新型智能轨道电路的研究与开发

周利荣 龙育才

(1．湖南华菱涟钢信息自动化中心，湖南娄底 417009；2．湖南娄底职业学院，湖南娄底 417009)

1 现有轨道电路及存在的问题

目前，车站站内联锁设备使用的轨道电路主要有25 Hz相敏轨道电路和工频交流轨道电路（即JZXC-480型交流轨道电路）两种。正常情况下，轨道电路在调整状态、分路状态、断轨状态下工作要受到许多外界因素的影响，其中受到道碴漏泄电阻、钢轨阻抗及电源电压3个可变参数的影响最大。作为轨道电路分路状态下的列车分路电阻是以车轮车轴本身的电阻以及轮缘与钢轨顶部表面的接触电阻所组成、其大小与压在轨道上分路的车轮数、车辆的载重情况、列车的运行状态、轮缘的装配质量和磨损程度、钢轨表面的洁净程度（如:钢轨面锈蚀、机车撒砂或其他外界原因使钢轨表面形成污垢层）等因素有关，轨面生锈、污垢等是直接影响列车分路电阻大小的关键，容易造成个别情况下当列车压在轨道电路区段上出现俗称“压不死”的现象，也就是轨道电路的分路不良现象。

另一种状态为轨道区段红光带现象：当轨道电路在调整状态下遇到以下状况时容易发生无车占用轨道区段时，轨道区段出现时有时无的红光带现象。1）钢轨阻抗模数最大时。2）道碴漏泄电阻最小时。3）电源电压最低时。

为从根本上解决上述技术难题，提出采用专用的车轮检测技术以计算车辆轮对为基础设计一套电路，用以辅助解决个别轨道区段分路不良与时有时无的红光带问题。2007年向上级主管部门申请立项、2008年列入科技攻关项目、同年实施完毕并通过了上级主管部门组织的验收。

在实施过程中因现场得天独厚的铁路线路条件，对既有车站的辅助电路进行进一步的智能型轨道电路的研究与开发。攻克了复杂作业环境下的调车作业问题，非常状况下的火车过磅问题（即对位不好来回无规则运动）、非常状况下的摘挂列车问题等一系列技术难题；实现利用车轮检测器取代原轨道电路绝缘节等关键性技术问题，真正意义上实现轨道电路智能化。智能轨道电路典型设计界面图如图1所示，该图是现场实际运用站场平面截图，主要用于显示列车占用、区段出清、列车运行方向、列车速度、道岔位置、股道存车数和设备故障自检报警等。

通过3年多的运行实践的检验，该新型智能轨道电路既能辅助解决轨道电路分路不良与红光带问题，又能作为纯轨道电路运用。它适用于铁路线路环境较差、标准制式轨道电路不宜设置的区段与车站，是现有制式轨道电路的一种补充、现将基本原理介绍如下。

2 新型智能轨道电路基本特征

本新技术的基本特征如下。

1）采用无衰减电涡流式动、静态车轮轮对检测器，并结合创新独到的安装方式和采用国内外先进的过程控制、处理技术及硬件。

2）该技术具有知识产权。核心器件采用军工级产品，主要硬件采用工业级产品。

3）轨道电路智能型。

可判别列车方向和速度；对运行中股道存车数精确到车轮；适用各种作业方式和非正常调车作业模式。

4）适用性强：设计为组合型，特别适应铁路线路处在恶劣环境下使用。

5）车列在调车作业中能及时准确反映调车作业时是否按计划作业。

6）能为货运现代化管理提供强有力的车辆动态数据源。

3 新型智能轨道电路功能与特点

1）全新概念设计。

2）创新独到的安装装置设计与安装方法，能满足各种特殊条件下的可靠检测，并具备防盗、防压、防人为在检测器上堆放杂物的功能。

3）独特的“三取二”检测原理反映现场车辆占用状况，其安全系数大大提高，与其他类型轨道电路相比较有着更安全的功能。

4）本系统具备车速、车距判定功能

5）取消传统的安装工艺流程，无需对铁路上部建筑钢轨的任何部位进行打孔、焊接及安装各类绝缘和绝缘轨距杆等工作，确保了钢轨原有机械强度与物理特性，并大大减轻信号维修人员的劳动强度和提高判断轨道电路故障处理的能力，故障处理时间缩短。

6）车轮检测器检测范围：车轮垂直方向≤40 mm，车轮纵向摆动≤65 mm。

7）对外界人为非正常干扰具有智能识别与处理功能。

8）车轮检测器能像钢轨绝缘一样使用沿袭原有设置方法不变，不受钢轨长短与尺寸约束、特别适用于长钢轨需设置轨道区段的地方。

9）能在轨道环境恶劣的环境下可靠使用（含钢轨生锈、或枕木钢轨长期浸泡在泥水中）。

10）由于采用了车轮检测新技术，真正实现轨道电路的智能化，为进一步提高运输作业效率与货运管理自动化提供了基础条件。

11）能对轨道电路分路不良和经常出现红光带的轨道电路进行辅助（视各车站状况的不同将条件接入原轨道电路的控制电路里），从根本上解决长期以来因轨道电路分路不良给运输作业带来的安全隐患与行车作业人员的心理压力。

12）系统对各种复杂的调车、溜放作业与人为误动信号均能智能识别与处理。

13）在特殊情况下可用作正确检测道岔位置使用（可单独实施，亦可全系统实施但不具备道岔密帖检查功能）。

14）能正确判定列车方向。

15）单个检测器自身具备完善的自检与故障报警功能，符合故障安全原则。

16）对轻车、单轨车均能正确反映。

17）对其他计轴设备不能克服的缺陷有明显改善。（如：易拉罐等金属飞扬物引起的错误信号，以及电源波动、施工干扰引起的错误信号等）。

18）设备具备与计算机联锁及货运管理系统的接口。

4 设计原理介绍

1）参照架构流程图2中（a） (b)，将详细叙述本设计的具体实施方案。

2）图2中（a）（b）中的AA，A，A*，BB，B，B*，CC，C，C*，DD，D，D*是一一对应的标识号，也是实现室内外联络的基础，图（b）中的标识号是铁路钢轨上的车轮检测器现场实际安装位置的标识号，图（a）中的标识号是现场实际位置到继电器箱内轮对运算器的唯一地址码编号。现将列车从A方向出发向B方向运行的检测运算过程介绍如下。

3）当列车从A方向出发到达AA点时，AA点输出一个高电位信号，（轮子离开后高电位消失，下同）再向前移到达A点时，A点输出一个高电位信号，继续前移到达A*点时，A*输出一个高电位信号，此时AA，A，A*各输出一个高电位信号，在程序控制电路里检查出上述3点的高电位输出后，向下道程序输出一个“与门”信号作为控制电路计算列车车轮的基础信号源。

4）从A方向进入车轮检测器设置的范围内多少个信号，从B方向处出去多少个信号。当A方向进入信号数等于B方向出去信号数时，系统即确认该区段车辆已完全通过，区段内无车。

5）当A方向进入信号不等于B方向出去的信号时，系统认定本区段内有车：软件认定是否有车的三个原则如下。

A-B=0 无车

A-B≠0 有车

式中分母4是每辆车车轮轮对数，用以确定整车存车数：“x”为车轮轮对数。

调车中途返回的技术处理方法。

6）当从A方向向B方向调车时：

7）车轮压在AA上或压过AA，没有压在A和A*上时停车，此时该区段内显示有车占用；当车轮回去时再次压在AA上，当压进信号等于压出信号时，系统方向电路识别为调车中途返回，该区段内显示已无车占用。

8）车轮压在AA上或压过AA，该区段显示有车占用，往前去又压在A或压过A，没有压在或压过A*停车后车轮回去，再次压在或压过AA，A，系统方向电路识别为调车中途返回、当压进时信号等于压出时信号，该区段显示无车占用。

9）车轮压在AA上或压过AA，该区段显示有车占用，继续往前去，压在或压过A，再往前去压在或压过A*，停车后车轮回去，系统方向电路识别为调车中途返回，当压进时信号等于返回时压出时信号，系统认定该区段已无车占用。

10）非正常摘挂列车和列车非正常过磅计量的技术处理与本描述基本一致，个别情况再另加识别条件即可，技术处理方法不再重复。

同样：从A方向向C方向走车，

从A方向向D方向走车。

反之：从B方向向A方向走车。

从C方向向A方向走车。

从D方向向A方向走车，其技术原理一致。一个车站实际上是由多个图1、图3的图例组成，其实现的技术原理相同（如图1所示）。

列车方向电路的设计方法如下。

1）当列车从A向B方向运行，检测器的检测信号顺序规律为AA-A-A*-BB-B-B*，此时认定为，从左至右的方向也就是铁路行车技术的下行方向。

2）当列车从B向A方向运行，检测器的检测信号顺序规律为B*-B-BB-A*-A-AA，此时认定为从右至左的方向也就是铁路行车中的上行方向。

列车速度测定设计方法如下。

本区段内A与B、A与C、A与D的距离已知，当列车压在A点时开始计时，压在B点或C点、D点时的时间为结束记时，用已知的距离除以时间，得到的是速度:再将此速度换算成km/h即可。

5 系统基本配置

1）车轮轮对检测主控制器（如图3所示）

车轮轮对检测主控制器主要功能如下。

a对车轮轮对信号计数及运算。b确定列车方向。c判定车速、车距。d对调车中途返回的现场运算、监督与管理。e对股道实际存车数的判定。f对非正常信号的智能判定处理。g对单个检测系统故障报警的预处理。h对其他一些新需求的监控。

2）车轮轮对检测器

如图4所示，车轮轮对检测器用专用安装装置安装在轨道的内侧，用以检查是否有车轮轮对通过的专用设施。

检测器采用无衰减电涡流检测原理进行检测，核心部分采用专门为车轮检测而设计选用的新型多线圈技术，它克服传统电感式及电磁场扰动原理检测的缺点，具有抗强磁场的优点和空间发射距离调校的功能，为准确按需检测车轮轮对提供了可靠保障。

3）专用电源

本电源是专门为车轮轮对控制系统配套设计的专用电源，它为主控制设备和单个检测设备分别提供所需电源，其输入端为AC 220 V，输出端分别为：±12 V ±24 V二种电源，该电源具备过压、过流及防雷保护功能。

6 结束语

新型轨道电路的诞生是一个新生事物，它的不断延续需要得到各位专家的指导与呵护，希望新型轨道电路发挥它更大的作用。