基于轨道信号和强磁干扰环境下在线自动检测设备的应用与研究

王辉平

(南京拓控信息科技股份有限公司，江苏 南京210000)

轨道交通是现代化建设的重要基础设施，它安全、迅速、舒适、便利地在服务于社会公众，最大限度地满足人们的出行需求。在各种交通工具中，具有运送量大、速度快、安全可靠、污染低、受其他交通方式干扰小等特点，它是现代化进程发展所必须的交通工具。其中轨道交通信号设备是轨道交通的主要技术设备，它担负着指挥列车运行、保证行车安全、提高运输效率的重要任务。轨道交通运营安全是轨道交通运营中最重要最核心的部分，它不仅是交通运营生产的基本要求，也是运营企业产品质量的一个重要特征。目前，轨道交通运营安全管理日益受到社会各界的广泛关注，交通安全是轨道交通运营的重要前提，是确保人们政治、经济、文化、军事等生活正常发展的基础。

为确保轨道交通运营安全，除了轨道信号系统、轨道交通运营系统外，同时为了保障车辆本身及运行安全就需要对车辆进行实时检测及监控，因此在轨旁安装各种在线自动检测设备就成为了必然，目前较成熟的在线自动检测设备有车轮在线自动探伤系统、轮对外形尺寸综合检测系统、车轮踏面擦伤检测系统、车辆转向架轴承声学检测系统、轴温探测系统、受电弓检测系统、车号自动识别系统、列车状态监控系统等。他们的共同点就是必须安装在列车车轮运行的轨道线路上且不得干扰轨道交通信号影响行车安全，同时为了保证较高的检测精度均需要具备抗电磁干扰能力。为了不影响轨道交通信号，并让轨旁设备具备抗电磁干扰能力是轨道交通行业中在线自动检测设备的重要研究课题之一。

1 轨旁设备常见抗电磁干扰和轨道绝缘方式

车轮在线自动探伤设备因必须与车轮接触，需将检测区域轨道与两端线路轨道绝缘隔离，单侧钢轨通过导通电缆跨接接续轨道信号，这样就会出现检测区域无轨道信号导致列车运营监控系统无法监控这个区域的列车运行动态。对于列车运营监控系统这属于风险点之一，但系统能够实时监控车轮是否有裂损、金相碾压层叠、表面剥落等严重影响列车行车安全的故障，因此通过比较此类接触式绝缘方式的应用被得到认可，为了不影响轨道交通信号，轨旁设备常用非接触式轨道绝缘方式，即轨旁设备与轨道不接触。一般需要对基础进行特殊处理，耗时耗力，且个别设备的检测结果精度并不理想，改进空间有限。

为了使轨旁设备具备抗电磁干扰能力且不向处于同一环境的其它设备释放超过允许范围的电磁干扰，需要将单个采集单元做成一个整体，为保持采集单元整体性多数设备厂家选择浇铸的方式，整体浇铸方式需要预先制作模具，且存在改制模具甚至报废的风险。浇铸完成后还需要二次加工，且有特殊要求的不适用浇铸的条件无法浇铸成型，局限性较大。

2 新型轨道绝缘和抗电磁干扰设备结构设计

经过分析设备检测精度不理想的原因有列车通过检测区域轨道基础会产生沉降，这就导致预设的检测基准面发生偏移。为了消除检测基准面的偏移，检测设备与轨道直接接触使设备随轨道一起沉降，这样检测基准面相对检测设备、被检测物是固定的，但设备与轨道接触如果绝缘措施失效的的话会将左右钢轨导通，这在轨道交通行业非正常运营的情况下是绝对禁止的（列车作为导体将轨道信号导通以此来判断这个区段有列车通过并实时监控列车运行状态，及时动态进行运营调度，确保列车行车安全距离，保障列车行车安全）。因此，设备需要与轨道做好绝缘处理，通过在轨道垫板与设备基础连接螺栓处及接触面之间增加绝缘材料来隔绝钢轨与设备的导通，如下图1，即采用绝缘连接使检测设备电气信号与线路轨道信号隔离开来。同时，在线自动检测设备与设备基础之间也做了同样的绝缘处理，实现双重绝缘，通过安全措施冗余度保障绝缘措施的有效性，且具备减震功能。

图1

图2 为本实施例的铁路货车轮对运用状态综合检测系统-高速车轮外形尺寸和直径测量单元6 中的特殊枕木部件，其包括轨道扣件601、轨道垫板602、特殊枕木横梁603、绝缘垫板604 和605、绝缘垫片606、绝缘套筒607、六角螺栓608 和609、螺母610、平垫圈611、弹垫612，其中轨道垫板602、特殊枕木横梁603、绝缘垫板604、绝缘垫片606、绝缘套筒607 通过六角螺栓608、螺母610、平垫圈611、弹垫612 按图示顺序连接为一个整体，这个整体穿入铁路线路轨道下，绝缘垫板605 置于轨道和轨道垫板602 之间，通过轨道扣件601、六角螺栓609、平垫圈611、弹垫612 将如上所述整体与轨道紧固连接。

图2

轨旁设备具备抗电磁干扰能力需要将核心电子模块安装在金属密闭空间内，因为整体浇铸方式在批量较小的情况下不经济且适用性不广，为了改进这些弊端，将箱体按下图3 分体加工后拼装成密闭空间达到屏蔽电磁干扰的作用，同时辅以接地、滤波（在箱体电缆进出口处电缆上增加滤波磁环）等抗干扰技术手段，有效实现了抗电磁干扰功能并极大降低了设备的生产成本。材质可以是铝合金、碳纤维等具备导电性能的材料。铝合金表面阳极氧化确保表面导电失效，能避免导体意外接触使箱体接入其他电气回路。

屏蔽的原理是利用金属材料制成容器，将需要防护的电路包围在其中，可以防止电场或磁场耦合干扰。

图3

车轮在线自动探伤设备因必须与车轮接触，需将检测区域轨道与两端线路轨道绝缘隔离，单侧钢轨通过导通电缆跨接接续轨道信号，这样就会出现检测区域无轨道信号导致列车运营监控系统无法监控这个区域的列车运行动态。对于列车运营监控系统这属于风险点之一，但系统能够实时监控车轮是否有裂损、金相碾压层叠、表面剥落等严重影响列车行车安全的故障，因此通过比较此类接触式绝缘方式的应用被得到认可，

3 试验测试

在试验阶段，课题组使用铝合金和碳纤维两种具备导电性能的材料进行了样机试制。为避免导体意外接触使箱体接入其他电气回路，铝合金表面进行了阳极氧化处理，这样可以确保箱体表面导电失效；碳纤维的绝缘措施为在表面涂刷绝缘漆。因在线自动检测设备工作于户外，高温雨雪等自然环境带来的影响较大，为了有效调节箱体温度，避免风沙雨雪等不利因素，在箱体表面增加了隔热保温措施。在保证绝缘措施有效的情况下，课题组组织实施了试运行前的安装调试工作，经现场验证绝缘措施有效、减震措施良好、抗电磁干扰功能实现，系统运行可靠并按计划开始了试运行阶段相关工作。

在线自动检测设备经试用，实现了既定功能和性能等目标。在降成本方面实现了满足系统必要功能的前提下较大程度的降低了设备的综合成本，产品市场竞争力得到提高，有助于加快产品市场化进程。

4 结论

4.1 本课题研究的在线自动检测系统经过试运行，验证了其不会影响线路运营且抗干扰能力强。在线路旁既有设备附近，系统虽然均固定在轨道上，但通过安装横梁使轨道和检测单元实现双重绝缘，在安装调试完成后经过验证对轨道信号不会产生任何影响和干扰，因此对既有线路运营无影响并与线路旁既有设备不会相互干扰。

4.2 本课题研究的在线自动检测系统通过优化设计并践行降成本管理理念，通过机械设计和电气设计有效结合实现了拼接式屏蔽箱体的抗电磁干扰功能并较大幅度的降低了成本，使在线自动检测系统具备较强的抗电磁干扰能力并提高了系统检测结果精度，在成本降低的情况下有效提高了产品的市场竞争力。

4.3 本课题研究的在线自动检测系统通过专业技术的应用，取得了相关专利，拥有完全自主知识产权，实现了既定功能和性能等目标，完善了客户检修方法，为经济使用提供了有效依据，从而提高了检修工作质量和有效性。

总之，为了适应轨道交通的高速发展并为轨道交通行业提供优质的产品和服务，课题组凝心聚力，秉承服务至上、潜心专研等理念，帮助客户实现了节省人力、物力、财力、提高自动化检测比率和效率等目标，同时在保证设备有效使用并安全可靠的情况下保证了轨道交通运营安全和社会公众人身财产安全。