HTK—391+軸溫探測設(shè)備更換ZR磁鋼后磁鋼異常故障的分析與處理

摘 要：通過對新型ZR磁鋼安裝后設(shè)備發(fā)生的故障進行現(xiàn)場調(diào)研和分析，提出了設(shè)備檢修的綜合治理方案，達到設(shè)備良好運行效果。

關(guān)鍵詞：ZR磁鋼 故障分析 處理

中圖分類號：U270.7 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）04（b）-0117-02

1 問題的提出

目前大秦線使用的紅外線設(shè)備為哈爾濱威克科技股份有限公司開發(fā)研制的HTK-391+雙探型設(shè)備，根據(jù)《鐵道部車輛軸溫智能探測系統(tǒng)設(shè)備檢修維護管理規(guī)程》規(guī)定磁鋼使用年限為兩年。我車間負責維修的大秦線遵化北至柳村二場間17套紅外線設(shè)備共計51個ZR磁鋼，為2010年11月份更換安裝使用的，已使用兩年。車間于2012年10月份利用大秦線天窗維修時間，陸續(xù)安排對到期的51個ZR磁鋼進行更換。更換新型ZR磁鋼后相繼有幾個探測站發(fā)生開、關(guān)門磁鋼計數(shù)不等、開機磁鋼異常，計數(shù)多、設(shè)備異常復(fù)位等故障，造成紅外線設(shè)備計軸、計輛、測速、測軸距不準，嚴重時由于計軸、計量、判別車型不準導(dǎo)致誤報熱軸，設(shè)備無法正常工作，嚴重威脅列車運行安全和行車秩序。因此，對故障原因進行分析并采取相應(yīng)對策十分重要。

2 現(xiàn)場檢查測試情況

在列車通過時用示波器測量，計數(shù)多的磁鋼干擾噪聲信號強，其峰峰值頻率一般在50～60HZ之間，最大輸出信號幅值在1V以上，最高達到1.7 V（見圖1）。

3 原因分析

3.1 ZR磁鋼工作原理分析：

ZR磁鋼核心部分是采用“┻”形磁體充上強磁場后，套上高強度漆包線繞制的線圈，用環(huán)氧樹脂封裝在尼龍殼里。列車通過探測站時，輪緣從卡在鋼軌內(nèi)測的磁鋼頂面通過，切割磁力線，線圈上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。

3.2 磁鋼板工作原理分析

3.2.1 磁頭信號的輸入

磁頭信號先經(jīng)過電容濾波，濾除干擾信號，再通過輸入電阻對整個信號進行衰減，接著經(jīng)過一個限幅電路，將過高的電壓限幅在9.4 V內(nèi)，才輸送給濾波電路。

3.2.2 一階低通有源濾波

在軌邊復(fù)雜電磁環(huán)境和列車強大沖擊震動狀態(tài)下，磁鋼信號輸入不可避免會有噪聲沖擊等干擾聲信號進入電路，一階低通有源濾波電路主要起濾除這些干擾的作用，但為防止大信號的堵塞，磁鋼板專設(shè)可調(diào)的輸入電阻（調(diào)整范圍為910Ω～3.6 kΩ）對所有輸入信號進行了衰減，然后再把衰減過的信號輸送給放大電路進行下一步的處理。輸入電阻過大，輸入信號也增大時，可能因干擾串入產(chǎn)生多軸，所以在車速較高時，應(yīng)將輸入電阻降低。391磁鋼板出廠時通常設(shè)置的輸入電阻為3.6K（板上備調(diào)整的電阻為1.8K，2.2K），使用ZR磁鋼時，可將輸入電阻降低為1.2K～1.5K左右，以設(shè)備在接車過程中不多軸不漏軸為準。

3.2.3 一級放大電路

此放大電路主要由集成運放LM747，輸入電阻， 反饋電阻，頻帶壓縮電容構(gòu)成，采用差分輸入，整個放大電路放大倍數(shù)約為13倍，磁鋼信號經(jīng)過放大后送到門限比較電路。

3.2.4 門限比較電路（滯回比較器）

門限比較電路（圖3）由集成運放LM747，

二極管4148，可調(diào)門限電阻，接地電阻等組成.磁鋼信號經(jīng)過放大后進入比較器，U=U 輸出端的狀態(tài)發(fā)生變化.二級管是讓正相電壓通過，LM747的供電電壓為±12 V，根據(jù)反饋回路的分壓比可以算得下三路的門限電壓約為6 V（一般使用ZR磁鋼時，門限電阻為10 K，接地電阻為10K），磁鋼信號經(jīng)比較器后輸出一個方波信號（此方波信號是由處理后的磁鋼模擬信號由正到負的過零點觸發(fā)，這就保證了每一次的觸發(fā)輸出脈沖起始點處于一致狀態(tài)，為后續(xù)處理電路提供了相同的標準）。方波輸出經(jīng)微分電路后，分為兩路：一路經(jīng)過反相器74LS14，接發(fā)光二極管，可以方便地觀察磁鋼板是否被觸發(fā)；另一路經(jīng)過74LS14整形輸出TTL電平信號，供后級數(shù)字電路使用。門限電壓的存在對系統(tǒng)抑制前級干擾有較好的作用。如果將門限電阻增大，則門限電壓減小，更適應(yīng)于低速區(qū)段的設(shè)備.反之，門限電阻減小，門限電壓將會增大，更適用于列車高速區(qū)段。

3.3 HTK-391型紅外線軸溫探測設(shè)備各ZR磁鋼功能及測速、測軸距原理分析

當列車通過探測站，車輪壓至開機磁鋼時探測站主機首先判斷是車輪信號還是干擾信號，當磁鋼有效信號大于3次時，認為是來車信號，此時探測站主機系統(tǒng)向上位機發(fā)送一次正在過車報文，然后系統(tǒng)停止自檢和對上位機通信聯(lián)絡(luò)，探測站系統(tǒng)準備接車，探頭系統(tǒng)停止校零，校零燈滅，計算機采集環(huán)溫箱的溫度，采集探頭此刻的輸出，即是擋板溫度，打開保護門，準備處理來車的各種信息，為軸溫采集做好準備工作。

開門、關(guān)門磁鋼配合完成測速、測軸距工作。

測速：當列車第一個輪壓上開機磁鋼時，探測站計算機記下該時t1，該輪壓至關(guān)門磁鋼時，記下該時刻t2，所以當同一輪從開門磁鋼到關(guān)門磁鋼所需時間為△t=t2-t1。又由于開門關(guān)門磁到關(guān)門磁鋼之間距離設(shè)定為s=270 mm，因此車輪通過開門磁鋼、關(guān)門磁鋼時的速度為v=270 mm/t2-t1。這樣就測出了該車輪通過探測點時的速度，系統(tǒng)顯示的通過車最低、最高速度即通過車全列軸中的最低和最高速度。測出列車速度以后，我們可以進一步來測輪與輪之間距離。

測軸距：當下一輪壓至開機磁鋼時，記下該時刻t3，即可算出車輪與車輪之間的距離。

計算機通過判斷兩次磁鋼信號間的時間間隔是否大于t=25.5/v來判斷列車是否通過，若時間小于t，即輪與輪間小于25.5 mm表明列車還沒有過完。若時間大于t，即輪與輪間大于25.5 mm，判列車已過。

3.4 磁鋼干擾噪聲主要來源分析

3.4.1 電氣化化區(qū)段接觸網(wǎng)回流對磁鋼造成的干擾（見圖4）

電氣化鐵路采用工頻單相交流牽引制，額定電壓為25 kV。牽引供電回路是由牽引變電所-饋電線-接觸網(wǎng)-電力機車-鋼軌-回流聯(lián)接-（牽引變電所）接地網(wǎng)組成的閉合回路，其中形成的電流成牽引電流。如果磁鋼安裝在電網(wǎng)回路一側(cè)的鋼軌上，由于牽引電流的作用，就會對磁鋼產(chǎn)生干擾信號，影響設(shè)備正常運行。

3.4.2 車速不均造成的干擾

列車在運行中行駛速度不是一成不變的，在加速運行時能達到100 km/h，甚至更高，而在剎車或減速時不過3～10 km/h，這就對探測工作造成很大的影響。若列車速度過低，切割磁鋼時磁通量變化率就低，磁鋼輸出信號幅度低（見磁鋼工作原理圖），不能形成車輪信號，設(shè)備無法正常探測。

3.4.3 雷雨天氣對磁鋼造成的干擾

一是雷雨天氣配件的電器絕緣性能下降，雷電脈沖沿著與設(shè)備相連的信號線、電源線或其他金屬管線侵入使設(shè)備受損。二是設(shè)備接地部位在雷擊時產(chǎn)生瞬間高電位，形成電位差而損壞設(shè)備。三是感應(yīng)電流造成的破壞。由于雷擊產(chǎn)生的電流變化梯度很大，會產(chǎn)生強大的交變磁場，使得周圍的金屬構(gòu)件產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流可能向周圍物體放電，對設(shè)備產(chǎn)生強烈的破壞性。

3.4.4 其它因素對磁鋼造成的干擾

（1）磁鋼安裝的方法或安裝位置不當。如果與鋼軌之間間距小，易產(chǎn)生鋼軌回流感應(yīng)干擾。如果距離鋼軌接頭較近，車輛通過時會產(chǎn)生較大震動，易產(chǎn)生磁鋼振動干擾。對設(shè)備有較大影響。

（2）設(shè)備檢修不到位造成的干擾。列車車輛在運行中，輪對與鋼軌的摩擦產(chǎn)生了大量的鐵粉，會吸附在磁鋼上，若在設(shè)備檢修過程中不能清理干凈，當鐵粉達到一定量時，就有可能對磁鋼造成干擾，影響設(shè)備探測。

3.5 新舊磁鋼對比分析

新更換的ZR磁鋼是2012年生產(chǎn)的，原磁鋼是2010年生產(chǎn)，兩批磁鋼參數(shù)不一樣，2012年磁鋼，為更好的適應(yīng)低速列車，磁鋼靈敏度在原磁鋼基礎(chǔ)上略有上調(diào)，因此在提高磁鋼輸出幅度的同時，磁鋼噪聲信號、外界干擾信號也隨之增大。

結(jié)論：通過對磁鋼、磁鋼板、磁鋼測速、測距原理分析及干擾信號源和新舊磁鋼參數(shù)對比分析，可以看出：線路上存在的各種噪聲信號經(jīng)過輸入電路、放大電路放大后，超過電壓比較器設(shè)定的門限電壓，經(jīng)微分電路、反相器輸出TTL信號，形成磁鋼信號，觸發(fā)主機計數(shù)，造成磁鋼計數(shù)異常故障。在同樣干擾環(huán)境下，新磁鋼比老磁鋼輸出的干擾信號大，對設(shè)備影響大，導(dǎo)致更換磁鋼后發(fā)生磁鋼異常故障。

4 采取措施

根據(jù)以上造成設(shè)備故障的原因分析，必須在原磁鋼基礎(chǔ)上調(diào)整抗干擾功能，濾掉外界干擾信號，保證正常磁鋼信號的真實性，不受干擾，才能做到磁鋼計數(shù)精準，測速，測軸距，判量工作正常、采集到的軸溫數(shù)據(jù)準確，不因軸距錯而誤報高溫。在現(xiàn)場實踐中了如下措施。

4.1 調(diào)整磁鋼板上輸入電阻。

原輸入電阻為1.2 kΩ，調(diào)整為輸入電阻0.8 kΩ。降低輸入電阻可使放大器輸入端的磁鋼干擾噪聲信號幅度降低，進而降低了電壓比較器輸入端電壓，使其不超過門限電壓，干擾噪聲信號就不能通過，起到抗干擾作用。

4.2 調(diào)整磁鋼板上門限電阻。

原門限電阻為5.6 kΩ，調(diào)整為門限電阻3.6 kΩ。降低門限電阻可使門限電壓升高，使其干擾噪聲信號不能通過，起到抗干擾作用。

4.3 調(diào)整磁鋼板上脈寬調(diào)整電位器RV1（關(guān)門）、RV2（開門）RV3（開機）電阻值

由原來的50 kΩ，調(diào)整為60kΩ，阻值越大脈寬越寬，抗干擾性能越好。可以濾掉窄脈沖干擾信號。

（1）在磁鋼與卡具接觸的部分加裝可靠的結(jié)緣墊，安裝螺栓時加裝尼龍?zhí)缀徒^緣墊圈，以減少感應(yīng)電流對磁鋼的干擾。

（2）日常檢修中，及時清理磁鋼表面上的磁粉，減少磁粉過多產(chǎn)生的電磁干擾。

5 取得的效果

處理后至今未發(fā)生磁鋼開關(guān)門計數(shù)不等、開機磁鋼異常計數(shù)多、異常復(fù)位等磁鋼故障，保證了設(shè)備的安全穩(wěn)定運行。