司机控制器“警惕装置”优化设计

郑勇涛

（西安沙尔特宝电气有限公司，710048，西安∥工程师）

司机控制器“警惕装置”优化设计

郑勇涛

（西安沙尔特宝电气有限公司，710048，西安∥工程师）

“警惕装置”是为防止司机在行车过程中的意外事件而设置。阐述了“警惕装置”的功能，以及老式“警惕装置”存在的问题及由此引发的故障。介绍了为解决此类问题进行设计优化的难点以及难点的处理方法、新式“警惕装置”的优点。新式“警惕装置”经过各类测试，功能良好，已应用于北京、上海、深圳等城市轨道交通列车的司机控制器上。

司机控制器；警惕装置；优化设计

Author'saddressXi'an Schaltbau Electric Co.，Ltd.，710048，Xi'an，China

随着城市轨道交通的发展，操作地铁、轻轨运行的司机控制器被赋予越来越多的功能。为了便于司机进行操作，提高列车运行的可靠性，防止司机在行车过程中的意外事件（睡觉、突发疾病等）发生，所设置的“警惕装置”也被集成在司机控制器的“控制手柄”上。司机在行车过程中按照系统设定，每隔一段时间必须触击和释放一次“警惕装置”，通过触发接通或者分断“警惕装置”中“触头”向系统微机反馈开关量通断信号；如果超过设定时间未反馈信号，或者一直触发接通“触头”，则系统微机会报警；在报警后若仍未在规定时间内进行信号的反馈，则系统会认为司机有异常，从而触发“紧急制动”功能，此时列车会停止下来。

1 老式“警惕装置”及问题分析

早期集成在司机控制器控制手柄上的“警惕装置”的结构形式，最常用的是控制手柄上下两个半球形式，其结构主要由6个部分组成（见图1）。

图1 老式警惕装置示意图

其中“控制手柄Ⅰ”和“控制手柄 Ⅱ”是以螺纹形分别安装在“实心轴”和“空心轴”上的。在安装时，螺纹部分添加螺纹胶。安装完成后，“控制手柄Ⅰ”和“控制手柄Ⅱ”是不能自由转动的。

操作时，司机按下“控制手柄 Ⅰ”则会带动“实心轴”向下移动，此时安装在“实心轴”下方的“触头”会被触发接通；放开“控制手柄 Ⅰ”则其在“复位弹簧”的作用下，向上运动，恢复到自然状态，此时“实心轴”下方的“触头”会分断。“触头”的接通或分断，给予微机系统开关量信号，从而实现“警惕”功能。

老式的“警惕装置”，由于“控制手柄 Ⅰ”和“控制手柄Ⅱ”在安装完成后不能自由转动，而司机在行车过程中，手又会不自禁地旋转和摩擦这两个控制手柄，长此以往，则有可能会造成起紧固作用的“螺纹胶”失效，导致这两个控制手柄能够拧动。一旦“控制手柄Ⅰ”和“控制手柄Ⅱ”转动，会造成两者之间的行程变小，进而会导致“触头”不能够正常的动作，此时，“警惕装置”失效。

由于“警惕装置”失效会直接导致列车不能运行，而司机不自禁地旋转、摩擦两个控制手柄的行为也无法进行要求，更无法杜绝，因此，设计一种符合人体工程、控制手柄能够自由转动的“警惕装置”就成为优化“警惕装置”结构的重点。

2 “警惕装置”的优化设计

2.1 问题

在“警惕装置”的结构优化设计中要解决以下几个问题。

（1）由于司机已经熟悉了既有的“警惕装置”，因此“控制手柄Ⅰ”和“控制手柄Ⅱ”的外形不能变化；“触头”的行程直接导致“警惕装置”的行程这个行程不能有所变化。因此，在“警惕装置”的外形和“行程”均被确定的情况下，方案设计就受到很大的限制。

（2）“控制手柄 Ⅰ”和“控制手柄Ⅱ”在安装完成后，如何实现自由转动，而且这种转动还不会造成两个手柄的脱落。

（3）在既定的空间内要能可靠且方便地安装和拆卸“控制手柄Ⅰ”和“控制手柄Ⅱ”。

针对这些问题，首先可以确定的是新型“警惕装置”的外形——依然沿用老式“警惕装置”中“控制手柄Ⅰ”和“控制手柄Ⅱ”的外形；其次，为了保证新型“警惕装置”在安装完成后，两个控制手柄能够自由转动，则“空心轴”和“实心轴”与两个手柄之间的配合必须是“光孔”和“光轴”的配合；但是“光孔”和“光轴”之间的配合无法满足控制手柄安装牢固不脱落问题，为解决这个问题，就需要将两个控制手柄都设计成分体结构。在这个思路下，进行新型“警惕装置”的设计。

2.2 “警惕装置”下半部分的功能和安装

如图2所示，“控制手柄Ⅱ”的外形轮廓不变，内腔设计为台阶通孔，以便于往“空心轴”上安装。

图2 控制手柄Ⅱ、下紧固套、空心轴示意图

将“控制手柄Ⅱ”安装在“空心轴”上，“空心轴”上的“轴肩2”限制“控制手柄Ⅱ”向下的位置。由于两个零件是“光孔”和“光轴”配合，因此，“控制手柄Ⅱ”能够在“空心轴”上灵活自由地转动。

然后将“下紧固套”的“螺纹孔”拧在“空心轴”的“螺纹轴”上。利用“下紧固套”上的“安装槽口”将其拧紧直到压在“空心轴”的“轴肩1”上（见图3）。组装完成后，由于“下紧固套”是压在“空心轴”的轴肩上，虽和“控制手柄 Ⅱ”之间不直接接触（有间隙），但限制了“控制手柄Ⅱ”向上的位置。

图3 下紧固套、控制手柄Ⅱ和空心轴组装示意图

因此，“控制手柄 Ⅱ”能够在“空心轴”上“轴肩2”和“下紧固套”之间的区域灵活自由地转动，但是不能取出。这样，就实现了“警惕装置”下半部分设计优化的目的——“警惕装置”下半部分“控制手柄Ⅱ”能在“空心轴”上灵活自由转动，但是不会脱落。

2.3 “警惕装置”上半部分功能和安装

如图4所示，“控制手柄I”的外形轮廓不变，内腔设计成台阶盲孔，以便于安装“上紧固套”。将“上紧固套”装入“控制手柄Ⅰ”中，然后加入“钢丝挡圈”（见图5），此时“上紧固套”不能从“控制手柄Ⅰ”中取出。

图4 控制手柄Ⅰ、上紧固套、实心轴示意图

图5 控制手柄Ⅰ、上紧固套、钢丝挡圈组装示意图

“控制手柄 Ⅰ”和“上紧固套”配合采用“光孔”和“光轴”形式，组装完成后，“控制手柄Ⅰ”在“上紧固套”上能够灵活自由地转动。

此时，如何将“控制手柄 Ⅰ、上紧固套、钢丝挡圈”组装件安装在“实心轴”上则是个关键。因为，如图7所示，“警惕装置”组装完成后行程处的空间只有4 mm，在这4 mm的空间内，任何常见的工具都不能使用。于是，设计一种用于安装和拆卸的专用工具就是唯一途径。在这种要求下，按照行程处的空间情况，设计出专用的扳手（见图6）。

图6 专用扳手示意图

图7 新型警惕装置示意图

解决了安装工具的问题，将“控制手柄 Ⅰ、上紧固套、钢丝挡圈”组装件上“上紧固套”中“螺纹孔”和“实心轴”上“螺纹轴”进行配合安装，利用专用工具上的“凸台”和“上紧固套”上的“安装槽口”将其紧固在“空心轴”上。

3 结语

整个新型“警惕装置”安装完成后如图7所示。该新型“警惕装置”的“控制手柄 Ⅰ”和“控制手柄Ⅱ”都能够自由灵活的转动，解决了司机不自禁转动、摩擦两个手柄导致“警惕装置”失效的问题；在不使用专用工具的情况下，也不能将两个手柄拆下，避免了人为原因导致两个手柄脱落的情况；并且其外观和行程都和老式“警惕装置”保持一致，完成了优化设计的目的。

新式“警惕装置”在设计完成后，经过各类测试功能良好。现在已经成功地应用在北京、上海、深圳、广州、重庆、沈阳、西安、杭州、宁波、无锡、苏州等大中城市的轨道交通列车的司机控制器上，反映效果良好。新式“警惕装置”将是司机控制器“警惕装置”的主要形式。

［1］ GB/T 21413.1—2008铁路应用机车车辆电气设备一般使用条件和通用规则［S］.

［2］ 辛一行.现代机械设备设计手册［M］.北京：北京机械工业出版社，1996.

Optimum Design of“Alarm Device”for Master Controller

Zheng Yongtao

A so-called“Alarm Device”is installed to prevent incidents caused by drivers in train operation.The functions of“Alarm Device”，the disadvantages of old“A-larm Device”and the relevant failures caused by the disadvantages are described.Some difficulties in optimum design and solutions and the advantages of new type device are introduce，which has passed many tests and proves to have good performance.The new“Alarm Device”has been applied in master controller of rail transit vehicles in Beijing，Shanghai，Shenzhen and other cities.

master controller；alarm device；optimum design

U 260.56

2014-03-11）