论轨道交通列车置检测设备

时间:2020-10-17

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  论轨道交通列车位置检测设备 摘 要 基于在地铁和单轨中应用的列车位置检测设备, 阐述各种列车位置检测设备的基本 结构和工作原理,分析其优缺点,同时提出设备选型的建议。 关键词 城轨交通 信号系统 列车位置检测 轨道 电路 计轴 环线 应答器 在轨道交通运输中,列车位置检测设备是信号系统构成的关键设备,它为 整个信号系统运行提供基础条件。最初,列车以站间闭塞的方式运行,轨道电路是最早的列 车位置检测设备, 随着高密度列车运行的要求和自动控制技术的不断发展, 先后出现了固定 闭塞、准移动闭塞、移动闭塞三种信号闭塞制式,随之出现了不同工作方式的列车位置检测 设备,如轨道电路、计轴区段、环线,乃至于现在的移动闭塞列车位置检测设备。下面向大 家介绍几种列车位置检测设备的工作原理。 1 轨道电路 19 世纪 90 年代, 轨道电路最先起源于美国, 不久出现在英国, 1904—1906 年在伦敦地铁大量采用。轨道电路在我国铁路上已得到广泛运用,如 50Hz 轨道电路、25Hz 轨道电路、单轨条轨道电路、无绝缘轨道电路等。轨道电路的基本原理是:把定义的轨道区 段的两根钢轨作为导线,两端的轨缝装上绝缘物,一端安装送电设备,一端安装受电设备, 如图 1 所示。当无车时,由送电端(BATTERY)送出的低电流使受电端的继电器(RELAY)励磁, 表示轨道电路无车占用;当有车时,由送电端送出的低电流被车辆轮对短路,受电端的继电 器(RELAY)失磁,表示轨道电路有车占用。 随着欧洲铁路轨枕的钢枕化,在 20 世纪 30 年代,在欧洲出现了代替轨道 电路的列车位置检测设备———计轴设备。 2 计轴设备 计轴设备用于在规定的轨道区段内检测列车的占用/出清。不像轨道电路, 它对道床电阻、分路电阻、轨枕、轨缝位置、轨道区段长度、电气化区段牵引回流的连接都 没有限制条件。 计轴设备的最大优势在于它与轨道状况无关, 这使其不仅具备检查长轨道区 间的能力, 而且也解除了长期因道床潮湿和钢轨生锈影响铁路正常运行的困扰。 计轴设备的 基本原理是: 在定义的轨道区段的两端, 选择在同一侧的一根钢轨上安装两个计轴传感器探 测通过的车轮,如图 2 所示。当车轮通过时,改变了传感器的发送器和接收器之间的交变磁 场, 从而改变了接收线圈上的感应电压或相位值, 计轴设备根据其交变磁场的变化频率和其 变化的时间顺序,判断通过的列车轴数,识别列车运行的方向。计轴主机处理从计轴轨旁盒 传来的计轴传感器变化信息,比较进入区段的轴数和离开区段的轴数,给出空闲/占用的指 示。 计轴设备在欧洲铁路车站和区间已得到大量运用,在我国国铁区间半自动 闭塞上也已得到大量运用。青岛 8 号码头的计轴设备是在车站范围内运用至今的典型代表, 1998 年开通,至今稳定、可靠。计轴设备供应商不同,设备构成也不同。主要的供货商有 SIEMENS 和 ALCATEL 两家,设备比较见表 1。 随着轨道交通形式的发展,出现了跨座式橡胶轮轨道交通系统。该系统噪 音小、爬坡能力强、转弯半径小,已在我国的重庆市轨道交通 2 号线工程中采用。通常,在 钢轮钢轨交通方式中, 利用钢轨及钢轮的导电性作为检测列车占用或空闲的条件; 而跨座式 单轨交通是以高强度混凝土梁(PC 梁或 RC 梁)作为车辆运行轨道,车辆采用跨座式单轨车, 车辆的走行轮、 导向轮和稳定轮均采用充气橡胶轮胎。 因此, 在日本跨座式单轨交通系统中, 大量采用了另一种车辆位置检测设备———环线 环线式列车检测设备 环线式列车检测设备由车载设备和地面设备两部分组成(见图 3)。列车头 部用调制波 fm1(112Hz)将载波 fc1(13.5kHz)调制成方波振幅调制波 f1,同样在列车尾部用 调制波 fm2(112Hz)将载波 fc2(15kHz)调制成方波振幅调制波 f2, 将调制、 放大后的频率 f1、 f2 通过安装于车头和车尾的天线,向地面 TD 感应环线发送高频信号。地面设备的调制波为 fm2(97Hz),载波为 fc3(14.25kHz),调制成照查信号 fch。地面感应环线一端连接照查信号 fch 谐振器,另一端连接到接收器的输入。接收器的输出接到闭塞逻辑电路,闭塞逻辑电路 在进行列车进入及出清的逻辑判断后,驱动轨道继电器吸起或落下。 3.1 工作原理 以列车车载设备 f1 端先压入环线区段为例, 介绍环线式列车检测设备的工 作原理(见图 4)。 (1)环线区段无车占用时: 发送端发送已调制的 fch 信号, 通过感应环线(同 时检查环线的物理连接),接收端接收到 fch 信号后 CHR(照查继电器)吸起。 (2)列车前部进入环线区段时: 由车上发来的 f1 信号与环线进行电磁感应, 使地上接收器接收 f1 信号,此时 fch 信号被压制,CHR 继电器落下。所谓压制,是指 f1 或 f2 信号叠加到照查信号 fch 信号上,由于接收器的非线性使调制波成分减少,从而使照查 接收 CHR 继电器落下。 (3)列车完全进入环线 信号同时作用于感应环线上,使 CHR 继电器保持落下。f2 接收电路检测出 f2 信号后,使 f2 接收电路 FA2R 继电器吸起。 (4)列车前部离开环线 信号作用于感应环线上,使 CHR 继电器 保持落下,f2 接收电路 FA2R 继电器保持吸起。 (5)列车完全出清环线 信号消失,fch 信号被检出,使 CHR 继电器吸起,f2 接收电路检测不出 f2 信号后,使 f2 接收电路 FA2R 继电器落下。 3.2 闭塞逻辑电路的动作 (1)CHR、FA2R 的吸起及落下时间关系见图 5。 当列车通过轨道电路分界时, 通过前述 FA2R 继电器快吸缓放的特性, 在一 小段时间内使 2TR 继电器吸起后,再通过 2TR 的自保电路保持吸起状态。 闭塞电路的等价公式为 4 移动闭塞列车位置检测 从 20 世纪 80 年代