基于軌道信號和強磁干擾環境下在線自動檢測設備的應用與研究

王輝平

(南京拓控信息科技股份有限公司，江蘇 南京210000)

軌道交通是現代化建設的重要基礎設施，它安全、迅速、舒適、便利地在服務于社會公眾，最大限度地滿足人們的出行需求。在各種交通工具中，具有運送量大、速度快、安全可靠、污染低、受其他交通方式干擾小等特點，它是現代化進程發展所必須的交通工具。其中軌道交通信號設備是軌道交通的主要技術設備，它擔負著指揮列車運行、保證行車安全、提高運輸效率的重要任務。軌道交通運營安全是軌道交通運營中最重要最核心的部分，它不僅是交通運營生產的基本要求，也是運營企業產品質量的一個重要特征。目前，軌道交通運營安全管理日益受到社會各界的廣泛關注，交通安全是軌道交通運營的重要前提，是確保人們政治、經濟、文化、軍事等生活正常發展的基礎。

為確保軌道交通運營安全，除了軌道信號系統、軌道交通運營系統外，同時為了保障車輛本身及運行安全就需要對車輛進行實時檢測及監控，因此在軌旁安裝各種在線自動檢測設備就成為了必然，目前較成熟的在線自動檢測設備有車輪在線自動探傷系統、輪對外形尺寸綜合檢測系統、車輪踏面擦傷檢測系統、車輛轉向架軸承聲學檢測系統、軸溫探測系統、受電弓檢測系統、車號自動識別系統、列車狀態監控系統等。他們的共同點就是必須安裝在列車車輪運行的軌道線路上且不得干擾軌道交通信號影響行車安全，同時為了保證較高的檢測精度均需要具備抗電磁干擾能力。為了不影響軌道交通信號，并讓軌旁設備具備抗電磁干擾能力是軌道交通行業中在線自動檢測設備的重要研究課題之一。

1 軌旁設備常見抗電磁干擾和軌道絕緣方式

車輪在線自動探傷設備因必須與車輪接觸，需將檢測區域軌道與兩端線路軌道絕緣隔離，單側鋼軌通過導通電纜跨接接續軌道信號，這樣就會出現檢測區域無軌道信號導致列車運營監控系統無法監控這個區域的列車運行動態。對于列車運營監控系統這屬于風險點之一，但系統能夠實時監控車輪是否有裂損、金相碾壓層疊、表面剝落等嚴重影響列車行車安全的故障，因此通過比較此類接觸式絕緣方式的應用被得到認可，為了不影響軌道交通信號，軌旁設備常用非接觸式軌道絕緣方式，即軌旁設備與軌道不接觸。一般需要對基礎進行特殊處理，耗時耗力，且個別設備的檢測結果精度并不理想，改進空間有限。

為了使軌旁設備具備抗電磁干擾能力且不向處于同一環境的其它設備釋放超過允許范圍的電磁干擾，需要將單個采集單元做成一個整體，為保持采集單元整體性多數設備廠家選擇澆鑄的方式，整體澆鑄方式需要預先制作模具，且存在改制模具甚至報廢的風險。澆鑄完成后還需要二次加工，且有特殊要求的不適用澆鑄的條件無法澆鑄成型，局限性較大。

2 新型軌道絕緣和抗電磁干擾設備結構設計

經過分析設備檢測精度不理想的原因有列車通過檢測區域軌道基礎會產生沉降，這就導致預設的檢測基準面發生偏移。為了消除檢測基準面的偏移，檢測設備與軌道直接接觸使設備隨軌道一起沉降，這樣檢測基準面相對檢測設備、被檢測物是固定的，但設備與軌道接觸如果絕緣措施失效的的話會將左右鋼軌導通，這在軌道交通行業非正常運營的情況下是絕對禁止的（列車作為導體將軌道信號導通以此來判斷這個區段有列車通過并實時監控列車運行狀態，及時動態進行運營調度，確保列車行車安全距離，保障列車行車安全）。因此，設備需要與軌道做好絕緣處理，通過在軌道墊板與設備基礎連接螺栓處及接觸面之間增加絕緣材料來隔絕鋼軌與設備的導通，如下圖1，即采用絕緣連接使檢測設備電氣信號與線路軌道信號隔離開來。同時，在線自動檢測設備與設備基礎之間也做了同樣的絕緣處理，實現雙重絕緣，通過安全措施冗余度保障絕緣措施的有效性，且具備減震功能。

圖1

圖2 為本實施例的鐵路貨車輪對運用狀態綜合檢測系統-高速車輪外形尺寸和直徑測量單元6 中的特殊枕木部件，其包括軌道扣件601、軌道墊板602、特殊枕木橫梁603、絕緣墊板604 和605、絕緣墊片606、絕緣套筒607、六角螺栓608 和609、螺母610、平墊圈611、彈墊612，其中軌道墊板602、特殊枕木橫梁603、絕緣墊板604、絕緣墊片606、絕緣套筒607 通過六角螺栓608、螺母610、平墊圈611、彈墊612 按圖示順序連接為一個整體，這個整體穿入鐵路線路軌道下，絕緣墊板605 置于軌道和軌道墊板602 之間，通過軌道扣件601、六角螺栓609、平墊圈611、彈墊612 將如上所述整體與軌道緊固連接。

圖2

軌旁設備具備抗電磁干擾能力需要將核心電子模塊安裝在金屬密閉空間內，因為整體澆鑄方式在批量較小的情況下不經濟且適用性不廣，為了改進這些弊端，將箱體按下圖3 分體加工后拼裝成密閉空間達到屏蔽電磁干擾的作用，同時輔以接地、濾波（在箱體電纜進出口處電纜上增加濾波磁環）等抗干擾技術手段，有效實現了抗電磁干擾功能并極大降低了設備的生產成本。材質可以是鋁合金、碳纖維等具備導電性能的材料。鋁合金表面陽極氧化確保表面導電失效，能避免導體意外接觸使箱體接入其他電氣回路。

屏蔽的原理是利用金屬材料制成容器，將需要防護的電路包圍在其中，可以防止電場或磁場耦合干擾。

圖3

車輪在線自動探傷設備因必須與車輪接觸，需將檢測區域軌道與兩端線路軌道絕緣隔離，單側鋼軌通過導通電纜跨接接續軌道信號，這樣就會出現檢測區域無軌道信號導致列車運營監控系統無法監控這個區域的列車運行動態。對于列車運營監控系統這屬于風險點之一，但系統能夠實時監控車輪是否有裂損、金相碾壓層疊、表面剝落等嚴重影響列車行車安全的故障，因此通過比較此類接觸式絕緣方式的應用被得到認可，

3 試驗測試

在試驗階段，課題組使用鋁合金和碳纖維兩種具備導電性能的材料進行了樣機試制。為避免導體意外接觸使箱體接入其他電氣回路，鋁合金表面進行了陽極氧化處理，這樣可以確保箱體表面導電失效；碳纖維的絕緣措施為在表面涂刷絕緣漆。因在線自動檢測設備工作于戶外，高溫雨雪等自然環境帶來的影響較大，為了有效調節箱體溫度，避免風沙雨雪等不利因素，在箱體表面增加了隔熱保溫措施。在保證絕緣措施有效的情況下，課題組組織實施了試運行前的安裝調試工作，經現場驗證絕緣措施有效、減震措施良好、抗電磁干擾功能實現，系統運行可靠并按計劃開始了試運行階段相關工作。

在線自動檢測設備經試用，實現了既定功能和性能等目標。在降成本方面實現了滿足系統必要功能的前提下較大程度的降低了設備的綜合成本，產品市場競爭力得到提高，有助于加快產品市場化進程。

4 結論

4.1 本課題研究的在線自動檢測系統經過試運行，驗證了其不會影響線路運營且抗干擾能力強。在線路旁既有設備附近，系統雖然均固定在軌道上，但通過安裝橫梁使軌道和檢測單元實現雙重絕緣，在安裝調試完成后經過驗證對軌道信號不會產生任何影響和干擾，因此對既有線路運營無影響并與線路旁既有設備不會相互干擾。

4.2 本課題研究的在線自動檢測系統通過優化設計并踐行降成本管理理念，通過機械設計和電氣設計有效結合實現了拼接式屏蔽箱體的抗電磁干擾功能并較大幅度的降低了成本，使在線自動檢測系統具備較強的抗電磁干擾能力并提高了系統檢測結果精度，在成本降低的情況下有效提高了產品的市場競爭力。

4.3 本課題研究的在線自動檢測系統通過專業技術的應用，取得了相關專利，擁有完全自主知識產權，實現了既定功能和性能等目標，完善了客戶檢修方法，為經濟使用提供了有效依據，從而提高了檢修工作質量和有效性。

總之，為了適應軌道交通的高速發展并為軌道交通行業提供優質的產品和服務，課題組凝心聚力，秉承服務至上、潛心專研等理念，幫助客戶實現了節省人力、物力、財力、提高自動化檢測比率和效率等目標，同時在保證設備有效使用并安全可靠的情況下保證了軌道交通運營安全和社會公眾人身財產安全。