提高JWJ—C2型計(jì)軸傳感器工作的穩(wěn)定性

摘 要：以解決沙害地段對(duì)計(jì)軸設(shè)備的外界干擾為研究對(duì)象，通過收集資料、調(diào)查分析，對(duì)臨策線荒漠區(qū)、無人區(qū)\"JWJ-C2型\"計(jì)軸電路工作參數(shù)實(shí)施改進(jìn)，提高其工作穩(wěn)定性，并進(jìn)行多次實(shí)用性、破壞性試驗(yàn)，滿足使用要求。

關(guān)鍵詞：計(jì)軸設(shè)備；電路參數(shù)改進(jìn)；提高穩(wěn)定性

1 計(jì)軸設(shè)備構(gòu)成及基本原理

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)由車輪傳感器、車輪電子檢測(cè)器（ADE）、計(jì)軸主機(jī)、軸數(shù)顯示器、傳輸通道及結(jié)合電路等構(gòu)成。見圖1。

1.2 系統(tǒng)工作過程

如圖1所示。車輪傳感器安裝在進(jìn)站信號(hào)機(jī)內(nèi)方2～3m處，用于檢查甲站與乙站區(qū)間的占用和空閑狀態(tài)。當(dāng)區(qū)間處于空閑狀態(tài)，辦理由甲站至乙站發(fā)車進(jìn)路，通過計(jì)軸設(shè)備與結(jié)合電路（包括與半自動(dòng)閉塞結(jié)合電路）構(gòu)成自動(dòng)站間閉塞。當(dāng)列車出發(fā)、車輪駛?cè)胲囕唫鞲衅鳎ˋ）作用區(qū)域時(shí)，甲站微機(jī)開始計(jì)軸，并判別列車運(yùn)行方向，確定對(duì)軸數(shù)是累加計(jì)數(shù)還是遞減計(jì)數(shù)。這時(shí)B計(jì)數(shù)結(jié)果為零，兩站的微機(jī)通過站間傳輸通道互傳軸數(shù)信息，經(jīng)比較不一致后，同時(shí)發(fā)出區(qū)間占用信息，區(qū)間軌道繼電器（QGJ）落下。當(dāng)列車完全通過A端，A計(jì)數(shù)結(jié)果為N（列車軸數(shù)）；當(dāng)列車駛離區(qū)間時(shí)，經(jīng)過車輪傳感器（B）作用區(qū)域時(shí)，乙站微機(jī)開始計(jì)軸，經(jīng)兩站的微機(jī)比較結(jié)果一致，同時(shí)輸出區(qū)間空閑信息，驅(qū)動(dòng)區(qū)間軌道繼電器（QGJ）吸起。當(dāng)列車完全進(jìn)入乙站股道后，站間閉塞自動(dòng)復(fù)原。

1.3 計(jì)軸設(shè)備基本原理

1.3.1 軸脈沖的形成

計(jì)軸設(shè)備采用電磁式有源傳感器，利用電磁感應(yīng)原理，在有車輪通過時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng)變化而檢測(cè)到輪軸信號(hào)。車輪傳感器的每套磁頭包括發(fā)送（T）和接收（R）兩個(gè)磁頭，發(fā)送磁頭安裝在鋼軌外側(cè)，接收磁頭安裝在鋼軌內(nèi)側(cè)。發(fā)送磁頭的線圈和接收磁頭的線圈及鋼軌的幾何形狀如圖2所示，發(fā)送線圈S和接收線圈E產(chǎn)生的磁通環(huán)繞過鋼軌后形成兩個(gè)磁通Φ1、Φ2，它們以不同的路徑、相反的方向穿過接收線圈E。在沒有車輪經(jīng)過車輪傳感器時(shí)，此時(shí)磁通Φ1遠(yuǎn)大于Φ2，在接收線圈內(nèi)感應(yīng)出一定的交流電壓信號(hào)，其相位與發(fā)送電壓相位相同。當(dāng)有車輪經(jīng)過車輪傳感器時(shí)，由于車輪的屏蔽作用，整個(gè)磁通橋路發(fā)生變化，此時(shí)Φ1減小、Φ2增大，在接收線圈內(nèi)感應(yīng)的交流電壓相位與發(fā)送電壓相位相反。該相位變化經(jīng)車輪電子檢測(cè)器電路處理后，即形成了軸脈沖信號(hào)。

JWJ-C2型微機(jī)計(jì)軸設(shè)備的車輪傳感器包括主傳感器和輔助傳感器，主傳感器由兩套磁頭構(gòu)成，輔助傳感器由一套磁頭構(gòu)成。主、輔傳感器分別安裝在同一枕木空的兩根鋼軌上。當(dāng)車輪經(jīng)過時(shí)產(chǎn)生軸脈沖如圖3所示。

1.3.2 計(jì)軸基本工作原理

計(jì)軸基本工作原理：如圖4所示。基于列車（車輛）駛?cè)牒婉偝鲇?jì)軸點(diǎn)所監(jiān)視的區(qū)段時(shí)所記錄軸數(shù)的比較結(jié)果，以此確定該區(qū)段的占用或空閑狀態(tài)。當(dāng)列車從所檢查區(qū)段的A端進(jìn)入，車輪駛?cè)胲囕唫鞲衅鳎ˋ）作用區(qū)域時(shí)，微機(jī)開始計(jì)數(shù)，并判別運(yùn)行方向，確定對(duì)軸數(shù)是累加計(jì)數(shù)還是遞減計(jì)數(shù)。這時(shí)B計(jì)數(shù)結(jié)果為零，微機(jī)根據(jù)軸數(shù)信息，經(jīng)比較不一致后，發(fā)出區(qū)段占用信息，控制該區(qū)段軌道繼電器落下。當(dāng)列車完全通過A端，A計(jì)數(shù)結(jié)果為N（列車軸數(shù)）。當(dāng)列車駛離區(qū)段時(shí)，經(jīng)過車輪傳感器（B）計(jì)數(shù)為N，經(jīng)微機(jī)比較結(jié)果一致，輸出區(qū)段空閑信息，控制該區(qū)段軌道繼電器吸起。

1.3.3 主要技術(shù)指標(biāo)

（1）車輪傳感器信號(hào)頻率：主傳感器2套磁頭的工作頻率f1=28.00kHz±0.50kHz，f2=24.00kHz±0.50kHz；輔助傳感器的工作頻率f3=20.00kHz±0.50kHz。（2）應(yīng)變時(shí)間：占用不大于1s，空閑不大于2s。（3）系統(tǒng)供電電源：交流220V（電源允許波動(dòng)范圍：187V～242V），50Hz±1Hz；計(jì)軸設(shè)備配UPS電源，不間斷供電時(shí)間不小于60min。（4）功耗：每個(gè)運(yùn)算器功耗為50W，每個(gè)車輪電子檢測(cè)器功耗為15W，維護(hù)機(jī)最大功耗為300W。（5）室內(nèi)設(shè)備與計(jì)軸點(diǎn)之間最大通信距離4km。

2 計(jì)軸主要單元設(shè)備的構(gòu)成及原理

2.1 計(jì)軸主要單元設(shè)備的構(gòu)成

計(jì)軸主機(jī)的構(gòu)成：計(jì)軸主機(jī)由主機(jī)機(jī)柜、運(yùn)算器、防雷組匣、不間斷電源及維護(hù)機(jī)或監(jiān)控機(jī)等組成。（如圖5所示）

2.2 運(yùn)算器（以J·YG2-4型運(yùn)算器為例）

J·YG2-4型運(yùn)算器安裝在J·G型主機(jī)機(jī)柜內(nèi)，由J·XY1型運(yùn)算器機(jī)箱和6種單元卡構(gòu)成。6種單元卡由左到右分別為J·DY1型運(yùn)算器電源卡（PCU）、J·KC型運(yùn)算器測(cè)試卡（TSU）、JD·Z型主控卡（MCU）、J·CR型輸入輸出卡（IOU）、J·ZG型光纖轉(zhuǎn)換卡（FCU）和J·X型顯示卡（DPU）。

2.3 防雷組匣

J·UL型防雷組匣用于電源防雷、通道防雷和設(shè)備供電，安裝在J·G型主機(jī)機(jī)柜內(nèi)，由電源防雷單元、通訊防雷單元、空氣開關(guān)、防雷隔離變壓器、接線端子等器件及配線構(gòu)成。

2.4 不間斷電源

SURT1000XLICH型不間斷電源用于提供計(jì)軸設(shè)備電源，安裝在J·G型主機(jī)機(jī)柜內(nèi)。

2.5 車輪電子檢測(cè)器（ADE）

J·LC型車輪電子檢測(cè)器（ADE）安裝在XB2型軌道箱內(nèi)，由J·XC型檢測(cè)器機(jī)箱和6塊單元卡組成，6塊單元卡從左到右分別為J·S型計(jì)數(shù)卡（ACU）、J·JF-28型發(fā)送接收卡（TRU1）、J·C型檢測(cè)卡（SDU）、J·JF-24型發(fā)送接收卡（TRU2）、J·JF-20型發(fā)送接收卡（TRU3）和J·DC型檢測(cè)器電源卡（PDU）。J·LC1型車輪電子檢測(cè)器（ADE）安裝在J·XG型軌道箱內(nèi)，由J·XC1型檢測(cè)器機(jī)箱和7塊單元卡組成，7塊單元卡從左到右分別為J·S型計(jì)數(shù)卡（ACU）、J·JF1-28型發(fā)送接收卡（TRU1）、J·C型檢測(cè)卡（SDU）、J·JF1-24型發(fā)送接收卡（TRU2）、J·JF1-20型發(fā)送接收卡（TRU3）、J·KCC型檢測(cè)器測(cè)試卡（TSU）和J·DC1型檢測(cè)器電源卡（PDU），在J·XG型軌道箱上還裝有防雷單元和接線端子排等。

2.6 車輪傳感器

車輪傳感器成套使用，1套車輪傳感器包含1個(gè)主傳感器和1個(gè)輔助傳感器。

主傳感器由2套磁頭、共用的1套底座、引接電纜及電纜護(hù)套構(gòu)成。每套磁頭包括1個(gè)發(fā)送磁頭（T）和1個(gè)接收磁頭（R），每個(gè)磁頭上帶有一條2芯屏蔽電纜，T1/R1磁頭的工作頻率為28KHz，T2/R2磁頭的工作頻率為24KHz。每套包括發(fā)送底座接收底座各1個(gè)，發(fā)送底座上帶有2個(gè)電纜護(hù)套接頭。

2.7 輔助傳感器

輔助傳感器由一套磁頭、一套底座、引接電纜及電纜護(hù)套構(gòu)成。磁頭與主傳感器通用，每個(gè)磁頭上帶有一條2芯屏蔽電纜，磁頭的工作頻率為20KHz。每套包括發(fā)送底座和接收底座各1個(gè)，在接收底座上帶有1根電纜護(hù)套接頭。

3 存在問題

J·LC1型車輪電子檢測(cè)器（ADE）安裝在J·XG型軌道箱內(nèi)，由J·XC1型檢測(cè)器機(jī)箱和7塊單元卡組成。其中J·DC1型檢測(cè)器電源卡（PDU）輸出的是DC-24伏電源，供發(fā)送接收卡和檢測(cè)卡工作。

3.1 工作環(huán)境與缺陷

臨策鐵路地處內(nèi)蒙古西北部，線路沙害有440.7km，嚴(yán)重沙害219.8km，風(fēng)沙埋道最嚴(yán)重時(shí)最厚達(dá)1m；自然環(huán)境異常惡劣：即臨策鐵路全線穿越烏蘭布和、亞瑪雷克、巴丹吉林沙漠近200公里，無人區(qū)400公里，沿線四季風(fēng)大沙多，夏季溫度最高達(dá)46攝氏度，地表溫度高達(dá)70攝氏度，冬季最低溫度達(dá)零下40多攝氏度。原電路的工作參數(shù)是：檢測(cè)器電源卡（PDU）輸出電壓24V，在該電壓供電方式下，發(fā)送接收卡提供給車輪傳感器的磁頭發(fā)送電壓28V～40V，接收磁頭感應(yīng)出來的接收電壓為15mV～70mV。在惡劣環(huán)境之下，傳感器的接收磁頭電壓低于10mV的情況時(shí)有發(fā)生，而每當(dāng)傳感器的接收磁頭電壓低于10mV時(shí)，傳感器的工作可靠性將大大降低，將會(huì)出現(xiàn)計(jì)軸不準(zhǔn)確、傳感器接收磁頭電壓低報(bào)警、傳感器自檢錯(cuò)誤報(bào)警等情況，嚴(yán)重影響了運(yùn)營(yíng)效率。

3.2 針對(duì)問題，電路參數(shù)改進(jìn)方案

基于這種情況，我們經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地試驗(yàn)，將檢測(cè)器電源卡（PDU）輸出電壓由24V提高到48V，提高了發(fā)送接收卡的工作電壓，從而使得發(fā)送接收卡提供給車輪傳感器的磁頭發(fā)送電壓由28V～40V提高到55V～65V，由于磁頭發(fā)送電壓的提高，使得接收磁頭感應(yīng)出來的接收電壓由15mV～70mV提高到25mV～120mV。避免了傳感器的接收磁頭電壓低于10mV的可能性，從而提高了傳感器的工作可靠性，消除了計(jì)軸不準(zhǔn)確、傳感器接收磁頭電壓低報(bào)警、傳感器自檢錯(cuò)誤報(bào)警等情況，因此提高檢測(cè)器電源卡輸出電壓，最終導(dǎo)致傳感器接收磁頭接收電壓提高的方案，可以很大程度的提高傳感器工作的穩(wěn)定性和可靠性，使得計(jì)軸系統(tǒng)能夠更穩(wěn)定可靠的工作。

3.3 改進(jìn)電路方案論證

3.3.1 安全性：故障點(diǎn)沒有增加，沒有改動(dòng)電路基本性能且不改動(dòng)既有電路配線，符合信號(hào)故障導(dǎo)向安全原則，安全系數(shù)不變。

3.3.2 可靠性：只是將檢測(cè)器電源卡（PDU）輸出電壓由24V提高到48V，電路原理、聯(lián)鎖關(guān)系沒有改變，所以可靠性跟原來一樣。

3.3.3 經(jīng)濟(jì)性：只是將檢測(cè)器電源卡（PDU）輸出電壓提高，成本低、投入小，且改進(jìn)后的電路大大提高了運(yùn)輸效率，適用性提高并能保證安全。

3.3.4 可操作性：檢修工作和往常一樣，在信號(hào)天窗點(diǎn)內(nèi)就能進(jìn)行，工作量小且便捷，且不改變以前的維修方式。

基于以上論證，2013年5月我們?cè)谂R策線互做布其至額濟(jì)納間8個(gè)車站投入使用，連月來，工作性能穩(wěn)定，效果良好，大大提高了運(yùn)營(yíng)效率。