鐵路道岔尖軌密貼智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究

1、命令控制與車(chē)輛段及其相鄰車(chē)站站場(chǎng)布局有關(guān)。對(duì)于出段進(jìn)路控制, d 為發(fā)車(chē)進(jìn)路, c 按發(fā)車(chē)進(jìn)路考慮; 對(duì)于入段控制, a 為接車(chē)進(jìn)路, b 按發(fā)車(chē)進(jìn)路考慮。3 結(jié)束語(yǔ)重慶單軌列車(chē)運(yùn)行綜合監(jiān)控系統(tǒng)自2004年12月投入試運(yùn)營(yíng)至今, 工作正常, 性能穩(wěn)定, 安全可靠, 達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo), 并創(chuàng)造了國(guó)內(nèi)與ATP 系統(tǒng)、聯(lián)鎖系統(tǒng)同步開(kāi)通、同步運(yùn)營(yíng)的記錄, 取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。(責(zé)任編輯:張 利*北京精博機(jī)電技術(shù)研究所 高級(jí)工程師, 102200 北京收稿日期:2007-06-11鐵路道岔尖軌密貼智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究周承志*摘要:隨著我國(guó)鐵路運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展, 列車(chē)車(chē)速與行車(chē)密度都大幅度提高, 道岔尖軌密

2、貼與否直接關(guān)系行車(chē)安全。通過(guò)分析影響道岔尖軌密貼變化的各種成因, 提出開(kāi)發(fā)道岔尖軌密貼儀的初步設(shè)計(jì)方案, 為計(jì)劃修管理模式向狀態(tài)修管理方式轉(zhuǎn)變提供了可能。關(guān)鍵詞:計(jì)劃修; 狀態(tài)修; 道岔; 密貼監(jiān)測(cè)Abst ract :W ith the developm ent o f ra il w ay transportati o n i n China , both the speed and density o f tra i n traffic w ould be pro m oted greatly . W het h er the c l o se -up o f s w itch po i

3、 n t is d irectl y re lated to train opera -ti o n safety w as discussed . Through analyzi n g various causes t h at affect the variety of the s w itch po i n t c l o -sure , th is paper presented an e le m entary desi g n sche m e o f sw itch po i n t closure detector has been pro -posed , wh ich p

4、rov ide t h e possibility o fm anage m ent transfo r m ation fro m p lan -based m a i n tenance to cond-i ti o n -based m a i n tenance . K ey w ords :Plan-based m a i n tenance ; Cond iti o n-based m a i n tenance ; Sw itch ; C losure detecti o n 鐵路道岔基本軌與尖軌的固定方法和固定強(qiáng)度十分不對(duì)稱(chēng), 尖軌構(gòu)造薄弱、固定點(diǎn)少, 整體剛性、固定強(qiáng)度均不及

5、基本軌。列車(chē)通過(guò)道岔改變前進(jìn)方向時(shí), 尖軌及鎖閉機(jī)構(gòu)、聯(lián)接件、運(yùn)動(dòng)件受到的車(chē)輪沖擊力, 遠(yuǎn)比其他部分更復(fù)雜、惡劣。隨著鐵路運(yùn)輸向高速、重載、大密度方向發(fā)展, 軌型已從43kg /m逐步向75kg /m過(guò)渡, 軌道與道岔長(zhǎng)度的增加使轉(zhuǎn)換阻力變大, 原來(lái)的道岔尖軌聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)轍方式改由分動(dòng)方式來(lái)驅(qū)動(dòng), 內(nèi)鎖閉機(jī)構(gòu)被鎖閉力更大、更可靠的鉤型外鎖閉機(jī)構(gòu)所取代。雖然道岔結(jié)構(gòu)變得愈來(lái)愈復(fù)雜, 但道岔密貼檢查卻仍沿用人工定期巡檢, 依靠目測(cè)判定、調(diào)整檢查柱檢測(cè)面與表示桿缺口間隙的老方法。為此, 本文擬從道岔結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)進(jìn)行分析, 探討道岔病態(tài)的成因, 提出道岔尖軌密貼智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)模型。1 道岔主要病害對(duì)尖軌密貼的影

6、響1. 道岔連接環(huán)節(jié)松動(dòng)。道岔除轉(zhuǎn)轍設(shè)備與基本軌為固定連接外, 尖軌根端與轍岔防爬裝置, 尖軌或尖軌鐵與鎖閉桿, 鎖閉桿與鎖鉤, 鎖鉤與尖軌鐵, 表示連接桿與表示桿之間均為活動(dòng)連接(ZYJ7型 。多處存在的連接間隙在到達(dá)連接終端的表示桿缺口時(shí), 已非道岔尖軌密貼的實(shí)際值。一旦尖軌出現(xiàn)彎曲、翻背、水平不良、爬行等, 都會(huì)使各連接桿偏離原安裝軸線, 使連接處承受額外的變形力, 加劇磨損, 增大間隙, 從而影響密貼, 造成松動(dòng)。2. 爬行影響。對(duì)爬行的監(jiān)測(cè)主要依靠人工測(cè)量道岔第一軌枕處軌縫與尖軌尖端的距離變化, 測(cè)量雖容易、直觀, 但要靠定期巡檢、測(cè)量、記錄, 易受管理質(zhì)量與人為因素影響。3. 溫度

7、影響。道岔的細(xì)長(zhǎng)桿件長(zhǎng)度必然受熱2007年10月鐵道通信信號(hào)O ctober 12007 第43卷 第10期RA I LW AY S I GNA LL I NG &COMM UN ICAT IONV ol 143 N o 110脹冷縮影響發(fā)生變化。一般溫度升高50e , 2m 長(zhǎng)的桿件長(zhǎng)度可增加約1117mm 。由此可推算出某一溫度變化區(qū)間桿件長(zhǎng)度的變化對(duì)道岔特定間隙的影響。4. 繃、卡的影響。/繃勁0使轉(zhuǎn)轍設(shè)備輸出的力增大, 過(guò)大的密貼力有可能使4mm 密貼檢測(cè)結(jié)果發(fā)生變化, 甚至使道岔無(wú)法啟動(dòng)。/繃勁0是施工不良遺留下的, 以?xún)?nèi)應(yīng)力形式存在, 程度不一, 且不易發(fā)現(xiàn)。/卡0發(fā)生在尖

8、軌與基本軌的作用邊, 因肥邊、尖軌拱腰、滑床板磨損、滑床板變形嚴(yán)重等原因, 造成尖軌轉(zhuǎn)換不到位, 無(wú)法密貼, 不能正常鎖閉, 鎖閉后也不能正常解鎖。此類(lèi)問(wèn)題需采用拉力傳感器監(jiān)測(cè)密貼力變化來(lái)及時(shí)發(fā)現(xiàn), 不查找原因, 僅靠簡(jiǎn)單調(diào)整缺口間隙去解決, 只會(huì)埋下隱患。2 現(xiàn)有表示缺口檢查方法分析1. 嚴(yán)格地講, 目前的缺口檢查不是真正意義上的密貼檢查。道岔、轉(zhuǎn)轍機(jī)在安裝、檢修后必須檢查靜態(tài)密貼, 然后調(diào)整缺口間隙, 目的是保證檢查柱能順利落下, 接通鎖閉表示。經(jīng)一段時(shí)間使用, 當(dāng)?shù)啦戆l(fā)生前面所述的各類(lèi)問(wèn)題時(shí), 靜態(tài)調(diào)定的缺口間隙就已無(wú)法反映列車(chē)通過(guò)時(shí)尖軌的真實(shí)密貼狀態(tài), 因此, 真正安全意義的檢查應(yīng)是已

9、經(jīng)完成轉(zhuǎn)轍密貼檢測(cè)后的尖軌, 再出現(xiàn)斥離基本軌且間隙大于4mm 時(shí), 能及時(shí)切斷表示電路。2. 缺口檢查僅作為轉(zhuǎn)轍機(jī)的一項(xiàng)輔助功能, 與鎖閉機(jī)構(gòu)、表示用電接點(diǎn)開(kāi)閉裝置、擠岔監(jiān)督裝置一并設(shè)計(jì)在轉(zhuǎn)轍機(jī)內(nèi)。結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)關(guān)系復(fù)雜, 連接環(huán)節(jié)多, 不易觀察, 更不易直接測(cè)量, 受技術(shù)水平、人為因素影響過(guò)大。3. 現(xiàn)在的缺口檢測(cè)是一種極限位置控制, 無(wú)法反映間隙的連續(xù)變化過(guò)程, 屬被動(dòng)監(jiān)控。為保證提速后行車(chē)安全, 缺口檢查只能依靠縮短巡檢周期, 強(qiáng)化制度約束來(lái)解決, 這勢(shì)必增大工作量, 增加管理成本。3 密貼智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路鐵道部運(yùn)輸局運(yùn)基信號(hào)20032號(hào)通知提出:采用具備道岔密貼檢查、尖軌位置檢查、表

10、示冗余、擠岔監(jiān)督不同功能的密貼檢查器, 對(duì)道岔密貼和擠岔狀態(tài)實(shí)施有效監(jiān)督是今后的研究方向。因此設(shè)計(jì)密貼智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)時(shí)應(yīng)盡量避開(kāi)、降低前述各種道岔病態(tài)因素對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響, 力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、利于維修, 便于工務(wù)道岔檢修、道床養(yǎng)護(hù)作業(yè)。1. 檢測(cè)位置。直接對(duì)密貼最敏感的尖軌尖端、尖軌曲線段和需要嚴(yán)格控制水平位移的區(qū)段進(jìn)行獨(dú)立監(jiān)測(cè)。2. 檢測(cè)方法。采用多種傳感器對(duì)密貼位移變化進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè), 自動(dòng)記錄、分析列車(chē)通過(guò)時(shí)尖軌尖端和監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平位移變化值, 供上位計(jì)算機(jī)或微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)處理。3. 選擇非接觸方式監(jiān)測(cè), 盡量減少中間環(huán)節(jié), 以避免變形、松動(dòng)、爬行、溫度變化的影響和機(jī)械磨損。4. 安裝位

11、置。應(yīng)安裝在位置相對(duì)穩(wěn)定的基本軌兩軌枕之間, 于基本軌外側(cè)、內(nèi)側(cè)或軌底部為好, 引線用護(hù)套管加以保護(hù)。5. 密貼監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)具備自檢功能。6. 系統(tǒng)適用溫度范圍-45e 85e , 相對(duì)濕度95%, 鹽霧5%環(huán)境, 具備抗強(qiáng)磁場(chǎng)干擾和防雷擊功能, 單機(jī)功耗盡可能小。7. 各功能部件采用模塊化設(shè)計(jì), 提高通用性、互換性, 方便安裝、維修和更換。8. 信號(hào)傳輸根據(jù)站場(chǎng)情況, 可利用現(xiàn)場(chǎng)既有信號(hào)線或新設(shè)電纜。4 密貼監(jiān)測(cè)系統(tǒng)樣機(jī)研制鐵路道岔尖軌密貼智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)樣機(jī), 最早按50kg 軌、ZD6型轉(zhuǎn)轍機(jī)的道岔設(shè)計(jì)。通過(guò)在鐵路教學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)、鐵路站場(chǎng)進(jìn)行的實(shí)裝及近半年的試驗(yàn), 結(jié)果理想, 已通過(guò)局技術(shù)審查。針

12、對(duì)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題, 依照模塊化、理想模型要素條件, 重新設(shè)計(jì)了新的位移傳感器, 并增加了爬行、連接松動(dòng)、軌距異常等監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和防夾異物功能, 設(shè)計(jì)了通用性更強(qiáng)的夾座。如圖1所示, 新的密貼監(jiān)測(cè)系統(tǒng)樣機(jī)是由A 、B 密貼儀, 通信模塊和采集模塊組成。室內(nèi)為電源模塊和上位檢測(cè)微機(jī)。密貼儀的詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖2所示。密貼儀用軌內(nèi)側(cè)座和軌外側(cè)座固定于岔尖端前方基本軌底部, 觸板安裝在尖軌連接桿與尖軌連接處, 利用與尖軌一同移動(dòng)的可調(diào)觸板與密貼儀探頭相對(duì)位置的變化, 檢測(cè)尖軌與基本軌間的實(shí)際間隙。5 密貼監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通用性設(shè)計(jì)為適應(yīng)道岔品種多、規(guī)格多的現(xiàn)狀, 密貼儀采用模塊化設(shè)計(jì), 將位移傳感器、通信與防雷部分、防

13、夾裝置分別設(shè)計(jì)成標(biāo)準(zhǔn)件, 與不同的夾具底座、RA I LWAY SIGNA LL ING &COMM UN ICAT ION V o l 143 N o 110 2007 圖1 ZY J7 道岔尖軌密貼監(jiān)測(cè)系樣機(jī)示意圖圖2 密貼儀結(jié)構(gòu)示意圖觸板組成系列。目前已設(shè)計(jì)完成適合5060kg 鋼軌, ZD6、Z Y J7等各型轉(zhuǎn)轍機(jī)的密貼儀。如ZYJ7提速型(廣深道岔模式, Y J7提速型(良鄉(xiāng)道岔模式, 除觸板外全部通用。6 密貼監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)1. 新的密貼監(jiān)測(cè)系統(tǒng)增加了爬行、連接松動(dòng)、軌距異常等監(jiān)測(cè)項(xiàng)目, 使傳感器種類(lèi)、規(guī)格、型號(hào)增多。系統(tǒng)采用融合集成技術(shù), 使其體積縮小, 減少故障點(diǎn)

14、, 從而提高了系統(tǒng)可靠性, 更適于采用現(xiàn)代先進(jìn)工藝方法生產(chǎn)。2. 系統(tǒng)傳感器之間的信號(hào)相互驗(yàn)證, 互為冗余。設(shè)有自檢功能, 當(dāng)單、雙只傳感器出現(xiàn)短、斷路故障時(shí), 在檢測(cè)判定確保安全的前提下可同時(shí)給出保持密貼程度信號(hào)和故障側(cè)、故障類(lèi)別信號(hào)。3. 當(dāng)尖軌觸板與密貼儀觸頭之間夾入異物時(shí), 為防止傳感器損壞, 尖軌觸板設(shè)有主動(dòng)避讓功能, 并給出該側(cè)軌內(nèi)異常信號(hào)。工務(wù)在檢修、調(diào)整軌距后, 原調(diào)定的密貼位置必然改變, 此時(shí), 觸板主動(dòng)避讓功能在軌距調(diào)小時(shí), 給出密貼側(cè)軌內(nèi)異常信號(hào), 反之, 給出該側(cè)密貼不良信號(hào)。7 密貼監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通信方式道岔密貼監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)得出的各類(lèi)信號(hào)與控制室主計(jì)算機(jī)及時(shí)、可靠地交換信息

15、是非常關(guān)鍵的。系統(tǒng)可以選擇有線、無(wú)線、專(zhuān)設(shè)線等各種不同的通信方式, 鐵路現(xiàn)場(chǎng)一般有1對(duì)線徑115mm 2, 樹(shù)狀分布, 用于連接各道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)接線盒的備用線, 特別適合采用電力載波通信方式, 目前的缺口檢測(cè)設(shè)備多采用這種方式。但在實(shí)際傳遞信號(hào)時(shí)發(fā)現(xiàn), 因通信距離、電壓波動(dòng)導(dǎo)致信號(hào)變化的通信故障較多, 難以保證實(shí)時(shí)性和可靠性。因此必須采取一定的措施加以克服。1. 將設(shè)備進(jìn)行分組, 構(gòu)建成二級(jí)或三級(jí)網(wǎng)絡(luò)通信, 減少主機(jī)的呼叫次數(shù), 使通信速率得到提高, 以彌補(bǔ)誤碼率高導(dǎo)致的實(shí)時(shí)性問(wèn)題。但這會(huì)使系統(tǒng)進(jìn)一步復(fù)雜, 成本提高, 故障點(diǎn)增多, 現(xiàn)場(chǎng)施工量增加。2. 盡可能提高系統(tǒng)負(fù)載能力, 降低單機(jī)功耗, 傳感器工作電壓、輸出信號(hào)作寬電壓設(shè)計(jì), 減少電壓波動(dòng)導(dǎo)致通信故障的發(fā)生。8 結(jié)束語(yǔ)目前的密貼儀設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)還僅適用于單分道岔, 開(kāi)發(fā)適用于可移動(dòng)心軌, 多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)的重型道岔的同功能監(jiān)測(cè)