上海地铁1号线4英尺环线及调谐单元的国产化研制

傅 宇 徐宏基 戴翌清 徐顺才

(1. 上海地铁维护保障有限公司通号分公司， 200235， 上海； 2. 上海铁顺机车仪表有限公司，200949， 上海//第一作者， 助理工程师)

4英尺(1.219 2 m)环线及调谐单元是构成上海地铁1号线岔区音频轨道电路的重要部件，也是保证列车安全运营的基础设备。其主要功能是将列车检测信号和速度命令分别发送给安装在岔区的接收/接收阻抗联结器和列车车载接收线圈。

1 上海1号线岔区音频轨道电路概况

上海地铁1号线开通至今已超20年，岔区中的4英尺环线及调谐单元，安装在恶劣的环境中运行，经常受到日晒雨淋，故障率逐年提高。由于申购进口备件价格高、供货周期长，而且库存量较少，无法满足提供正常运营的备品最低库存要求。因此，不管从目前解决备件脱节问题和填补自身检修技能的空缺，还是从经济利益角度考虑，开展上海地铁1号线4英尺环线及调谐单元的国产化研制是非常必要的。国产化4英尺环线及4种频率的调谐单元研制开发成功，不但可以从根本上改变目前的被动局面，而且还能降低地铁运营维修成本，提高经济效益，同时为确保地铁安全运行提供一份保障。

2 4英尺环线及调谐单元的国产化研制

围绕4英尺环线及调谐单元在结构、电路、器件、材质等方面进行全面梳理和测试分析，以确立技术标准、检测内容和检测方法。

确保新研制开发的4英尺环线及4种频率的调谐单元产品，在各项技术性能指标上做到与进口4英尺环线及4种调谐单元完全相符，并克服进口设备在使用中发现的缺陷，以适应上海地铁1号线目前对设备使用的需求。在保证研制产品质量的基础上同时兼顾产品的经济效益。

2.1 进口4英尺环线及4种调谐单元性能测试

对进口4英尺环线，通过电缆上90度航空连接器与调谐单元进行连接，并将4种不同频率调谐单元分别进行技术性能摸底测试。在调谐单元印制线路板上FT7(11)和FT8(12)输入端，用UX16A型电平振荡器，模拟发送列车检测信号和速度命令。同时用SP-4型数字式频率计对频率进行监测。再用自制感应线圈替代列车上的接收线圈与UD20A型选频电平表进行连接，在4英尺环线周围通过感应接收，将进口设备的4种不同组号频率调谐单元分别与环线进行连接，测试其槽路性能指标。表1为环线上感应谐振频率测量参数。

表1 环线上感应谐振频率测量参数

2.2 进口4英尺环线电感量及电感的品质因数测试

在日常维护保养中经常会碰到4英尺环线互换替代使用的情况，如果环线线圈在电感量与品质因素方面一致性不好，就会影响谐振槽路工作性能，造成谐振频率产生偏移，涉及到ATP(列车自动防护)模块发送信号通过谐振槽路时，信号会产生衰减，引起ATP模块功率过大，产生发热等问题。通过对6只4英尺环线使用ZJ2776型电感测量仪进行测试，测出其环线线圈上的电感量和品质因数Q。图1给出了4英尺环线两种线圈绕制接线。表2为6只进口90匝环线电感量及Q值测量参数。

三针4英尺环线连接器

58290-033-02 4英尺环线

58290-033-03 4英尺环线图1 4英尺环线两种线圈绕制接线

2.3 元器件技术性能认定与选型

在对进口4英尺环线及调谐单元技术性能实测摸底和对电路进行分析的基础上，再利用计算机PSPICE电路仿真软件进行模拟仿真。与实测摸底的性能指标进行比较，计算出所用元器件的技术要求，确定主要元器件的技术参数及误差要求。将数据分别提供给各专业生产厂家，帮助配合测试、认定、选型，确保国产化研制的4英尺环线及调谐单元在技术性能上与进口产品完全相符，成本明显降低。

表2 6只进口90匝环线电感量及Q值测量参数

2.4 对采用的封装材料进行分析与选型

对进口4英尺环线的玻璃纤维U型槽道及封装材料进行采样，并委托上海树脂研究所和玻璃纤维钢生产厂家，对进口4英尺环线的玻璃纤维槽道和填充封装材料进行化验分析，确认进口4英尺环线的玻璃纤维U型槽道是采用玻璃纤维布和阻燃环氧树脂并通过模具压制而成，填充封装材料也是采用阻燃黑色粉末与阻燃环氧树脂通过搅伴而成。在上海树脂研究所的推荐下，选择了国内生产的相同性质的型号产品分别对玻璃纤维U型槽道进行压制和嵌入槽道内的90匝线圈进行填充封装。

2.5 对原产品的设计改进

针对进口调谐单元的外壳电缆进线和出线处发现的密封不良，设备容易进水受潮及内部接线端子容易松动接触不良等问题，作了以下设计改进：

(1) 由于原来电缆接头串线孔椎度偏上太浅，串线孔橡胶塞、接头底部O型密封圈材质过硬，造成设备容易进水受潮。现将电缆接头串线孔椎度向里加深，串线孔橡胶椎形塞和接头底部O型密封圈材质改软，提高外壳电缆进线和出线处密封性能。

(2) 由于原进口设备的接线端子采用的是插片式结构模式，容易松动，造成接触不良。现将原插片式结构模式改成用螺丝固定结构模式，提高了连接线的可靠性。

3 国产化研制成果

对国产化研制产品进行性能指标测试及EMC(Electro Magnetic Compatibility，电磁兼容性)可靠性测试。同时将国产化研制产品安装到现场试用，设备稳定性及故障率与进口设备相比，均无明显差异。表3为环线感应谐振频率测试参数。

表3 环线感应谐振频率测试参数

3.1 允许误差

列车检测和速度命令在环线上感应谐振频率误差及幅值，参照调谐单元组号频率，允许误差应小于2%。

3.2 外观结构

样品外形尺寸应与图纸相符，外壳表面应无划伤及凹痕、裂纹和变形，金属表面涂覆不能露出底层金属，并无气泡、腐蚀、缺口、毛刺、划伤、涂覆脱落和砂眼等缺陷，且有明显、清晰的标志。

3.3 机械强度测试

每个机壳能正常接触到的表面承受0.5 J的碰撞而无状态变化。碰撞后应符合外壳防护等级要求，保证使用功能正常。

3.4 电磁兼容性

对新研制的4英尺环线及调谐单元进行组合连接，并委托公安部安全防范报警系统产品质量监督检验测试中心做EMC摸底试验。测试结果显示，新产品均顺利通过了EMC静电放电抗干扰度试验，点快速瞬变脉冲群抗扰度试验和浪涌(冲击)抗扰度试验，还有同频干扰试验，提高了产品的安全使用可靠性。具体试验项目如下：

(1) 静电放电抗干扰度。空气放电8 kV；接触放电6 kV，试验后设备正常工作。

(2) 电快速瞬变脉冲群抗扰度。对信号输入接口，峰值电压2 kV，重复频率5 kHz，试验后设备工作正常。

(3) 射频电磁场辐射抗干扰度。扫频80～1 000 MHz，场强50 V/m，调频1 kHz、调制深度80%；试验后设备工作正常。

(4) 浪涌(冲击)抗扰度试验。信号输入线1 kV依次施加5次正脉冲和5次负脉冲，每分钟至多施加1个脉冲，试验后设备工作正常。

3.5 国产化4英尺环线实际运用效果

2015年1月起，将试制品“4英尺环线”安装到现场做试验，试制品在试用3个月后进行数据测试基本无变化，已沿用至今，设备运转正常。表4给出了换装国产4英尺环线轨道电路数据。表中，电压p-p值(peak-to-peak value，电压峰-峰值)，指一个周期内电压最高值和最低值之间的差值。

表4 换装国产4英尺环线轨道电路数据

4 结论

本项目顺利研发完成后，不但解决了目前上海地铁1号线岔区音频轨道电路中的4英尺环线及调谐单元备件不足的问题，而且还摆脱了一些关键设备依赖国外厂商进口的局面，同时也节约了大量的时间和资金，缩短了订货周期，降低成本，产生一定的经济和社会效益。据测算，整个1套设备的总价格不到进口设备的一半。国产化后价格有很大程度的下降，而且各项性能指标与进口产品完全一致甚至更优。如果能采用国产化产品替代进口产品，将大大降低未来设备更新的成本。