山东高速轨道交通集团有限公司 山东济南 250098
摘要：铁路轻便智能防溜铁鞋采用新型高强度、低密度材料，减轻防溜铁鞋重量，并对防溜铁鞋外形重新设计，在不影响“三防”效果的前提下对防溜铁鞋的外形进行改进，使防溜铁鞋更加便携。防溜铁鞋腹部预留空腔，将安装电池、通信模块、定位模块、传感模块的电路板放置到里面，通过各种电子科技手段，实时监测设备的位置和使用状态，在异常情况下及时发出警报信息，实现在行车室远程监控防溜铁鞋使用状态，替代了传统人工录入台账和现场检查等环节，大幅减轻现场作业人员的劳动强度，通过实时监控手段降低事故发生率。
关键词：铁路；轻便智能；防溜铁鞋
引言
随着铁路的快速发展和运输效率的提高，各个车站到发线更长，作业面变的更广、更分散，产生大量调车作业，作业中需要对停留车辆进行防溜。一方面，作业中携带笨重的防溜铁鞋增加了劳动强度和安全压力，另一方面，防溜铁鞋通常处于监控盲区，为了加强防溜铁鞋安全使用和防盗措施，防溜铁鞋状态的管理主要靠车站值班干部和作业人员定时到现场检查确定防溜铁鞋状态是否良好，这种方法的主观因素大，作业的随意性大，仅靠人防不可能做到在线使用防溜铁鞋全方位、全时段有效监控，因防溜措施失效、防溜铁鞋被盗原因造成的车辆溜逸等事故仍时有发生，有的事故还造成了非常严重的后果。因此，如何利用现代新材料技术、传感技术和通信信息技术实现防溜铁鞋轻便化，并且解决实时监测防溜铁鞋使用状态管理问题，是铁路系统工程技术人员近年来不断为之努力的目标。
1 传统防溜铁鞋应用存在问题
1.1重量大不便携
传统防溜铁鞋采用鞋体与防护牌组合，鞋体与防护牌用一段长约2 m的铁链连接，单只铁鞋重量一般在4kg左右，笨重、不便携。调车作业中一个调车人员一次携带2到3只防溜铁鞋进行作业的情况很常见。作业中调车人员需要频繁横越车列、上下车、摘挂车辆等，尤其是在股道间距有限，邻线机车、车辆众多，地面凸出物多，照明条件不佳的作业场所，携带防溜铁鞋作业十分不便，经常同周围物体发生刮碰，铁链挂住钢轨夹板、信号机、道钉等造成作业人员绊倒摔伤，影响作业效率和人身安全。
1.2容易丢失和漏撤、漏放
防溜铁鞋一般需要时从固定处所直接取出使用，不使用时取下扔在线路旁，作业的随意性大，实际作业的流程与安全作业标准相差甚远。一方面在未全封闭的车站作业区，随意丢在线路旁的铁鞋极易被盗和丢失；另一方面因为没有卡控措施，防溜铁鞋该防未防或者该撤未撤的事情时有发生，极易导致车辆溜逸或者脱轨事件。
2 轻便智能防溜铁鞋设计思路
针对传统防溜铁鞋的缺点，从轻量化、智能化、可视化三个角度提出以下改进和设计思路。
2.1 轻量化。使用新型高强度、低密度材料，减轻防溜铁鞋重量，同时对防溜铁鞋外形重新设计，在不影响“三防”效果的前提下对防溜铁鞋的外形进行改进，使防溜铁鞋更加便携，降低现场作业人员负担。
2.2智能化。防溜铁鞋与传感技术、无线通信技术、GPS定位技术等结合在一起，将自动监测防溜铁鞋放置是否密贴、牢靠，拉鞋、防溜失效、装置电量不足等异常信息，及时由各传感器的信号经过微控制单元进行判断处理。
3.3 可视化。开发防溜铁鞋应用监控平台，将现场防溜铁鞋实时状态通过无线通信数据传输在显示终端，进行实时监测。当防溜铁鞋出现异常情况时，监控平台及时弹出报警信息。当铁鞋丢失、被盗，监控平台实时显示铁鞋位置，方便寻找、追回。
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3.轻便智能防溜铁鞋设计方法
3.1 智能化设计
将电池、通信模块、定位模块、传感模块的电路板放置到防溜铁鞋腹腔内，通过各种电子科技手段，实时监测设备的位置和使用状态，在异常情况下及时发出警报信息。
3.1.1放置、撤除检测功能
设计上道、下道功能。当铁鞋未使用、未放置在钢轨时，铁鞋处于下道状态，此时铁鞋不断电，定位模块、呼吸灯、电量监控等功能一直开启。当铁鞋放置到轨面上，铁鞋处于上道状态，此时密贴检测、防拉铁鞋开车功能开启，出现异常及时报警。对铁鞋是否上道的判断通过在铁鞋底部打孔安装金属传感器实现，当铁鞋放置到轨面，金属传感器检测到金属，则铁鞋上道，反之为下道。
3.1.2密贴轮对检测功能
铁鞋放置需要密贴轮对以防止车列在溜逸时因初速度过大造成越过铁鞋导致车辆脱轨。因此，应设计踏面到铁鞋距离检测功能，以判断铁鞋是否离轮对过远。目前测距方式一般通过红外线或者超声波实现。实现测距以后，系统上设置一个距离最大值，超过此值系统弹窗或声光报警，提醒作业人员现场检查。
3.1.3防拉铁鞋开车功能
当出现拉铁鞋开车时，铁鞋因阻碍轮对转动受到巨大推力，铁鞋摩擦钢轨滑动产生刺耳的声响并处于剧烈的震动状态。在这种情况下设置震动传感器监测铁鞋是否处于拉铁鞋开车状态，如果系统检测到此状态，系统及时报警提醒行车指挥人员立即指示司机停车。
3.1.4 电池电量功能
设计电池电量显示功能告知作业人员铁鞋电量情况，出现电量不足的情况，铁鞋自动发出报警信息，提醒作业人员及时更换铁鞋或者充电。
3.2配套设施设计
3.2.1开发电子防溜铁鞋柜，具备防溜铁鞋存放、充电功能，放置在柜内的防溜铁鞋方便易于看到防溜铁鞋号码，且充电电源安全可靠，防溜铁鞋撤溜下道放置到柜内，给智能防溜铁鞋进行充电，室内监控平台对防溜铁鞋充电的状态实时监视。
3.2.2配套门禁分析系统，进行车辆防溜作业时，每个作业人员有一张作业卡，作为防溜作业的追溯源头，对拿取、放回铁鞋人员、时间进行采集，并将信息发送到室内监控平台。
3.3可视化监控平台设计
基于开放的电子地图平台，经过对车站站区进行GPS测绘绘制等比例的电子占线图。开发软件系统，在占线图上实时反馈防溜铁鞋位置和使用情况，根据不同的状态设置不同的颜色。例如，正常使用过程中的铁鞋显示绿色三角，报警状态的铁鞋显示红色三角，下道状态的铁鞋显示白色三角，电量不足等情况的铁鞋显示黄色三角等，做到铁鞋应用状态的可视化。监控系统终端可以给铁鞋编号，对铁鞋状态进行纠偏，控制铁鞋声光报警灯等。
防溜铁鞋行车室监控平台对车站内的所有在道防溜铁鞋、电子柜上充电防溜铁鞋、闲置防溜铁鞋进行全面监控。实时显示在线防溜铁鞋的分布状况，包括防溜铁鞋号、所在股道号及方位、上道时间、踏面与车轮的距离、底部与钢轨密贴、作业人员信息、电子柜内存放充电等状态。监控平台界面划分为两类：一是功能菜单显示本站防溜铁鞋在线及离线状态，对上道防溜铁鞋时间、位置、电量、网络、踏面、轨面、角度等状态实时监测，在线防溜铁鞋无论上道下道，均处于监控状态。二是地图栏显示站场实际平面地图及所有监测防溜铁鞋位置、状态，可以对所有防溜铁鞋的位置状态进行实时监控。
4实施效果及建议
4.1实施效果
目前，智能轻便防溜铁鞋在山东高速轨道交通集团有限公司管内王木匠站运用并推广。单只铁鞋重量0.95kg，调车人员可轻易携带；车站电子占线板监控终端等比例显示车站线路，电子占线板上，全站所有铁鞋编号、位置、使用状态清晰直观；设置与撤除时间记录完整；踏面与车轮距离及底部与钢轨密贴出现问题报警及时；试验过程中未出现铁鞋丢失、被盗的情况。
智能轻便铁鞋的应用降低了现场作业人员劳动强度，改变了目前防溜铁鞋使用与管理完全靠人工现场检查监控的局面，安全保障水平大幅提高。
结束语
智能防溜铁鞋实现了在行车室可视化远程监控设备动态，替代了传统人工录入台账和现场检查等环节，优化了传统的防溜作业流程。为组织好智能防溜铁鞋运用工作，需根据《铁路技术管理规程》等行业性标准，制定配套的作业办法，使智能防溜铁鞋标准化、规范化管理，提高作业效率，确保作业安全。
本文所设计的智能防溜铁鞋，从轻便和功能上基本满足了现场需求。从以前的笨重、人工录入台账和现场检查发展到轻便、远程动态监控，铁鞋的应用建议采取小范围、小规模单只试验，在一个站区试运用，推广应用的程序循序渐进。
论文作者:李亚东
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年2期
论文发表时间:2019/6/15
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