膠輪有軌電車計(jì)軸系統(tǒng)“丟軸”故障及整改

黃 邦，李宇鵬，張勇剛

（比亞迪通信信號(hào)有限公司，廣東深圳 518000）

0 引言

膠輪有軌電車是現(xiàn)代有軌電車中的一種新系統(tǒng)，也稱之為“云巴”。2021 年4 月16 日，備受矚目的全球首條無人駕駛“云巴”在重慶璧山開通運(yùn)營(yíng)。目前，國(guó)內(nèi)外鋼輪鋼軌列車計(jì)軸系統(tǒng)“丟軸”故障極少發(fā)生，對(duì)膠輪有軌列車的“丟軸”問題研究較少。

1 問題的提出

自2020 年11 月璧山“云巴”線動(dòng)車調(diào)試以來，全線發(fā)生過多起“丟軸”故障，在運(yùn)營(yíng)前期也偶然會(huì)發(fā)生“丟軸”故障（表1）。為保障列車穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)，針對(duì)璧山膠輪有軌電車“丟軸”問題的分析與整改顯得尤為重要。

表1 信號(hào)系統(tǒng)計(jì)軸“丟軸”故障統(tǒng)計(jì)

2 故障分析

2.1 計(jì)軸工作原理和故障特點(diǎn)

計(jì)軸系統(tǒng)是通過對(duì)物理輪軸進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)而表示軌道區(qū)段是否空閑、占用或受到干擾3 種狀態(tài)[1]。針對(duì)鋼輪鋼軌列車，計(jì)軸傳感器可直接檢測(cè)車輪形成計(jì)軸條件，而膠輪有軌電車的走行輪和導(dǎo)向輪均為非金屬材料，無法通過計(jì)軸傳感器直接檢測(cè)車輪的形式進(jìn)行計(jì)軸，采用在轉(zhuǎn)向架上加裝計(jì)軸檢測(cè)板的形式（圖1），在車輛運(yùn)行過程中計(jì)軸檢測(cè)板就會(huì)依次切割傳感器感應(yīng)單元Sys1、Sys2 發(fā)射的磁感線（圖2），每切割一次，計(jì)軸系統(tǒng)就會(huì)記錄一次，便可確定這個(gè)區(qū)段是否被占用或空閑狀態(tài)。

圖1 計(jì)軸探測(cè)車輛結(jié)構(gòu)

圖2 計(jì)軸工作原理

由于“云巴”車輛采用的是橡膠輪，需要考慮在車輛上額外加裝計(jì)軸檢測(cè)板，固增加了計(jì)軸的復(fù)雜性。此外，橡膠輪具有較大的可壓縮性，計(jì)軸檢測(cè)板會(huì)隨著車輛行駛在橫向和垂向發(fā)生較大的位移變化，改變檢測(cè)板與計(jì)軸傳感器之間的位置匹配關(guān)系，導(dǎo)致傳感器檢測(cè)不到檢測(cè)板而發(fā)生“丟軸”故障。

2.2 故障排查及原因分析

故障發(fā)生后首先對(duì)發(fā)生“丟軸”的計(jì)軸點(diǎn)位進(jìn)行波形測(cè)試，結(jié)果顯示“丟軸”點(diǎn)位的計(jì)軸波形電壓數(shù)據(jù)超出成軸范圍（圖3），不滿足計(jì)軸成軸條件（波形電壓值＜240 mV）。根據(jù)計(jì)軸傳感器室內(nèi)劃軸計(jì)軸波形測(cè)試結(jié)果，計(jì)軸波形值的主要影響因素是計(jì)軸傳感器與檢測(cè)板之間的探測(cè)距離L 和檢測(cè)板對(duì)傳感器的安裝覆蓋高度H（圖4）。隨后對(duì)計(jì)軸傳感器和計(jì)軸檢測(cè)板的安裝位置尺寸、緊固狀況進(jìn)行排查，發(fā)現(xiàn)個(gè)別車輛“丟軸”處計(jì)軸檢測(cè)板有一定傾斜度，與軌道梁面平行度超出設(shè)計(jì)要求1.5 mm，導(dǎo)致車輛計(jì)軸檢測(cè)板劃過傳感器時(shí)經(jīng)過Sys1 和Sys2 的距離相差較大，其中一個(gè)感應(yīng)單元探測(cè)不到計(jì)軸檢測(cè)板而發(fā)生“丟軸”故障。部分車輛計(jì)軸檢測(cè)板安裝高度尺寸偏差較大，覆蓋高度偏小12 mm。

圖3 “丟軸”點(diǎn)位JZ0509 波形

圖4 計(jì)軸檢探測(cè)結(jié)構(gòu)示意

車輛在跑車過程中計(jì)軸檢測(cè)板時(shí)刻在發(fā)生橫向擺動(dòng)，檢測(cè)板在發(fā)生擺動(dòng)幅度ΔL 后仍在傳感器探測(cè)范圍內(nèi)時(shí)才能穩(wěn)定計(jì)軸，車輛經(jīng)過不同的計(jì)軸點(diǎn)位時(shí)L+ΔL值均不相同（圖5）。為確定車輛計(jì)軸檢測(cè)板的ΔL 是否超出傳感器工作范圍，在計(jì)軸檢測(cè)板安裝支架位置處固定激光測(cè)距傳感器（圖6），測(cè)試車輛計(jì)軸檢測(cè)板與軌道梁側(cè)壁的距離變化，確定計(jì)軸檢測(cè)板的最大擺動(dòng)幅度ΔL。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，車輛橫向最大擺動(dòng)幅度ΔL 超出了計(jì)軸傳感器的探測(cè)范圍4 mm。

圖5 計(jì)軸檢測(cè)板橫向擺動(dòng)示意

圖6 激光測(cè)距傳感器固定實(shí)物

3 整改措施及效果

根據(jù)上述排查結(jié)果和原因分析，從改進(jìn)計(jì)軸檢測(cè)板與傳感器位置匹配關(guān)系出發(fā)，采取以下3 條整改措施。

（1）對(duì)平行度不滿足設(shè)計(jì)要求的“丟軸”車輛計(jì)軸檢測(cè)板進(jìn)行安裝整改，調(diào)整至±2°的設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。

（2）對(duì)安裝覆蓋高度不滿足設(shè)計(jì)要求的“丟軸”車輛計(jì)軸檢測(cè)板進(jìn)行安裝整改，將檢測(cè)板高度調(diào)整至30 mm。

（3）對(duì)車輛擺幅較大的“丟軸”車輛計(jì)軸檢測(cè)板進(jìn)行安裝調(diào)整，將理論安裝值L 減小4 mm。

整改后對(duì)“丟軸”對(duì)應(yīng)車輛和計(jì)軸點(diǎn)位進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證，計(jì)軸波形得到明顯改善，電壓值195 mV 小于240 mV，滿足成軸條件，并將車輛停車占?jí)涸趤G軸點(diǎn)位旁，確認(rèn)實(shí)際距離和覆蓋高度均處于理想狀態(tài)（圖7～圖8）。

圖7 “丟軸”點(diǎn)位JZ0509 改善后波形

圖8 車輛計(jì)軸檢測(cè)板占?jí)篔Z0509

4 結(jié)束語

膠輪有軌電車的“丟軸”故障原因明確，簡(jiǎn)單概括起來就是列車行車過程中計(jì)軸傳感器與計(jì)軸檢測(cè)板位置匹配不佳。在車輛運(yùn)營(yíng)前期對(duì)計(jì)軸設(shè)備的安裝實(shí)施階段就應(yīng)該重視設(shè)備安裝和檢驗(yàn)，尤其是計(jì)軸檢測(cè)板的安裝。膠輪車輛行車過程中由于存在較大擺幅，必要時(shí)需對(duì)車輛擺幅進(jìn)行測(cè)試，確保車輛計(jì)軸檢測(cè)板在運(yùn)營(yíng)前期就有確定、可靠的安裝位置，保障列車安全、穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)。