铁路货车散装货物平顶装置设计研究.pdf

铁道货运第41卷/第08期/2023年RAILWAY FREIGHT TRANSPORT铁路货车散装货物平顶装置设计研究刘睿，赵航，张旭东(中国铁路北京局集团有限公司 北京货运中心，北京 100071)摘 要：目前铁路货车散装货物平顶作业的机械化程度相对滞后，在装卸作业时主要以人力作业为主，为减轻现场装卸及附属作业人员劳动强度，确保散装货物平顶作业安全，从系统架构、硬件结构、软件系统及作业流程层面，设计研究铁路货车散装货物平顶装置。该装置实现了在机械化、信息化应用的基础上，通过操作控制设备，实时操控平顶装置进行平顶作业，有助于降低平顶作业人员工作强度，减少人身安全事故发生，提高平顶作业工作效率，降低人力平顶作业成本支出，推进铁路货车散装货物平顶作业的机械化进程。关键词：铁路货车；散装货物；平顶装置；机械化；安全性；便捷性1概述目前铁路货车散装货物的平顶作业主要由人力来完成，劳动强度大，作业环境较为复杂1。散装货物主要包括煤、沙石料、铁精粉、球团矿等货物品类。作业人员进入铁路敞车、20 ft敞顶箱内2，利用铁锹等工具进行平顶、清扫作业，需要做到车辆顶面平整，四角饱满，车体四周、车帮、闸盘等部位无残留物，确保散装货物能够均匀装载，避免偏载、偏重等情况的发生3。为提高装卸作业效率，人力平顶作业易与装车作业产生交叉现象，存在人身安全风险隐患；而且有些散装货物中含有粉尘等有害物质，在平顶作业过程中，亦存在危及人身健康安全隐患。因此，为了加强装卸作业过程控制、提高安全管理水平、实现装卸作业全过程标准化，充分利用信息化手段应用于现场作业实际，加快推进当前铁路货车散装货物平顶作业的机械化进程已成为当务之急。依据中国国家铁路集团有限公司(以下简称“国铁集团”)、中国铁路北京局集团有限公司(以下简称“北京局集团公司”)安全技术规则以及铁路装卸作业标准，在充分利用铁路装卸现有技术装备和已开发的智能应用系统的基础上4，设计铁路货车散装货物平顶装置，实现散装货物平顶作业机械化。通过控制设备，利用平顶装置对散装货物进行平顶作业，降低平顶作业人员工作强度，提高工作效率，保障安全生产。2铁路货车散装货物平顶装置设计2.1系统架构铁路货车散装货物平顶装置采用机械工程、视频监控、智能控制、远程管理等关键技术，通过视频监控装置利用控制终端对平顶装置作业状态进行实时操控、调整，保证平顶作业质量符合标准。铁路货车散装货物平顶装置系统架构如图1所示5。（1）视频监控系统。由高清视频摄像头和室内视频监控器组成。高清视频摄像头可以全方位覆盖到所文章编号：1004-2024(2023)08-0032-05 中图分类号：U294.27+3 文献标识码：ADOI：10.16669/ki.issn.1004-2024.2023.08.0632铁路货车散装货物平顶装置设计研究 刘睿 等需平顶作业货车散装货物装载状态6。操作人员可以通过操作室内视频监控屏幕观察车辆顶部散装货物装载状态，控制平顶装置进行平顶作业，实时监控平顶作业状态，并对平顶装置进行及时调整，实现平顶作业质量达标。（2）平顶系统。由平顶机构及走行机构等组成，是整个平顶装置中结构较为复杂也是极其重要的核心部分，对于操作人员的技术业务水平要求较为严格。由操作人员在操作室内操作控制平顶机构和走行机构进行平顶作业，确保散装货物装车经过整理后顶面平整、四角填平无空隙、装载高度保持一致、无明显斜坡、货物顶面无凹坑出现。（3）控制终端。由平顶机构控制装置和走行机构控制装置组成。平顶机构控制装置主要负责操作平顶机构进行平顶作业，走行机构控制装置主要负责承载平顶机构车辆的运行控制。（4）远程管理系统。由工业控制计算机、服务器、无线通信模块组成。负责将平顶作业全部过程信息上传到后台服务器，通过计算机分析平顶作业过程数据，实现平顶作业质量评价、查询功能，为提高平顶作业质量、优化升级平顶装置提供决策依据。2.2硬件结构铁路货车散装货物平顶装置是在50型轮胎式装载机的基础上研发而成。根据平顶作业特点，通过对推刮散装货物受力情况、液压部件载荷压力等进行计算，并结合机械制造及液压控制理论，设计制作适用于铁路货车散装货物平顶作业的装置，将其与装载机进行改造融合，实现平顶作业功能。主要由平顶机构和走行机构2部分组成，其中平顶机构包括刮板、刮板旋转电机、液压油缸、液压控制阀、液压控制器、液压油管、高清摄像头、视频监控器、作业警示灯等。结构示意图如图2所示。（1）刮板。刮板设计为长方体钢质结构，刮板与散装货物接触的下底面设计为锯齿形状，便于推刮货车顶部作业，减少阻力，主要负责散装货物推平作图1铁路货车散装货物平顶装置系统架构Fig.1Jacking device system architecture for railway wagon transporting bulk cargo注：数据单位为mm。图2结构示意图Fig.2Structure33铁路货车散装货物平顶装置设计研究 刘睿 等业。依据货车车辆尺寸不同情况，刮板设计为可拆装式，以便适应铁路敞车、20 ft敞顶箱平顶作业。（2）刮板旋转电机。刮板旋转电机可以控制刮板水平方向180自由旋转。（3）液压油缸。分为横向伸缩、纵向伸缩、水平调节油缸7。横向伸缩、纵向伸缩油缸负责在作业时调整刮板位置，使刮板能够到达推刮散装货物的最佳位置，并在作业中根据散装货物状态需要进行实时调节。水平调节油缸负责在平顶作业时，实时确保刮板保持水平位置，达到平顶作业后散装货物保持平整状态的要求。（4）液压控制阀。依据平顶作业时所承受的载荷，在原有的基础上进行升级改造，与液压油缸、控制器相连接，操作人员向控制器发布指令，通过液压控制阀控制各液压油缸进行工作。（5）液压控制器(在司机室内)。该装置用来控制液压油缸工作。（6）视频监控器(在司机室内)。可以控制高清摄像头360转动，负责监控刮板作业状态及平顶质量。（7）作业警示灯。作业警示灯在作业时实现平顶作业的警示作用。2.3软件系统铁路货车散装货物平顶装置软件系统主要包括视频监控系统和远程管理系统8。远程管理系统主要由远程监控管理、作业数据分析、历史信息查询、系统管理4个功能组成，具体如下。（1）远程监控管理。远程监控管理功能用于监控操作人员货车顶部平顶作业质量，以及记录散装货物原始装载状态，为作业数据分析提供原始信息。当后台人员通过视频监控系统发现现场操作人员违反操作规程或平顶作业质量不达标时，可以及时提示操作人员对作业质量进行检查并针对发生问题进行重点整治，确保装载质量符合要求。（2）作业数据分析。该分析功能是整个平顶系统中极为重要的关键工作，对平顶作业过程、作业质量以及散装货物原始装载状态信息进行比较分析，通过总结分析，能够发现平顶作业操作过程、设备质量存在的问题，找出散装货物装载质量不良的原因，可以有效地指导平顶操作人员、散装货物装载作业人员提高作业质量，为改造提升设备性能、优化平顶作业装置性能提供有效的决策依据。（3）历史信息查询。历史信息查询可以用于查询以往所有的散装货物平顶作业历史记录，以列表的形式详细记录作业时间、作业实时状态及操作人员信息，是整个系统流程中重要的组成部分。可以根据作业日期、地点、操作人员信息等条件进行精准查询，此外，对于每一条记录，都可以进一步查看对应时间内的现场作业视频回放。（4）系统管理。系统管理是整个系统安全正常运行的重要保障，只对管理员开放，用于管理当前系统的各项参数，分为作业信息、作业人员信息、平顶装置信息、远程监控管理等4个模块。各功能模块分别提供对信息的增加、删除以及修改权限。2.4操作流程2.4.1作业前准备设备操作人员作业前按照出入库检查要求，依据制定的检查项点，分别对平顶机构、走行机构各工作装置部件进行检查，重点检查液压油缸密封状态、液压油管连接紧固状态、警示灯声光状态、液压油及燃油等油脂是否充足、轮胎气压是否充足、灯光仪表显示是否正常、喇叭是否有效、视频监控工作是否正常等。检查无误后启动装置，对各工作机构进行试运行，检查各部件工作是否正常。按照货物装载加固实施细则规定，散装货物的装载质量不得超过所装货车的容许载质量9。货车容许载质量为货车标重、货车允许增载量与铁路货物运输规程规定的可以多装货车标重2%之和。网点需要根据所装货物品类、货车标重、车型等，确定货车容许载质量。做好装载质量控制，为平顶作业创造良好条件，加强对装载机操作人员装载质量业务培训，建立细化装载机电子秤使用管理办法，落实装车前检验标定电子秤精度措施，打印试举秤单。装载作业中认真执行电子秤操作规程，均匀起升，并均衡装载，降低后续平顶作业工作量。操作人员根据散装货物装车信息，制定平顶作业计划，包含作业股道、作业车辆类型、作业车辆数34铁路货车散装货物平顶装置设计研究 刘睿 等量、散装货物品类等信息。每次平顶作业前，在作业地点，由班组长主持，货运员及本组人员参加，布置平顶作业计划和安全注意事项，了解天气条件、作业人员准备、作业车辆、所装货物、机具检查情况和防护信号安设情况。由货运人员布置平顶整理作业要求，班组分工，安全防护员做好平顶作业区域安全防护工作，设置好隔离设施，做好平顶作业准备工作。2.4.2作业实施操作人员按照平顶作业计划开始作业。启动机械，将平车机构收回到非作业状态，将平顶装置运行至作业车列位置，行驶过程中注意与车列保持安全距离。操作人员首先通过视频监控装置查看散装货物原始装载状态，判断分析后操作液压控制器调节伸缩油缸，将刮板放置到作业车辆中需要进行推刮作业的散装货物位置。运行走行平顶机构开始平顶作业，首先从散装货物最高处进行推刮作业，分层进行，直到推刮散装货物至均匀平铺在货车中、且四角饱满，作业完毕7。作业中操作人员实时保持行进速度均匀、路线与列车平行，并根据散装货物品类调整刮板推刮货物的横截面积。一次作业完毕后查看平顶作业质量，达到顶面基本平整，四角填平无空隙，装载高度保持一致，无明显斜坡，货物顶面无凹坑，确保不偏载、不偏重，符合平顶标准后即可准备下一车作业。作业过程中，后台人员通过远程管理系统实时监控操作人员平顶作业状态，及时提示纠正操作人员作业行为，对平顶作业质量进行评价。并且将散装货物原始装载状态信息及时反馈到装车作业部门，及时动态调整装车方案，提高装载质量，为平顶作业打下良好基础10。2.4.3作业完毕由操作人员将平顶装置运行至指定停放地点，和作业前检查项目相同，对各个机构工作装置进行再次确认检查，发现问题及时处理。清扫作业人员须及时将货车车体、车帮、端部横梁、中门门轴、小门搭扣、丁字铁、车钩、手闸台等部位清扫干净，确认无残杂物。每次平顶作业后，在作业地点，由班组长主持，货运员及本组人员参加，小结、验收本次作业。由班组长召集平顶整理作业人员，听取平顶作业后对货物、机具、作业质量的检查情况汇报。货运员对本次作业进行点评并提出整改意见，总结经验。3铁路货车散装货物平顶装置设计效果铁路货车散装货物平顶装置的设计与应用，从提升作业时间效率、降低人身安全风险、减少成本支出等方面都达到良好的效果，有助于提升铁路装车能力。（1）平顶作业效率方面。人力平顶作业每车一般由1人进行，每车平顶作业时间需要1520 min。采用平顶装置后，每车平顶作业时间缩短至 58 min，平顶作业效率得到大幅提升，有效缩短了附属作业时间。（2）人身安全风险控制方面。人力平顶作业人员的作业安全风险较大，尤其是暑期、冬季等极端天气的作业。采用平顶装置后，降低了人力平顶作业劳动强度，有效减少了人身作业机械伤害、高处坠落伤害等事故的发生。（3）节支降耗方面。采用平顶装置后，人力平顶作业被设备所替代，直接减去了人工成本，间接降低了管理成本，每车的平顶作业成本由65元可以减少至30元。4结束语铁路货车散装货物平顶装置是以50型轮胎式装载机为平台研发设计，对敞车、20 ft敞顶箱等铁路货车散装货物进行平顶作业具有高效、安全、便捷的优势，改变了传统散装货物平顶人力作业模式，有效推进了铁路货车散装货物平顶作业的机械化、信息化进程，大幅提高装卸作业效率、减轻装卸作业人员劳动强度，有效降低了平顶作业人员人身安全风险，减少了平顶作业成本支出，从而实现了人防、物防、技防相结合，对提高散装货物平顶作业全过程管控能力，保证铁路运输安全生产起到积极作用，并拥有良好的扩展性、兼容性、可靠性、安全性，具有广阔的应用前景。35铁路货车散装货物平顶装置设计研究 刘睿 等参考文献：1高一兵.提高铁路散堆装货物装车质量的思考J.铁道货运，2015，33(5)：55-59.GAO Yibing.Thoughts on increasing Railway Loading Quality of Bulk Cargo and Stack-loading FreightsJ.Railway Freight Transport，2015，33(5)：55-59.2张尔点.未来十五年铁路货车发展预测J.铁道经济研究，1995(3)：26-27.3王利东.货运装卸协调管理 共保货物装载安全J.铁道货运，2009，27(4)：34-36.WANG Lidong.Coordinate the Nanagement of Freight Loading&Unloading to Ensure Freight SafetyJ.Railway Freight Transport，2009，27(4)：34-36.4王宴平，浦 丁，葛 锐，等.铁路货场数字化技术方案研究J.铁道货运，2018，36(2)：31-37.WANG Yanping，PU 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浩.铁路运输组织学M.北京：中国铁道出版社，2006.收稿日期：2022-10-12修订日期：2023-07-30基金项目：中国铁路北京局集团有限公司科技研究开发计划课题(2021X011-A)责任编辑：李丹丹Design of Jacking Device for Railway Wagon Transporting Bulk CargoLIU Rui,ZHAO Hang,ZHANG Xudong(Beijing Freight Centre,China Railway Beijing Group Co,Ltd.,Beijing 100071,China)Abstract:At present,the mechanization degree of bulkload jacking operation of railway trucks is relatively lagging behind,and the loading and unloading operation is mainly human operation.In order to reduce the labor intensity of the field loading and unloading workers and ensure the safety of the bulkload jacking operation,the bulkload jacking device of railway trucks was designed and studied from the aspects of system architecture,hardware structure,software system,and operation process.On the basis of mechanization and information application,the device can control the jacking device in real time to carry out jacking operation through operation control equipment,which can reduce the working intensity of jacking operation personnel,lower the occurrence of personal safety accidents,improve the jacking operation efficiency,save jacking operation costs by labor,promote the mechanization process of bulkload jacking operation of railway trucks.Keywords:Railway Wagons;Bulk Cargo;Jacking Device;Mechanization;Safety;Convenience36