铁路无极绳牵引梭车安全自动控制系统的制作方法

本发明涉及梭车安全控制技术领域，尤其涉及一种铁路无极绳牵引梭车安全自动控制系统。

背景技术：

铁路无极绳绞车装车系统大多采用梭车牵引车厢，由于受地理环境因素的影响，装运线铁道可能有一定坡度和弯度，因此梭车行进过程中，如果遇到铁道中有作业人员或障碍物时若不能及时控制停车的话，则很容易发生碰撞或剐蹭。另外，梭车与车厢连接挂钩过程中采用人工语音对讲机通讯和手动操作的方式，这种方式不仅人力成本高，而且危险性高，曾经发生过梭车与车厢相撞的案例。由于梭车工作在频繁的前进后退状态中，在铁路弯道处撞击车厢后钢丝绳释放张力，梭车一端将被弹起，极易发生梭车脱轨和断轴事故，如果脱轨后不能及时停车，几吨重的梭车会把导绳轮和固定轨道枕木上的螺丝压坏，甚至造成拉断钢丝绳的严重后果，给企业造成很大的经济损失。综上，目前梭车整个工作过程就是在盲区内运行，有很多不确定的安全隐患。

目前，在铁路装车系统中涉及无极绳牵引梭车安全的控制还属于空白，曾有文献报道过行业不同的矿井无极绳牵引车脱轨监控方法。在这些行业中采用单一的电感接近式传感器对梭车进行控制。它的工作原理是将通电电感安装在梭车相对应轨道面之上，且必须保证电感接近式传感器始终与轨道保持接触。当出现梭车脱轨时，由于电感离开轨道时电感量发生变化，通过控制电路输出停车指令。

然而，目前的这种梭车安全控制方式无法对梭车的工作状态进行直观精准判断。另外，由于轨道间经常有煤粉或杂物，接近式传感器一个致命的缺点就是遇到轨道附近散落的磁性体或障碍物时，轻则经常出现误报，重则损坏传感器。传感器与轨道接触磨损，需要经常维修和更换，判断信号精确度也有局限性。因此，目前的这种梭车安全控制方式存在无法对梭车的工作状态进行直观精准的判断、容易出现误报、容易损坏、维修和更换成本高等缺陷。

技术实现要素：

为解决目前的梭车安全控制方式存在无法对梭车的工作状态进行直观精准的判断、经常出现误报和损坏、维修和更换成本高等技术问题，本发明提供一种铁路无极绳牵引梭车安全自动控制系统。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种铁路无极绳牵引梭车安全自动控制系统，其包括铁路无极绳装车系统和梭车安全控制系统，所述铁路无极绳装车系统包括轨道、无极绳绞车、梭车、若干个车厢、第一钢丝绳、第一尾轮和第二尾轮，所述梭车安全控制系统包括控制终端、串口线、串口继电器、若干个第一网桥、两个六轴姿态传感器、超声波障碍传感器、串口服务器、交换机、网络io控制器、稳压电源模块、电瓶、第二网桥、滑动式充电装置、钩杆提起机构、激光测距传感器和防爆箱，其中：

所述无极绳绞车设置于轨道的一侧，梭车和若干个车厢在轨道上运行，梭车在轨道上的行程在第一尾轮和第二尾轮之间，第一钢丝绳的两端均固定在梭车的底部并通过第一尾轮和第二尾轮形成闭环运行回路，无极绳绞车和梭车通过第一钢丝绳连接，梭车的挂钩端与第一个车厢连接，其它车厢之间依次通过挂钩相互连接；

所述控制终端、串口线和串口继电器设置于控制室中，若干个第一网桥设置于梭车运行的路径旁，每个第一网桥通过网线或光纤与控制终端连接，串口继电器通过串口线与控制终端连接，串口继电器与设置于控制室中的无极绳绞车的控制装置连接，每个第一网桥通过无线网络与第二网桥连接；

两个六轴姿态传感器分别设置于梭车无钩端的两侧，超声波障碍传感器设置于梭车无钩端的中间位置，激光测距传感器设置于梭车挂钩端靠近挂钩的位置处，串口服务器、交换机、网络io控制器、稳压电源模块和电瓶均安装于防爆箱中，防爆箱设置于梭车的中部，钩杆提起机构设置于梭车挂钩端靠近挂钩的位置处，六轴姿态传感器、超声波障碍传感器和激光测距传感器均与串口服务器连接，串口服务器与交换机连接，交换机与第二网桥连接；交换机与网络io控制器连接，钩杆提起机构与网络io控制器和电瓶串联，滑动式充电装置与稳压电源模块连接，稳压电源模块与电瓶和网络io控制器均连接，电瓶与六轴姿态传感器、超声波障碍传感器、串口服务器、交换机、网络io控制器、稳压电源模块、第二网桥和激光测距传感器均连接。

可选地，所述梭车安全控制系统还包括两个网络摄像头，网络摄像头与交换机连接，网络摄像头还与电瓶连接。

可选地，所述梭车安全控制系统还包括信号警示灯，信号警示灯与网络io控制器和电瓶串联。

可选地，所述钩杆提起机构包括电机、第一弹簧、行程开关、第二钢丝绳、动滑轮、静滑轮、钩杆、支撑杆和挂钩，其中：所述支撑杆设置于梭车的挂钩端，挂钩固定于梭车的挂钩端，钩杆活动设置于挂钩上的钩杆孔中，且钩杆在钩杆孔中具有固定的上下行程，静滑轮安装于支撑杆的顶端，电机设置于支撑杆底部的一侧，行程开关设置于支撑杆与电机之间，第一弹簧的上端与动滑轮连接，第一弹簧的下端与行程开关连接，电机、动滑轮、静滑轮和钩杆之间依次通过第二钢丝绳连接；电机、行程开关、网络io控制器和电瓶串联。

可选地，所述滑动式充电装置包括u型钢结构件、第二弹簧和碳刷头，所述梭车安全控制系统还包括充电滑道和直流供电电源箱；所述u型钢结构件与梭车的箱体外侧连接，第二弹簧的上端与u型钢结构件的下方连接，第二弹簧的下端绝缘后与碳刷头连接；充电滑道设置于梭车装车完毕后停放的指定位置，碳刷头用于在梭车到达指定位置后与充电滑道表面连接，且碳刷头还与稳压电源模块连接；直流供电电源箱安装在轨道旁的电线杆上，所述直流供电电源箱的正极与充电滑道连接，直流供电电源箱的负极与轨道连接。

可选地，所述充电滑道由金属材料制作，并设置于轨道延伸方向的一侧，且充电滑道的高度小于轨道的高度，充电滑道的竖直截面为等腰梯形，所述等腰梯形的底角为30°。

本发明的有益效果是：

通过设置六轴姿态传感器，使本发明能够自动完成梭车的脱轨或断轴检测，使得出现这种情况时能够及时控制梭车停止运行；通过设置激光测距传感器，使得本发明能够完成梭车与车厢的自动挂钩，不仅能够节省人力成本，而且不具危险性；通过设置超声波障碍传感器，使得本发明能够自动检测梭车运行过程中遇到的障碍物，从而确保梭车在运行过程中遇到障碍物时能够及时停车，以避免梭车发生碰撞或剐蹭；通过设置钩杆提起机构，使得本发明能够完成梭车与车厢的自动脱钩，从而不仅能够节省人力成本，而且不具安全隐患；通过设置滑动式充电装置和充电滑道，使得本发明能够自动对梭车上的电瓶进行充电，以便保证梭车上面的各用电设备能够正常运行。本发明使用的这些设备测量精度高，因而能够对梭车的工作状态进行精准判断；这些设备不受铁道中的煤粉和杂物的影响，因而能够避免出现误报；这些设备的使用寿命比较长，因而能够节省维修和更换成本。综上，与背景技术相比，本发明具有能够自动对梭车的工作状态进行直观精准的判断、能够避免出现误报及能够节省维修和更换成本等优点。

附图说明

图1是本发明的系统组成示意图。

图2是图1中梭车的装配结构示意图。

图3是本发明中各部件的功能示意图。

图4是图1中钩杆提起机构的组成结构示意图。

图5是图1中滑动式充电装置和充电滑道的组成结构示意图。

图6是充电滑道与直流供电源箱的连接关系示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步地详细描述。

如图1和图3所示，本实施例中的铁路无极绳牵引梭车安全自动控制系统，其包括铁路无极绳装车系统和梭车安全控制系统，所述铁路无极绳装车系统包括轨道5、无极绳绞车6、梭车7、若干个车厢8、第一钢丝绳9、第一尾轮10和第二尾轮10’，所述梭车安全控制系统包括控制终端1、串口线2、串口继电器3、若干个第一网桥4、两个六轴姿态传感器11、超声波障碍传感器12、串口服务器14、交换机15、网络io控制器16、稳压电源模块17、电瓶18、第二网桥19、滑动式充电装置20、钩杆提起机构21、激光测距传感器22和防爆箱24，其中：所述无极绳绞车6设置于轨道5的一侧，梭车7和若干个车厢8在轨道5上运行，梭车7在轨道5上的行程在第一尾轮10和第二尾轮10’之间，第一钢丝绳9的两端均固定在梭车7的底部并通过第一尾轮10和第二尾轮10’形成闭环运行回路，无极绳绞车6和梭车7通过第一钢丝绳9连接，梭车7的挂钩端与第一个车厢8连接，其它车厢8之间依次通过挂钩相互连接；所述控制终端1、串口线2和串口继电器3设置于控制室中，若干个第一网桥4设置于梭车7运行的路径旁，每个第一网桥4通过网线或光纤与控制终端1连接，串口继电器3通过串口线2与控制终端1连接，串口继电器3与设置于控制室中的无极绳绞车6的控制装置连接，每个第一网桥4通过无线网络与第二网桥19连接；两个六轴姿态传感器11分别设置于梭车7无钩端的两侧，超声波障碍传感器12设置于梭车7无钩端的中间位置，激光测距传感器22设置于梭车7挂钩端靠近挂钩48的位置处，串口服务器14、交换机15、网络io控制器16、稳压电源模块17和电瓶18均安装于防爆箱24中，防爆箱24设置于梭车7的中部，钩杆提起机构21设置于梭车7挂钩端靠近挂钩48的位置处，六轴姿态传感器11、超声波障碍传感器12和激光测距传感器22均与串口服务器14连接，串口服务器14与交换机15连接，交换机15与第二网桥19连接；交换机15与网络io控制器16连接，钩杆提起机构21与网络io控制器16和电瓶18串联，滑动式充电装置20与稳压电源模块17连接，稳压电源模块17与电瓶18和网络io控制器16均连接，电瓶18与六轴姿态传感器11、超声波障碍传感器12、串口服务器14、交换机15、网络io控制器16、稳压电源模块17、第二网桥19和激光测距传感器22均连接。

具体地，两个六轴姿态传感器11可以分别安装在密闭的铁盒内，并用螺栓固定在梭车7无钩端的两侧。当发生断轴或脱轨时梭车7的边缘摆动幅度较大，六轴姿态传感器11采集的数据变化量比较明显，因此两个六轴姿态传感器11的安装位置尽量靠近梭车7无钩端的边缘。超声波障碍传感器12可以安装在一面开口的保护铁盒中，并用螺栓固定在梭车7无钩端的中间上部，其作用是检测一定距离内的轨道5上的行人或障碍物。激光测距传感器22可以固定在一面为玻璃的铁盒中，并安装在梭车7的挂钩端，其用来检测梭车7与第一个车厢8之间的距离。六轴姿态传感器11、激光测距传感器22和超声波障碍传感器12的信号输出端输出的信号均为rs232信号，这些rs232信号发送至串口服务器14，串口服务器14是数据中转站，串口服务器14将接收的rs232信号经其内部处理器转换为rj45信号传输给交换机15，并经交换机15发送至第二网桥19，由第二网桥19经第一网桥4发送至控制终端。控制终端1可以为计算机。

钩杆提起机构21可以使用螺栓安装在梭车7靠近挂钩48的位置处。当需要通过钩杆提起机构21控制梭车7与车厢8脱钩时，控制终端1将脱钩控制指令通过光纤或网线、第一网桥4、第二网桥19发送至交换机15，由交换机15再将脱钩控制指令传输至网络io控制器16，由网络io控制器16控制电瓶18向钩杆提起机构21供电，使钩杆提起机构21开始工作。

本实施例中，在转弯或坡度较大处通常会增加第一网桥4的安装密度，以保证梭车7在行驶全程中的信号无中断。

可选地，所述梭车安全控制系统还包括两个网络摄像头13，两个网络摄像头13可以分别设置于梭车7两侧的中部或者分别安装于梭车7的无钩端和挂钩端的中部。网络摄像头13与交换机15连接，网络摄像头13还与电瓶18连接。网络摄像头13固定在梭车7中部的适当位置，确保它们处于良好视角范围内即可。两个网络摄像头13用于实时直观梭车7的工作状态和轨道状况。网络摄像头13将采集的状态数据输出为rj45信号后传输给交换机15，交换机15通过第二网桥19、第一网桥4将网络摄像头13采集的状态数据输出至控制终端1，控制终端1接收状态数据后在其显示屏实时显示梭车7的工作状态和轨道状况。

可选地，所述梭车安全控制系统还包括信号警示灯23，信号警示灯23可以设置于梭车7的最高处。信号警示灯23与网络io控制器16和电瓶18串联。当梭车7启动时，控制终端1通过第一网桥4、第二网桥19和交换机15向网络io控制器16发送信号警示灯启动指令，使网络io控制器16控制电瓶18向信号警示灯23供电，以通过警报声音和灯光信号警示梭车7正在运行，达到提醒作业人员避让的目的。

可选地，如图4所示，所述钩杆提起机构21包括电机40、第一弹簧41、行程开关42、第二钢丝绳43、动滑轮44、静滑轮45、钩杆46、支撑杆47和挂钩48，其中：所述支撑杆47设置于梭车7的挂钩端，挂钩48固定于梭车7的挂钩端，钩杆46活动设置于挂钩48上的钩杆孔中，且钩杆46在钩杆孔中具有固定的上下行程，静滑轮45安装于支撑杆47的顶端，电机40设置于支撑杆47底部的一侧，行程开关42设置于支撑杆47与电机40之间，第一弹簧41的上端与动滑轮44连接，第一弹簧41的下端与行程开关42连接，电机40、动滑轮44、静滑轮45和钩杆46之间依次通过第二钢丝绳43连接；电机40、行程开关42、网络io控制器16和电瓶18串联。

当需要控制梭车7与车厢8脱钩时，控制终端1发出脱钩控制指令，脱钩控制指令经过第一网桥4、第二网桥19和交换机15传输至网络io控制器16，网络io控制器16控制电瓶18给电机40供电，使电机40运转。当电机40运转时钩杆46被从挂钩48上的钩杆孔中拉起。由于钩杆46有固定的100mm左右的上下行程，当钩杆46到达其上下行程的最高位置后静止，电机40继续运行，第二钢丝绳43张紧，动滑轮44被向上拉起，行程开关42的常闭点断开，电机40停止工作，此时控制终端1对无极绳绞车6发送启动指令，并通过第一钢丝绳9带动梭车7向车厢8相反的方向单独运行，从而实现了梭车7与车厢8的自动脱钩。

可选地，如图5和图6所示，所述滑动式充电装置20包括u型钢结构件30、第二弹簧31和碳刷头32，所述梭车安全控制系统还包括充电滑道33和直流供电电源箱49；所述u型钢结构件30与梭车7的箱体外侧连接，第二弹簧31的上端与u型钢结构件30的下方连接，第二弹簧31的下端绝缘后与碳刷头32连接；充电滑道33设置于梭车7装车完毕后停放的指定位置，碳刷头32用于在梭车7到达指定位置后与充电滑道33表面连接，且碳刷头32还通过导线与稳压电源模块17连接；直流供电电源箱49安装在轨道5旁的电线杆上，所述直流供电电源箱49的正极与充电滑道33连接，直流供电电源箱49的负极与轨道5连接。

滑动式充电装置20可实现两个功能：(1)、当梭车7运行到固定在轨道5旁边充电滑道33所在的指定位置，滑动式充电装置20下面的碳刷头32与充电滑道33接触，直流供电电源箱49输出的直流电压的正极通过与第二弹簧31绝缘的碳刷头32上的导线连接至稳压电源模块17形成充电回路时，稳压电源模块17的信号输入端变为高电平，此电平信号经网络io控制器16转换为rj45信号传输给交换机15后，继续经过第二网桥19和第一网桥4发送至控制终端1，控制终端1经串口线2、串口继电器3和无极绳绞车6的控制装置控制无极绳绞车6停车。其中，无极绳绞车6的控制装置可以控制无极绳绞车6的停止、启动、减速和加速等操作。(2)、当滑动式充电装置20接通其充电回路时，稳压电源模块17输出稳定电压开始对电瓶18充电。直流供电电源箱49的负极接轨道5上，梭车7车身为负极。

其中，所述充电滑道33由金属材料制作，并设置于轨道5延伸方向的一侧，且充电滑道33的高度小于轨道5的高度。为了避免碳刷头32与充电滑道33接触时造成损坏，本发明实施例中设置第二弹簧31达到减震效果。充电滑道33的竖直截面为等腰梯形，且等腰梯形的底角为30°。其中，充电滑道33的长度为2500mm，高度为60mm。

为使碳刷头32与充电滑道33能够良好的柔性接触，本发明制作了一个u型钢结构件30，并将第二弹簧31与u型钢结构件30的下方连接。第二弹簧31的规格可以为30mm*20mm*300mm。充电滑道33的电源由直流供电电源箱49供给直流安全电压，其负极与轨道5连接，正极与充电滑道33连接。充电滑道33设置于梭车7作业之后的安全停放区域中的指定位置，每次装车作业完毕后，梭车7自动与车厢8脱钩后，运行到该指定位置时，碳刷头32与充电滑道33接触，直流供电电源箱49的正极通过导线输送至稳压电源模块17，稳压电源模块17输出的电信号中的一路发送至网络io控制器16，经网络io控制器16、第二网桥19和第一网桥4发送至控制终端1，控制终端1通过串口继电器3控制无极绳绞车6，使无极绳绞车6控制梭车7停止运行；另一路给电瓶18充电。

结合上述组成结构，本发明可以完成如下功能：

1、通过六轴姿态传感器11检测梭车7的脱轨或断轴。

六轴姿态传感器11采用高精度陀螺加速度计，通过其内部处理器读取测量数据，然后将测量的数据通过串口输出。它具备多维度数据输出：加速度3维，角速度3维和角度3维。输出的数据包括：时间、加速度、角速度和角度。经过多次实验表明：梭车7在轨道5上处于正常运行状态和脱轨后运行状态时，z轴的加速度、x轴的角速度和y轴的角速度的数值有很大变化，本实施例取梭车7正常运行状态和脱轨后运行状态的这些数据的平均值作为参考值。当梭车7运行过程中六轴姿态传感器11采集到的数据小于参考值时，视为梭车7在轨道5上正常运行；梭车7一旦发生脱轨或断轴时，梭车7的车轮从轨道5掉入枕木上，梭车的车身就会大幅度颠簸和倾斜，此时z轴的加速度、x轴的角速度、y轴的角速度的数值有很大变化，六轴姿态传感11输出的数据大于参考值时，六轴姿态传感器11采集的信号经串口服务器14、交换机15、第二网桥19和第一网桥4传输到控制终端1，控制终端1通过串口继电器3控制梭车7停车。

2、通过激光测距传感器22完成梭车7与车厢8的自动挂钩。

当梭车7运行过程中检测到一定距离内有车厢8时，实时采集梭车7与车厢8之间的动态距离，并将采集到的动态距离通过串口服务器14、交换机15、第二网桥19和第一网桥4发送至控制终端1，控制终端1开始显示该动态距离，并当梭车7与车厢8之间的距离到达设定的距离(如2500mm)时，控制终端1通过串口继电器3控制无极绳绞车6停止运行，使梭车7利用运行惯性与车厢8完成自动挂钩。

3、通过超声波障碍传感器12检测梭车7运行过程中遇到的障碍物。

超声波障碍传感器12在梭车7的运行过程中不断发出扇形超声波信号，当在其感应距离内探测到有障碍物存在时，通过串口服务器14、交换机15、第二网桥19和第一网桥4向控制终端1发送检测信号，当控制终端1确定检测信号出现异常时，通过串口继电器3控制梭车7停止运行。

4、通过网络摄像头13实时监测梭车7的运行状态。

网络摄像头13用来监测梭车7运行过程中车轮和轨道5的状态，并将采集的状态数据通过交换机15、第二网桥19和第一网桥4发送至控制终端1，控制终端1实时显示梭车7的工作状态，使得如果梭车7发生脱轨、断轴等故障时能直观了解其状态，以便及时通知有关部门处理。

5、通过钩杆提起机构21完成梭车7与车厢8的自动脱钩。

通过钩杆提起机构21完成梭车7与车厢8的自动脱钩的详细过程，请参见上述钩杆提起机构21的具体组成结构中所述的工作过程，此处不再赘述。

6、供电电源

梭车7上的所有用电设备均采用电瓶18供电。

7、通过滑动式充电装置20控制梭车7完成自动充电。

通过滑动式充电装置20控制梭车7完成自动充电的详细过程，请参见滑动式充电装置20的具体组成结构中所述的工作过程，此处不再赘述。

8、通过信号警示灯23进行警示以提醒作业人员避让。

梭车7启动后，信号警示灯23同时发出警报和灯光信号警示梭车7正在运行，达到提醒作业人员避让的目的。其中，在检测梭车7是否启动时，可以通过六轴姿态传感器11来实现。当梭车7启动后，六轴姿态传感器11的x轴和y轴的加速度数值发生变化，这些数据经串口服务器14、交换机15、第二网桥19和第一网桥4传输至控制终端1，控制终端1根据这些数值变化确定梭车9处于运行状态后，将警示灯启动指令经第一网桥4、第二网桥19和交换机15传回网络io控制器16，以信号警示灯23进行声音报警和闪烁，从而起到警示作业人员避让的目的。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。