器控制。可编程控制器通过驱动器模块控制步进电机4。接近开关6的输出端与可 编程控制器的信号输入端连接。可编程控制器、报警装置设置在轨道清筛车上。 如图2所示，本实施例安装在轨道2上运行的轨道清筛车上，步进电机4设置在污 土排除臂3的前端，超声波传感器5设置在步进电机4的输出轴上。污土排除臂臂长5米 左右，超声波传感器位置位于污土排除臂的前端1米处，超声波传感器5指向与污土排除臂 成90度垂直。 如图3所示，超声波传感器5两侧分别设有用于超声波传感器旋转扫描限位的接 近开关6。 可编程控制器采用西门子S7-200系列的222CPU的PLC，它集成8输入/6输出共14个数字量I/O点，扩展模拟量输入模块，采用RS485通讯/编程口与超声波传感器相连， 接收超声波传感器的数字量和模拟量的输入并进行分析处理，当污土排除臂距离前方障碍 物10米处时可编程控制器输出报警信号，报警装置报警，提示操作人员绕开障碍物；当距 离前方障碍物2米处时输出停车信号，以确保清筛车行车安全。 PLC使用24V直流电源，输出数字量报警信号提示操作人员操作，或输出模拟量停 车电压信号停车。同时，PLC还输出频率为lOOKHz的脉冲信号、换向信号、解锁信号给步进 电机驱动器，以驱动步进电机换向，并在120度范围内来回旋转。 超声波传感器采用西门子IP65工业防护等级的PXS400的紧凑型系列M30 K3型， 其工作温度为_25°C —7(TC，使用直流24V电源，探测到10米范围内有障碍物时输出数字 量信号给PLC模块以发出报警信号，在2米范围内持续探测到障碍物时输出模拟量电压信 号给PLC以发出停车信号。 步进电机和驱动器模块采用四海牌二相混合式步进电机及其驱动器模块，步进 电机步距角为0.9度，绝缘电阻为在直流500V的条件下达到IOOMQ，工作的环境温度 为-10°C -+55°C。它接收步进电机驱动器输出的脉冲信号，驱动步进电机按设定的方向转 动一个步距角。通过PLC模块控制脉冲个数和控制脉冲频率来控制该步进电机角位移量和 旋转速度。 驱动器模块是二相混合式步进电机驱动器，接收PLC输出的脉冲信号，进行放大、
整形后，采用P丽方式驱动，具有工作电压范围宽、效率高，相电流、细分数可调，自动半流
的特点，工作电流为1A，驱动步进电机在120度圆弧范围内左右来回旋转。 接近开关为电容式接近开关，采用两个M18型的PNP输出的常开触点、工作电源为
直流24V的电容式接近开关，其工作环境温度_25°C -80°C，防护等级为IP67，该接近开关
检测安装在步进电机轴上的超声波传感器的位置，以控制步进电机在120度圆弧范围内左
右来回旋转。 本实用新型轨道清筛车防碰撞报警装置实施例可以在以上模块的基础上，可以根 据不同的清筛车辆和不同的施工环境进行灵活配置。 本实施例的工作原理为当轨道清筛车向前进行道渣清理，清筛车污土排除臂前 方120度范围内、10米远处遇到障碍物时，安装在污土排除臂上的防碰撞报警装置上的超 声波传感器输出信号送给PLC。 PLC是本装置的中央处理器，它接收接近开关输入的120度
左右方向信号、超声波传感器的数字量信号和模拟量信号，负责发出步进电机驱动器的脉
冲信号、步进电机的转向信号、10米障碍物报警信号和2米障碍物停车信号。超声波传感器
发出频率为60KHz的超声波，遇到前方10米处的障碍物后发出数字量信号给PLC，如果操作
人员没有及时操作污土排除臂绕过障碍物，在前方2米处仍然存在障碍物，它发出模拟量
的停车信号给PLC ;电容式接近开关安装与超声波传感器的两侧，以保证步进电机左右旋
转的角度为120度，并能指示步进电机及驱动器模块是否正常工作；步进电机在驱动器模
块的控制下，带动超声波传感器左右120度来回摆动，以增加超声波传感器的检测范围；驱
动模块接收PLC的脉冲信号和转向信号，经过放大、整形后驱动步进电机。 如图4所示，正常情况下PLC发出脉冲和方向信号给驱动器模块，驱动器模块将脉
冲和方向信号放大、整形，然后驱动步进电机在120度范围内左右来回旋转，如此周而复始
连续工作。当轨道清筛车向前进行道渣清理，清筛车污土排除臂前方120度范围内、10米远处遇到障碍物时，安装在污土排除臂上的防碰撞报警装置上的超声波传感器输出一个模拟量信号和一个数字量信号，传送给PLC。 PLC对超声波传感器的输出信号进行分析处理后，控制报警装置发出声光报警信号，以提醒操作人员操作污土排除臂绕开障碍物。如果车辆操作人员将污土排除臂及时绕过了障碍物，则又回到初始状态周而复始连续工作。如果车辆操作人员没有及时摆动污土排除臂绕过障碍物，本报警装置在污土排除臂距离前方障碍物2米时会输出信号控制轨道清筛车的停车阀，控制轨道清筛车自动停车。等待停车后将污土排除臂绕过障碍物后重新回到初始状态，再周而复始连续工作。 如图5所示的控制系统原理图，PLC与驱动器模块通过2根AVR铜线相连，输出脉冲信号和方向信号；驱动器模块通过4根PVC铜线与步进电机的2相线圈相连，输出A+，A-，B+，B-信号；超声波传感器通过2芯MKVV屏蔽电缆与PLC模块相连，输出10米障碍物报警数字信号和2米障碍物停车模拟信号；PLC通过2根AVR铜线与清筛车内的警报装置与轨道清筛车停车阀相连，输出警报信号和停车信号给清筛车；电容式接近开关通过2芯MKVV屏蔽电缆与PLC相连，分别输出左、右120度信号给PLC，PLC根据此信号输出方向信号给驱动器模块。其中，PLC、超声波传感器模块、电容式接近开关、步进电机及其驱动器模块均使用清筛车上提供的24V直流电源，他们的电源正极接在一起，使用24V直流电；电源负极也接在一起，与大地相连。PLC通过控制电源控制报警装置和轨道清筛车停车阀。[0036] 如图5所示的控制系统原理图，其 号连接图如图6所示。
权利要求轨道清筛车防碰撞报警装置，其特征在于它包括可编程控制器、超声波传感器(5)和报警装置；可编程控制器、报警装置设置在轨道清筛车(1)上，超声波传感器(5)设置在轨道清筛车的污土排除臂(3)前端，超声波传感器(5)的输出端与可编程控制器的信号输入端连接，报警装置由可编程控制器控制。
2. 如权利要求1所述的轨道清筛车防碰撞报警装置，其特征在于它还包括用于驱动 超声波传感器旋转扫描的步进电机(4)、驱动器模块，可编程控制器通过驱动器模块控制步 进电机(4)。
3. 如权利要求2所述的轨道清筛车防碰撞报警装置，其特征在于步进电机(4)设置 在污土排除臂(3)的前端，超声波传感器(5)设置在步进电机(4)的输出轴上。
4. 如权利要求3所述的轨道清筛车防碰撞报警装置，其特征在于超声波传感器(5) 两侧分别设有用于超声波传感器旋转扫描限位的接近开关(6)，接近开关(6)的输出端与 可编程控制器的信号输入端连接。
专利摘要本实用新型涉及轨道清筛车防碰撞报警装置，它包括可编程控制器、超声波传感器(5)和报警装置；可编程控制器、报警装置设置在轨道清筛车(1)上，超声波传感器(5)设置在轨道清筛车的污土排除臂(3)前端，超声波传感器(5)的输出端与可编程控制器的信号输入端连接，报警装置由可编程控制器控制。本实用新型轨道清筛车防碰撞报警装置是一种主动防护方式的、基于超声波技术的清筛车污土排除臂防碰撞报警装置，能在污土排除臂距离前方障碍物一定距离处发出报警信号，提示操作人员绕开障碍物。
文档编号B61D15/00GK201545000SQ200920229078
公开日2010年8月11日 申请日期2009年10月27日 优先权日2009年10月27日
发明者尹勇, 李京蔚, 李智, 梅伟, 董明东, 邢根轩, 陈传武 申请人:武汉铁路局武汉客运专线基础设施维修基地;武汉理工大学