深圳地铁2号线计轴系统故障分析与处理

2012-01-17郭朝荣

城市轨道交通研究 2012年11期

郭朝荣

（深圳地铁集团有限公司，518040，深圳∥高级工程师）

计轴器是一种重要的铁路信号设备，世界各大铁路公司都有相应的计轴产品，如Alctel的AzLM，GE的SCA，SIEMENS的AzS350U等。深圳地铁2号线信号系统采用的是CBTC（基于通信的列车控制）移动闭塞信号系统，联锁系统选用了科安达－提芬巴赫的TAZⅡ计轴系统作为轨道电路。

1 故障概述

深圳地铁2号线首通段开通于2010年12月28日，开通初期计轴系统偶尔出现轮对丢失（俗称“丢轴”）现象，造成轨道区段发生红光带故障，影响正常运营。但在首通段运营的10列车中，丢轴现象却主要出现在其中一列车上令人费解。

2 故障原因调查、分析及处理

2.1 故障调查

首通段开通1个月内，运营期间计轴设备共发生15次红光带故障（详见表1）。其中弯道计轴区段发生故障12次，岔区计轴区段发生故障3次；209车引发的“丢轴”故障13次，全是在上行弯道。具体丢轴故障统计如表1。

表1 深圳地铁2号线首通段列车丢轴故障统计

通过使用专用示波器，专业工程师对故障发生最多的AC20212计轴区段进行跟踪监测，成功记录到209车丢轴的故障数据波形（见图1），分析确定209车经常发生丢轴的是第23轮对。

监测信号波形显示，209车的第23轮对经过计轴点时，产生的感应信号幅值较低，不能形成有效的车轮脉冲信号，造成轮对探测失败。

图1 209车丢轴监测记录图

2.2 车轮探测工作原理

计轴点是通过钢轨内侧安装的车轮传感器进行车轮探测。车轮传感器（DSS）的内部电路由一个高频LC有源振荡器和相应的一系列附属电路构成，电路的输出端由外部直流恒流源供电。当车轮经过传感器上方时，车轮的铁磁介质对内部LC有阻尼作用，电路的工作状态发生变化，电路输出端的端电压将升高。

车轮传感器由相互独立、电路分离的两套传感电路组成。车轮经过传感器时，两套传感电路分别感应出车轮脉冲信号。两路脉冲信号必须满足有先后、有重叠的特征，才被认为是有效的车轮信号。两路脉冲信号的相位关系代表车轮的运动方向，系统以此来识别车轮运行方向（见图2）。

图2 车轮传感器工作示意图

根据车轮探测工作原理，影响车轮传感器工作性能的因素主要有车轮传感器的安装高度（车轮传感器表面与钢轨顶面的距离）、车轮传感器的感应高度、车轮传感器安装位置、列车运行速度、线路曲线半径、钢轨几何截面、车轮轮对几何尺寸、轨距、车轮轮轴宽度等。

2.3 故障原因分析

经检查测量209车的车轮几何参数，发现在该列车所有轮对中，6车1位转向架的3#轮轮缘厚度值最小，为t＝29.3mm；分析还发现，209车在蛇口线上行方向运行时，6车1位转向架3#轮正是209车第23轴轮对的车轮。

轮缘厚度t是影响车轮传感器探测强度的重要指标（见图3）。车轮传感器能够探测到处于探测区内的铁磁介质，其可靠探测区是一个立体的封闭区域。车轮传感器的俯视投影边界即为可靠探测区的水平方向边界，垂直方向的边界为车轮传感器上表面45mm高度。车轮的轮缘越薄，轮缘水平截面面积越小，传感器上方可靠探测区的铁磁介质就越少，传感器的探测信号就越弱。

图3 轮缘厚度示意图

但是，参考车辆专业轮缘厚度检修标准，正常t值为23～34mm（t＝29.3mm 属于正常范围）；随着运行里程的增加，轮缘厚度还会继续变小，这显然不是丢轴故障的主要原因。

通过研究丢轴故障分布的规律，发现故障都出现在弯道计轴区段和岔区计轴区段，而在直线段计轴区段却没有发生。

现场调查发现，安装在曲线内轨上的车轮传感器工作正常，没有发生丢轴故障；出现丢轴故障的车轮传感器都安装在曲线的外轨上。根据安装规范，车轮传感器应安装在曲线的内轨上。但因内轨装有护轮轨，影响到计轴传感器的安装，信号安装商只好将传感器装在了外轨上。检查另外两个经常丢轴的道岔计轴区段，车轮传感器也正是安装在尖轨弯股外侧轨上。故障原因正在于此。

列车在曲线上运行时，在弯道向心力作用下，列车车轮会紧贴外轨运行，轮对向曲线外方会产生一定的横移。如车轮传感器安装在内轨，这时轮缘将更接近车轮传感器的强探测区，车轮经过探测到的波形信号会高出门槛电压值，车轮探测有效；车轮传感器安装在内侧轨时，轮对轮缘厚度对车轮传感器的探测效果没有影响。

如车轮传感器安装在外侧轨，轮缘远离了车轮传感器的强探测区，探测到的波形信号低于门槛电压值，车轮探测无效（见图4）；车轮传感器安装在外侧轨时，轮对轮缘厚度对车轮传感器的探测效果影响明显，轮缘越薄，越容易出现丢轴现象。

图4 车轮传感器安装效果比较图

2.4 处理办法

找到故障原因后，采取3个措施解决了列车丢轴故障：其一，将发生丢轴故障的车轮传感器的垂直感应高度由41.5mm调高为44mm，增强对车轮轮缘的探测性能；其二，拆除一片车轮传感器的安装隔垫（厚约2.8mm），减少车轮传感器与钢轨间的安装间隙，消除车轮轮缘厚度减小的影响；其三，协调解决曲线线路内轨车轮传感器的安装问题，将安装在曲线外轨上的车轮传感器移装到曲线内轨上。