中央司機室機車的前部可視性研究

梅 明,杜先鵬,王 超

(中車株洲電力機車有限公司,湖南 株洲 412001)

0 引言

中央司機室機車是干線鐵路應用廣泛的一類調機機車,其司機室作為一個功能單元,承擔著列車的監視、操控、反饋和指引功能。因此中央司機室良好的前部可視性是列車運行安全的重要保障,是駕駛員操控安全、可靠、舒適和通信及時的基礎。目前機車前部視野的研究大部分集中在司機室縱向端部,主要對司機室中立柱和側立柱在擋風玻璃形成的視野盲區進行相關研究[1-3]。國外標準UIC 651—2002《機車、有軌電車、動車組、驅動拖車的司機室布置》、EN 16186-1—2015《鐵路應用—駕駛室—第1部分:人體測量學數據與能見度》和國內標準GB 5914.1—2000《機車司機室瞭望條件》只提到了司機室位于機車縱向端部的前部視野分析方法,缺乏對中央司機室機車前部視野分析的準確定義和判定方法,未提出司機室前部視野對機械間輪廓大小及位置的要求。中央司機室機車在行車過程中,機械間在前方擋風玻璃形成的視野盲區影響駕駛員對軌道低信號的可視性,不利于駕駛員的瞭望作業。

因此,合理設計中央司機室機車的前部視野盲區和正確操作擋風玻璃清潔設備以確保駕駛員具有清晰、無障礙的視線,對機車運行安全有重要意義。

1 前部可視性計算

獲取前部信息作為駕駛任務之一,中央司機室的設計應確保駕駛員可觀察到前部信息,防止受到前部視線的干擾。司機室前窗一般安裝有前遮陽簾,防止太陽光和來自迎面行駛列車的反光、車燈照射對駕駛員觀察前部標志、信號和其他可視化信息造成的不利影響。

擋風玻璃清潔和清洗裝置的位置、類型和操作能確保駕駛員在大多數天氣和運行條件下清楚地觀察前部環境,同時不妨礙駕駛員的前部視線。司機室設計保證了駕駛員在駕駛座位上視線清晰、不受阻,能區別軌道左右兩側的固定信號。

司機室的布置允許駕駛員可以坐著或站立進行瞭望和操作,現以滿足“一帶一路”歐洲區域多國運用要求的匈牙利調車機車示例前部可視性的計算。

1.1 機車垂直基準位置計算

車輛相對于軌道的參考位置按照UIC 651—2002標準中第3.2.1條款要求。

水平位置:在直道路線上,機車的縱向軸線應與軌道中心線重合。在曲率半徑不小于300 m的彎道路線上,機車應處在其縱向軸線中點與曲線半徑相垂直的位置。

垂直位置:機車處于半磨耗車輪狀態并載有2/3的全整備重量。

根據整車稱重提供數據,空載工況和滿載工況重量差值Md=2.1 t。

因此,由于空載和滿載重量差引起的一、二系簧綜合高度差H1=Hsd+Hpd=8.3 mm。

已知,車輪的全磨耗H2=40 mm;新輪、正常負載情況下,底架上平面高度H3=1 440 mm。

1.2 駕駛員眼高計算

駕駛員座椅在垂直方向上的高度調節量為80 mm,水平方向調節量為210 mm。當駕駛員坐在座椅上時,座椅SIP點(在座椅中心平面上,同靠背面相切的垂線與坐墊表面的交點)的高度可以在E1min=355 mm至E1max=435 mm的范圍調節。座椅安裝座距司機室地板的高度E2=275 mm,根據座椅SIP點和SRP點(人體軀干線與大腿中心的鉸接交點)之間的換算關系,SRP點與SIP點的高度差E3=-90 mm。

故座椅的SRP高度的最低點Emin=E1min+E3+E2=540 mm;座椅SRP高度的最高點Emax=E1max+E3+E2=620 mm。

駕駛臺設置一個高度可調節的腳踏,高度調節量最少為80 mm。

駕駛員坐姿眼高:Pmin=740+Emax=1 360 mm;Pmax=855+Emax=1 475 mm。

駕駛員站姿駕駛時,向上方向的可見范圍可以因窗的上沿而縮小,但窗的上沿高度符合UIC 651—2002標準中第2.7.2條款中規定的最小距離1 800 mm。

由于遮陽簾最底部距地板高度為1 857 mm,當最高駕駛員在站立駕駛位置觀察高信號會被遮陽簾遮擋,故為了觀察高信號,需要將最高駕駛員眼點位置降低至1 694 mm。

駕駛員站姿眼高:Pmax=1 694 mm,Pmin=1 530 mm。

駕駛員眼點的參考面位置如圖2所示。

表1 尺寸說明

1.3 視野條件計算

在高信號和緩沖器前端平面間距不小于10 m的距離處,駕駛員看到位于軌道中心兩側2.5 m且高度在軌面上方6.3 m位置的高信號。在低信號和緩沖器前表面之間距離不小于15 m的距離處,駕駛員看到位于軌道中心兩側距離1.75 m且高度在軌面位置的低信號。

機車運行考慮沿平直軌道和曲率半徑不小于300 m彎道的情況,信號的視野條件如圖3所示。

對于中央司機室機車,駕駛員可以在司機室內移動至多個不同的位置,以確保低信號的可視性。由于觀察左低信號的視線被前方機械間阻擋,因此需要移至司機室門去觀察左低信號。

1.4 機械間輪廓對駕駛員視野影響

假設最低駕駛員在坐姿狀態下能直視前方,機械間距司機室地板的高度H須滿足以下要求:當駕駛員腳踏的高度可調時,根據UIC 651—2002標準附錄F.2,1 390 mm≤H≤1 490 mm。

綜上,最低駕駛員在坐姿狀態下能直視前方信號,機械間距司機室地板高度H應滿足H≤1 490 mm。

駕駛員在觀察前方低信號時,機械間輪廓在擋風玻璃形成的視野盲區為梯形,故駕駛員在擋風玻璃的可視區域受到機械間輪廓的限制。當機車沿平直軌道、曲率半徑為300 m的左彎道和曲率半徑為300 m右彎道運行時,機械間輪廓在擋風玻璃形成的梯形視野盲區位置是不同的。故可考慮在駕駛員座椅增加左右調節功能來消除機械間寬度W值過大對駕駛員視野的影響。

機械間輪廓對駕駛員視野影響示意見圖5。

雖然距離緩沖器前端10 m處的前方左側低信號受機械間輪廓限制而被遮擋。但機車運行時,前方左側信號的可視性是由遠及近,距離越近越不易被觀察到。

綜上,機械間輪廓對左側低信號的可視性影響須深入評估,以確保機車運行的安全。以機械間前端截面輪廓為邊界,駕駛員所能觀測到的前方左側區域,可作為輔助觀測區域。

1.5 前窗視野區域分析

考慮機械間輪廓在擋風玻璃形成的視野盲區,前窗視野區域如圖6所示。

由圖6可知:駕駛員可觀測到軌道左側高信號、右側高信號和右側低信號,但不能觀測軌道左側低信號。

因此為了觀察左側低信號,允許駕駛員移動至司機室門的位置進行觀測,如圖7所示。

1.6 座椅左右調節對視野盲區影響分析

從圖6可知,機車運行在曲率半徑為300 m的左彎道時,機械間輪廓在擋風玻璃形成的視野盲區最大。當機車在該彎道運行,駕駛員處于坐姿狀態時,座椅的左右調節功能對駕駛員視野的影響如圖8所示。

從圖8可知,機車在曲率半徑為300 m的左彎道運行時,駕駛員座椅向右側移動可以有效減小機械間輪廓在擋風玻璃形成的視野盲區。

2 刮雨器刮刷面積

刮雨器是擋風玻璃清潔設備的重要組成部分,對機車運行安全具有重要的作用[4]。刮雨器的刮刷面積取決于刮雨器的安裝位置及其結構參數。刮雨器刮刷范圍是評價前部視野清晰性的重要依據。刮雨器刮刷面積如圖9所示。

駕駛員視野區的面積是347 810 mm2,刮雨器覆蓋的面積是295 140 mm2,故刮雨器可覆蓋駕駛員視野區域的84.86%。刮刷區域滿足EN 16186-1標準中“至少能覆蓋80%的視野區域”的要求。

3 擋風玻璃性能

擋風玻璃的大小、位置對機車前部視野有直接的影響[5]。擋風玻璃的視野分區須滿足駕駛員在機車運行過程中的瞭望要求[6]。

擋風玻璃通過粘接安裝在司機室前墻上,為駕駛員提供視野條件。擋風玻璃采用多層安全玻璃,內層有加熱電阻絲,即使在單個加熱絲損壞時,也能確保整個平面效率,并配有溫控裝置以防止玻璃加熱裝置過載和過熱。玻璃加熱范圍根據UIC 651標準中視野區計算來確定。

擋風玻璃各項性能滿足EN 15152標準要求,其中抗沖擊性能滿足300 km/h的鋁彈沖擊。光學色度試驗按EN 15152標準執行,其中色度檢查包括紅色、黃色光源等。

擋風玻璃由夾層安全玻璃黏合制成[7],具體為8 mm玻璃+5.32PVB+4 mm玻璃+3.22 mm防飛濺膜,防飛濺膜位于司機室內側,玻璃表面無其他表面處理。加熱絲經過碾壓黏合被安置在夾層玻璃隔層的塑膠薄膜里。

擋風玻璃內層設置加熱電阻絲,加熱功率700 W/m2。玻璃配有溫控裝置,當達到27 ℃斷電,低于15 ℃通電加熱。同時駕駛員可以通過開關手動對擋風玻璃進行加熱。

4 擋風玻璃清潔設備

擋風玻璃的清潔設備須確保駕駛員在大多數天氣和運行條件下清楚地觀察前部環境,故司機室前端安裝刮雨器、具有加熱功能的擋風玻璃和具有輔助除霧除霜功能的司機室空調。

擋風玻璃清潔設備如圖10所示。

當下，信息化技術得到迅速發展，實現了國有資產的動態化管理，并且為信息共享提供了極大的便利。但是存在一些事業單位，構建信息系統時，還處于初步探究階段，這與資產全過程動態監督和管理需求之間不相適應，引發了較為嚴重的資產配置和存量資產管理不符現象，財政部門以及相關單位之間缺乏有效溝通渠道，這也在較大程度上降低了數據的準確性，同時導致預算編審科學性降低。

圖1 機車瞭望時的垂直基準位置

圖2 駕駛員眼點的參考面位置

圖3 信號的視野條件

圖4 機械間輪廓

圖5 機械間輪廓對駕駛員視野的影響

圖6 司機室前窗視野區域

圖7 左側低信號的瞭望

圖8 座椅左右調節對駕駛員視野的影響

圖9 刮雨器刮刷面積示意圖

圖10 擋風玻璃清潔設備

刮雨器的刮刷頻率可調節,最高速度為(48±5)次/min。洗滌液能噴射到目標位置,且軟管不會發生泄漏和脫落等現象。刮雨器的停放位置須位于玻璃的加熱區域內。

機車配置一臺空調,空調機組為冷暖空調,為司機室提供舒適的環境?？照{通風系統有2個獨立的空氣支路:空氣處理系統和壓縮冷凝系統,即通常所說的室內空氣循環和室外空氣循環?？照{控制屏上設有3個擋位的風速選擇。司機室駕駛臺靠近前窗處設有出風口噴嘴,出風口噴嘴均可開、關和360°旋轉。

刮雨器、擋風玻璃電阻絲和空調系統共同組成擋風玻璃的清潔設備,駕駛員通過正確操作駕駛設備可實現除冰、除濕、除雨、除冷凝和除霧的功能。

5 實現擋風玻璃功能的操作

5.1 除冰操作

駕駛員操作擋風玻璃加熱開關和空調控制面板,將擋風玻璃加熱電阻絲和司機室空調開啟,直至擋風玻璃可見區域的冰完全除盡。

當除冰過程結束后,啟動刮雨器去除水膜。

5.2 除濕雪操作

1)車輛停放時落雪的情況。駕駛室應處于待機模式或正常停機模式,任何情況下擋風玻璃加熱電阻絲都應處于關閉狀態。應在刮雨器開啟的狀態下除濕雪。在除濕雪期間出現狀況時,可以打開擋風玻璃加熱電阻絲以加速除雪,或者盡可能機械地移除積雪。

2)落雪期間,車輛在軌道上的情況。司機室應處于“正常模式”(空調開啟),開啟刮雨器選擇模式開關、噴淋按鈕,刮雨器開始工作。打開擋風玻璃加熱電阻絲以加速除雪,或者盡可能機械地移除積雪。

5.3 除雨操作

空調應處于運行狀態。

刮雨器的所有設備都能單獨使用,并可提高刮刷的速度。

5.4 除冷凝操作

將司機室空調開啟。如果發生冷凝現象,采用糾正措施(如通過窗加熱、風扇、窗戶上的通風口進行調節),直至擋風玻璃達到完全的可見度。

5.5 除霧操作

將司機室空調開啟。在此期間,檢查司機室擋風玻璃和車窗是否有霧。如果產生霧氣,應采取糾正措施(如通過窗加熱、風扇、窗戶上的通風口進行調節),直至達到完全的可見度。

6 結論

文中提出了中央司機室機車前部視野盲區的概念,建立了匈牙利調車機車視野盲區計算方法。機械間前端截面輪廓影響前方左側可視區域,左側可視性可作為輔助觀測功能,故合理控制機械間輪廓大小及位置對機車運行安全具有重要意義。機械間輪廓對駕駛員視野的影響主要集中在低信號,為了減小機械間輪廓在擋風玻璃形成的視野盲區,增加座椅左右向調節功能可有效減小視野盲區,有利于駕駛員的瞭望作業。同時正確操作駕駛設備來實現擋風玻璃的除冰、除濕、除雨、除冷凝和除霧,可確保駕駛員能夠保持清晰的前部視野。