深圳地鐵2號線計軸系統(tǒng)故障分析與處理

郭朝榮

（深圳地鐵集團有限公司，518040，深圳∥高級工程師）

計軸器是一種重要的鐵路信號設備，世界各大鐵路公司都有相應的計軸產(chǎn)品，如Alctel的AzLM，GE的SCA，SIEMENS的AzS350U等。深圳地鐵2號線信號系統(tǒng)采用的是CBTC（基于通信的列車控制）移動閉塞信號系統(tǒng)，聯(lián)鎖系統(tǒng)選用了科安達－提芬巴赫的TAZⅡ計軸系統(tǒng)作為軌道電路。

1 故障概述

深圳地鐵2號線首通段開通于2010年12月28日，開通初期計軸系統(tǒng)偶爾出現(xiàn)輪對丟失（俗稱“丟軸”）現(xiàn)象，造成軌道區(qū)段發(fā)生紅光帶故障，影響正常運營。但在首通段運營的10列車中，丟軸現(xiàn)象卻主要出現(xiàn)在其中一列車上令人費解。

2 故障原因調(diào)查、分析及處理

2.1 故障調(diào)查

首通段開通1個月內(nèi)，運營期間計軸設備共發(fā)生15次紅光帶故障（詳見表1）。其中彎道計軸區(qū)段發(fā)生故障12次，岔區(qū)計軸區(qū)段發(fā)生故障3次；209車引發(fā)的“丟軸”故障13次，全是在上行彎道。具體丟軸故障統(tǒng)計如表1。

表1 深圳地鐵2號線首通段列車丟軸故障統(tǒng)計

通過使用專用示波器，專業(yè)工程師對故障發(fā)生最多的AC20212計軸區(qū)段進行跟蹤監(jiān)測，成功記錄到209車丟軸的故障數(shù)據(jù)波形（見圖1），分析確定209車經(jīng)常發(fā)生丟軸的是第23輪對。

監(jiān)測信號波形顯示，209車的第23輪對經(jīng)過計軸點時，產(chǎn)生的感應信號幅值較低，不能形成有效的車輪脈沖信號，造成輪對探測失敗。

圖1 209車丟軸監(jiān)測記錄圖

2.2 車輪探測工作原理

計軸點是通過鋼軌內(nèi)側(cè)安裝的車輪傳感器進行車輪探測。車輪傳感器（DSS）的內(nèi)部電路由一個高頻LC有源振蕩器和相應的一系列附屬電路構(gòu)成，電路的輸出端由外部直流恒流源供電。當車輪經(jīng)過傳感器上方時，車輪的鐵磁介質(zhì)對內(nèi)部LC有阻尼作用，電路的工作狀態(tài)發(fā)生變化，電路輸出端的端電壓將升高。

車輪傳感器由相互獨立、電路分離的兩套傳感電路組成。車輪經(jīng)過傳感器時，兩套傳感電路分別感應出車輪脈沖信號。兩路脈沖信號必須滿足有先后、有重疊的特征，才被認為是有效的車輪信號。兩路脈沖信號的相位關(guān)系代表車輪的運動方向，系統(tǒng)以此來識別車輪運行方向（見圖2）。

圖2 車輪傳感器工作示意圖

根據(jù)車輪探測工作原理，影響車輪傳感器工作性能的因素主要有車輪傳感器的安裝高度（車輪傳感器表面與鋼軌頂面的距離）、車輪傳感器的感應高度、車輪傳感器安裝位置、列車運行速度、線路曲線半徑、鋼軌幾何截面、車輪輪對幾何尺寸、軌距、車輪輪軸寬度等。

2.3 故障原因分析

經(jīng)檢查測量209車的車輪幾何參數(shù)，發(fā)現(xiàn)在該列車所有輪對中，6車1位轉(zhuǎn)向架的3#輪輪緣厚度值最小，為t＝29.3mm；分析還發(fā)現(xiàn)，209車在蛇口線上行方向運行時，6車1位轉(zhuǎn)向架3#輪正是209車第23軸輪對的車輪。

輪緣厚度t是影響車輪傳感器探測強度的重要指標（見圖3）。車輪傳感器能夠探測到處于探測區(qū)內(nèi)的鐵磁介質(zhì)，其可靠探測區(qū)是一個立體的封閉區(qū)域。車輪傳感器的俯視投影邊界即為可靠探測區(qū)的水平方向邊界，垂直方向的邊界為車輪傳感器上表面45mm高度。車輪的輪緣越薄，輪緣水平截面面積越小，傳感器上方可靠探測區(qū)的鐵磁介質(zhì)就越少，傳感器的探測信號就越弱。

圖3 輪緣厚度示意圖

但是，參考車輛專業(yè)輪緣厚度檢修標準，正常t值為23～34mm（t＝29.3mm 屬于正常范圍）；隨著運行里程的增加，輪緣厚度還會繼續(xù)變小，這顯然不是丟軸故障的主要原因。

通過研究丟軸故障分布的規(guī)律，發(fā)現(xiàn)故障都出現(xiàn)在彎道計軸區(qū)段和岔區(qū)計軸區(qū)段，而在直線段計軸區(qū)段卻沒有發(fā)生。

現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，安裝在曲線內(nèi)軌上的車輪傳感器工作正常，沒有發(fā)生丟軸故障；出現(xiàn)丟軸故障的車輪傳感器都安裝在曲線的外軌上。根據(jù)安裝規(guī)范，車輪傳感器應安裝在曲線的內(nèi)軌上。但因內(nèi)軌裝有護輪軌，影響到計軸傳感器的安裝，信號安裝商只好將傳感器裝在了外軌上。檢查另外兩個經(jīng)常丟軸的道岔計軸區(qū)段，車輪傳感器也正是安裝在尖軌彎股外側(cè)軌上。故障原因正在于此。

列車在曲線上運行時，在彎道向心力作用下，列車車輪會緊貼外軌運行，輪對向曲線外方會產(chǎn)生一定的橫移。如車輪傳感器安裝在內(nèi)軌，這時輪緣將更接近車輪傳感器的強探測區(qū)，車輪經(jīng)過探測到的波形信號會高出門檻電壓值，車輪探測有效；車輪傳感器安裝在內(nèi)側(cè)軌時，輪對輪緣厚度對車輪傳感器的探測效果沒有影響。

如車輪傳感器安裝在外側(cè)軌，輪緣遠離了車輪傳感器的強探測區(qū)，探測到的波形信號低于門檻電壓值，車輪探測無效（見圖4）；車輪傳感器安裝在外側(cè)軌時，輪對輪緣厚度對車輪傳感器的探測效果影響明顯，輪緣越薄，越容易出現(xiàn)丟軸現(xiàn)象。

圖4 車輪傳感器安裝效果比較圖

2.4 處理辦法

找到故障原因后，采取3個措施解決了列車丟軸故障：其一，將發(fā)生丟軸故障的車輪傳感器的垂直感應高度由41.5mm調(diào)高為44mm，增強對車輪輪緣的探測性能；其二，拆除一片車輪傳感器的安裝隔墊（厚約2.8mm），減少車輪傳感器與鋼軌間的安裝間隙，消除車輪輪緣厚度減小的影響；其三，協(xié)調(diào)解決曲線線路內(nèi)軌車輪傳感器的安裝問題，將安裝在曲線外軌上的車輪傳感器移裝到曲線內(nèi)軌上。

3 結(jié)語

深圳地鐵2號線首通段出現(xiàn)的計軸系統(tǒng)丟軸現(xiàn)象，其根本原因是車輪傳感器安裝錯誤，導致車輪輪緣偏離了傳感器有效探測區(qū)，造成輪緣厚度小的列車車輪出現(xiàn)丟軸現(xiàn)象。

［1］ 肖利君.計軸設備在鐵路干線上的運用與維護［J］.鐵道通信信號，2007，43（12）：54.

［2］ 付軍，張汝群，謝玉瓊.計軸技術(shù)的發(fā)展及容錯型計軸設備的應用［J］.鐵道通信信號，2003，39（12）：83.

［3］ 吳學英.站內(nèi)計軸設備的工程應用［J］.鐵路通信信號工程技術(shù)，2006（4）：63.

［4］ 聞崇義.淺談計軸技術(shù)的發(fā)展和運用［J］.鐵路通信信號工程技術(shù)，2007（4）：39.