新型智能軌道電路的研究與開發(fā)

周利榮 龍育才

(1．湖南華菱漣鋼信息自動(dòng)化中心，湖南婁底 417009；2．湖南婁底職業(yè)學(xué)院，湖南婁底 417009)

1 現(xiàn)有軌道電路及存在的問題

目前，車站站內(nèi)聯(lián)鎖設(shè)備使用的軌道電路主要有25 Hz相敏軌道電路和工頻交流軌道電路（即JZXC-480型交流軌道電路）兩種。正常情況下，軌道電路在調(diào)整狀態(tài)、分路狀態(tài)、斷軌狀態(tài)下工作要受到許多外界因素的影響，其中受到道碴漏泄電阻、鋼軌阻抗及電源電壓3個(gè)可變參數(shù)的影響最大。作為軌道電路分路狀態(tài)下的列車分路電阻是以車輪車軸本身的電阻以及輪緣與鋼軌頂部表面的接觸電阻所組成、其大小與壓在軌道上分路的車輪數(shù)、車輛的載重情況、列車的運(yùn)行狀態(tài)、輪緣的裝配質(zhì)量和磨損程度、鋼軌表面的潔凈程度（如:鋼軌面銹蝕、機(jī)車撒砂或其他外界原因使鋼軌表面形成污垢層）等因素有關(guān)，軌面生銹、污垢等是直接影響列車分路電阻大小的關(guān)鍵，容易造成個(gè)別情況下當(dāng)列車壓在軌道電路區(qū)段上出現(xiàn)俗稱“壓不死”的現(xiàn)象，也就是軌道電路的分路不良現(xiàn)象。

另一種狀態(tài)為軌道區(qū)段紅光帶現(xiàn)象：當(dāng)軌道電路在調(diào)整狀態(tài)下遇到以下狀況時(shí)容易發(fā)生無(wú)車占用軌道區(qū)段時(shí)，軌道區(qū)段出現(xiàn)時(shí)有時(shí)無(wú)的紅光帶現(xiàn)象。1）鋼軌阻抗模數(shù)最大時(shí)。2）道碴漏泄電阻最小時(shí)。3）電源電壓最低時(shí)。

為從根本上解決上述技術(shù)難題，提出采用專用的車輪檢測(cè)技術(shù)以計(jì)算車輛輪對(duì)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)一套電路，用以輔助解決個(gè)別軌道區(qū)段分路不良與時(shí)有時(shí)無(wú)的紅光帶問題。2007年向上級(jí)主管部門申請(qǐng)立項(xiàng)、2008年列入科技攻關(guān)項(xiàng)目、同年實(shí)施完畢并通過(guò)了上級(jí)主管部門組織的驗(yàn)收。

在實(shí)施過(guò)程中因現(xiàn)場(chǎng)得天獨(dú)厚的鐵路線路條件，對(duì)既有車站的輔助電路進(jìn)行進(jìn)一步的智能型軌道電路的研究與開發(fā)。攻克了復(fù)雜作業(yè)環(huán)境下的調(diào)車作業(yè)問題，非常狀況下的火車過(guò)磅問題（即對(duì)位不好來(lái)回?zé)o規(guī)則運(yùn)動(dòng)）、非常狀況下的摘掛列車問題等一系列技術(shù)難題；實(shí)現(xiàn)利用車輪檢測(cè)器取代原軌道電路絕緣節(jié)等關(guān)鍵性技術(shù)問題，真正意義上實(shí)現(xiàn)軌道電路智能化。智能軌道電路典型設(shè)計(jì)界面圖如圖1所示，該圖是現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)用站場(chǎng)平面截圖，主要用于顯示列車占用、區(qū)段出清、列車運(yùn)行方向、列車速度、道岔位置、股道存車數(shù)和設(shè)備故障自檢報(bào)警等。

通過(guò)3年多的運(yùn)行實(shí)踐的檢驗(yàn)，該新型智能軌道電路既能輔助解決軌道電路分路不良與紅光帶問題，又能作為純軌道電路運(yùn)用。它適用于鐵路線路環(huán)境較差、標(biāo)準(zhǔn)制式軌道電路不宜設(shè)置的區(qū)段與車站，是現(xiàn)有制式軌道電路的一種補(bǔ)充、現(xiàn)將基本原理介紹如下。

2 新型智能軌道電路基本特征

本新技術(shù)的基本特征如下。

1）采用無(wú)衰減電渦流式動(dòng)、靜態(tài)車輪輪對(duì)檢測(cè)器，并結(jié)合創(chuàng)新獨(dú)到的安裝方式和采用國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的過(guò)程控制、處理技術(shù)及硬件。

2）該技術(shù)具有知識(shí)產(chǎn)權(quán)。核心器件采用軍工級(jí)產(chǎn)品，主要硬件采用工業(yè)級(jí)產(chǎn)品。

3）軌道電路智能型。

可判別列車方向和速度；對(duì)運(yùn)行中股道存車數(shù)精確到車輪；適用各種作業(yè)方式和非正常調(diào)車作業(yè)模式。

4）適用性強(qiáng)：設(shè)計(jì)為組合型，特別適應(yīng)鐵路線路處在惡劣環(huán)境下使用。

5）車列在調(diào)車作業(yè)中能及時(shí)準(zhǔn)確反映調(diào)車作業(yè)時(shí)是否按計(jì)劃作業(yè)。

6）能為貨運(yùn)現(xiàn)代化管理提供強(qiáng)有力的車輛動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)源。

3 新型智能軌道電路功能與特點(diǎn)

1）全新概念設(shè)計(jì)。

2）創(chuàng)新獨(dú)到的安裝裝置設(shè)計(jì)與安裝方法，能滿足各種特殊條件下的可靠檢測(cè)，并具備防盜、防壓、防人為在檢測(cè)器上堆放雜物的功能。

3）獨(dú)特的“三取二”檢測(cè)原理反映現(xiàn)場(chǎng)車輛占用狀況，其安全系數(shù)大大提高，與其他類型軌道電路相比較有著更安全的功能。

4）本系統(tǒng)具備車速、車距判定功能

5）取消傳統(tǒng)的安裝工藝流程，無(wú)需對(duì)鐵路上部建筑鋼軌的任何部位進(jìn)行打孔、焊接及安裝各類絕緣和絕緣軌距桿等工作，確保了鋼軌原有機(jī)械強(qiáng)度與物理特性，并大大減輕信號(hào)維修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和提高判斷軌道電路故障處理的能力，故障處理時(shí)間縮短。

6）車輪檢測(cè)器檢測(cè)范圍：車輪垂直方向≤40 mm，車輪縱向擺動(dòng)≤65 mm。

7）對(duì)外界人為非正常干擾具有智能識(shí)別與處理功能。

8）車輪檢測(cè)器能像鋼軌絕緣一樣使用沿襲原有設(shè)置方法不變，不受鋼軌長(zhǎng)短與尺寸約束、特別適用于長(zhǎng)鋼軌需設(shè)置軌道區(qū)段的地方。

9）能在軌道環(huán)境惡劣的環(huán)境下可靠使用（含鋼軌生銹、或枕木鋼軌長(zhǎng)期浸泡在泥水中）。

10）由于采用了車輪檢測(cè)新技術(shù)，真正實(shí)現(xiàn)軌道電路的智能化，為進(jìn)一步提高運(yùn)輸作業(yè)效率與貨運(yùn)管理自動(dòng)化提供了基礎(chǔ)條件。

11）能對(duì)軌道電路分路不良和經(jīng)常出現(xiàn)紅光帶的軌道電路進(jìn)行輔助（視各車站狀況的不同將條件接入原軌道電路的控制電路里），從根本上解決長(zhǎng)期以來(lái)因軌道電路分路不良給運(yùn)輸作業(yè)帶來(lái)的安全隱患與行車作業(yè)人員的心理壓力。

12）系統(tǒng)對(duì)各種復(fù)雜的調(diào)車、溜放作業(yè)與人為誤動(dòng)信號(hào)均能智能識(shí)別與處理。

13）在特殊情況下可用作正確檢測(cè)道岔位置使用（可單獨(dú)實(shí)施，亦可全系統(tǒng)實(shí)施但不具備道岔密帖檢查功能）。

14）能正確判定列車方向。

15）單個(gè)檢測(cè)器自身具備完善的自檢與故障報(bào)警功能，符合故障安全原則。

16）對(duì)輕車、單軌車均能正確反映。

17）對(duì)其他計(jì)軸設(shè)備不能克服的缺陷有明顯改善。（如：易拉罐等金屬飛揚(yáng)物引起的錯(cuò)誤信號(hào)，以及電源波動(dòng)、施工干擾引起的錯(cuò)誤信號(hào)等）。

18）設(shè)備具備與計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖及貨運(yùn)管理系統(tǒng)的接口。

4 設(shè)計(jì)原理介紹

1）參照架構(gòu)流程圖2中（a） (b)，將詳細(xì)敘述本設(shè)計(jì)的具體實(shí)施方案。

2）圖2中（a）（b）中的AA，A，A*，BB，B，B*，CC，C，C*，DD，D，D*是一一對(duì)應(yīng)的標(biāo)識(shí)號(hào)，也是實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外聯(lián)絡(luò)的基礎(chǔ)，圖（b）中的標(biāo)識(shí)號(hào)是鐵路鋼軌上的車輪檢測(cè)器現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際安裝位置的標(biāo)識(shí)號(hào)，圖（a）中的標(biāo)識(shí)號(hào)是現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際位置到繼電器箱內(nèi)輪對(duì)運(yùn)算器的唯一地址碼編號(hào)。現(xiàn)將列車從A方向出發(fā)向B方向運(yùn)行的檢測(cè)運(yùn)算過(guò)程介紹如下。

3）當(dāng)列車從A方向出發(fā)到達(dá)AA點(diǎn)時(shí)，AA點(diǎn)輸出一個(gè)高電位信號(hào)，（輪子離開后高電位消失，下同）再向前移到達(dá)A點(diǎn)時(shí)，A點(diǎn)輸出一個(gè)高電位信號(hào)，繼續(xù)前移到達(dá)A*點(diǎn)時(shí)，A*輸出一個(gè)高電位信號(hào)，此時(shí)AA，A，A*各輸出一個(gè)高電位信號(hào)，在程序控制電路里檢查出上述3點(diǎn)的高電位輸出后，向下道程序輸出一個(gè)“與門”信號(hào)作為控制電路計(jì)算列車車輪的基礎(chǔ)信號(hào)源。

4）從A方向進(jìn)入車輪檢測(cè)器設(shè)置的范圍內(nèi)多少個(gè)信號(hào)，從B方向處出去多少個(gè)信號(hào)。當(dāng)A方向進(jìn)入信號(hào)數(shù)等于B方向出去信號(hào)數(shù)時(shí)，系統(tǒng)即確認(rèn)該區(qū)段車輛已完全通過(guò)，區(qū)段內(nèi)無(wú)車。

5）當(dāng)A方向進(jìn)入信號(hào)不等于B方向出去的信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)認(rèn)定本區(qū)段內(nèi)有車：軟件認(rèn)定是否有車的三個(gè)原則如下。

A-B=0 無(wú)車

A-B≠0 有車

式中分母4是每輛車車輪輪對(duì)數(shù)，用以確定整車存車數(shù)：“x”為車輪輪對(duì)數(shù)。

調(diào)車中途返回的技術(shù)處理方法。

6）當(dāng)從A方向向B方向調(diào)車時(shí)：

7）車輪壓在AA上或壓過(guò)AA，沒有壓在A和A*上時(shí)停車，此時(shí)該區(qū)段內(nèi)顯示有車占用；當(dāng)車輪回去時(shí)再次壓在AA上，當(dāng)壓進(jìn)信號(hào)等于壓出信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)方向電路識(shí)別為調(diào)車中途返回，該區(qū)段內(nèi)顯示已無(wú)車占用。

8）車輪壓在AA上或壓過(guò)AA，該區(qū)段顯示有車占用，往前去又壓在A或壓過(guò)A，沒有壓在或壓過(guò)A*停車后車輪回去，再次壓在或壓過(guò)AA，A，系統(tǒng)方向電路識(shí)別為調(diào)車中途返回、當(dāng)壓進(jìn)時(shí)信號(hào)等于壓出時(shí)信號(hào)，該區(qū)段顯示無(wú)車占用。

9）車輪壓在AA上或壓過(guò)AA，該區(qū)段顯示有車占用，繼續(xù)往前去，壓在或壓過(guò)A，再往前去壓在或壓過(guò)A*，停車后車輪回去，系統(tǒng)方向電路識(shí)別為調(diào)車中途返回，當(dāng)壓進(jìn)時(shí)信號(hào)等于返回時(shí)壓出時(shí)信號(hào)，系統(tǒng)認(rèn)定該區(qū)段已無(wú)車占用。

10）非正常摘掛列車和列車非正常過(guò)磅計(jì)量的技術(shù)處理與本描述基本一致，個(gè)別情況再另加識(shí)別條件即可，技術(shù)處理方法不再重復(fù)。

同樣：從A方向向C方向走車，

從A方向向D方向走車。

反之：從B方向向A方向走車。

從C方向向A方向走車。

從D方向向A方向走車，其技術(shù)原理一致。一個(gè)車站實(shí)際上是由多個(gè)圖1、圖3的圖例組成，其實(shí)現(xiàn)的技術(shù)原理相同（如圖1所示）。

列車方向電路的設(shè)計(jì)方法如下。

1）當(dāng)列車從A向B方向運(yùn)行，檢測(cè)器的檢測(cè)信號(hào)順序規(guī)律為AA-A-A*-BB-B-B*，此時(shí)認(rèn)定為，從左至右的方向也就是鐵路行車技術(shù)的下行方向。

2）當(dāng)列車從B向A方向運(yùn)行，檢測(cè)器的檢測(cè)信號(hào)順序規(guī)律為B*-B-BB-A*-A-AA，此時(shí)認(rèn)定為從右至左的方向也就是鐵路行車中的上行方向。

列車速度測(cè)定設(shè)計(jì)方法如下。

本區(qū)段內(nèi)A與B、A與C、A與D的距離已知，當(dāng)列車壓在A點(diǎn)時(shí)開始計(jì)時(shí)，壓在B點(diǎn)或C點(diǎn)、D點(diǎn)時(shí)的時(shí)間為結(jié)束記時(shí)，用已知的距離除以時(shí)間，得到的是速度:再將此速度換算成km/h即可。

5 系統(tǒng)基本配置

1）車輪輪對(duì)檢測(cè)主控制器（如圖3所示）

車輪輪對(duì)檢測(cè)主控制器主要功能如下。

a對(duì)車輪輪對(duì)信號(hào)計(jì)數(shù)及運(yùn)算。b確定列車方向。c判定車速、車距。d對(duì)調(diào)車中途返回的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)算、監(jiān)督與管理。e對(duì)股道實(shí)際存車數(shù)的判定。f對(duì)非正常信號(hào)的智能判定處理。g對(duì)單個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)故障報(bào)警的預(yù)處理。h對(duì)其他一些新需求的監(jiān)控。

2）車輪輪對(duì)檢測(cè)器

如圖4所示，車輪輪對(duì)檢測(cè)器用專用安裝裝置安裝在軌道的內(nèi)側(cè)，用以檢查是否有車輪輪對(duì)通過(guò)的專用設(shè)施。

檢測(cè)器采用無(wú)衰減電渦流檢測(cè)原理進(jìn)行檢測(cè)，核心部分采用專門為車輪檢測(cè)而設(shè)計(jì)選用的新型多線圈技術(shù)，它克服傳統(tǒng)電感式及電磁場(chǎng)擾動(dòng)原理檢測(cè)的缺點(diǎn)，具有抗強(qiáng)磁場(chǎng)的優(yōu)點(diǎn)和空間發(fā)射距離調(diào)校的功能，為準(zhǔn)確按需檢測(cè)車輪輪對(duì)提供了可靠保障。

3）專用電源

本電源是專門為車輪輪對(duì)控制系統(tǒng)配套設(shè)計(jì)的專用電源，它為主控制設(shè)備和單個(gè)檢測(cè)設(shè)備分別提供所需電源，其輸入端為AC 220 V，輸出端分別為：±12 V ±24 V二種電源，該電源具備過(guò)壓、過(guò)流及防雷保護(hù)功能。

6 結(jié)束語(yǔ)

新型軌道電路的誕生是一個(gè)新生事物，它的不斷延續(xù)需要得到各位專家的指導(dǎo)與呵護(hù)，希望新型軌道電路發(fā)揮它更大的作用。