淺談計軸設備及其應用

文/耿劉云

1 前言

隨著我國重載鐵路的高速發展，傳統的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，而微機計軸設備很好地解決了這兩個問題，兩者相互結合使用能保證列車的安全，提高運行效率。

2 計軸設備

2.1 計軸設備的特點

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

2.2 計軸系統構成

計軸設備由室內設備、室外設備、傳輸通道三部分構成。

室外設備：由安裝在鋼軌上的車輪傳感器和車輪電子檢測器構成。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行準確計數，鑒別了列車的運行方向。

室內設備：由計軸主機、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行運算，給出相應區段的占用或空閑的條件。

傳輸通道：室內外設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。信號線是室內外設備信息相互傳遞的通道，電源線是室內向室外提供持續電源，保證室外設備正常工作。

2.3 計軸工作原理

計軸系統是室外安裝在鋼軌的兩個傳感器經電磁耦合形成感應磁場，車輪電子檢測器將磁場變化轉換為相應的同頻交流信號，信號通過線纜送回室內計算機。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，車輪電子檢測器轉化的同頻交流信號隨之也會產生變化，這個信號經電纜傳送回室內計算機，計算機通過軟件來對這個信號進行分析，然后鑒別軌道電路的占用和出清狀態。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，由計算機自動鑒別后確定計軸數是累加還是遞減，從而鑒別列車運行方向[1]。滿足電路要求后，驅動計軸軌道繼電器（JGJ），確認軌道區段的占用或空閑狀態。

（無車輪磁力線）

（有車輪磁力線）

2.4 計軸傳感器設置

計軸傳感器設置在距鋼軌絕緣±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（“”為傳感器設置點，“”為鋼軌絕緣，”為計軸傳感器）。

2．4．1 單個無岔區段檢查

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

2．4．2 一送二受道岔區段檢查

A、B、C 三個計軸點分別安裝在一送二受道岔區段1DG 中。當A=B=C 時，1DG 空 閑；當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 雙動道岔區段檢查

A、B、C、D、E 五個計軸點分別安裝在雙動道岔區段1DG 和3DG 中。當D=E=C 時，1DG 空 閑、B=A=C時，3DG 空 閑；當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 計軸設備故障—安全

2．5．1 采用二取二結構

計軸運算器的控制單元采用二取二結構，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，并進行自檢或互檢；如果有一個發生故障或異常狀態，設備則表示對應軌道電路區段占用，并告警提示。

2．5．2 采用冗余方式實現對重要信息的校驗

軟件設計中對重要信息如軸數、標志、狀態采用雙區存儲，即利用RAM 存儲區將信息以不同碼型分別存入兩個區域。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，區段導向占用狀態，并告警提示[3]。

2．5．3 軟件檢測硬件

系統利用軟件對硬件進行全面故障檢測，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的故障提示碼。

3 計軸設備的應用

3.1 計軸設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

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

軌道電路分路不良對鐵路行車安全的危害極其嚴重。控制臺不能實時、準確的反映出列車、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+8 輛平車）在與車站聯系不清的情況下，從工程線越過D2002 調車信號機侵入接車進路（2012#道岔反位）限界，11：42 與S6064 次列車發生了側面沖突，造成最前1 輛平車（N17AK 5062876）掉道，本列機車SS40786#車體刮傷。經搶修，12：18 線路恢復，S6064 次列車于12：52 運行至18 道，17：50 現場全部清理完畢。

3．1．2 計軸設備與25HZ 相敏軌道電路結合

計軸系統與25HZ 相敏軌道電路相疊加是在25HZ 相敏軌道電路基礎上增設一套計軸系統做為冗余設備，通過25HZ 相敏軌道電路和計軸系統相結合實現對軌道占用或出清的雙重檢查。計軸系統具有獨立的電源系統和繼電器電路，除向聯鎖系統提供計軸軌道繼電器（JGJ）接點外，不介入任何聯鎖關系。

采用計軸設備解決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備相結合，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實現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段6-10DG，6#道岔反位與10#道岔反位為分路不良區段。當調車作業時，車輛壓入分路不良區段時，GJR與GJR2 均不能正常落下，造成有車占用而控制臺無顯示；計軸設備不受線路影響，在6-10DG 區段加裝計軸設備，A、B、C 為計軸傳感器加裝點，當列車或車列壓 入6-10DG 區段，A≠B 或A≠C經過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6-10DG 有車占用；當列車或車列出清6-10DG 后，A=B 或A=C，經過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、數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定。因此，要提高軌道電路工作質量，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-回鳳區間B2G2、B3G2 紅光帶，回鳳-原平南區間C5G2 紅光帶，古月-小覺區間C1G 紅光帶，管內區段電壓下降最高達到400mv左右。

3．2．2 計軸設備與UM71 軌道電路理論上相結合

由于計軸設備不受氣候影響和不能傳輸機車信號的特性，將區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，區間信號點燈電路和UM71 軌道發碼電路原理不變，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 結語

隨著微機計軸技術不斷發展，計軸設備在鐵路運輸中也得到了廣泛應用，計軸設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。計軸系統與軌道電路系統是兩個獨立的系統，可以增加計軸切除按鈕。兩套系統都在正常工作時，相互檢查確保聯鎖關系正確；當計軸設備出現故障時，可將計軸設備系統切除，用原軌道電路工作，最大限度確保行車安全和運輸任務需求。