CN115195810A - 一种驼峰调车解体作业中提钩自动化作业方法与作业系统 - Google Patents

Abstract

一种驼峰调车解体作业中提钩环节的自动化作业方法与作业系统，通过车辆或轮对计数定位、自动化提钩等步骤实现自动化精确作业的目的。该作业系统包括可伸缩式车钩杆、外部楔形提钩器、车辆或轮对计数设备三部分设备，通过对可伸缩式车钩杆、外部楔形提钩器、车辆或轮对短轨计数设备三部分设备结构的设计，使整体作业系统更加自动化、智能化。本发明有利于解决现有技术中定位不准确、提钩自动化程度低等问题，为驼峰调车解体作业中提钩环节的自动化提供了新的思路。

Description

一种驼峰调车解体作业中提钩自动化作业方法与作业系统

技术领域

本发明涉及铁路运输领域，更具体地，一种驼峰调车解体作业中提钩自动化作业方法与作业系统。

背景技术

目前，铁路上还未有大规模投入实际生产应用的自动化提钩设备。现有的众多研究中，研究的方向主要有以下特点：1、采用图像识别来定位；2、利用机械臂来完成提钩作业；3、在峰上轨道一旁设置导轨，保证设备可以在移动中作业；4、不计算提钩点，不考虑护钩过程。

其中，方向1存在的问题是：图像数据的采集极易受到环境光照条件的影响，在阴天、黑夜会由于光线原因而采集不方便；在雨雪、风沙天又会因为摄像头被污染而采集不到理想的数据。此外，全国各地的作业环境存在极大差异，北方以风沙为主，而南方以阴雨为主，这两者的图像识别都不能够采集到很好的数据。

方向2存在的问题是：机械臂作业时运动自由度太多，前后，上下，左右三个自由度使得机械臂作业在面对大车组解体的时候效果异常好，但是在面对小车组解体的时候效果很差。由于机械臂与承载座的移动时间较长，定位数据的采集以及处理也需要时间，而解体车列的前进速度也比较大，留给机械臂的预备时间较短，所以在面对小车组连续溜放的时候机械臂的作业效率达不到预期效果。且机械臂对车钩杆的抓取也存在一定的误差。机械臂成本较高，设备精贵，不适宜在室外环境下作业，维修保养费用高。

方向3存在的问题是：布设导轨是一个区域导轨，这样的区域导轨要求作业人员远离机械臂的作业区域，此时就没有人工作业的可能性，这就要求作业精度和提钩准确率要达到百分百，难度较大。

方向4存在的问题是：现有的车钩杆抓取是基于图像识别，而且没有确定具体的提钩作业区域。在实际作业过程中，存在提钩区域和脱钩点，在提钩区域内，钩舌销可以被轻易提起；在提钩区域外，钩舌销就不能被轻易提起。脱钩点是最后作业的位置。所以需要计算脱钩点，以确定具体的提钩作业区域。当前的研究成果都没有对提钩作业区域与脱钩点计算的有效方法，因此，需要对提钩作业区域和脱钩点进行分析与确定。

因此，针对以上问题需要整体的解决方案。

发明内容

本发明旨在通过设计完整的提钩作业方法与作业系统，实现车辆或轮对的计数定位、自动化提钩，并能兼容人工作业。

一种驼峰调车解体作业中提钩自动化作业方法，包括以下步骤：

S1，作业前的预处理工作：在编组站到达场进行列检作业中的摘除风管作业环节时，将所有车辆车体的可伸缩式车钩杆拉出到车辆车体外侧的指定位置，为实现后续步骤中可伸缩式车钩杆与外部楔形提钩器间的接触做准备；具体包括以下步骤：

首先，将车钩分为两大类：一是不需要进行提钩作业的车钩(即非作业车钩)；二是需要进行提钩作业车钩，而需要进行提钩作业车钩又可分为未完成提钩作业的待解车钩(即待解车钩)和已完成提钩作业的车钩(即已解车钩)；

其次，假设列车按照列车解体计划中的钩计划被解体为K个小车组，k为小车组编号,k＝1,2,…,K(小车组包括第一个车辆与最后一个车辆，当小车组内只有一个车辆，第一个车辆与最后一个车辆是同一个车辆)；基于列车的行进方向，并假设列车解体作业是在列车行进方向的左侧完成自动化提钩作业的，且待解车钩位于小车组内最后一个车辆的末端；通过对第k个小车组内最后一个车辆的车钩进行提钩作业，形成第k个小车组；同时，待解车钩数量与小车组数量一一对应，列车被解体为K个小车组，共有K个需要进行提钩作业的车钩，共进行自动提钩作业K次；

需按照小车组编号次序完成相应待解车钩的提钩作业，且令k＝1,准备对第一个待解车钩进行提钩作业；

S2，提钩作业区域的计算：计算待解车钩的提钩作业区域的空间范围，明确待解车钩的提钩作业区域边界；具体为：

基于列车的车辆数，每个车辆的载重状态、装载情况，驼峰峰顶平台的长度、压钩坡的坡度、加速坡的坡度等，计算待解车钩所受的后方推力与前方拉力；当待解车钩后方推力与前方拉力相等时，即二力平衡的位置，此位置即为待解车钩的脱钩点(绷钩点)，以脱钩点为起点，在向调车机车方向(即与行车方向相反的方向)的一段区间称为提钩作业区域；由于列车完成解体之后的小车组内的车辆数，每个车辆的载重状态、装载情况不同，不同待解车钩的提钩作业区域也不相同，不同待解车钩作业区域存在交叉或重叠的情况；

S3，外部楔形提钩器到达作业位置；具体为：

外部楔形提钩器进入对第k个待解车钩的待作业状态，由于不同待解车钩的提钩作业区域范围不同，采用两种方式布置外部楔形提钩器：

方式一，移动式外部楔形提钩器，具体为：在驼峰轨道旁边列车行进方向的左侧设置导轨，导轨上设置多个可以移动的外部楔形提钩器；在整体列车解体之前或在待解车钩进入其提钩作业区域范围之前，外部楔形提钩器提前进入提钩作业区域范围内并到达提钩点位置，采用“守株待兔”的模式为下一步提钩器的抬升做好准备；

方式二，固定式外部楔形提钩器，具体方式为：在驼峰轨道旁边列车行进方向的左侧设置多个外部楔形提钩器，楔形提钩器的数量可以满足所有可能提钩作业的需求，即在所有可能的提钩作业区域范围内至少存在1到2个楔形提钩器，采用“守株待兔”的模式，为下一步提钩器的抬升做好准备；

S4，所有未完成提钩作业的待解车钩实时位置的确定；具体为：

基于列车到达计划中的编组内容、列车解体计划中的钩计划等原始数据，获取解体完成之后小车组内的车辆数和车辆轴数；主要用于判断待解车钩车辆的头部是否进入提钩区域且通过外部楔形提钩器，确定外部楔形提钩器的抬升时机；可以采用计算轴数或车辆数的方法，来确定待解车钩车辆的头部是否进入提钩区域且通过外部楔形提钩器：两种计数方式为：

一，计轴器：从列车的第一个车辆到每个小车组的倒数第一个车辆的第一个轮对之间的全部轮对的总轴数和(包括了第一个车辆、小车组内最后一个车辆的第一个轮对、以及之间的全部轮对的总轴数)，即待解车钩行车方向之前除自身车辆的后三个轮对外到列车头车的所有车辆的总轴数和；

二，跨继电器短轨：此时与短轨匹配的外部楔形提钩器布设在短轨列车行进方向的前端，可以通过不同的短轨之间的数据不停的校核待解车钩的位置；

S5，判断待解车钩车辆的头部是否进入其提钩作业区域且通过外部楔形提钩器，用于确定外部楔形提钩器的开始抬升的时间点；具体为：

当外部楔形提钩器抬升时，第k个小车组的倒数第二个车辆的车钩杆必须已经通过外部楔形提钩器，只有在第k个小车组的最后一个车辆的头部(即待解车钩车辆的头部)经过外部楔形提钩器之后才可以开始抬升；如果待解车钩车辆的头部未进入提钩区域，则继续等候待解车钩车辆的头部进入其提钩作业区域，继续回到S4；若待解车钩车辆的头部进入其提钩作业区域且待解车钩车辆的头部通过外部楔形提钩器，则进行S6；

S6，外部楔形提钩器的抬升，进入对第k个待解车钩的作业状态，准备对第k个待解车钩进行提钩；具体为：

进入提钩作业区域范围内提钩点位置的外部楔形提钩器，等候待解车钩进入其提钩作业区域，该外部楔形提钩器定义为待作业楔形提钩器；待作业外部楔形提钩器的计数设备在整个列车的解体作业过程中统计通过待作业外部楔形提钩器提钩点位置的车辆轴数或车辆数；并在待解车钩车辆的头部通过待作业外部楔形提钩器后，待作业外部楔形提钩器在规定时间内抬起，进入作业状态，即确保非作业车钩和已解车钩通过外部楔形提钩器时，外部楔形提钩器处于不抬升的待作业状态，而待解车钩通过外部楔形提钩器时，外部楔形提钩器处于抬升的作业状态；在小车组内的最后一个车辆的头部(即待解车钩车辆的头部)通过外部楔形提钩器时，外部楔形提钩器须在如下时间内抬升到规定位置，进入作业状态：

式中，

为解编形成第k个小车组时外部楔形提钩器的抬升时间限制，即当第k个小车组的最后一个车辆的车头通过外部楔形提钩器后，外部楔形提钩器必须在小于这个时间内抬升到作业位置；

为第k个小车组中的最后一个车辆的车长，即待解车钩车辆的车长，k代表该车辆所在的小车组编号；

为在第k个小车组的最后一个车辆经过外部楔形提钩器时，列车的平均行进速度，即待解车钩车辆经过外部楔形提钩器时，列车的平均行进速度；

S7，提钩作业的实现，完成对第k个待解车钩的自动化提钩；具体为：

当外部楔形提钩器抬起到规定的作业位置之后，随着列车的不断行进，待解车钩的可伸缩式车钩杆中的可滚动套筒与外部楔形提钩器中的楔形部接触，可伸缩式车钩杆随着列车的行进，向后并向上旋转，从而将待解车钩的钩舌销提起，车钩达到全开状态，实现提钩作业，形成了第k个小车组；

S8，外部楔形提钩器的落下，完成第k提钩作业后，其外部楔形提钩器进入不作业状态；具体为：

待解车钩经过外部楔形提钩器之后，待解车钩的可伸缩式车钩杆与外部楔形提钩器脱离，外部楔形提钩器必须在规定时间内缓缓落到不作业的地面位置，即不与列车中的其他非待解车钩(包括已解车钩和非作业车钩)的车钩杆发生作用，外部楔形提钩器必须在如下时间内落下：

式中，

为完成解编第k个小车组后外部楔形提钩器的落下时间限制，即当第k+1个小车组的第一个车辆的车尾通过外部楔形提钩器之前，外部楔形提钩器必须在小于这个时间内落到待作业的地面位置；

为第k+1个小车组中的第一个车辆的车长，即待解车钩后一车辆的车长，k+1代表该车辆所在的小车组编号；

为在第k+1个小车组中的第一个车辆经过外部楔形提钩器时，列车的平均行进速度，即待解车钩后一个车辆经过外部楔形提钩器时，列车的平均行进速度；

S9，判断是否需要结束作业；具体为：

当列车并未全部解体完毕时，令k＝k+1，循环S2至S8的操作；当列车全部解体完毕时，即k＝K，所有的外部楔形提钩器全部落到不作业的地面位置，机车后退下峰，完成一次列车解体作业。

优选地，S4中的待解车钩位置的计算采用计轴器时，此时计轴器均是车轮检测器，车轮检测器安装在轨道上，属于非接触式的传感器；当车轮通过此车轮检测器时，车轮检测器内部产生电磁脉冲，根据电磁脉冲的产生次数即可实现计轴；

此时S4具体包括以下步骤：

S4-1)确定计轴器的采样断面：针对每一个待解车钩的作业区域，至少有一个满足计数要求的采样断面，采样断面在该作业区域的外侧，且位于列车行进方向的后方；

S4-2)确定为待解车钩进行提钩作业的外部楔形提钩器提钩点位置与其采样断面之间的距离：外部楔形提钩器提钩点位置一般位于该采样断面在列车行进方向上的前方，同时，可确定外部楔形提钩器提钩点位置与该采样断面之间的距离L；

S4-3)计算第k个小车组内最后一辆车的头部通过该采样断面时的总轴数和指标为：R_k＝4j_k-3；具体为：

假设一列由n个车辆编组成的列车按照列车解体计划中的钩计划被分为K个小车组，每个小车组内有m_k辆车，并从列车头车向调车机车方向依次编号为1、2、…、n，则

用(i_k，j_k)表示第k个小车组，其中，i_k为第k个小车组中第一个车辆的编号，j_k为第k个小车组中最后一个车辆的编号；

小车组共有K个，通过驼峰设备进行调车解体的车辆为四轴车，即每个车辆的底部由四个轮对构成，每两个轮对构成一个转向架，则每个小车组内倒数第一个车辆的第一个轮对到列车头车(包括列车头车以及小车组内倒数第一个车辆的第一个轮对，以及之间的所有轮对，不包括小车组内倒数第一个车辆的后三个轮对)的所有轴数和，即总轴数和为：

R_k＝4j_k-3

其中，k为小车组的编号，也就是待解车钩在作业顺序上的编号，取值为1到K，j_k为第k个小车组中最后一辆车的编号；

S4-4)统计通过采样断面的轴数：计轴器统计到的已经经过采样断面的轴数为R_k＝4j_k-3时，即第k个小车组内最后一辆车的头部通过该采样断面时的时刻记为t₀；

S4-5)则为第k个待解车钩进行提钩作业的外部楔形提钩器开始抬升时刻为

其中，t₀为第k个小车组内最后一辆车的头部通过采样断面的时刻，L是外部楔形提钩器提钩点位置与采样断面之间的距离，

为列车的平均行进速度。

优选地，S4中的待解车钩位置的计算采用采用跨继电器短轨时，相应的布置方法和计数步骤如下：

每个短轨下配置一个继电器，当该短轨上有车辆轮对时，继电器短轨由于车辆的重量被下压，轨道电路被接通，继电器被吸起，短轨输出被轮对占用的信号；当继电器短轨处于轮对占用状态时，输出一个矩形波峰(持续为1)；当继电器短轨处于轮对非占用状态时，输出一个矩形波谷(持续为0)，当波峰突变波谷时(即输出信号由1突变0时)，即继电器短轨由轮对占用状态转变为非占用状态；

每个继电器短轨应匹配一个固定式或移动式外部楔形提钩器，固定式外部楔形提钩器应位于短轨在列车行进方向上的前端；移动式外部楔形提钩器在进入作业区域时，应移动到短轨在列车行进方向上的前端；此时，待解车钩的具体提钩点位置是其提钩作业区域范围内继电器短轨在列车行进方向上的前端，该位置也就是待作业外部楔形提钩器进行提钩作业的提钩点位置；

当待解车钩位置的确定采用跨继电器短轨时，其位置的数据即为第k个小车组中最后一个车辆的编号j_k，即待解车钩车辆的编号；当与对第k个待解车钩进行提钩作业的待作业外部楔形提钩器相配套的继电器短轨输出的矩形波的数量为j_k时，且该矩形波消失的瞬间，即为对第k个待解车钩进行提钩作业的待作业外部楔形提钩器的抬升时刻；此时，待解车钩车辆在列车行进方向上的前转向架(即前两轮对)刚刚离开此继电器短轨，此时待解车钩车辆的车体位于此继电器短轨上，与之配套的待作业外部楔形提钩器开始抬升。

优选地，车轮检测器采用双轮检测器，用于检测列车行进速度、运动方向；具体为：双轮检测器由一对布设有一定距离的车轮检测器组成，根据这对车轮检测器的距离、脉冲和时间之间的差异，从而确定列车行进速度，运动方向。

一种驼峰调车解体作业中提钩自动化作业系统，包括可伸缩式车钩杆、外部楔形提钩器，计数设备；其中，可伸缩式车钩杆用于将车钩杆与外部提钩器的作用点拉出车体限界，并且将外部提钩器的抬升作用力传导到钩舌销上；外部楔形提钩器用于迫使车钩杆旋转，使车钩杆的最低点抬高，进而将钩舌销被提起；计数设备为作业方法中采用的计轴器和跨继电器短轨。

优选地，可伸缩式车钩杆包括杆件主体(1)、可滚动套筒(2)、矩形结构(3)；

其中杆件主体(1)位于可滚动套筒(2)位置的横断面为棱形，其余位置的纵断面均为圆形，杆件主体(1)用于将外部设备的作用力传递到钩舌销上；

可滚动套筒(2)包括具有一定数量的轴承(4)、两个套筒固定螺母(5)，其内部由杆件主体(1)的棱柱固定，外部具有纵向条纹密集的结构，位于车钩杆的一侧，可滚动套筒(2)用于将车钩杆与外部设备之间的滑动摩擦力转化为滚动摩擦力,延长设备使用寿命；轴承(4)用于实现滑动摩擦力向滚动摩擦力转化；套筒固定螺母(5)用于防止轴承及套筒沿杆件径向滑动；

矩形结构(3)位于车钩杆的另一侧，矩形结构(3)可以保证在行车过程中车钩杆在限界之内，在提钩作业的时候将车钩杆与提钩设备的作用点拉出限界；

优选地，可伸缩式车钩杆采用鞘形结构设计，在车钩杆中部具有一个可插入、拉出的鞘状结构，以实现可伸缩的功能，具有防止脱鞘的功能结构与可滚动的套筒结构。

为满足作业需求，可伸缩式车钩杆需要转动的最小角度θ_min应满足的条件为：

上式中，H_{内环-销插}为车钩杆座与车钩上平面之间的高度，l_锁链为连接车钩杆内侧与钩舌销的铁锁链长度，h_销为钩舌销被完全拔出过程中向上移动的高度，l_杆(内)为车钩杆内侧下垂的长度；最小角度θ_min为车钩杆完成提钩作业所需的最小角度，即车钩杆为了完成提钩作业，需要旋转大于θ_min的角度，否则不能完成作业。

优选地，外部楔形提钩器包括楔形部和抬升部，楔形部的高度为H_斜面，抬升部的高度为H_抬升，两者之和需要大于等于某个常数，具体推导过程如下：

由于外部楔形提钩器在与可伸缩式车钩杆作用过程中，能够使可伸缩式车钩杆转动的最大角度为θ_max，且最大角度θ_max满足以下式子：

上式中，h_外为外部楔形提钩器的楔形部与车钩杆座之间的高度差，H_{外环-轨面}为外环到轨面的高度，即车体外侧的车钩杆杆座距离设备布设位置的轨面的地面高度，L_杆(外)为车钩杆外侧垂下部分的长度；

由于车钩杆是刚体，内外侧的转动角度应相同，因此为了完成提钩作业，车钩杆的最大转动角应该大于最小转动角，即0＜θ_min≤θ_max，可以得到cosθ_min＞cosθ_max,即

其中，属于数据规定的数据有：

H_{内环-销插}、H_{外环-轨面}、l_锁链、h_销、l_杆(内)、L_杆(外)；属于设备可变的数据有：H_斜面、H_抬升；

将上式进行整理，可得：

由于上式中右侧都是数据规定的数据，因此可用一个常数C表示，即：

H_斜面+H_抬升≥C。

优选地，可伸缩式车钩杆的尺寸应满足以下条件：

车钩杆外侧垂下部分的长度L_杆(外)，在未拉出时不能突出到车体外侧以影响列车的行进，当外部楔形提钩器不作业时，外部楔形提钩器的最高点应不与可伸缩式车钩杆有任何接触，可伸缩式车钩杆外侧垂下部尺寸应满足下述限制条件：

L_min杆(外)＜L_杆(外)＜H_{外环-轨面}-h₀

L_min杆(外)是为车钩杆外侧垂下部分长度的最小值；H_{外环-轨面}为外环到轨面的高度，是车体外侧的车钩杆座距离设备布设位置的轨面的地面高度；L_杆(外)为车钩杆外侧垂下部分的长度；h₀外部楔形提钩器楔形部的高度。

优选地，楔形部的角度(α)、长(a₀)、宽(b₀)、高(h₀或H_斜面)满足如下条件：

x_滚≤b₀

h₀+H_抬升≥C

h_min＜h₀＜H_{外环-轨面}-L_杆(外)

L_min杆(外)＜L_杆(外)＜H_{外环-轨面}-h₀

为了防止极限情况出现，可根据实际布设情况自行调整，x_滚为可伸缩式车钩杆的可滚动套筒结构的长度。

本发明的有益效果在于：

1)本设计中的可伸缩式车钩杆将一维的柱状结构在车辆横向铺展开，使车钩杆在车辆横向上可以自由移动，实现了拉出式的功能；

2)通过轴数或跨继电器短轨定位，降低了提钩环节中的定位过程对环境的依赖程度；

3)通过可伸缩式车钩杆和外部楔形提钩器的特殊结构设计，实现自动提钩作业；

4)能够兼容自动化提钩与人工提钩，能够保证在设备运转良好的情况下，可以自动完成提钩作业；在设备出现故障的情况下，作业人员仍可以完成人工提钩作业。满足了人工作业向自动化作业过渡时期的作业要求。

5)可伸缩式车钩杆保证了尚未配备外部楔形提钩器的车站仍可以通过作业人员完成提钩作业，保证了配备外部楔形提钩器的车站可以自动完成提钩作业。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种驼峰调车解体作业中提钩环节自动化作业方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种驼峰调车解体作业中提钩环节自动化作业系统的车钩分类、车辆编号和车组划分示意图；

图3为本发明实施例提供的一种驼峰调车解体作业中提钩环节自动化作业系统中整体结构图；

图4为本发明实施例提供的一种驼峰调车解体作业中提钩环节自动化作业系统中可伸缩式车钩杆结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种驼峰调车解体作业中提钩环节自动化作业系统中外部楔形提钩器的楔形部设计图和车钩杆两侧的运动过程示意图；

图6为本发明实施例提供的一种驼峰调车解体作业中提钩环节自动化作业系统中外部楔形提钩器的布设示意图；

图7为本发明实施例提供的一种驼峰调车解体作业中提钩环节自动化作业系统中跨继电器短轨的计数原理图。

附图标记

1-杆件主体，2-可滚动套筒，3-矩形结构，4-轴承，5-套筒固定螺母。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，本发明的实施方式不限于此。

如图1所示，一种驼峰调车解体作业中提钩自动化作业方法，包括以下步骤：

S1，作业前的预处理工作：在编组站到达场进行列检作业中的摘除风管作业环节时，将所有车辆车体的可伸缩式车钩杆拉出到车辆车体外侧的指定位置，为实现后续步骤中可伸缩式车钩杆与外部楔形提钩器间的接触做准备。

首先,如图2-1)所示，将车钩分为两大类：一是不需要进行提钩作业的车钩(非作业车钩)；二是需要进行提钩作业车钩，而需要进行提钩作业车钩又可分为未完成提钩作业的待解车钩(待解车钩)和已完成提钩作业的车钩(已解车钩)。

其次，如图2-2)所示，列车按照列车解体计划中的钩计划被解体为K个小车组，k为小车组编号,k＝1,2,…,K(小车组包括第一个车辆与最后一个车辆，当小车组内只有一个车辆，第一个车辆与最后一个车辆是同一个车辆)。基于列车的行进方向，并假设列车解体作业是在列车行进方向的左侧完成自动化提钩作业，且待解车钩位于小车组内最后一个车辆的末端。通过对第k个小车组内最后一个车辆的车钩进行提钩作业，形成第k个小车组。同时，待解车钩的数量与小车组的数量一一对应。列车被解体为K个小车组，共有K个待解车钩，共进行自动提钩作业K次。

需按照小车组编号次序完成相应待解车钩的提钩作业。且令k＝1,准备对第一个待解车钩进行提钩作业。

S2，提钩作业区域的计算：计算待解车钩的提钩作业区域的空间范围，明确待解车钩的提钩作业区域边界。可基于列车的车辆数，每个车辆的载重状态、装载情况，驼峰峰顶平台的长度、压钩坡的坡度、加速坡的坡度等，计算待解车钩所受的后方推力与前方拉力；当待解车钩后方推力与前方拉力相等时，即二力平衡的位置，此位置即为待解车钩的脱钩点(绷钩点)。以脱钩点为起点，在向调车机车方向(与行车方向相反的方向)的一段区间称为提钩作业区域。由于列车完成解体之后的小车组内的车辆数，每个车辆的载重状态、装载情况不同，不同待解车钩的提钩作业区域也不相同，不同待解车钩作业区域存在交叉或重叠的情况。

S3，外部楔形提钩器到达作业位置：外部楔形提钩器进入对第k个待解车钩的待作业状态。由于不同待解车钩的提钩作业区域范围不同，因此为了自动化作业的普遍性，采用两种方式布置外部楔形提钩器，固定式外部楔形提钩器的布置位置见图6-1)，且各种外部楔形提钩器的布置位置与计数设备分类见图6。

方式一为移动式外部楔形提钩器，具体方式为：在驼峰轨道旁边列车行进方向的左侧设置导轨，导轨上设置多个可以移动的外部楔形提钩器；在整体列车解体之前或在待解车钩进入其提钩作业区域范围之前，外部楔形提钩器提前进入提钩作业区域范围内并到达提钩点位置，采用“守株待兔”的模式为下一步提钩器的抬升做好准备。

方式二为固定式外部楔形提钩器，具体方式为：在驼峰轨道旁边列车行进方向的左侧设置多个外部楔形提钩器，楔形提钩器的数量可以满足所有可能提钩作业的需求，即在所有可能的提钩作业区域范围内至少存在1到2个楔形提钩器，采用“守株待兔”的模式，为下一步提钩器的抬升做好准备。

S4，所有未完成提钩作业的待解车钩实时位置的确定：

列车在解体过程中是一直在运行的，所以，需要实时确定所有待解车钩的位置，以便为S5中判断待解车钩车辆的头部是否进入提钩区域且通过外部楔形提钩器提供实时数据依据。对所有待解车钩的实时定位是在解体作业全过程中持续进行的。

基于列车到达计划中的编组内容、列车解体计划中的钩计划等原始数据，获取解体完成之后小车组内的车辆数和车辆轴数；根据计数器种类的不同，计算相应待解车钩的定位数据。通过以下两种方式(两种计数器)来获得待解车钩的实时位置，方式一：计轴器。从列车的第一个车辆到每个小车组的倒数第一个车辆的第一个轮对之间的全部轮对的总轴数和(包括了第一个车辆、小车组内最后一个车辆的第一个轮对、以及之间的全部轮对的总轴数)，即待解车钩行车方向之前除自身车辆的后三个轮对外到列车头车的所有车辆的总轴数和。方式二：跨继电器短轨。此时与短轨匹配的外部楔形提钩器布设在短轨列车行进方向的前端，可以通过不同的短轨之间的数据不停的校核待解车钩的位置。

根据选用计轴器的不同需要增加以下不同的步骤：

方式一：计轴器。

S4-1)确定计轴器的采样断面：针对每一个待解车钩的作业区域，至少有一个满足计数要求的采样断面。采样断面在该作业区域的外侧，且位于列车行进方向的后方。

S4-2)确定为待解车钩进行提钩作业的外部楔形提钩器提钩点位置与其采样断面之间的距离：外部楔形提钩器提钩点位置一定位于该采样断面在列车行进方向上的前方，同时，可确定外部楔形提钩器提钩点位置与该采样断面之间的距离L。

S4-3)计算第k个小车组内最后一辆车的头部通过该采样断面时的总轴数和指标为：R_k＝4j_k-3。式中各个字母的含义见对S4-3)中的轴数计算原理说明(下同)。

此指标的计算过程如下：

假设一列由n个车辆编组成的列车按照列车解体计划中的钩计划被分为K个小车组，每个小车组内有m_k辆车，并从列车头车向调车机车方向依次编号为1、2、…、n，则

用(i_k，j_k)表示第k个小车组，其中，i_k为第k个小车组中第一个车辆的编号，j_k为第k个小车组中最后一个车辆的编号。

这样的小车组共有K个。目前可以通过驼峰设备进行调车解体的车辆为四轴车，即每个车辆的底部由四个轮对构成，每两个轮对构成一个转向架。则每个小车组内倒数第一个车辆的第一个轮对到列车头车(包括列车头车以及小车组内倒数第一个车辆的第一个轮对，以及之间的所有轮对，不包括小车组内倒数第一个车辆的后三个轮对)的所有轴数和，即总轴数和为：

R_k＝4j_k-3

其中，k为小车组的编号，也就是待解车钩在作业顺序上的编号，取值为1到K。j_k为第k个小车组中最后一辆车的编号。

S4-4)统计通过采样断面的轴数：计轴器统计到的已经经过采样断面的轴数为R_k＝4j_k-3时，即第k个小车组内最后一辆车的头部通过该采样断面时的时刻记为t₀。

S4-5)则为第k个待解车钩进行提钩作业的外部楔形提钩器开始抬升时刻为

其中，t₀为第k个小车组内最后一辆车的头部通过采样断面的时刻。L是外部楔形提钩器提钩点位置与采样断面之间的距离，

为列车的平均行进速度。

外部楔形提钩器应在t₁时刻开始抬升。

方式二：跨继电器短轨。

跨继电器短轨的布置方法及计数原理为：每个短轨下配置一个继电器，当该短轨上有车辆轮对时，继电器短轨由于车辆的重量被下压，轨道电路被接通，继电器被吸起，短轨输出被轮对占用的信号。如图7-2和图7-5)所示，当继电器短轨处于轮对占用状态时，输出一个矩形波峰(持续为1)；当继电器短轨处于轮对非占用状态时，输出一个矩形波谷(持续为0)。当波峰突变波谷时(即输出信号由1突变0时)，即继电器短轨由轮对占用状态转变为非占用状态。

在此发明中，跨继电器短轨设备应满足以下要求：

当车辆的前一转向架离开继电器短轨，且车辆的后一转向架还未压上继电器短轨时，继电器短轨输出一个矩形波谷(持续为0)，此时对应的状态是车辆跨行短轨，即车辆中部在短轨上方，而轮对没有位于短轨上；当车钩车辆的及其前后车辆的转向架位于继电器短轨上时，继电器短轨输出一个矩形波峰(持续为1)，此时对应的状态是车辆的端部(前端或后端)在短轨上方，轮对位于短轨上。

为满足以上要求，对短轨设备的长度有以下要求：

在不考虑继电器短轨状态转换时间的情况下，针对继电器短轨输出矩形波谷(持续为0)的情况，对继电器短轨的长度限制如下：

L_轨＜l_内

式中，L_轨为满足要求的继电器短轨的长度；l_内为车辆底部转向架内侧相邻轮对之间的距离。

在不考虑继电器短轨状态转换时间的情况下，针对继电器短轨输出矩形波峰(持续为1)的情况，对继电器短轨的长度限制如下：

L_轨＞l_外

式中，L_轨为满足要求的继电器短轨的长度；l_外为前一车辆后转向架最后一个轮对与后一车辆前一转向架第一个轮对之间的距离。

轨道电路长度应满足以下条件：

l_外＜L_轨＜l_内

L_轨存在的条件或跨继电器短轨的适用条件为：

l_外＜l_内

即，列车内任意一个车辆底部转向架内侧相邻轮对之间的距离都必须大于列车内任意两个相邻车辆中前一车辆后转向架最后一个轮对与后一车辆前一转向架第一个轮对之间的距离。

具体计数原理和设备要求，见附图7及其说明。

此时与短轨匹配的外部楔形提钩器布设位置为短轨在列车行进方向的前端。可以通过不同的短轨之间的数据不停的校核待解车钩的位置。为了更好的完成计数，每个继电器短轨应匹配一个固定式或移动式外部楔形提钩器。且固定式外部楔形提钩器应位于短轨在列车行进方向上的前端；移动式外部楔形提钩器在进入作业区域时，应移动到短轨在列车行进方向上的前端。此时，待解车钩的具体提钩点位置是其提钩作业区域范围内继电器短轨在列车行进方向上的前端，该位置也就是待作业外部楔形提钩器进行提钩作业的提钩点位置。

设备的位置示意图见附图6-2)和附图6-3)。

当采用跨继电器短轨确定待解车钩的位置时，其位置的数据即为第k个小车组中最后一个车辆的编号j_k，即待解车钩车辆的编号。当与对第k个待解车钩进行提钩作业的待作业外部楔形提钩器相配套的继电器短轨输出的矩形波的数量为j_k时，且该矩形波消失的瞬间，即为对第k个待解车钩进行提钩作业的待作业外部楔形提钩器的抬升时刻。此时，待解车钩车辆在列车行进方向上的前转向架(即前两轮对)刚刚离开此继电器短轨，待解车钩车辆的车体位于此继电器短轨上，与之配套的待作业外部楔形提钩器开始抬升。继电器轨道电路输出矩形波以及设备抬升时间限制见附图7-5)。

S5，判断待解车钩车辆的头部是否进入提钩区域且通过外部楔形提钩器：用于确定外部楔形提钩器的开始抬升的时间点。当外部楔形提钩器抬升时，第k个小车组的倒数第二个车辆的车钩杆必须已经通过外部楔形提钩器，只有在第k个小车组的最后一个车辆的头部(即待解车钩车辆的头部)通过外部楔形提钩器之后才可以开始抬升。如果待解车钩车辆的头部未进入提钩区域，则继续等候待解车钩车辆的头部进入其提钩作业区域，继续回到S4；若待解车钩车辆的头部进入提钩作业区域且待解车钩车辆的头部通过外部楔形提钩器，则进行S6。

S6，外部楔形提钩器的抬升，进入对第k个待解车钩的作业状态，准备对第k个待解车钩进行提钩：进入或固定在提钩作业区域范围内提钩点位置的外部楔形提钩器，等候待解车钩进入其提钩作业区域，该外部楔形提钩器定义为待作业楔形提钩器。待作业外部楔形提钩器的计数设备在整个列车的解体作业过程中统计通过待作业外部楔形提钩器提钩点位置的车辆轴数；并在待解车钩车辆的头部通过待作业外部楔形提钩器位置后，待作业外部楔形提钩器在规定时间内抬起，进入作业状态(也就是确保非作业车钩和已解车钩通过外部楔形提钩器时，外部楔形提钩器处于不抬升的待作业状态；而待解车钩通过外部楔形提钩器时，外部楔形提钩器处于抬升的作业状态)。在小车组内的最后一个车辆的头部(即待解车钩车辆的头部)通过外部楔形提钩器时，外部楔形提钩器须在如下时间内抬升到规定位置，进入作业状态：

式中，

为解编形成第k个小车组时外部楔形提钩器的抬升时间限制，即当第k个小车组的最后一个车辆的车头通过外部楔形提钩器后，外部楔形提钩器必须在小于这个时间内抬升到作业位置。

为第k个小车组中的最后一个车辆的车长，即待解车钩车辆的车长，k代表该车辆所在的小车组编号。

为在第k个小车组的最后一个车辆经过外部楔形提钩器时，列车的平均行进速度，即待解车钩车辆经过外部楔形提钩器时，列车的平均行进速度。

(此处抬升时间限制与S8中的落下时间限制均是理论上的时间限制，在实际作业过程中。需要根据计数定位设备得到不同的列车运行距离，以对时间做相应的修正。)

S7，提钩作业的实现，完成对第k个待解车钩的自动化提钩。当外部楔形提钩器抬起到规定的作业位置之后，随着列车的不断行进，待解车钩的可伸缩式车钩杆中的可滚动套筒与外部楔形提钩器中的楔形部接触，可伸缩式车钩杆随着列车的行进，向后并向上旋转，从而将待解车钩的钩舌销提起，车钩达到全开状态，实现提钩作业，形成了第k个小车组。

S8，外部楔形提钩器的落下：完成第k提钩作业后，其外部楔形提钩器进入不作业状态。待解车钩经过外部楔形提钩器之后，待解车钩的可伸缩式车钩杆与外部楔形提钩器脱离。外部楔形提钩器必须在规定时间内缓缓落到不作业的地面位置，即不与列车中的其他非待解车钩(包括已解车钩和非作业车钩)的车钩杆发生作用。外部楔形提钩器必须在如下时间内落下：

式中，

为完成解编第k个小车组后外部楔形提钩器的落下时间限制，即当第k+1个小车组的第一个车辆的车尾通过外部楔形提钩器之前，外部楔形提钩器必须在小于这个时间内落到待作业的地面位置。

为第k+1个小车组中的第一个车辆的车长，即待解车钩后一车辆的车长，k+1代表该车辆所在的小车组编号。

为在第k+1个小车组中的第一个车辆经过外部楔形提钩器时，列车的平均行进速度，即待解车钩后一个车辆经过外部楔形提钩器时，列车的平均行进速度。

S9，判断是否需要结束作业。当列车并未全部解体完毕时，令k＝k+1，循环S2至S8的操作；当列车全部解体完毕时，即k＝K，所有的外部楔形提钩器全部落到不作业的地面位置，机车后退下峰。完成一次列车解体作业。

如图2所示，一种驼峰调车解体作业中提钩自动化作业系统，车组划分、车辆编号和车钩分类原则应参考此分类原则。

如图3所示，一种驼峰调车解体作业中提钩自动化作业系统，包括可伸缩式车钩杆、外部楔形提钩器，车辆或轮对计数设备；其中，可伸缩式车钩杆为一体式车钩杆，用于将车钩杆与外部提钩器的作用点拉出车体限界，并且通过本设备将外部提钩器的抬升作用力传导到钩舌销上；外部楔形提钩器用于迫使车钩杆旋转，使车钩杆的最低点抬高，进而将钩舌销被提起。

可伸缩车钩杆的设计

如图4-1)所示，一种可伸缩式车钩杆整体呈现9字形结构，包括杆件主体(1)、可滚动套筒(2)、矩形结构(3)。

其中杆件主体(1)位于可滚动套筒(2)位置的横断面为棱形，其余位置的纵断面均为圆形，杆件主体(1)用于将外部设备的作用力传递到钩舌销上。

可滚动套筒(2)包括具有一定数量的轴承(4)、两个套筒固定螺母(5)，其内部与杆件主体(1)的棱柱固定，外部具有纵向条纹密集的结构，位于车钩杆的一侧，可滚动套筒(2)用于将车钩杆与外部设备之间的滑动摩擦力转化为滚动摩擦力，延长设备使用寿命；轴承(4)用于实现滑动摩擦力向滚动摩擦力转化；套筒固定螺母(5)用于防止轴承及套筒沿杆件径向滑动。

矩形结构(3)位于车钩杆的另一侧，矩形结构(3)可以保证在行车过程中车钩杆在限界之内，在提钩作业的时候将车钩杆与提钩设备的作用点拉出限界。

如图4-2)所示，一种采用鞘形结构设计的可伸缩式车钩杆，在形状上与现有车钩杆一致，但在车钩杆中部具有一个可插入、拉出的鞘状结构，以实现可伸缩的功能，同样具有防止脱鞘的功能结构与可滚动的套筒结构。

如图5-1)所示，可伸缩式车钩杆需要转动的最小角度θ_min应满足的条件为：

上式中，H_{内环-销插}为车钩杆座与车钩上平面之间的高度，l_锁链为连接车钩杆内侧与钩舌销的铁锁链长度，h_销为钩舌销被完全拔出过程中向上移动的高度，l_杆(内)为车钩杆内侧下垂的长度。最小角度θ_min为车钩杆完成提钩作业所需的最小角度，即车钩杆为了完成提钩作业，需要旋转大于θ_min的角度，否则不能完成提钩作业。

如图5-2)所示，外部楔形提钩器包括楔形部和抬升部，楔形部的高度为H_斜面，抬升部的高度为H_抬升，两者之和大于等于某个常数，具体推导过程如下：

由于外部楔形提钩器在与可伸缩式车钩杆作用过程中，能够使可伸缩式车钩杆转动的最大角度为θ_max，且最大角度θ_max满足以下式子：

h_外＝H_{外环-轨面}-(H_斜面+H_抬升)

上式中，h_外为外部楔形提钩器的楔形部与车钩杆杆座之间的高度差，H_{外环-轨面}为外环到轨面的高度，是车体外侧的车钩杆杆座距离设备布设位置的轨面的地面高度，L_杆(外)为车钩杆外侧垂下部分的长度；

由于车钩杆是刚体，内外侧的转动角度应相同。因此为了完成提钩作业，车钩杆的最大转动角应该大于最小转动角，即0＜θ_min≤θ_max，可以得到cosθ_min≥cosθ_max,即

其中，属于数据规定的数据有：

H_{内环-销插}、H_{外环-轨面}、l_锁链、h_销、l_杆(内)、L_杆(外)；属于设备可变的数据有：H_斜面、H_抬升；

将上式进行整理，可得：

由于上式中右侧都是数据规定的数据，因此可用一个常数C表示，即：

H_斜面+H_抬升≥C

车钩杆外侧垂下部分的长度L_杆(外)，在未拉出时不能突出到车体外侧以影响列车的行进。当外部楔形提钩器不作业时，外部楔形提钩器的最高点应不与可伸缩式车钩杆有任何接触。可伸缩式车钩杆外侧垂下部尺寸应满足下述限制条件：

L_min杆(外)＜L_杆(外)＜H_{外环-轨面}-h₀

L_min杆(外)是为车钩杆外侧垂下部分的长度的最小值；H_{外环-轨面}为外环到轨面的高度，是车体外侧的车钩杆座距离设备布设位置的轨面的地面高度；L_杆(外)为车钩杆外侧垂下部分的长度；h₀外部楔形提钩器楔形部的高度。

楔形部的坡度设计：

如图5-2)所示，可伸缩式车钩杆外部下垂部分在作业时的转动过程可分为两个状态：第一类状态、第二类状态。

第一类状态：可伸缩式车钩杆有且仅有下部可滚动的套筒结构与外部楔形提钩器的楔形部斜面接触作用，由于可伸缩式车钩杆中可滚动套筒结构的存在，此时二者之间的作用力为滚动摩擦力。

第二类状态：可伸缩式车钩杆与外部楔形提钩器的楔形部作用点位于可伸缩式车钩杆的下垂杆件部分，而非可滚动的套筒结构；此时，可伸缩式车钩杆的下垂杆件与外部楔形提钩器的楔形部上角顶点直接作用，对车钩杆及外部楔形提钩器损坏严重。

为保护作业装置，应尽可能将整个接触过程全部限制在第一类状态下，而第一、二类状态与车钩杆的最大转动角度θ_max，以及外部楔形部的坡度α相关。

当θ_max≤π/2-α时，车钩杆的运动状态不存在第二类状态，均为第一类状态；

当θ_max＞π/2-α时，车钩杆的运动状态存在第二类状态，且

时，为第一状态进入第二状态的临界值。

可知满足

条件时，可保证外部楔形提钩器与可伸缩式车钩杆的整个接触过程中接触状态均为第一类状态。因此，为了保证外部楔形提钩器与可伸缩式车钩杆在第一类状态下，完成相应的提钩作业，应满足如下条件：

α是外部楔形部的坡度。

楔形部的长、宽、高设计:

如图5-2)、图5-3)、图5-4)所示，对外部楔形提钩器楔形部的尺寸进行说明。

(1)长(a₀)：在设计外部楔形提钩器楔形部的时候，可以优先确定高和宽，根据角度和直角三角形的几何性质，得到外部楔形提钩器楔形部的长。

(2)宽(b₀)：如图6-2)和图6-3)所示，楔形部最远点与轨道中心线的距离为X；如图5-3)所示，车钩杆完全拉出之后外侧下垂部位与钩舌销的距离为x，滚动部的长度为x_滚，楔形部的宽度要保证在设备与车钩杆作用的时候，车钩杆的可滚动的套筒结构应始终位于楔形部坡面上，那么在这个原则下，楔形部的宽度有如下限制：

楔形部宽度左边限制满足：

x≤X

楔形部宽度右边限制满足：

x-x_滚≥X-b₀

上述限制成立的一个最基本条件就是：

x_滚≤b₀

也就是楔形部的最小宽度b_0，min为:

b_0，min＝x_滚

(3)高(h₀或H_斜面)：根据上述推导可得，外部楔形提钩器楔形部的高度和外部楔形提钩器的抬升部的抬升高度之和大于等于一个定值。但楔形部的高度应单独满足以下限制条件：

当外部楔形提钩器不作业时，外部楔形提钩器的最高点应不与可伸缩式车钩杆有任何接触，其楔形部的高度应满足：

h₀+L_杆(外)＜H_{外环-轨面}

在外部楔形提钩器楔形部的坡度α确定的情况下有以下事实：在不作业时，外部楔形提钩器楔形部的高度h₀越小，外部楔形提钩器的楔形部越不易与车钩杆发生相碰；在作业时，当外部楔形提钩器楔形部的高度h₀越小，外部楔形提钩器楔形部的坡面(即，可滚动的套筒与坡面之间的接触面积)就越小，此时外部楔形提钩器就越不能很好的与可伸缩式车钩杆接触。因此，外部楔形提钩器的楔形部高度应在一个范围内取一个合理的值，即。

h_min＜h₀＜H_{外环-轨面}-L_杆(外)

h_min为高度h₀的最小值。

基于以上分析，可以发现外部楔形提钩器楔形部的设计应满足如下条件：

x_滚≤b₀

h₀+H_抬升≥C

h_min＜h₀＜H_{外环-轨面}-L_杆(外)

L_min杆(外)＜L_杆(外)＜H_{外环-轨面}-h₀

在实际的应用中，外部楔形提钩器的长(a₀)、宽(b₀)、高(h₀)，车钩杆外侧垂下部分的长度L_杆(外)，可以根据实际情况进行统一制式调整，以确保适用所有的提钩作业。

如图6所示，对外部楔形提钩器的布设进行说明：

图6-1)为外部楔形提钩器布设图(侧视)，轨道旁布置多个外部楔形提钩器，布置距离、布置区域与布置数量均应根据实际作业需要进行改变。需要注意的是，本示意图只是一种示意图，并非只能按照图中的方式、数目、位置来布置。

图6-2)和图6-3)为外部楔形提钩器布设图(俯视)，图中X为外部楔形提钩器的楔形部最远点与轨道中心线的距离。应根据实际作业情况进行确定，但要保证可伸缩式的车钩杆在被拉出的情况下，其最远点能达到外部楔形提钩器的楔形部的最远点。

如图7所示，对采用跨继电器短轨进行计数进行说明：

图7-1)为标准车辆组成的车组车底长度结构

本发明中假设组成列车的车辆均为标准车辆，图7-1)即为标准车辆组成的车组车底的长度示意，非标准车辆组成的车组车底长度可根据实际情况进行确定。

图7-2)为跨继电器短轨计数原理，图7-3)为车组占用继电器短轨情况示意图

如图7-2)所示的跨继电器短轨计数基本原理为：

当车辆的前一转向架离开继电器短轨，且车辆的后一转向架还未压上继电器短轨时，继电器短轨输出一个矩形波谷(持续为0)，说明该短轨处于轮对未被占用状态；当车钩的及其前后车辆的转向架位于继电器短轨上时，继电器短轨输出一个矩形波峰(持续为1)，说明该短轨处于被轮对占用状态。

在上述计数原理下，如图7-3)中所示的继电器短轨的轨道划分长度应该满足以下条件：

当车辆的中部在继电器短轨上方，继电器短轨输出矩形波谷(持续为0)的情况，此时对应的状态是车辆跨行短轨，即车辆中部在短轨上方，而轮对没有位于短轨上，此时在不考虑继电器短轨状态转换时间的情况下，针对继电器短轨的长度限制如下：

L_轨＜l_内

式中，L_轨为满足要求的继电器短轨的长度；l_内为车辆底部转向架内侧相邻轮对之间的距离。

当车辆的端部在在继电器短轨上方，继电器短轨输出矩形波峰(持续为1)的情况，此时对应的状态是车辆的端部(前端或后端)在短轨上方，轮对位于短轨上，此时在不考虑继电器短轨状态转换时间的情况下，对继电器短轨的长度限制如下：

L_轨＞l_外

式中，L_轨为满足要求的继电器短轨的长度；l_外为前一车辆后转向架最后一个轮对与后一车辆前一转向架第一个轮对之间的距离。

因此，图7-3)中的轨道电路长度应满足以下条件：

l_外＜L_轨＜l_内

L_轨存在的条件或跨继电器短轨的适用条件为：

l_外≤l_内

即，列车内任意一个车辆底部转向架内侧相邻轮对之间的距离都必须大于列车内任意两个相邻车辆中前一车辆后转向架最后一个轮对与后一车辆前一转向架第一个轮对之间的距离。

图7-4)为外部楔形提钩器作业时位置示意图

对于双转向架车辆来说：当计数达到j_k时，说明第j_k车辆前轮对刚好运动到该短轨上。当波形图由波峰转变为波谷时，说明第j_k车辆前转向架轮对离开短轨而后转向架轮对没有运动到该短轨上，外部楔形提钩器开始抬升，此时处于短轨上和提钩器设备旁的车辆为待解车钩车辆。同样，j_k也是待解车钩车辆在列车中的序号。

为了实现在上述基于跨继电器短轨计数的抬升时刻外部楔形提钩器开始抬升，外部楔形提钩器在作业时必须布置在继电器短轨在行进方向上的前端。当待解车钩车辆的前一转向架离开继电器短轨时，输出波形发生突变，此时待解车钩车辆头部恰好通过外部楔形提钩器。此时，待解车钩的具体提钩点位置是其提钩作业区域范围内继电器短轨在列车行进方向上的前端，该位置也就是待作业外部楔形提钩器进行提钩作业的提钩点位置。

移动式的外部楔形提钩器需要在作业时移动到相应继电器短轨在列车行进方向上的前端；固定式的外部楔形提钩器需要布置在相应继电器短轨在列车行进方向上的前端。

图7-5)为继电器短轨输出的矩形波及外部楔形提钩器抬升时间示意图

外部楔形提钩器的抬升时刻为第j_k个矩形波消失的瞬间，外部楔形提钩器与可伸缩式车钩杆的作业时刻为第j_k+1个矩形波的中间位置。其具体时间长度可根据列车走行速度以及计数位置与待解车钩之间的距离共同确定。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的流程并不一定是实施本发明所必须的。

针对该发明的补充说明：

1、发明属于作业原理，在实际应用中，利用外部楔形提钩器对待解车钩有次序的进行作业；对非作业车钩不接触、不处理；对已解车钩在作业完成后不处理，不接触。在实际应用中，无论是上提钩还是下提钩，只要是通过本发明所述的提钩作业原理进行提钩作业的，都属于本发明的保护范围。

2、针对作业顺序，在实际应用中，无论是否按照小车组编号顺序来进行提钩作业，只要是通过本发明所述的提钩作业原理进行提钩作业的，都属于本发明的保护范围。

3、发明属于基本动作，在实际应用中，如果两个连续待解车钩的作业区域且作业点(外部楔形提钩器)相同，而且下一个待解车钩所在的小车组内仅有一辆车时，外部楔形提钩器可以不降落，直接进入作业状态，都属于本发明的保护范围。

4、针对特殊情况，在实际应用中，如果列车解编之后的小车组规模相等或调度指挥中心可以向列检作业人员提供准确的待解车钩位置，也可以仅拉出指定车钩的可伸缩式车钩杆，此种操作可以省略外部楔形提钩器的下落过程，都属于本发明的保护范围。

5、针对特殊情况，在实际作业中，本发明中所述作业原理和车钩杆、提钩器、定位设备可随实际作业情况进行相应的适应性更改，无论在什么条件下进行提钩作业，只要是利用本发明所述作业原理和车钩杆、提钩器、定位设备等设备的任意组合进行作业的，都属于本发明的保护范围。

6、针对作业设备，在实际应用中，无论提钩器是楔形的、非楔形的，只要是通过机车的推力并辅以提钩器的物理几何外形来迫使车钩杆旋转的提钩设备，都属于本发明的保护范围。

7、针对作业设备，在实际应用中，无论是拉出式的、可伸缩式的、卡口式的、外加设备式的，只要是可以将车钩杆与外部提钩设备的接触点移到限界之外的车钩杆制式，都属于本发明的保护范围。

8、针对特殊情况，在实际应用中，待解车钩车辆前端的定位可以采用计轴的方法，也可以采用跨继电器短轨的方法，只要是采用以上两种方法或采用两种方法组合来完成待解车钩车辆前端定位的，都属于的本发明的保护范围。

9、针对特殊情况，在实际应用中，如果采用在列车行进方向的右侧完成自动化提钩作业的，也可以通过改变本发明中的设备控制方法来完成相关作业，只要是利用本发明所述的提钩作业原理、以及设备及设备组合进行提钩作业的，都属于本发明的保护范围。

10、针对数据交互，在实际应用中，无论通信实现原理是无线的、有线的，只要是实现车辆轴数或车辆数在定位数据采集设备与外部提钩设备之间传递的，只要是通过本发明所述的数据交互原理进行数据交互的，都属于本发明的保护范围。

11、针对数据处理，在实际应用中，无论数据的处理方式是集中式的、分散式的、复合式的，只要是通过本发明中所述的数据处理原理来完成待解车钩定位数据处理的，都属于本发明的保护范围。

12、针对计轴原理，在本发明说明书中，叙述的是采样断面后置的方法；在实际应用中，采样断面前置也可通过本发明中所述的计算原理完成计算，只要是通过本发明所述的计轴原理完成待解车钩定位的，都属于本发明的保护范围。

13、针对计轴原理，在实际应用中，也可采用多个采样断面进行互相校核的方法来保证计轴的精度。只要是通过本发明所述的计轴原理完成待解车钩定位的，都属于本发明的保护范围。

14、针对作业数据，在本发明说明书中，S6中的外部楔形提钩器的抬升时间限制与S8中的外部楔形提钩器的下落时间限制均为理论数值；在实际应用中，应根据定位设备的类型对外部楔形提钩器的抬升时间限制和下落时间限制进行修正，即根据列车上的定位点的特点对时间限制计算中的车长进行修正，只要是采用本发明所述的提钩作业原理进行提钩作业的，都属于本发明的保护范围。

15、针对作业整体，在实际应用中，只要采用本发明中任何部分或者任何部分的组合，或者是对作业流程的简化设计、复杂化设计，若实际应用中自动化作业基本原理与本发明所述基本原理相似的，都属于本发明的保护范围。

16、针对作业设备，在实际应用中，基于车钩杆的设计原理对车钩杆的变形设计，基于外部楔形提钩器的设计原理对外部楔形提钩器的变形设计，基于跨短轨进行计数的设计原理对跨短轨技术方法的变形设计，只要是设备抽象模型与本发明中所述的设备模型相似的，都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种驼峰调车解体作业中提钩自动化作业方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，作业前的预处理工作：在编组站到达场进行列检作业中的摘除风管作业环节时，将所有车辆车体的可伸缩式车钩杆拉出到车辆车体外侧的指定位置，为实现后续步骤中可伸缩式车钩杆与外部楔形提钩器间的接触做准备；具体包括以下步骤：

首先，将车钩分为两大类：一是不需要进行提钩作业的车钩(即非作业车钩)；二是需要进行提钩作业车钩，而需要进行提钩作业车钩又可分为未完成提钩作业的待解车钩(即待解车钩)和已完成提钩作业的车钩(即已解车钩)；

其次，假设列车按照列车解体计划中的钩计划被解体为K个小车组，k为小车组编号,k＝1,2,…,K(小车组包括第一个车辆与最后一个车辆，当小车组内只有一个车辆，第一个车辆与最后一个车辆是同一个车辆)；基于列车的行进方向，并假设列车解体作业是在列车行进方向的左侧完成自动化提钩作业的，且待解车钩位于小车组内最后一个车辆的末端；通过对第k个小车组内最后一个车辆的车钩进行提钩作业，形成第k个小车组；同时，待解车钩数量与小车组数量一一对应，列车被解体为K个小车组，共有K个需要进行提钩作业的车钩，共进行自动提钩作业K次；

需按照小车组编号次序完成相应待解车钩的提钩作业，且令k＝1,准备对第一个待解车钩进行提钩作业；

S2，提钩作业区域的计算：计算待解车钩的提钩作业区域的空间范围，明确待解车钩的提钩作业区域边界；具体为：

基于列车的车辆数，每个车辆的载重状态、装载情况，驼峰峰顶平台的长度、压钩坡的坡度、加速坡的坡度等，计算待解车钩所受的后方推力与前方拉力；当待解车钩后方推力与前方拉力相等时，即二力平衡的位置，此位置即为待解车钩的脱钩点(绷钩点)，以脱钩点为起点，在向调车机车方向(即与行车方向相反的方向)的一段区间称为提钩作业区域；由于列车完成解体之后的小车组内的车辆数，每个车辆的载重状态、装载情况不同，不同待解车钩的提钩作业区域也不相同，不同待解车钩作业区域存在交叉或重叠的情况；

S3，外部楔形提钩器到达作业位置；具体为：

外部楔形提钩器进入对第k个待解车钩的待作业状态，由于不同待解车钩的提钩作业区域范围不同，采用两种方式布置外部楔形提钩器：

方式一，移动式外部楔形提钩器，具体为：在驼峰轨道旁边列车行进方向的左侧设置导轨，导轨上设置多个可以移动的外部楔形提钩器；在整体列车解体之前或在待解车钩进入其提钩作业区域范围之前，外部楔形提钩器提前进入提钩作业区域范围内并到达提钩点位置，采用“守株待兔”的模式为下一步提钩器的抬升做好准备；

方式二，固定式外部楔形提钩器，具体方式为：在驼峰轨道旁边列车行进方向的左侧设置多个外部楔形提钩器，楔形提钩器的数量可以满足所有可能提钩作业的需求，即在所有可能的提钩作业区域范围内至少存在1到2个楔形提钩器，采用“守株待兔”的模式，为下一步提钩器的抬升做好准备；

S4，所有未完成提钩作业的待解车钩实时位置的确定；具体为：

基于列车到达计划中的编组内容、列车解体计划中的钩计划等原始数据，获取解体完成之后小车组内的车辆数和车辆轴数；主要用于判断待解车钩车辆的头部是否进入提钩区域且通过外部楔形提钩器，确定外部楔形提钩器的抬升时机；可以采用计算轴数或车辆数的方法，来确定待解车钩车辆的头部是否进入提钩区域且通过外部楔形提钩器：两种计数方式为：

一，计轴器：从列车的第一个车辆到每个小车组的倒数第一个车辆的第一个轮对之间的全部轮对的总轴数和(包括了第一个车辆、小车组内最后一个车辆的第一个轮对、以及之间的全部轮对的总轴数)，即待解车钩行车方向之前除自身车辆的后三个轮对外到列车头车的所有车辆的总轴数和；

二，跨继电器短轨：此时与短轨匹配的外部楔形提钩器布设在短轨列车行进方向的前端，可以通过不同的短轨之间的数据不停的校核待解车钩的位置；

S5，判断待解车钩车辆的头部是否进入其提钩作业区域且通过外部楔形提钩器，用于确定外部楔形提钩器的开始抬升的时间点；具体为：

当外部楔形提钩器抬升时，第k个小车组的倒数第二个车辆的车钩杆必须已经通过外部楔形提钩器，只有在第k个小车组的最后一个车辆的头部(即待解车钩车辆的头部)经过外部楔形提钩器之后才可以开始抬升；如果待解车钩车辆的头部未进入提钩区域，则继续等候待解车钩车辆的头部进入其提钩作业区域，继续回到S4；若待解车钩车辆的头部进入其提钩作业区域且待解车钩车辆的头部通过外部楔形提钩器，则进行S6；

S6，外部楔形提钩器的抬升，进入对第k个待解车钩的作业状态，准备对第k个待解车钩进行提钩；具体为：

进入提钩作业区域范围内提钩点位置的外部楔形提钩器，等候待解车钩进入其提钩作业区域，该外部楔形提钩器定义为待作业楔形提钩器；待作业外部楔形提钩器的计数设备在整个列车的解体作业过程中统计通过待作业外部楔形提钩器提钩点位置的车辆轴数或车辆数；并在待解车钩车辆的头部通过待作业外部楔形提钩器后，待作业外部楔形提钩器在规定时间内抬起，进入作业状态，即确保非作业车钩和已解车钩通过外部楔形提钩器时，外部楔形提钩器处于不抬升的待作业状态，而待解车钩通过外部楔形提钩器时，外部楔形提钩器处于抬升的作业状态；在小车组内的最后一个车辆的头部(即待解车钩车辆的头部)通过外部楔形提钩器时，外部楔形提钩器须在如下时间内抬升到规定位置，进入作业状态：

式中，

为解编形成第k个小车组时外部楔形提钩器的抬升时间限制，即当第k个小车组的最后一个车辆的车头通过外部楔形提钩器后，外部楔形提钩器必须在小于这个时间内抬升到作业位置；

为第k个小车组中的最后一个车辆的车长，即待解车钩车辆的车长，k代表该车辆所在的小车组编号；

为在第k个小车组的最后一个车辆经过外部楔形提钩器时，列车的平均行进速度，即待解车钩车辆经过外部楔形提钩器时，列车的平均行进速度；

S7，提钩作业的实现，完成对第k个待解车钩的自动化提钩；具体为：

当外部楔形提钩器抬起到规定的作业位置之后，随着列车的不断行进，待解车钩的可伸缩式车钩杆中的可滚动套筒与外部楔形提钩器中的楔形部接触，可伸缩式车钩杆随着列车的行进，向后并向上旋转，从而将待解车钩的钩舌销提起，车钩达到全开状态，实现提钩作业，形成了第k个小车组；

S8，外部楔形提钩器的落下，完成第k提钩作业后，其外部楔形提钩器进入不作业状态；具体为：

待解车钩经过外部楔形提钩器之后，待解车钩的可伸缩式车钩杆与外部楔形提钩器脱离，外部楔形提钩器必须在规定时间内缓缓落到不作业的地面位置，即不与列车中的其他非待解车钩(包括已解车钩和非作业车钩)的车钩杆发生作用，外部楔形提钩器必须在如下时间内落下：

式中，

为完成解编第k个小车组后外部楔形提钩器的落下时间限制，即当第k+1个小车组的第一个车辆的车尾通过外部楔形提钩器之前，外部楔形提钩器必须在小于这个时间内落到待作业的地面位置；

为第k+1个小车组中的第一个车辆的车长，即待解车钩后一车辆的车长，k+1代表该车辆所在的小车组编号；

为在第k+1个小车组中的第一个车辆经过外部楔形提钩器时，列车的平均行进速度，即待解车钩后一个车辆经过外部楔形提钩器时，列车的平均行进速度；

S9，判断是否需要结束作业；具体为：

当列车并未全部解体完毕时，令k＝k+1，循环S2至S8的操作；当列车全部解体完毕时，即k＝K，所有的外部楔形提钩器全部落到不作业的地面位置，机车后退下峰，完成一次列车解体作业。

2.根据权利要求1所述的一种驼峰调车解体作业中提钩自动化作业方法，其特征在于，S4中的待解车钩位置的计算采用计轴器时，此时计轴器均是车轮检测器，车轮检测器安装在轨道上，属于非接触式的传感器；当车轮通过此车轮检测器时，车轮检测器内部产生电磁脉冲，根据电磁脉冲的产生次数即可实现计轴；

此时S4具体包括以下步骤：

S4-1)确定计轴器的采样断面：针对每一个待解车钩的作业区域，至少有一个满足计数要求的采样断面，采样断面在该作业区域的外侧，且位于列车行进方向的后方；

S4-2)确定为待解车钩进行提钩作业的外部楔形提钩器提钩点位置与其采样断面之间的距离：外部楔形提钩器提钩点位置一般位于该采样断面在列车行进方向上的前方，同时，可确定外部楔形提钩器提钩点位置与该采样断面之间的距离L；

S4-3)计算第k个小车组内最后一辆车的头部通过该采样断面时的总轴数和指标为：R_k＝4j_k-3；具体为：

假设一列由n个车辆编组成的列车按照列车解体计划中的钩计划被分为K个小车组，每个小车组内有m_k辆车，并从列车头车向调车机车方向依次编号为1、2、…、n，则

用(i_k，j_k)表示第k个小车组，其中，i_k为第k个小车组中第一个车辆的编号，j_k为第k个小车组中最后一个车辆的编号；

小车组共有K个，通过驼峰设备进行调车解体的车辆为四轴车，即每个车辆的底部由四个轮对构成，每两个轮对构成一个转向架，则每个小车组内倒数第一个车辆的第一个轮对到列车头车(包括列车头车以及小车组内倒数第一个车辆的第一个轮对，以及之间的所有轮对，不包括小车组内倒数第一个车辆的后三个轮对)的所有轴数和，即总轴数和为：

R_k＝4j_k-3

其中，k为小车组的编号，也就是待解车钩在作业顺序上的编号，取值为1到K，j_k为第k个小车组中最后一辆车的编号；

S4-4)统计通过采样断面的轴数：计轴器统计到的已经经过采样断面的轴数为R_k＝4j_k-3时，即第k个小车组内最后一辆车的头部通过该采样断面时的时刻记为t₀；

S4-5)则为第k个待解车钩进行提钩作业的外部楔形提钩器开始抬升时刻为

其中，t₀为第k个小车组内最后一辆车的头部通过采样断面的时刻，L是外部楔形提钩器提钩点位置与采样断面之间的距离，

为列车的平均行进速度。

3.根据权利要求1所述的一种驼峰调车解体作业中提钩自动化作业方法，其特征在于，S4中的待解车钩位置的计算采用采用跨继电器短轨时，相应的布置方法和计数步骤如下：

每个短轨下配置一个继电器，当该短轨上有车辆轮对时，继电器短轨由于车辆的重量被下压，轨道电路被接通，继电器被吸起，短轨输出被轮对占用的信号；当继电器短轨处于轮对占用状态时，输出一个矩形波峰(持续为1)；当继电器短轨处于轮对非占用状态时，输出一个矩形波谷(持续为0)，当波峰突变波谷时(即输出信号由1突变0时)，即继电器短轨由轮对占用状态转变为非占用状态；

每个继电器短轨应匹配一个固定式或移动式外部楔形提钩器，固定式外部楔形提钩器应位于短轨在列车行进方向上的前端；移动式外部楔形提钩器在进入作业区域时，应移动到短轨在列车行进方向上的前端；此时，待解车钩的具体提钩点位置是其提钩作业区域范围内继电器短轨在列车行进方向上的前端，该位置也就是待作业外部楔形提钩器进行提钩作业的提钩点位置；

当待解车钩位置的确定采用跨继电器短轨时，其位置的数据即为第k个小车组中最后一个车辆的编号j_k，即待解车钩车辆的编号；当与对第k个待解车钩进行提钩作业的待作业外部楔形提钩器相配套的继电器短轨输出的矩形波的数量为j_k时，且该矩形波消失的瞬间，即为对第k个待解车钩进行提钩作业的待作业外部楔形提钩器的抬升时刻；此时，待解车钩车辆在列车行进方向上的前转向架(即前两轮对)刚刚离开此继电器短轨，此时待解车钩车辆的车体位于此继电器短轨上，与之配套的待作业外部楔形提钩器开始抬升。

4.根据权利要求2所述的一种驼峰调车解体作业中提钩自动化作业方法，其特征在于，车轮检测器采用双轮检测器，用于检测列车行进速度、运动方向；具体为：双轮检测器由一对布设有一定距离的车轮检测器组成，根据这对车轮检测器的距离、脉冲和时间之间的差异，从而确定列车行进速度，运动方向。

5.一种驼峰调车解体作业中提钩自动化作业系统，其特征在于，包括可伸缩式车钩杆、外部楔形提钩器，计数设备；其中，可伸缩式车钩杆用于将车钩杆与外部提钩器的作用点拉出车体限界，并且将外部提钩器的抬升作用力传导到钩舌销上；外部楔形提钩器用于迫使车钩杆旋转，使车钩杆的最低点抬高，进而将钩舌销被提起；计数设备为作业方法中采用的计轴器和跨继电器短轨。

6.根据权利要求5所述的一种驼峰调车解体作业中提钩自动化作业系统，其特征在于，可伸缩式车钩杆包括杆件主体(1)、可滚动套筒(2)、矩形结构(3)；

其中杆件主体(1)位于可滚动套筒(2)位置的横断面为棱形，其余位置的纵断面均为圆形，杆件主体(1)用于将外部设备的作用力传递到钩舌销上；

可滚动套筒(2)包括具有一定数量的轴承(4)、两个套筒固定螺母(5)，其内部由杆件主体(1)的棱柱固定，外部具有纵向条纹密集的结构，位于车钩杆的一侧，可滚动套筒(2)用于将车钩杆与外部设备之间的滑动摩擦力转化为滚动摩擦力,延长设备使用寿命；轴承(4)用于实现滑动摩擦力向滚动摩擦力转化；套筒固定螺母(5)用于防止轴承及套筒沿杆件径向滑动；

矩形结构(3)位于车钩杆的另一侧，矩形结构(3)可以保证在行车过程中车钩杆在限界之内，在提钩作业的时候将车钩杆与提钩设备的作用点拉出限界；

为满足作业需求，可伸缩式车钩杆需要转动的最小角度θ_min应满足的条件为：

上式中，H_{内环-销插}为车钩杆座与车钩上平面之间的高度，l_锁链为连接车钩杆内侧与钩舌销的铁锁链长度，h_销为钩舌销被完全拔出过程中向上移动的高度，l_杆(内)为车钩杆内侧下垂的长度；最小角度θ_min为车钩杆完成提钩作业所需的最小角度，即车钩杆为了完成提钩作业，需要旋转大于θ_min的角度，否则不能完成作业。

7.根据权利要求5所述的一种驼峰调车解体作业中提钩自动化作业系统，其特征在于，外部楔形提钩器包括楔形部和抬升部，楔形部的高度为H_斜面，抬升部的高度为H_抬升，两者之和需要大于等于某个常数，具体推导过程如下：

由于外部楔形提钩器在与可伸缩式车钩杆作用过程中，能够使可伸缩式车钩杆转动的最大角度为θ_max，且最大角度θ_max满足以下式子：

h_外＝H_{外环-轨面}-(H_斜面+H_抬升)

上式中，h_外为外部楔形提钩器的楔形部与车钩杆座之间的高度差，H_{外环-轨面}为外环到轨面的高度，即车体外侧的车钩杆杆座距离设备布设位置的轨面的地面高度，L_杆(外)为车钩杆外侧垂下部分的长度；

由于车钩杆是刚体，内外侧的转动角度应相同，因此为了完成提钩作业，车钩杆的最大转动角应该大于最小转动角，即0＜θ_min≤θ_max，可以得到cosθ_min≥cosθ_max，即

其中，属于数据规定的数据有：

H_{内环-销插}、H_{外环-轨面}、l_锁链、h_销、l_杆(内)、L_杆(外)；属于设备可变的数据有：H_斜面、H_抬升；

将上式进行整理，可得：

由于上式中右侧都是数据规定的数据，因此可用一个常数C表示，即：

H_斜面+H_抬升≥C。

8.根据权利要求5所述的一种驼峰调车解体作业中提钩自动化作业系统，其特征在于，可伸缩式车钩杆的尺寸应满足以下条件：

车钩杆外侧垂下部分的长度L_杆(外)，在未拉出时不能突出到车体外侧以影响列车的行进，当外部楔形提钩器不作业时，外部楔形提钩器的最高点应不与可伸缩式车钩杆有任何接触，可伸缩式车钩杆外侧垂下部尺寸应满足下述限制条件：

L_min杆(外)＜L_杆(外)＜H_{外环-轨面}-h₀

L_min杆(外)是为车钩杆外侧垂下部分长度的最小值；H_{外环-轨面}为外环到轨面的高度，是车体外侧的车钩杆座距离设备布设位置的轨面的地面高度；L_杆(外)为车钩杆外侧垂下部分的长度；h₀外部楔形提钩器楔形部的高度。

9.根据权利要求7所述的一种驼峰调车解体作业中提钩自动化作业系统，其特征在于，楔形部的角度(α)、长(a₀)、宽(b₀)、高(h₀或H_斜面)满足如下条件：

x_滚≤b₀

h₀+H_抬升≥C

h_min＜h₀＜H_{外环-轨面}-L_杆(外)

L_min杆(外)＜L_杆(外)＜H_{外环-轨面}-h₀

为了防止极限情况出现，可根据实际布设情况自行调整，x_滚为可伸缩式车钩杆的可滚动套筒结构的长度。

10.根据权利要求5所述的一种驼峰调车解体作业中提钩自动化作业系统，其特征在于，可伸缩式车钩杆采用鞘形结构设计，在车钩杆中部具有一个可插入、拉出的鞘状结构，以实现可伸缩的功能，具有防止脱鞘的功能结构与可滚动的套筒结构。

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