运营管理
铁路客车智能上水设备研制与改进
谢程1， 宋春天2
（1.江苏双美轨道交通科技有限公司，江苏 常州 213022；2.济南铁路物资工业集团有限公司，山东 济南 250216）
摘要：随着我国铁路营业里程不断增加，列车在站停留时间逐渐缩短，研制更加智能化的铁
路客车上水设备，以提高上水效率、降低劳动强度、保证饮水安全成为重要需求。通过分析我国铁路传统手工上水和现有自动上水设备存在的问题，创新提出采用单列叠层式卷管机构、具备预排水功能和应急断裂功能，以及在上水、收管、遥控等环节具备更强控制能力的铁路客车智能上水设备，并通过上水设备数据采集系统、后台管理系统进行铁路客车上水设备智能化采集与管理。目前，基于上述原理研制的铁路客车智能上水设备已在青岛北站、阜阳西站、贵阳站和汉口站等投入实际应用，反馈良好，也为未来现代化铁路客车智能上水设备的进一步优化改进提供了方向。
关键词：铁路客车；智能上水；上水设备；给排水
中图分类号：U270.385 文献标识码：A 文章编号：1001-683X（2023）05-0125-05
DOI：10.19549/j.issn.1001-683x.2022.11.23.004
0 引言
铁路站段给排水中的客车上水设备作为铁路运输基础设施的重要组成部分，关乎旅客旅途生活的基本需求，其正常运行对铁路运输具有重要意义。然而，随着列车的营业里程不断增加，列车在站停留时间缩减，以及既有改造和新建站段的不断增多，改进上水设备已成为铁路客运部门提高上水效率、降低劳动强度、保证饮水安全的重要需求
［1-2］
进［2-4］。由于部分枢纽站段上水作业量大，设备使用频次高，复杂的设备结构导致故障频发，同时也增加了天窗点现场作业难度和安全风险 ［5］。
通过对路内数十个车站、动车整备所的现场调研，全面考虑我国铁路上水作业实际情况和目前存在的痛点问题，结合铁路新的规范要求［6-7］，研制和改进1套操作简单、控制方便和功能实用的铁路客车智能上水设备十分必要。
。为此，各铁路局集
团公司、科研单位均开展了诸多研究和进行了设备改
第一作者：谢程（19—），男，工程师。
1 铁路客车上水设备现状
1.1 人工上水方式
我国铁路客车传统上水方式（见图1）为人工上
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水，操作步骤：首先开启上水栓上的水阀，再将上水管与列车上水口对接，待列车水箱满溢后，再将水管带回至上水栓处，关闭水阀。具体存在如下不足：
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图2 现有自动上水设备
（1）上水设备的卷管装置机械结构复杂，易卡管，可靠性差，维修也较为困难。
图1 传统上水设备
（2）现场设备遥控设置过于繁琐复杂，不易操作。并且对多台上水设备进行对码时，容易出现干扰，造成误操作，不能控制指定上水设备，导致功能失效。在实际工作中，车站人员可能会放弃遥控，而使用手动操作。
（3）环境适应能力不足，设备在冬天易发生管路结冰，造成无法上水等情况。
（1）人工上水费时费工，劳动强度大。按照传统人工上水工作方式，每名上水工负责3节客车车厢的上水作业，需要在长约500 m的列车间来回跑动加水，一天工作12 h，为20多趟列车加水，工作强度极大。
（2）水资源浪费严重。经测算，目前车站加水流量为1.5~2.0 L/s，平均每趟列车加10个水箱，1个水箱平均浪费50 s上水时间，1趟列车加水1次要浪费750~1 000 L水。以某始发站为例，每天人工上水列车达金浪费。
30多趟，1年用水约1万t，将造成严重的水资源和资
（3）冬季防寒性能不理想。由于上水栓井露天安置，上水结束后上水胶管内的余水不能排尽，冬季经常发生冻管，严重影响下一次上水作业。为防止冰冻，冬季往往采用长流水的方式，更增加了水资源的浪费。
（4）安全隐患严重。由于冬季长流水，造成站场结冰，严重威胁作业人员的人身安全。站内存在大量浪费的水流，既影响站容，其渗水还严重影响站内路基安全。
（5）上水作业难以管理，容易导致上水服务不到位。落后的人工上水方式，难以进行数据统计、信息记录等，不能对上水作业进行有效管理。如果上水服务不到位，将影响旅客运输的服务质量。如果闲杂人员私自开阀用水，还将造成额外资源浪费。水管随意堆放在股道间，也严重影响站场安全和整体美观、卫生等。
2 铁路客车智能上水设备的研制
针对现有自动化上水设备存在的问题，研制了铁路客车智能上水设备（见图3）。整个设备主要分为上水机、控制系统和监控系统三大部分。
2.1 上水机核心组件及关键功能
上水机（见图4）主要包括电气柜、卷管机构、电动三通阀、进水管、余水排出管、上水管、上水接头、控制面板等。以下主要分析关键核心组件的基本原理。
2.1.1 单列叠层式卷管机构
改进的智能上水设备中，水管采用单列叠层式收集方式，根据收放管时的阻力不同，该机构收放管分别采用不同的驱动方式：
（1）收管结构。利用电机驱动多级减速齿轮箱作为动力，由主动齿轮驱动从动齿轮，从动齿轮带动卷盘转动以实现卷管功能，收管长度通过限位器控制。该卷盘驱动方式能保证水管在设备内紧密缠绕，使设备整体更紧凑，占有空间更小。
（2）放管结构。利用摩擦力放出水管，即利用驱动电机驱动多级减速齿轮箱作为动力，驱动主轮转动，由上下2个从动轮压紧水管，实现自动放管，放管长度
1.2 现有自动上水设备
除了人工上水方式，通过调研部分车站现有的自动上水设备（见图2），发现还存在如下不足：
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运营管理图3 上水系统架构
动收管功能，卷盘卷起水管时，自动将水管中残余的水全部排空，避免水管余水被二次污染，造成饮水安全问题。
（2）水管预排水功能。当启动放管功能时，控制系统限时开启电动阀，对水管和接头进行冲洗，并在注水前可以自动关闭电动三通阀，避免饮用水受到污染。
2.1.3 上水接头应急断裂功能
通过在上水接头根部设置应急断裂口，当上水管被列车拖拽时，可以自动切断与列车的连接，避免列
图4 上水机组成
车拖拽上水管行驶，影响行车安全。
通过限位器控制。
相较于常规使用的复杂排管器卷管，这种电机单排收管在收、放管时，不易出现管路乱排导致水管卡阻故障，故障率明显降低。自动放管功能，无需上水工人费力抽管，水管自动放出，明显降低人工劳动强度。
2.2 控制系统
控制系统通过可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）进行管理，由卷管控制模块、电动阀控制模块、保温控制模块、通信模块、操作面板等组成。
（1）上/停水。当上水人员通过操作面板或遥控方式发出上水命令时，控制系统启动放管命令，同时启动电动阀进行预放水（时长3 s）；当完成插管作业后，上水人员通过遥控器或操作面板启动加水作业。
（2）卷管。当列车加满水后，上水人员可通过遥控器或操作面板发出停止上水命令，上水设备自动关
2.1.2 水管排空及预排水功能
（1）水管排空功能。该功能分为2步：①当上水结束时，关闭上水电动三通阀并自动关闭给水接口，同时开启排水口，直接将设备内部水管余水排出；②启
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闭加水电动阀，停止加水，并将设备内部存水排入地沟；然后拔出上水接头，发出收管命令，设备自动将水管收回上水设备内，同时利用卷管机构内部的垂直高低位差，将加水管内部余水全部排空，既可防止冬季管内存水冻结，又能防止夏季高温造成管内水质污染，消除饮水安全隐患。
（3）遥控器。遥控器采用红外遥控，遥控范围50 m，上水机两侧均装有广角红外接收器，遥控器指向目标设备就能控制对应设备。遥控器外形采用人体工学设计，一只手就可以轻松完成各种操作，按键接
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触面积大，便于工人冬天带手套操作。相较于无线遥控器需要输入目标设备相应编号才能使用，红外遥控操作简单方便，大大减少误操作，提高遥控器实用性。
2.3 监控系统
铁路上水监控系统（见图5）将采集的电流、温度、流量、关键零部件运行数据和环境信息进行整理和分析后，传输到后台大屏显示，以便工作人员对设备进行数字化、精细化管理。由于上水设备属于轨旁设备，无法随时下股道检修，因此后台监控系统提供的设备相关运行数据对设备检修具有重要参考意义。
图5 铁路上水监控系统
（1）设备故障诊断。上水设备关键零部件都配备了相应监测传感器，各传感器与后台系统保持数据实时通讯，当某零部件发生异常，后台系统能迅速记录并发出故障提示，为后期维护提供极大便利。
（2）设备零部件寿命分析。根据设备工作时间和次数，对关键零部件进行寿命分析，将鼠标移动至设备示意图相关零部件，即可查阅相关信息。系统可累计所有零部件每次工作时间或次数，实时监测设备工作寿命，并在寿命低于5%时进行更换或维护提示。
（3）展示当前股道的所有上水设备状态。上水作业时，根据作业人员操作上水设备的状态，后台可以实时监控和收集数据，并在后台界面实时显示设备作业状态，状态包括出管、上水、待机、故障、设备内部温度检测等。
（4）上水信息查询。上水信息查询模块可以显示车站所有上水设备的上水情况。通过输入股道及日期，点击“搜索”按钮，可以查看所选股道及相应日期的上水信息。将鼠标移动至相应链接位置，图表上的柱
状图标会自动显示统计当日所有上水设备的上水总量、水压。
（5）维护记录信息查询。给每台设备建立档案，记录关于设备自安装起所有的相关信息。通过 “添加记录”功能，填写每台设备的维护记录信息，便于工作人员对所有上水设备进行日常管理，精确了解设备的历史信息。
3 铁路客车智能上水设备应用情况
基于上述原理研制的铁路客车智能上水设备（见图6），已于2021年7月21日获得中国铁路济南局集团有限公司科技成果技术评审证书，设备相关技术和设计已被授权发明专利2项、实用新型专利35项。目前，设备已运用于青岛北站、阜阳西站、贵阳站和汉口站等，共计500余台。该设备能够高效稳定运行，现场反馈良好，基本实现预期效果。设备在一定程度上减少了人力成本支出，减轻了工人劳动强度，减少了水资源浪费，并实现了数字化管理。
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运营管理未来，随着现代化铁路客车智能上水设备的不断发展和推广应用，以及配套管理制度的不断完善，还将进一步完善上水功能，提升上水能力和上水设备的运行维护质量，提高铁路客车质量服务水平。
参考文献
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改进［J］.铁道运输与经济，2000（10）：24-25.［2］ 李婵.论客车上水系统存在问题及解决建议［J］.铁
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图6 铁路客车智能上水设备
［4］ 陈晓帆，侯世全.铁路客车新型自动上水设备的研
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［5］ 康红礼.兰州铁路局客车上水存在的问题及改进措
施［J］.铁路节能环保与安全卫生，2014，4（4）：162-1.
4 结束语
铁路供水是铁路运输生产的一部分，供水安全涉及公共安全，是安全管理的重点，供水过程的连续性以及安全保障措施都直接反映了铁路的服务质量和安全保证。通过分析调研现有铁路客车上水设备的问题，基于既有上水设备研制现代化铁路客车智能上水设备，设备可以获得实时监控数据，并对故障进行准确判断。
［6］ 蒋金辉，.《铁路给水排水设计规范》（TB10010）
的修编［J］.铁道标准设计，2010（4）：112-116.［7］ 中国铁路总公司.铁路旅客列车上水设备：Q/CR 15—
2014［A］.北京，2014.
责任编辑 明芳
收稿日期 2022-11-23
Development and Improvement of Intelligent Water Supply Equipment for
Modern Railway Passenger Cars
XIE Cheng1, SONG Chuntian2
(1. Jiangsu Shuangmei Rail Transit Technology Co., Ltd., Changzhou Jiangsu 213022, China;2. Jinan Huarui Railway Machinery Manufacturing Co., Ltd., Jinan Shandong 250216, China)
Abstract: With the increasing mileage of China railway, the stop time of trains at stations is gradually shortened.
Therefore, it is important to develop more intelligent water supply equipment for railway passenger cars to improve operation efficiency, reduce labor intensity and ensure the quality of drinking water. By analyzing the problems existing in the traditional manual water supply equipment and existing automatic water supply equipment for railways, the paper proposes to adopt intelligent water supply equipment with single-row stacked pipe coiling mechanism for railway passenger cars, which has pre-drainage function and emergency fracture function, as well as better control ability in water supply, pipe retrieval and remote control, etc. Meanwhile, the intelligent collection and management can be realized through water supply equipment data acquisition system and background management system. At present, the intelligent water supply equipment developed based on the above principles has been put into use in Qingdaobei Railway Station, Fuyangxi Railway Station, Guiyang Railway Station and Hankou Railway Station, with positive feedback, providing a direction for further optimization and improvement.
Keywords: railway passenger car; intelligent water supply; water supply equipment; drainage
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