淺談計軸設(shè)備及其應(yīng)用

文/耿劉云

1 前言

隨著我國重載鐵路的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的25HZ 相敏軌道電路和UM71 軌道電路由于分路不良和道岔床漏泄給列車運行帶來很大的安全隱患，而微機(jī)計軸設(shè)備很好地解決了這兩個問題，兩者相互結(jié)合使用能保證列車的安全，提高運行效率。

2 計軸設(shè)備

2.1 計軸設(shè)備的特點

計軸設(shè)備的工作不受道岔、軌道狀態(tài)和周圍環(huán)境等影響，控制距離長達(dá)20km，缺點是不能檢查鋼軌斷軌和傳輸與行車有關(guān)的其他信息，其特點決定了計軸設(shè)備不能獨立使用，必須與其他信號設(shè)備相結(jié)合才能完成鐵路的安全運輸。

2.2 計軸系統(tǒng)構(gòu)成

計軸設(shè)備由室內(nèi)設(shè)備、室外設(shè)備、傳輸通道三部分構(gòu)成。

室外設(shè)備：由安裝在鋼軌上的車輪傳感器和車輪電子檢測器構(gòu)成。每個計軸點采用兩組車輪傳感器，用以采集輪軸信息和確定列車運行方向，車輪電子檢測器對車輪傳感器傳送的輪軸信息進(jìn)行準(zhǔn)確計數(shù)，鑒別了列車的運行方向。

室內(nèi)設(shè)備：由計軸主機(jī)、防雷組合和計軸電源等組成。其作用是對室外車輪電子檢測器傳輸回的信息進(jìn)行運算，給出相應(yīng)區(qū)段的占用或空閑的條件。

傳輸通道：室內(nèi)外設(shè)備傳遞信息的信號通道。傳輸通道每個檢測點需4 芯計軸專用電纜，其中一對為信號線，一對為電源線。信號線是室內(nèi)外設(shè)備信息相互傳遞的通道，電源線是室內(nèi)向室外提供持續(xù)電源，保證室外設(shè)備正常工作。

2.3 計軸工作原理

計軸系統(tǒng)是室外安裝在鋼軌的兩個傳感器經(jīng)電磁耦合形成感應(yīng)磁場，車輪電子檢測器將磁場變化轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的同頻交流信號，信號通過線纜送回室內(nèi)計算機(jī)。在沒有列車輪對通過傳感器時，磁場沒有被切割，同頻交流信號大小不變；有列車輪對通過時，車軸會切割磁場，每切割一次磁場就會有所變化，車輪電子檢測器轉(zhuǎn)化的同頻交流信號隨之也會產(chǎn)生變化，這個信號經(jīng)電纜傳送回室內(nèi)計算機(jī)，計算機(jī)通過軟件來對這個信號進(jìn)行分析，然后鑒別軌道電路的占用和出清狀態(tài)。列車的運行方向不同，輪對通過兩個傳感器的先后順序不同，由計算機(jī)自動鑒別后確定計軸數(shù)是累加還是遞減，從而鑒別列車運行方向[1]。滿足電路要求后，驅(qū)動計軸軌道繼電器（JGJ），確認(rèn)軌道區(qū)段的占用或空閑狀態(tài)。

（無車輪磁力線）

（有車輪磁力線）

2.4 計軸傳感器設(shè)置

計軸傳感器設(shè)置在距鋼軌絕緣±2m 位置，舉例說明：列車上行方向運行為累加計軸，下行方向運行為遞減計軸（“”為傳感器設(shè)置點，“”為鋼軌絕緣，”為計軸傳感器）。

2．4．1 單個無岔區(qū)段檢查

A、B 兩點計軸點設(shè)置在一個無岔軌道區(qū)段IG中。當(dāng)A=B 時，IG 空閑；當(dāng)A≠B 時，IG 占用，Aa 先于Ab，微機(jī)對軸數(shù)累加，列車運行方向由神南開往肅北；Bb 先于Ba，微機(jī)對軸數(shù)累加，列車運行方向由肅北開往神南[2]。

2．4．2 一送二受道岔區(qū)段檢查

A、B、C 三個計軸點分別安裝在一送二受道岔區(qū)段1DG 中。當(dāng)A=B=C 時，1DG 空 閑；當(dāng)A≠B 或A≠C時，1DG 占用，Aa 先于Ab，列車神南開往肅北；Bb 先于Ba 或Cb 先于Ca，列車由肅北開往神南。

2．4．3 雙動道岔區(qū)段檢查

A、B、C、D、E 五個計軸點分別安裝在雙動道岔區(qū)段1DG 和3DG 中。當(dāng)D=E=C 時，1DG 空 閑、B=A=C時，3DG 空 閑；當(dāng)A≠B 或A≠C 時，3DG 占用，Aa 先 于Ab 或Ca 先 于Cb ，列 車 神南開往肅 北；Bb 先于Ba，列車由肅北開往神南；當(dāng)D≠E 或D≠C，1DG 占用，Da先于Db，列車神南開往肅北；Eb 先于Ea 或Cb 先于Ca，列車由肅北開往神南。

2.5 計軸設(shè)備故障—安全

2．5．1 采用二取二結(jié)構(gòu)

計軸運算器的控制單元采用二取二結(jié)構(gòu)，計軸運算器和輪軸檢測器都是由兩個硬件相同、功能相同的主控CPU 電路構(gòu)成，二個主控CPU 通過軟件同步信號以“與”的方式同步工作，并進(jìn)行自檢或互檢；如果有一個發(fā)生故障或異常狀態(tài)，設(shè)備則表示對應(yīng)軌道電路區(qū)段占用，并告警提示。

2．5．2 采用冗余方式實現(xiàn)對重要信息的校驗

軟件設(shè)計中對重要信息如軸數(shù)、標(biāo)志、狀態(tài)采用雙區(qū)存儲，即利用RAM 存儲區(qū)將信息以不同碼型分別存入兩個區(qū)域。使用這些信息時，采用“二取二”的方法取出正確信息，若“二取二”不成功，則表明信息被破壞已不可恢復(fù)，區(qū)段導(dǎo)向占用狀態(tài)，并告警提示[3]。

2．5．3 軟件檢測硬件

系統(tǒng)利用軟件對硬件進(jìn)行全面故障檢測，故障檢測包括微控制器自檢、外圍芯片檢測、通信模塊檢測、傳輸通道檢測和繼電器檢測等，所有檢測出的故障均給出相應(yīng)的故障提示碼。

3 計軸設(shè)備的應(yīng)用

3.1 計軸設(shè)備解決軌道電路分路不良

3．1．1 軌道電路分路不良定義及危害

軌道電路區(qū)段軌面因不良導(dǎo)電物影響造成列車或車列占用軌道電路區(qū)段時不顯示紅光帶，該區(qū)段稱為軌道電路分路不良區(qū)段。

軌道電路分路不良對鐵路行車安全的危害極其嚴(yán)重。控制臺不能實時、準(zhǔn)確的反映出列車、車列的占用和出清情況，極有可能造成信號錯誤開放、道岔中途轉(zhuǎn)換和列車沖突、脫軌或擠岔等行車事故。例如，“5．10”神池南站列車沖突事故。2013年5月10日，中鐵大橋局架梁平車車組（2#架橋機(jī)+8 輛平車）在與車站聯(lián)系不清的情況下，從工程線越過D2002 調(diào)車信號機(jī)侵入接車進(jìn)路（2012#道岔反位）限界，11：42 與S6064 次列車發(fā)生了側(cè)面沖突，造成最前1 輛平車（N17AK 5062876）掉道，本列機(jī)車SS40786#車體刮傷。經(jīng)搶修，12：18 線路恢復(fù)，S6064 次列車于12：52 運行至18 道，17：50 現(xiàn)場全部清理完畢。

3．1．2 計軸設(shè)備與25HZ 相敏軌道電路結(jié)合

計軸系統(tǒng)與25HZ 相敏軌道電路相疊加是在25HZ 相敏軌道電路基礎(chǔ)上增設(shè)一套計軸系統(tǒng)做為冗余設(shè)備，通過25HZ 相敏軌道電路和計軸系統(tǒng)相結(jié)合實現(xiàn)對軌道占用或出清的雙重檢查。計軸系統(tǒng)具有獨立的電源系統(tǒng)和繼電器電路，除向聯(lián)鎖系統(tǒng)提供計軸軌道繼電器（JGJ）接點外，不介入任何聯(lián)鎖關(guān)系。

采用計軸設(shè)備解決25HZ 相敏軌道電路道床漏泄和分路不良問題，必須將既有軌道電路與計軸設(shè)備相結(jié)合，把計軸軌道繼電器（JGJ）前接點串接在原25HZ相敏軌道電路的勵磁電路中，通過原25HZ 軌道電路和計軸系統(tǒng)實現(xiàn)對軌道電路占用或出清的雙重檢查。

舉例說明：如圖一為軌道電路一送三受區(qū)段6-10DG，6#道岔反位與10#道岔反位為分路不良區(qū)段。當(dāng)調(diào)車作業(yè)時，車輛壓入分路不良區(qū)段時，GJR與GJR2 均不能正常落下，造成有車占用而控制臺無顯示；計軸設(shè)備不受線路影響，在6-10DG 區(qū)段加裝計軸設(shè)備，A、B、C 為計軸傳感器加裝點，當(dāng)列車或車列壓 入6-10DG 區(qū)段，A≠B 或A≠C經(jīng)過CPU運算分析后，計軸軌道繼電器（JGJ）失磁落下，將JGJ 的一組接點串接在GJ 勵磁電路中（圖二），JGJ、GJ 控制臺顯示紅光帶，確認(rèn)6-10DG 有車占用；當(dāng)列車或車列出清6-10DG 后，A=B 或A=C，經(jīng)過CPU 運算分析后，計軸軌道繼電器（JGJ）吸起，GJ 勵磁電路通電后吸起。

圖一

圖二

3.2 計軸設(shè)備解決UM71 軌道電路道床泄漏

3．2．1 道床電阻

軌道電路在電能傳輸中，電流由一根鋼軌經(jīng)過枕木、道砟以及大地泄漏到另一根鋼軌的泄漏電阻，通稱為道砟電阻。

這些泄漏電流沿著軌道線路均勻分布在各點上，電流的大小（即泄漏電阻大小），受道砟材料、厚度、清潔度、枕木材質(zhì)、數(shù)量以及天氣等因素影響很大。道砟電阻越小，兩根鋼軌間的泄漏電流越大，軌道電路工作越不穩(wěn)定。因此，要提高軌道電路工作質(zhì)量，盡可能提高最小道碴電阻。例如：3月28日，下雨道床漏泄過大，造成原平南-回鳳區(qū)間B2G2、B3G2 紅光帶，回鳳-原平南區(qū)間C5G2 紅光帶，古月-小覺區(qū)間C1G 紅光帶，管內(nèi)區(qū)段電壓下降最高達(dá)到400mv左右。

3．2．2 計軸設(shè)備與UM71 軌道電路理論上相結(jié)合

由于計軸設(shè)備不受氣候影響和不能傳輸機(jī)車信號的特性，將區(qū)間軌道電路軌道出清或占用情況由計軸軌道繼電器JGJ 控制。只要有車輛壓入，JGJ 失磁落下；無車時JGJ 保持在吸起狀態(tài)，區(qū)間信號點燈電路和UM71 軌道發(fā)碼電路原理不變，只需將控制電路中的GJ 繼電器接點改為JGJ 繼電器接點控制。

4 結(jié)語

隨著微機(jī)計軸技術(shù)不斷發(fā)展，計軸設(shè)備在鐵路運輸中也得到了廣泛應(yīng)用，計軸設(shè)備的特點成功解決了軌道電路分路不良和道床泄露等影響行車安全的普遍問題。計軸系統(tǒng)與軌道電路系統(tǒng)是兩個獨立的系統(tǒng)，可以增加計軸切除按鈕。兩套系統(tǒng)都在正常工作時，相互檢查確保聯(lián)鎖關(guān)系正確；當(dāng)計軸設(shè)備出現(xiàn)故障時，可將計軸設(shè)備系統(tǒng)切除，用原軌道電路工作，最大限度確保行車安全和運輸任務(wù)需求。