上海地鐵1號(hào)線4英尺環(huán)線及調(diào)諧單元的國(guó)產(chǎn)化研制

傅 宇 徐宏基 戴翌清 徐順才

(1. 上海地鐵維護(hù)保障有限公司通號(hào)分公司， 200235， 上海； 2. 上海鐵順機(jī)車儀表有限公司，200949， 上海//第一作者， 助理工程師)

4英尺(1.219 2 m)環(huán)線及調(diào)諧單元是構(gòu)成上海地鐵1號(hào)線岔區(qū)音頻軌道電路的重要部件，也是保證列車安全運(yùn)營(yíng)的基礎(chǔ)設(shè)備。其主要功能是將列車檢測(cè)信號(hào)和速度命令分別發(fā)送給安裝在岔區(qū)的接收/接收阻抗聯(lián)結(jié)器和列車車載接收線圈。

1 上海1號(hào)線岔區(qū)音頻軌道電路概況

上海地鐵1號(hào)線開通至今已超20年，岔區(qū)中的4英尺環(huán)線及調(diào)諧單元，安裝在惡劣的環(huán)境中運(yùn)行，經(jīng)常受到日曬雨淋，故障率逐年提高。由于申購(gòu)進(jìn)口備件價(jià)格高、供貨周期長(zhǎng)，而且?guī)齑媪枯^少，無法滿足提供正常運(yùn)營(yíng)的備品最低庫(kù)存要求。因此，不管從目前解決備件脫節(jié)問題和填補(bǔ)自身檢修技能的空缺，還是從經(jīng)濟(jì)利益角度考慮，開展上海地鐵1號(hào)線4英尺環(huán)線及調(diào)諧單元的國(guó)產(chǎn)化研制是非常必要的。國(guó)產(chǎn)化4英尺環(huán)線及4種頻率的調(diào)諧單元研制開發(fā)成功，不但可以從根本上改變目前的被動(dòng)局面，而且還能降低地鐵運(yùn)營(yíng)維修成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)為確保地鐵安全運(yùn)行提供一份保障。

2 4英尺環(huán)線及調(diào)諧單元的國(guó)產(chǎn)化研制

圍繞4英尺環(huán)線及調(diào)諧單元在結(jié)構(gòu)、電路、器件、材質(zhì)等方面進(jìn)行全面梳理和測(cè)試分析，以確立技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、檢測(cè)內(nèi)容和檢測(cè)方法。

確保新研制開發(fā)的4英尺環(huán)線及4種頻率的調(diào)諧單元產(chǎn)品，在各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)上做到與進(jìn)口4英尺環(huán)線及4種調(diào)諧單元完全相符，并克服進(jìn)口設(shè)備在使用中發(fā)現(xiàn)的缺陷，以適應(yīng)上海地鐵1號(hào)線目前對(duì)設(shè)備使用的需求。在保證研制產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)上同時(shí)兼顧產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效益。

2.1 進(jìn)口4英尺環(huán)線及4種調(diào)諧單元性能測(cè)試

對(duì)進(jìn)口4英尺環(huán)線，通過電纜上90度航空連接器與調(diào)諧單元進(jìn)行連接，并將4種不同頻率調(diào)諧單元分別進(jìn)行技術(shù)性能摸底測(cè)試。在調(diào)諧單元印制線路板上FT7(11)和FT8(12)輸入端，用UX16A型電平振蕩器，模擬發(fā)送列車檢測(cè)信號(hào)和速度命令。同時(shí)用SP-4型數(shù)字式頻率計(jì)對(duì)頻率進(jìn)行監(jiān)測(cè)。再用自制感應(yīng)線圈替代列車上的接收線圈與UD20A型選頻電平表進(jìn)行連接，在4英尺環(huán)線周圍通過感應(yīng)接收，將進(jìn)口設(shè)備的4種不同組號(hào)頻率調(diào)諧單元分別與環(huán)線進(jìn)行連接，測(cè)試其槽路性能指標(biāo)。表1為環(huán)線上感應(yīng)諧振頻率測(cè)量參數(shù)。

表1 環(huán)線上感應(yīng)諧振頻率測(cè)量參數(shù)

2.2 進(jìn)口4英尺環(huán)線電感量及電感的品質(zhì)因數(shù)測(cè)試

在日常維護(hù)保養(yǎng)中經(jīng)常會(huì)碰到4英尺環(huán)線互換替代使用的情況，如果環(huán)線線圈在電感量與品質(zhì)因素方面一致性不好，就會(huì)影響諧振槽路工作性能，造成諧振頻率產(chǎn)生偏移，涉及到ATP(列車自動(dòng)防護(hù))模塊發(fā)送信號(hào)通過諧振槽路時(shí)，信號(hào)會(huì)產(chǎn)生衰減，引起ATP模塊功率過大，產(chǎn)生發(fā)熱等問題。通過對(duì)6只4英尺環(huán)線使用ZJ2776型電感測(cè)量?jī)x進(jìn)行測(cè)試，測(cè)出其環(huán)線線圈上的電感量和品質(zhì)因數(shù)Q。圖1給出了4英尺環(huán)線兩種線圈繞制接線。表2為6只進(jìn)口90匝環(huán)線電感量及Q值測(cè)量參數(shù)。

三針4英尺環(huán)線連接器

58290-033-02 4英尺環(huán)線

58290-033-03 4英尺環(huán)線圖1 4英尺環(huán)線兩種線圈繞制接線

2.3 元器件技術(shù)性能認(rèn)定與選型

在對(duì)進(jìn)口4英尺環(huán)線及調(diào)諧單元技術(shù)性能實(shí)測(cè)摸底和對(duì)電路進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，再利用計(jì)算機(jī)PSPICE電路仿真軟件進(jìn)行模擬仿真。與實(shí)測(cè)摸底的性能指標(biāo)進(jìn)行比較，計(jì)算出所用元器件的技術(shù)要求，確定主要元器件的技術(shù)參數(shù)及誤差要求。將數(shù)據(jù)分別提供給各專業(yè)生產(chǎn)廠家，幫助配合測(cè)試、認(rèn)定、選型，確保國(guó)產(chǎn)化研制的4英尺環(huán)線及調(diào)諧單元在技術(shù)性能上與進(jìn)口產(chǎn)品完全相符，成本明顯降低。

表2 6只進(jìn)口90匝環(huán)線電感量及Q值測(cè)量參數(shù)

2.4 對(duì)采用的封裝材料進(jìn)行分析與選型

對(duì)進(jìn)口4英尺環(huán)線的玻璃纖維U型槽道及封裝材料進(jìn)行采樣，并委托上海樹脂研究所和玻璃纖維鋼生產(chǎn)廠家，對(duì)進(jìn)口4英尺環(huán)線的玻璃纖維槽道和填充封裝材料進(jìn)行化驗(yàn)分析，確認(rèn)進(jìn)口4英尺環(huán)線的玻璃纖維U型槽道是采用玻璃纖維布和阻燃環(huán)氧樹脂并通過模具壓制而成，填充封裝材料也是采用阻燃黑色粉末與阻燃環(huán)氧樹脂通過攪伴而成。在上海樹脂研究所的推薦下，選擇了國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的相同性質(zhì)的型號(hào)產(chǎn)品分別對(duì)玻璃纖維U型槽道進(jìn)行壓制和嵌入槽道內(nèi)的90匝線圈進(jìn)行填充封裝。

2.5 對(duì)原產(chǎn)品的設(shè)計(jì)改進(jìn)

針對(duì)進(jìn)口調(diào)諧單元的外殼電纜進(jìn)線和出線處發(fā)現(xiàn)的密封不良，設(shè)備容易進(jìn)水受潮及內(nèi)部接線端子容易松動(dòng)接觸不良等問題，作了以下設(shè)計(jì)改進(jìn)：

(1) 由于原來電纜接頭串線孔椎度偏上太淺，串線孔橡膠塞、接頭底部O型密封圈材質(zhì)過硬，造成設(shè)備容易進(jìn)水受潮?，F(xiàn)將電纜接頭串線孔椎度向里加深，串線孔橡膠椎形塞和接頭底部O型密封圈材質(zhì)改軟，提高外殼電纜進(jìn)線和出線處密封性能。

(2) 由于原進(jìn)口設(shè)備的接線端子采用的是插片式結(jié)構(gòu)模式，容易松動(dòng)，造成接觸不良?，F(xiàn)將原插片式結(jié)構(gòu)模式改成用螺絲固定結(jié)構(gòu)模式，提高了連接線的可靠性。

3 國(guó)產(chǎn)化研制成果

對(duì)國(guó)產(chǎn)化研制產(chǎn)品進(jìn)行性能指標(biāo)測(cè)試及EMC(Electro Magnetic Compatibility，電磁兼容性)可靠性測(cè)試。同時(shí)將國(guó)產(chǎn)化研制產(chǎn)品安裝到現(xiàn)場(chǎng)試用，設(shè)備穩(wěn)定性及故障率與進(jìn)口設(shè)備相比，均無明顯差異。表3為環(huán)線感應(yīng)諧振頻率測(cè)試參數(shù)。

表3 環(huán)線感應(yīng)諧振頻率測(cè)試參數(shù)

3.1 允許誤差

列車檢測(cè)和速度命令在環(huán)線上感應(yīng)諧振頻率誤差及幅值，參照調(diào)諧單元組號(hào)頻率，允許誤差應(yīng)小于2%。

3.2 外觀結(jié)構(gòu)

樣品外形尺寸應(yīng)與圖紙相符，外殼表面應(yīng)無劃傷及凹痕、裂紋和變形，金屬表面涂覆不能露出底層金屬，并無氣泡、腐蝕、缺口、毛刺、劃傷、涂覆脫落和砂眼等缺陷，且有明顯、清晰的標(biāo)志。

3.3 機(jī)械強(qiáng)度測(cè)試

每個(gè)機(jī)殼能正常接觸到的表面承受0.5 J的碰撞而無狀態(tài)變化。碰撞后應(yīng)符合外殼防護(hù)等級(jí)要求，保證使用功能正常。

3.4 電磁兼容性

對(duì)新研制的4英尺環(huán)線及調(diào)諧單元進(jìn)行組合連接，并委托公安部安全防范報(bào)警系統(tǒng)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心做EMC摸底試驗(yàn)。測(cè)試結(jié)果顯示，新產(chǎn)品均順利通過了EMC靜電放電抗干擾度試驗(yàn)，點(diǎn)快速瞬變脈沖群抗擾度試驗(yàn)和浪涌(沖擊)抗擾度試驗(yàn)，還有同頻干擾試驗(yàn)，提高了產(chǎn)品的安全使用可靠性。具體試驗(yàn)項(xiàng)目如下：

(1) 靜電放電抗干擾度?？諝夥烹? kV；接觸放電6 kV，試驗(yàn)后設(shè)備正常工作。

(2) 電快速瞬變脈沖群抗擾度。對(duì)信號(hào)輸入接口，峰值電壓2 kV，重復(fù)頻率5 kHz，試驗(yàn)后設(shè)備工作正常。

(3) 射頻電磁場(chǎng)輻射抗干擾度。掃頻80～1 000 MHz，場(chǎng)強(qiáng)50 V/m，調(diào)頻1 kHz、調(diào)制深度80%；試驗(yàn)后設(shè)備工作正常。

(4) 浪涌(沖擊)抗擾度試驗(yàn)。信號(hào)輸入線1 kV依次施加5次正脈沖和5次負(fù)脈沖，每分鐘至多施加1個(gè)脈沖，試驗(yàn)后設(shè)備工作正常。

3.5 國(guó)產(chǎn)化4英尺環(huán)線實(shí)際運(yùn)用效果

2015年1月起，將試制品“4英尺環(huán)線”安裝到現(xiàn)場(chǎng)做試驗(yàn)，試制品在試用3個(gè)月后進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)試基本無變化，已沿用至今，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常。表4給出了換裝國(guó)產(chǎn)4英尺環(huán)線軌道電路數(shù)據(jù)。表中，電壓p-p值(peak-to-peak value，電壓峰-峰值)，指一個(gè)周期內(nèi)電壓最高值和最低值之間的差值。

表4 換裝國(guó)產(chǎn)4英尺環(huán)線軌道電路數(shù)據(jù)

4 結(jié)論

本項(xiàng)目順利研發(fā)完成后，不但解決了目前上海地鐵1號(hào)線岔區(qū)音頻軌道電路中的4英尺環(huán)線及調(diào)諧單元備件不足的問題，而且還擺脫了一些關(guān)鍵設(shè)備依賴國(guó)外廠商進(jìn)口的局面，同時(shí)也節(jié)約了大量的時(shí)間和資金，縮短了訂貨周期，降低成本，產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。據(jù)測(cè)算，整個(gè)1套設(shè)備的總價(jià)格不到進(jìn)口設(shè)備的一半。國(guó)產(chǎn)化后價(jià)格有很大程度的下降，而且各項(xiàng)性能指標(biāo)與進(jìn)口產(chǎn)品完全一致甚至更優(yōu)。如果能采用國(guó)產(chǎn)化產(chǎn)品替代進(jìn)口產(chǎn)品，將大大降低未來設(shè)備更新的成本。