一种具有自动锁闭功能的高铁列车天窗门锁设计研究

一种具有自动锁闭功能的高铁列车天窗门锁设计研究

蒋逢灵，刘国联，伍丰，毛远斌

（湖南铁路科技职业技术学院，湖南株洲，412006）

摘要：设计了一种具有自动锁闭功能的高铁列车天窗门锁的装置，通过信息处理、控制装置动作，能自动感应高压电网上的电压，在有网压时，使天窗门锁自动锁闭，作业者转动门锁手柄无法开锁。在无网压时，天窗门锁自动解锁，转动门锁手柄即可打开天窗门上车顶，起到了安全保护的功能。

关键字:高铁；天窗；门锁

Design and Research on a High Speed Rail Train Skylight Door Lock with Automatic Locking Function

Liu Guolian,Jiang Fengling,Wu Feng,Mao Yuanbin

Hunan Vocational College of Railway Technology, Zhuzhou,412006

Abstract:A device for the skylight door lock of high-speed rail trains with automatic locking function has been designed. Through information processing and control device action, it can automatically sense the voltage on the high-voltage power grid. When there is voltage, the skylight door lock automatically locks, and the operator cannot unlock by turning the door lock handle. When there is no network voltage, the sunroof door lock automatically unlocks, and turning the door lock handle can open the sunroof door to the roof, providing safety protection..

keyword :High speed rail; Skylight; Door lock

当前，高铁已经成为我们出行的主要交通工具，高铁走出去也是我国“一带一路”战略的重要组成部分。国家统计局数据显示，2017年末，我国高速铁路运行里程和铁路总里程分别达到2.2万公里、13万公里。高铁总里程已经占到世界的60%以上，高居世界第一，高速铁路已经完全覆盖了我国50万以上的人口城市。根据《新时代交通强国铁路先行规划纲要》，到2035年全国铁路网20万公里左右，其中高铁7万公里左右。

尽管铁路对打开天窗登上车顶作业有比较完善的管理制度，但是由于各环节之间都是靠相互配合，有时因某一环节控制不严（如天窗锁未锁或未办隔离等），或者作业人员一时疏忽，在有网压时误上车顶部作业，易导致人身伤亡事故的发生。因此，研制一种列车天窗开启装置，在天窗打开时检测接触网上有无电压，及时排除铁路运行安全隐患，防止触电事故的发生，确保作业人员安全和铁路运输持续畅通，具有重要的现实意义和实用价值。

1设计思路

当前铁路内、电机车天窗锁是一把普通的机械锁，在机车检修作业过程中，工作者要从机车天窗门登上车顶时，只须用钥匙开锁即可，且钥匙的通用性较强。虽说登车顶作业的各项管理制度比较完善，但由于各环节之间都是靠人工来控制，有时因某一环节控制不严（如天窗锁未锁或未办隔离等），或者工作者一时疏忽，在有网压时误上车顶部作业，易导致人身伤亡事故的发生。该类事故在各路局都有发生，2009年10月某供电段一名职工在上内燃机车顶部检修作业时，因忽视机车顶部有高压网线，直接开机车天窗门上车顶作业，被高压电击伤，构成人身伤害事故。由于机车网压高达25千伏，一旦有网压时上车顶，作业人员即使侥幸能存活下来也必定会被高压电重度烧伤，给职工个人、家庭及单位带来了无法弥补的伤痛和损失。

2研究分析

国外铁路网较为简单，大部分线路只运行本线列车，不涉及跨线列车，运行距离较短，常采用矩形天窗形式。在国内，综合维修天窗主要有矩形天窗、“V”型天窗和混合型天窗；高速铁路采用矩形天窗，既有线可采用“V”型天窗和混合型天窗。我国电气化铁路发展迅速，全部运营里程超过2万公里，对天窗停电作业安全方面要求高。相继有研究者研究了天窗停电作业触电的方式、原因进行了详细分析并提出了预防措施，以及设计了一种安全报警装置，并且与接地装置联动以确保车顶上作业人员安全，但是没有解决天窗自动锁闭的功能。

本文从事故案例中分析，发现内、电机车机车天窗锁在人身安全防护方面的设计存在缺陷，在车顶有网压时不能自动锁闭天窗门，对违章作业不能有效地防止，导致该类事故在各路局重复发生。为杜绝在有网压情况下，工作者误上车顶而引发的人身伤亡事故，设计开发研制一种新型具有自锁功能的机车高压安全装置，该装置可自动感应高压电网上的电压，在有网压时，通过信息处理、控制装置动作，使天窗门锁自动锁闭，作业者转动门锁手柄无法开锁，在无网压时，天窗门锁自动解锁，转动门锁手柄即可打开天窗门上车顶，真正实现了对天窗门的自动化、智能化控制。

3系统的组成

该自锁装置包括三大部分组成：网压感应系统、数据接收及处理系统、天窗锁闭装置如图1所示。

网压感应系统由车载天线和信号包组成。车载天线安装在机车车顶部，其作用是感应到车顶供电网上的交流高压静电场产生的微弱电场信号，经同轴电缆输送到处理系统内。

数据接收及处理系统由信号处理单元及信号电缆组成。信号处理单元接收到车载天线感应的电场信号进行放大、整形，当有高压电场时，信号处理单元输出高电平，使锁闭装置动作，高压警示灯亮。

图1 系统结构图

锁闭装置的作用是：在接收到信号处理单元输出高电平时，三极管BG1饱和导通，BG2截止，继电器1J不动作。锁闭装置锁死，人员无法打开车顶门，保证了作业者的安全。在无高压电场的情况下，信号处理单元输出低电平，三极管BG1截止，BG2饱和导通，继电器得电吸合，锁闭装置方可打开。电路图如图2所示。

图2 闭锁装置工作原理图

4设计功能

由网压感应系统自动感应高压电网上的电压，通过信息处理系统对机车天窗门锁进行智能控制。

（1）可自动感应高压电网上的电压，在有网压时，通过信息处理、控制装置动作、高压警示灯亮，天窗门锁自动锁闭，作业者转动门锁手柄无法打开机车天窗门，在无网压时，天窗门锁自动解锁，转动门锁手柄即可打开天窗门上车顶。

（2）感应信号设有双套装置，可确保其工作的可靠性。

（3）车顶无网压时，如果高压安全装置发生故障无法打开天窗门控制装置时，应急情况下可通过专用钥匙打开天窗门锁上车顶作业。

5总结

本文设计了一种具有自动锁闭功能的高铁列车天窗门锁的装置，设计思路可行，具有自动锁的功能，装置根据检测结果天窗门锁自动锁闭或开启。该设计方案可以供铁路相关部分参考，当时机成熟可以应用到实践中，保障作业人员的人身安全，以及保证铁路运营的生产安全。

基金项目：基金项目：2020年湖南省教育厅科学研究项目“具有自动锁功能的电力机车天窗开启装置设计研究”(项目编号：20C1220)

参考文献

[1]代富强,白建龙.基于AVR的接触网作业车高压防护系统设计[J].新型工业化,2022.

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[3]林拥军.接触网作业车平台转向报警装置的设计与应用[J].电气化铁道,2021.

[4]乔利峰.浅析大准铁路接触网V形天窗作业安全措施[J].技术与市场,2017.