计轴技术

计轴技术讲座介绍内容一、计轴设备发展简介二、计轴应用的名词术语三、计轴设备基本构成四、计轴设备原理五、国内主要应用情况六、存在问题及解决方案七、主要计轴厂家设备介绍一、计轴设备发展简介国外：计轴设备的运用开始于上世纪初，1913年瑞士铁路在钢枕区段首先采用。30至40年代在欧洲特别是德国、瑞士铁路推广使用。到目前为止，使用计轴设备的国家有：德国、丹麦、芬兰、比利时、英国、荷兰、挪威、西班牙、瑞士、葡萄牙、印度、印度尼西亚、土耳其、波兰、俄罗斯、南非、澳大利亚、奥地利、保加利亚、墨西哥等等。国外产品主要集中在阿尔卡特、西门子为代表。计轴设备发展简介国内：国产计轴设备的研究开始于上世纪50年代，从分立元件、到集成电路、微处理器，历经几代，水平明显提高。但由于对高可靠性、安全性的要求，真正上道使用却是近几年的事。国内产品主要厂家是：成都铁路通信厂；齐齐哈尔科研所（哈尔滨科研所）；黑龙江瑞星公司；河南辉煌公司基本上是以阿尔卡特公司设备原理为基础，仿制、改进、研发。计轴设备发展简介国内的应用：计轴设备的应用铁路局主要有：成都、柳州、广州、兰州、南昌、西安等铁路局。涉及的主要线路有：武广线、成渝线、冷桂线、宝成线等，另外还有几千公里的单线区段。主要的应用范围有以下几个方面：1、站内（针对个别区段的分路不良）2、半自动区间（作为检查设备、CTC结合）3、自动闭塞区段（主要针对低阻道床，以进口设备为主）在了解计轴有关内容之前，下面首先介绍轨道电路功能。轨道电路原理简介IIII轨道电路优点：1、能够连续检查轨道区段的空闲、占用状态；2、能够实现断轨检查；3、能够完成机车信号传输；4、抗外界干扰强；5、便于维护；6、价格适当。轨道电路存在不足：1、受道床影响，变化是动态的；（一次调整时受晴雨天、道床干燥、潮湿表现明显）2、传输长度有限制；（一般闭塞分区长度1.5公里左右）I轨道电路存在的问题：红光带产生原因：由于道床漏泄过大，电阻太低。多发生在隧道、阴雨潮湿季节、金属矿石粉末遗撒。I轨道电路存在的问题：白光带（分路不良）产生原因：由于轨面生锈等原因，造成车轮不能可靠分路。如：车站侧线长时间不走车、沿海、风沙、粉尘严重地区。二、计轴设备在应用中的名词术语1、计轴轨道检查装置通过计入、计出轴数的算术运算，输出控制条件，实现对轨道区段空闲、占用检查的安全装置。2、计轴轨道区段采用计轴轨道检查装置检查空闲的轨道区段。术语定义3、空闲计轴轨道区段在计入轴数和计出轴数相等时的状态。4、占用计轴轨道区段在计入轴数和计出轴数不等时的状态。术语定义5、负轴计轴轨道区段在无计入轴数而有计出轴数或计出轴数多于计入轴数时的状态。6、大区段包含多个闭塞分区的区段。术语定义7、复零对计轴轨道区段从占用状态改为空闲状态的操作。复零分为预复零和立即复零。8、预付零按压计轴轨道区段的预复零按钮后，该区段保持占用状态，只有在经该区段运行一列车，当计轴轨道检查装置确认计入和计出轴数相等后，该区段才可恢复为空闲状态。术语定义9、立即复零同时按压计轴立即复零按钮和呈占用状态计轴轨道区段的予复零按钮后，该区段立即呈空闲状态。在操控台或显示器需要设置的按钮、表示1)计轴轨道区段空闲或占用表示；2)计轴使用/停用按钮；3)计轴使用/停用表示；4)计轴轨道区段预复零按钮；5)计轴轨道区段预复零表示；6)大区段空闲或占用表示。三、计轴设备的基本构成磁头室外电子盒室内主机室外钢轨上安装两个磁头，其作用：1、有效计轴，检查空闲、占用状态；2、鉴别列车运行方向。枕木钢轨发送磁头接收磁头磁头电缆磁头部分名称轨道磁头完整的磁头电缆黄帽子安装基座电子盒支座安装基座室外电子单元由金属支架固定在轨边基础上，盒内有一插笼，内插四种共6块欧洲标准尺寸(100x160mm)的印制板单元板，它们分别是：S/E－A1、S/E－A2--发送/接收板；ZPR1、ZPR2--CPU板；MOD--调制解调器板；SV--电源板。室外电子单元1Blis-CA防雷2Blis-CA防雷3S/E-A1发送/接收器4S/E-A2发送/接收器5ZpR1CPU16ZpR2CPU27Mod调制解调器8SV电源板9TP1-15接线端1-1510TP16-30接线端16-3011BgtEAK30CA子机架电子单元前示图zbd32302greenredSE-ASE-AZpRZpRSVSE-A1SE-A2ZpR1ZpR2ModSV16-301-151611151924diagnosticpluggreengreengreenredredredredredredredgreengreen3102456918711磁头的结构每套磁头包括两个发送磁头(TX)和两个接收磁头(RX)，发送磁头安装在轨道外侧，而接收磁头安装在轨道内侧，并与相应的发送磁头一一对应，发送磁头由塑料外壳保护，并有铝制底座与之相连，内部为绕制在铁芯上的线圈四、计轴设备工作原理磁头电气原理两组发送线圈中，电流的频率各不相同(约为30KHz和29KHz)它们产生的交变磁场使接收线圈产生感应电压。只要把发送/接收线圈调整在适当的位置，当有车轮轮缘压在钢轨上时，接收线圈产生的感应电压的相位将反转180度，EAK可根据其相位变化检测到一个轴。以下画图说明：如果车轮距离磁头中心超过200mm，发送线圈产生的交变磁场穿过接收线圈，其磁力线与接收线圈的垂直线成一个角度λ，导致接收线圈中产生与发送线圈的电压相位相同的感应交流电压。没有车轮时磁头电气原理当车轮轮缘到达距磁头中心线约200mm的位置时，发送线圈产生的磁力线垂直穿过接收线圈，这样，接收线圈的感应电压变为零。车轮距磁头200mm时磁头电气原理当车轮的位置处于磁头正上方时，发送线圈产生的磁力线穿过接收线圈，但磁力线与接收线圈的垂直线的角度变为-λ，那么，接收线圈中产生的感应交流电压较发送线圈的电压相位反转了180度。车轮到达磁头上方磁头电气原理计轴设备的工作原理：车轮作用的磁场变化图f=29and30kHz无轮轴相位角为正Rx接收电压最大轮轴距离磁头约200mm相位角=0°无接收电压轮轴位于发送磁头正上方相位角为负Rx接收电压最大利用相位和振幅检测轮轴计轴设备的原理：轴脉冲的形成当车轮经过磁头，接受磁头的信号如左图绿线所示，经过磁头板后，磁头板输出的波形如左图红线所示磁头-监测轮轴电子单元-给发送磁头Tx供电-对来自接收磁头Rx的轴脉冲计数-监视磁头工作状态-进行自诊断-对数据进行调制和解调-来自磁头的模拟轮轴脉冲信号首先在发送/接收板中转换为数字信号，然后在CPU板中进行进一步的计数处理。在经过调制解调器板的调制后，CPU板的计数结果以串行报文的方式发出。室外设备完成的主要工作机架式机柜式ACE轮询室外EAK并取得数据处理从EAK发回的数据占用信息最多16个区间输出信息区间占用信息=轨道继电器向微机联锁提供信息=微机联锁诊断信息=诊断机预复零和直接复零自检室内设备ACE主要完成的工作室内计轴主机ACE的系统结构双机系统的每台计算机由以下部件构成：1）CPU(INTEL8088处理器)2）EPROM(2X64KBYTE)3）RAM(16KBYTE)4）UART（4个串行数据接口）5）I/O锁存、扩展数据总线，用来连接输入、输出板正如ACE中计算机的构成图所示，这些板通过TTL计算机总线连结起来，计算机总线包括8条数据线、16条地址线和一些控制线；输入和输出数据在并行接口处通过扩展COMS数据总线（即扩展I/O总线）完成，扩展总线包括8条数据线、16条地址线和控制线。ACE的监督环由于CPU的输出属于非安全电路，如GFX.1或GFX.2可能粘接点，轨道继电器可能错误吸起（当然不考虑—对GF输出同时故障的情况），为此利用每对复示继电器的接点状态回送到CPU内加以检查，一旦发现一对复示继电器的接点不一致，就切断所有轨道继电器的电源，如果一对复示继电器本应吸起，由于断线等原因，其中之一落下，其结果也会使所有轨道继电器落下。ACE的监督环Egb1TKUe11QGJ11QGJ2XDQGJ1XDQGJ2Z2bit0QKZ24d2192H200ufJGJ4）Egb2TKUe2SDQGJ1SDQGJ29QGJ19QGJ2Z2bit0QKF24d293H监督回路ACE的输出信息I/O有8块并行输出板，每板包括8个输出继电器。同时安全型继电器作为复示，并且复示继电器的接点还要输回到CPU中，以便检查输出是否正确。复零及需要注意的问题1对于计轴区段有两种复位方式：1、预复位方式，即通过车站值班员按下相应的复位按钮，预复位需要走一趟车,正确计轴后才能复零，轨道继电器才能吸起；2、直接复位，这需要按下立即复位按钮和某一区段的预复位按钮。复零及需要注意的问题2当轴数小于1或等于l时，可以进行预复位。对于大区间检查方式，当大区间空闲（计轴为零），而某区段轴数为l时，经特殊继电电路设计，可通过按压预复位按钮，不需要走一趟车就能复位。当EAK故障、通信受干扰或计轴数为负时，ACE均判为干扰状态，干扰状态可用两种方式复位，但不能轻易使用直接复位。由于工务单轨车等原因，造成区段轴数大于1时，不能复零，必须人为制造一个干扰，如把EAK电源切断一下，ACE判为干扰状态后，才有可能复位，当然首先考虑用预复位。预复位按钮按压的时间不许超过5秒钟，也不允许连续按压两次（偶数次不允许，奇数次可以），否则只能使区段进入干扰状态，而不能使轨道继电器吸起。计轴设备指标电源:室外EAK:直流电源板110VDC允许范围:60V…150V交流电源板220VAC允许范围:160V…260V室内ACE:直流电源板60VDC允许范围:43V…72V交流电源板220VAC允许范围:187V…253V功耗:室外EAK：7W室内ACE：70W速度：列车速度最高可达380公里/小时温度范围:-45°C...+80°C(EAK30H)-25°C…+55°C(ACE)综上所述计轴设备的功能：通过计算区段的计入与计出轴数的算术和来反映该区段的占用与空闲。前提条件强调：顺序进入、顺序出清！计轴设备的优点通过以上介绍计轴设备的原理，总结计轴设备的优点：1、与轨道道床条件无关、与钢轨表面清洁度无关；2、不须在钢轨上加装绝缘节，不受轨距秆绝缘节破损影响，安装简单方便。3、与检查区段的长短无关；4、结合电路简单。5、不受电气化干扰，适用于电化、非电化区段。五、国内主要应用情况1、站内：解决分路不良；2、区间：半自动闭塞----自动站间闭塞；自动闭塞：单线自动闭塞复线自动闭塞：计轴加单轨条计轴加机车信号计轴加轨道电路计轴加环线（一）站内应用针对解决站内轨道电路分路不良问题2007年3月2日铁道部运输局发布运基信号[2007]99号《关于印发站内计轴轨道电路技术标准（暂行）》的通知站内计轴轨道电路技术标准（暂行）前言采用计轴设备检测轨道区段的空闲与占用，可代替站内轨道电路，并解决站内轨道电路分路不良。站内计轴轨道电路技术标准（暂行）系统技术要求1、站内计轴轨道电路应符合故障-安全原则。2、站内轨道区段空闲、占用检查由计轴设备完成，应满足站内联锁技术条件。3、采用计轴设备检查轨道区段时，办理进路和闭塞的操作方式不变。4、系统响应时间应满足站内联锁的需求。5、用于轨道空闲、占用检查时，应适用于站内各类型轨道区段的要求。站内计轴轨道电路技术标准（暂行）结合电路1、采用计轴轨道继电器条件与既有轨道继电器条件串接方式，实现轨道区段的空闲与占用检查。2、每一计轴轨道区段设置1个计轴复零按钮及计数器。计轴复零操作要求：使用复零按钮操作，应制定相应的管理办法。（二）自动站间闭塞利用计轴设备检查区间空闲闭塞机闭塞机计轴计轴特点：1、利用计轴设备完成区间空闲检查；2、发车站办理发车进路，闭塞自动生成；3、列车到达接车站闭塞自动解除。Zp30CA设备组成车站信号室车站信号室区间线路XBXB10芯10芯12芯12芯站间通道TB/T2668-2004《铁路信号自动站间闭塞技术条件》（2004年1月30日发布实施）自动站