計軸器列車檢測及定位分析

（江蘇省徐州技師學院軌道交通學院 江蘇 徐州 221000）

1.計軸的定義及作用

軌道計軸系統(tǒng)用以檢測列車通過鋼軌上某一點（計軸點）的車軸數(shù)，以檢查兩個計軸點之間或檢測區(qū)段狀態(tài)信息，或判定列車通過計軸點的時間，自動校正列車行駛里程等的設(shè)備。計軸技術(shù)是以計算機為核心，輔以外部傳感器等設(shè)備，利用統(tǒng)計車輛通過某一軌道區(qū)段的軸數(shù)來檢測相應(yīng)軌道區(qū)段占用或空閑狀態(tài)的技術(shù)。地鐵中主要在CBTC系統(tǒng)故障或移動授權(quán)尚未開通時使用，同時也作為無線設(shè)備故障時的備用冗余設(shè)備。

2.地鐵中采用計軸器的意義

2.1 克服電氣化鐵路的牽引電流回流對軌道電路的較大影響。由于電氣化鐵路的牽引電流回流與軌道電路共用一個通道，強電流對弱電流的干擾是不可避免的。隨著電力機車變流控制技術(shù)的發(fā)展，牽引電流的高次諧波對軌道電路的干擾影響越來越大。

2.2 克服軌道電路的工作狀態(tài)嚴重依賴于道床狀態(tài)現(xiàn)象。在一些站內(nèi)軌道電路分路不良及雨季“紅光帶”等特殊情況下，道床電阻很低，無論采用何種軌道電路都無法正常工作。因此，在這種場合使用計軸系統(tǒng)作為檢測軌道區(qū)段是否空閑是非常有必要的。

3.計軸器的組成及設(shè)置

圖1 計軸器定位原理圖

電子計軸器列車定位系統(tǒng)主要包括室內(nèi)和室外兩部分。室內(nèi)部分包括信號處理電路和計數(shù)器處理電路；室外部分主要包括地面?zhèn)鞲衅?、電纜盒、傳輸電纜等。

3.1 傳感器。傳感器是計軸系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)備，其作用是將機車、車輛通過的車軸數(shù)轉(zhuǎn)換成電脈沖信號。早期使用的傳感器一般是機械式，目前一般采用電磁式。電磁式傳感器由磁頭、發(fā)送器、接收器三部分組成。磁頭有一個發(fā)送線圈和一個接收線圈分別裝在鋼軌的兩側(cè)。發(fā)送器向磁頭的發(fā)送線圈饋送較高頻率的電流，使其周圍產(chǎn)生交變磁場，并通過空氣、鋼軌、扣件等不同介質(zhì)環(huán)鏈到磁頭的接收線圈，感應(yīng)出一交流電壓。車軸通過磁頭時，車輪的屏蔽作用和輪緣的擴散作用，使環(huán)鏈到磁頭的接收線圈的磁通量發(fā)生變化，并使感應(yīng)電壓顯著降低。接收器將這個變化的感應(yīng)電壓轉(zhuǎn)換成車軸電脈沖信號。

圖2 安裝在軌道上的計軸磁頭

3.2 計數(shù)比較器。主要由計數(shù)器、鑒別器、比較器組成。它將進出兩個計軸點之間的車軸電脈沖信號進行計數(shù)和比較，以判斷區(qū)間（或軌道區(qū)段）是否空閑。

3.3 傳輸設(shè)備。主要由電信號發(fā)送器和電信號接收器組成，多采用頻率數(shù)碼傳輸方式。

4.計軸器的基本原理

在上述結(jié)構(gòu)示意圖1中，在軌道區(qū)段的分界點安裝計軸點，計軸點是一個車輪識別裝置。

當車輪駛過計軸點時，在計軸點中形成脈沖或其他信號，通過電纜傳輸?shù)娇刂浦行?，由控制中心?lián)鎖設(shè)備中計數(shù)裝置根據(jù)這些信號對車輪計數(shù)。當列車進入傳感器1和傳感器2防護的區(qū)段時（假定運行方向由左向右），列車輪對首先經(jīng)過傳感器1，列車每一對輪對經(jīng)過傳感器時都會改變一次傳感器周圍的電磁分布，傳感器檢測到這一改變后就說明列車已進入?yún)^(qū)間，傳感器對這種改變的次數(shù)計數(shù)并將計數(shù)值傳遞給控制中心；當列車輪對開始出清該區(qū)段時，輪對同樣會改變傳感器2周圍的電磁分布，傳感器2也將檢測到的變化次數(shù)傳遞給控制中心，當進入（傳感器1）的次數(shù)等于出清（傳感器2）的時，說明列車已完全出清。通過列車對區(qū)間的占用情況可以判斷出列車的位置。顯然，就其功能而言，電子計軸器是與軌道電路相同。電子計軸器本身不具備向列車傳輸信息的通道，機車上要獲取位置信息除了依靠司機嘹望信號機外，必須要另外增加信道。

5.計軸器存在的缺陷及解決方案

即便現(xiàn)代科技為實現(xiàn)高可靠的計軸設(shè)備提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，但設(shè)備的故障是不可避免的，因此計軸定位系統(tǒng)必須能夠檢測錯誤并采取一定的措施防止計軸點出錯。

若實際的車軸數(shù)與設(shè)備給出的軸數(shù)不符，則認為出現(xiàn)計數(shù)差錯。這種情況的出現(xiàn)將導(dǎo)致出現(xiàn)“不真實的區(qū)段占用”?？赡軙l(fā)生撞車事故，不符合故障一安全性準則。通常計數(shù)差錯情況有以下兩種：一種是當列車在進入某個區(qū)間時，傳感器1少計數(shù)了若干輪對，而列車在出清該區(qū)間時，傳感器2正常計數(shù)，那么就有可能列車在區(qū)間運行時，恰好有若干節(jié)車廂與列車脫節(jié)，而此時脫節(jié)的車廂輪對數(shù)恰好與傳感器1少計數(shù)的輪對數(shù)相等。這樣就會導(dǎo)致傳感器1和傳感器2的計數(shù)相等，從而給出區(qū)間“空閑”的信號。另外一種情況是，列車在進入?yún)^(qū)間時，傳感器1的計數(shù)正確，而列車出清該區(qū)間時，傳感器2多計數(shù)了若干輪對，那么就有可能列車在區(qū)間運行時，恰好有若干節(jié)車廂與列車脫節(jié)，而此時脫節(jié)的車廂輪對數(shù)恰好與傳感器2多計數(shù)的輪對數(shù)相等。這樣就會導(dǎo)致傳感器1和傳感器2的計數(shù)也相等，從而給出區(qū)間“空閑”的信號。

計軸定位繼承了軌道電路定位的很多特點，和軌道電路定位法一樣，這種方法的定位安全性較高，精度較差，通常也需與測速裝置結(jié)合起來使用。由于不依賴于軌道電路，對環(huán)境的適應(yīng)性更強，維護工作量相對較??；但不能作為車一地通信的通道，也無法檢測斷軌故障。