云巴膠輪有軌車輛感應(yīng)板在計(jì)軸傳感器上的感應(yīng)特性研究

黃邦 李宇鵬 王興

摘 要：本文介紹了云巴膠輪有軌列車的計(jì)軸感應(yīng)方式和裝車計(jì)軸感應(yīng)板常用的結(jié)構(gòu)形式，在實(shí)驗(yàn)室對(duì)計(jì)軸感應(yīng)板與計(jì)軸傳感器的感應(yīng)特性進(jìn)行了劃軸探測測試，對(duì)劃軸探測的波形數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析研究，結(jié)果表明：車輛計(jì)軸感應(yīng)板與計(jì)軸傳感器之間的感應(yīng)波形數(shù)據(jù)與傳感器種類、感應(yīng)板與傳感器之間距離和感應(yīng)板大小均有關(guān)，其中感應(yīng)板與傳感器之間的距離是最主要影響因素。通過對(duì)計(jì)軸感應(yīng)板與計(jì)軸傳感器感應(yīng)特性的研究，明確了車輛感應(yīng)板和軌旁計(jì)軸傳感器安裝的理想相對(duì)位置，指明了列車行車過程中計(jì)軸感應(yīng)性能提升的優(yōu)化方向。

關(guān)鍵詞：膠輪有軌列車 計(jì)軸 感應(yīng)板 計(jì)軸傳感器 波形 感應(yīng)特性

Abstract：This paper introduces the axle counting induction method and the commonly used structure form of the axle counting sensor plate of Yunba rubber wheel rail train， and conducts the axle detection test on the sensing characteristics of the axle counting sensor plate and the axle sensor in the laboratory， and analyzes and studies the waveform data of the axle detection. The results show that the sensing waveform data between the vehicle axle counting sensor plate and the axle counting sensor are related to the sensor type， the distance between the induction plate and the sensor and the size of the induction plate， among which the distance between the sensor plate， and the sensor is the most important influencing factor. Through the study of the sensing characteristics of the axle counting sensor plate and the axle counting sensor， the ideal relative position of the vehicle induction plate and the trackside axle sensor installation is clarified， and the optimization direction of the axle counting induction performance improvement during the train driving process is pointed out.

Key words：rubber wheel railway， axle counting， induction plate， axle counting sensor， waveform， sensing characteristics

1 引言

針對(duì)軌道行業(yè)內(nèi)普遍存在的鋼輪鋼軌列車，計(jì)軸傳感器采用的是直接探測列車車輪完成計(jì)軸工作。膠輪有軌電車是現(xiàn)代有軌電車中的一種新系統(tǒng)，列車的走行輪和導(dǎo)向輪均采用的是橡膠材質(zhì)，計(jì)軸傳感器無法直接探測，需要在車輛底部加裝計(jì)軸感應(yīng)板的方式實(shí)現(xiàn)計(jì)軸功能，由于膠輪車輛行車擺動(dòng)幅度大，計(jì)軸傳感器難以穩(wěn)定地探測感應(yīng)板，在列車長期行車過程中時(shí)常出現(xiàn)因探測效果不佳導(dǎo)致的計(jì)軸問題。因此，研究分析膠輪有軌列車感應(yīng)板在計(jì)軸傳感器上的感應(yīng)特性顯得至關(guān)重要。

2 云巴車輛結(jié)構(gòu)和計(jì)軸原理

云巴車輛和一般軌道車輛結(jié)構(gòu)一樣都包含有轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)，不同的是云巴車輛轉(zhuǎn)向架上有獨(dú)立的導(dǎo)向輪，用于車輛導(dǎo)向，保證車輛能沿著軌道方向行駛，如圖1所示。和鋼輪鋼軌列車的區(qū)別是云巴車輛的走行輪和導(dǎo)向輪均采用的是橡膠輪結(jié)構(gòu)，計(jì)軸傳感器無法直接檢測橡膠材質(zhì)結(jié)構(gòu)，在車輛轉(zhuǎn)向架底部支架上安裝了計(jì)軸感應(yīng)板用于車輛計(jì)軸，一般情況下，一個(gè)轉(zhuǎn)向架會(huì)安裝一對(duì)計(jì)軸感應(yīng)板。

計(jì)軸系統(tǒng)是通過對(duì)物理輪軸進(jìn)行檢測，進(jìn)而表示軌道區(qū)段是否空閑、占用或者受到干擾三種狀態(tài)[1]。云巴車輛在行駛過程中，計(jì)軸感應(yīng)板經(jīng)過一個(gè)計(jì)軸傳感器時(shí)，會(huì)順序劃過傳感器的兩個(gè)感應(yīng)單元sys1和sys2（如圖2），每塊感應(yīng)板劃過一個(gè)傳感器對(duì)應(yīng)的物理區(qū)段就會(huì)計(jì)入1軸，車輛駛出該區(qū)段感應(yīng)板就會(huì)劃過區(qū)段出口點(diǎn)的傳感器，對(duì)應(yīng)區(qū)段就會(huì)計(jì)出1軸。

要保證車輛計(jì)軸感應(yīng)板劃過傳感器時(shí)能正常感應(yīng)計(jì)軸，需確保感應(yīng)板是在傳感器感應(yīng)范圍內(nèi)的位置劃過，在傳感器感應(yīng)范圍內(nèi)劃過時(shí)，傳感器兩個(gè)系統(tǒng)（SYS1、SYS2）感應(yīng)探測電壓U1會(huì)小于傳感器靜態(tài)電壓U0的75%，當(dāng)兩個(gè)系統(tǒng)同時(shí)滿足條件時(shí)方能正常計(jì)軸，如U0=300mv時(shí)，USYS1&USYS2≤225mv時(shí)可正常計(jì)軸。

3 常用計(jì)軸傳感器型號(hào)及車輛感應(yīng)板結(jié)構(gòu)

云巴車輛信號(hào)系統(tǒng)上常用的計(jì)軸傳感器主要有兩種，一種是RSR180傳感器，一種是CC200K-1傳感器（如圖3）。兩種傳感器均安裝在軌旁，通過軌道梁側(cè)壁上的安裝支架固定。

云巴車輛安裝的計(jì)軸感應(yīng)板常用形式也主要有兩種，一種是直板，表面為平面結(jié)構(gòu)，另一種是圓弧板，中間平面兩側(cè)圓弧結(jié)構(gòu)（如圖4），其中直板根據(jù)板面長度尺寸分為300mm和350mm兩種規(guī)格，兩種計(jì)軸感應(yīng)板均采用鋁合金材質(zhì)。

4 感應(yīng)板劃軸探測試驗(yàn)

在實(shí)驗(yàn)室搭建了一套計(jì)軸感應(yīng)板劃軸探測測試試驗(yàn)裝置（如圖5），該試驗(yàn)裝置包含有計(jì)軸感應(yīng)板安裝和調(diào)節(jié)夾具、計(jì)軸傳感器安裝和調(diào)節(jié)夾具、傳感器對(duì)應(yīng)的一套主機(jī)硬件設(shè)備和波形測試的波形記錄儀。

由于云巴車輛的走行輪和導(dǎo)向輪為橡膠輪，且車輛設(shè)計(jì)安裝時(shí)導(dǎo)向輪與梁面之間還存在間隙，車輛橫向擺幅包含了橡膠輪的壓縮變形和導(dǎo)向輪與梁面之間的間隙，這影響的位置參數(shù)L；走行輪的壓縮變形影響的是傳感器垂向覆蓋尺寸參數(shù)H。因此，根據(jù)云巴車輛運(yùn)營實(shí)際應(yīng)用可能場景，在室內(nèi)可進(jìn)行兩種劃軸探測測試試驗(yàn)方案，分別如下：

（1）不同距離L下的劃軸探測試驗(yàn)，測試不同傳感器和不同感應(yīng)板結(jié)構(gòu)在距離變化時(shí)的感應(yīng)電壓值。

（2）不同覆蓋高度尺寸H的劃軸探測試驗(yàn)。

4.1 不同距離下的劃軸探測試驗(yàn)

4.1.1 RSR180傳感器

取不同的三塊計(jì)軸感應(yīng)板進(jìn)行試驗(yàn)，分別為直板300mm、直板350mm和圓弧板，其中圓弧板平面部分長度為300mm，測試時(shí)保證每塊計(jì)軸感應(yīng)板覆蓋傳感器的高度H一致，均為20mm。測試時(shí)以1mm為距離間隔單位，讀取感應(yīng)板每變化1mm時(shí)的感應(yīng)電壓數(shù)據(jù)，測試結(jié)果如圖7、圖8所示。

根據(jù)圖7、圖8的測試結(jié)果，三種計(jì)軸感應(yīng)板在計(jì)軸傳感器SYS1和SYS2上的劃軸探測電壓受距離L影響較大，具體感應(yīng)特性如下：

（1）三種感應(yīng)板對(duì)計(jì)軸傳感器的感應(yīng)探測電壓沒有明顯差異，感應(yīng)板在300mm基礎(chǔ)上增大至350mm或增加圓弧結(jié)構(gòu)對(duì)感應(yīng)電壓的影響基本可以忽略；

（2）感應(yīng)板在距離傳感器22mm以內(nèi)時(shí)，感應(yīng)電壓會(huì)隨著距離的變大而變大，在距離8mm感應(yīng)電壓達(dá)到最大值后隨著距離的增大而逐漸降低；

（3）感應(yīng)板在距離傳感器22mm以上時(shí)，感應(yīng)電壓會(huì)隨著距離的變大而變大，直到超出傳感器的能穩(wěn)定計(jì)軸的電壓（USYS1=256mv，USYS1=258mv）。

4.1.2 CC200K-1傳感器

用三種計(jì)軸感應(yīng)板針對(duì)CC200K-1傳感器進(jìn)行了劃軸感應(yīng)電壓測試，具體感應(yīng)特性如下：

（1）三種感應(yīng)板對(duì)計(jì)軸傳感器的感應(yīng)探測電壓變化規(guī)律沒有明顯差異，曲線形式和RSR180傳感器類似，感應(yīng)板在300mm基礎(chǔ)上增加圓弧結(jié)構(gòu)對(duì)感應(yīng)電壓的影響基較小，但感應(yīng)板增大至350mm時(shí)在近距離的影響較大，在同樣距離下感應(yīng)電壓明顯升高；

（2）300mm感應(yīng)板和350mm感應(yīng)板分別在距離傳感器30mm、34mm以內(nèi)時(shí)，感應(yīng)電壓會(huì)隨著距離的變大而變大，在距離10mm感應(yīng)電壓達(dá)到最大值后隨著距離的增大而逐漸降低；

（3）300mm感應(yīng)板和350mm感應(yīng)板分別在距離傳感器30mm、34mm以上時(shí)，感應(yīng)電壓會(huì)隨著距離的變大而變大，直到超出傳感器的能穩(wěn)定計(jì)軸的電壓（USYS1=337mv，USYS1=339mv）。

4.2 不同覆蓋高度尺寸下的劃軸探測試驗(yàn)

針對(duì)RSR180傳感器用300mm計(jì)軸感應(yīng)板直板分別在恒定距離34mm和40mm時(shí)不同覆蓋高度H下進(jìn)行了劃軸感應(yīng)電壓測試，測試結(jié)果如圖9。

根據(jù)圖9，計(jì)軸傳感器感應(yīng)電壓隨感應(yīng)板覆蓋高度H的變化整體影響較小，感應(yīng)電壓隨H值增大而減小，覆蓋高度H為28mm時(shí)達(dá)到最小值后將不再受H值影響。

4.3 小結(jié)

RSR180傳感器和CC200K-1傳感器受不同感應(yīng)板的感應(yīng)電壓變化規(guī)律基本一致，受距離L影響較大，但變化的具體數(shù)據(jù)和突變轉(zhuǎn)折點(diǎn)不一樣，RSR180傳感器在云巴用三種不同感應(yīng)板的感應(yīng)電壓基本無影響，CC200K-1感應(yīng)電壓在350mm直感應(yīng)板近距離劃軸時(shí)影響較大。感應(yīng)板對(duì)傳感器的覆蓋高度H的影響較小，當(dāng)覆蓋高度足夠時(shí)感應(yīng)電壓將不再變化。

5 結(jié)語

計(jì)軸是實(shí)現(xiàn)列車正常運(yùn)行及監(jiān)控的重要保障[2]，計(jì)軸傳感器能正常、穩(wěn)定地探測到計(jì)軸感應(yīng)板至關(guān)重要。根據(jù)對(duì)計(jì)軸感應(yīng)板與計(jì)軸傳感器感應(yīng)特性的測試結(jié)果，合理確定傳感器型號(hào)、計(jì)軸感應(yīng)板結(jié)構(gòu)類型及安裝位置，保障云巴車輛駛過時(shí)具有良好波形數(shù)據(jù)，確保計(jì)軸傳感器能穩(wěn)定工作。

參考文獻(xiàn)：

[1]王力.計(jì)軸設(shè)備在軌道交通信號(hào)領(lǐng)域的應(yīng)用[J].鐵道通信信號(hào)，2011（01）.

[2]申雄.簡析成都地鐵4號(hào)線計(jì)軸工作原理及故障應(yīng)急處置.鐵路通信信號(hào)工程技術(shù).2018.