浅谈计轴设备及其应用

文/耿刘云

1 前言

随着我国重载铁路的高速发展，传统的25HZ 相敏轨道电路和UM71 轨道电路由于分路不良和道岔床漏泄给列车运行带来很大的安全隐患，而微机计轴设备很好地解决了这两个问题，两者相互结合使用能保证列车的安全，提高运行效率。

2 计轴设备

2.1 计轴设备的特点

计轴设备的工作不受道岔、轨道状态和周围环境等影响，控制距离长达20km，缺点是不能检查钢轨断轨和传输与行车有关的其他信息，其特点决定了计轴设备不能独立使用，必须与其他信号设备相结合才能完成铁路的安全运输。

2.2 计轴系统构成

计轴设备由室内设备、室外设备、传输通道三部分构成。

室外设备：由安装在钢轨上的车轮传感器和车轮电子检测器构成。每个计轴点采用两组车轮传感器，用以采集轮轴信息和确定列车运行方向，车轮电子检测器对车轮传感器传送的轮轴信息进行准确计数，鉴别了列车的运行方向。

室内设备：由计轴主机、防雷组合和计轴电源等组成。其作用是对室外车轮电子检测器传输回的信息进行运算，给出相应区段的占用或空闲的条件。

传输通道：室内外设备传递信息的信号通道。传输通道每个检测点需4 芯计轴专用电缆，其中一对为信号线，一对为电源线。信号线是室内外设备信息相互传递的通道，电源线是室内向室外提供持续电源，保证室外设备正常工作。

2.3 计轴工作原理

计轴系统是室外安装在钢轨的两个传感器经电磁耦合形成感应磁场，车轮电子检测器将磁场变化转换为相应的同频交流信号，信号通过线缆送回室内计算机。在没有列车轮对通过传感器时，磁场没有被切割，同频交流信号大小不变；有列车轮对通过时，车轴会切割磁场，每切割一次磁场就会有所变化，车轮电子检测器转化的同频交流信号随之也会产生变化，这个信号经电缆传送回室内计算机，计算机通过软件来对这个信号进行分析，然后鉴别轨道电路的占用和出清状态。列车的运行方向不同，轮对通过两个传感器的先后顺序不同，由计算机自动鉴别后确定计轴数是累加还是递减，从而鉴别列车运行方向[1]。满足电路要求后，驱动计轴轨道继电器（JGJ），确认轨道区段的占用或空闲状态。

（无车轮磁力线）

（有车轮磁力线）

2.4 计轴传感器设置

计轴传感器设置在距钢轨绝缘±2m 位置，举例说明：列车上行方向运行为累加计轴，下行方向运行为递减计轴（“”为传感器设置点，“”为钢轨绝缘，”为计轴传感器）。

2．4．1 单个无岔区段检查

A、B 两点计轴点设置在一个无岔轨道区段IG中。当A=B 时，IG 空闲；当A≠B 时，IG 占用，Aa 先于Ab，微机对轴数累加，列车运行方向由神南开往肃北；Bb 先于Ba，微机对轴数累加，列车运行方向由肃北开往神南[2]。

2．4．2 一送二受道岔区段检查

A、B、C 三个计轴点分别安装在一送二受道岔区段1DG 中。当A=B=C 时，1DG 空 闲；当A≠B 或A≠C时，1DG 占用，Aa 先于Ab，列车神南开往肃北；Bb 先于Ba 或Cb 先于Ca，列车由肃北开往神南。

2．4．3 双动道岔区段检查

A、B、C、D、E 五个计轴点分别安装在双动道岔区段1DG 和3DG 中。当D=E=C 时，1DG 空 闲、B=A=C时，3DG 空 闲；当A≠B 或A≠C 时，3DG 占用，Aa 先 于Ab 或Ca 先 于Cb ，列 车 神南开往肃 北；Bb 先于Ba，列车由肃北开往神南；当D≠E 或D≠C，1DG 占用，Da先于Db，列车神南开往肃北；Eb 先于Ea 或Cb 先于Ca，列车由肃北开往神南。

2.5 计轴设备故障—安全

2．5．1 采用二取二结构

计轴运算器的控制单元采用二取二结构，计轴运算器和轮轴检测器都是由两个硬件相同、功能相同的主控CPU 电路构成，二个主控CPU 通过软件同步信号以“与”的方式同步工作，并进行自检或互检；如果有一个发生故障或异常状态，设备则表示对应轨道电路区段占用，并告警提示。

2．5．2 采用冗余方式实现对重要信息的校验

软件设计中对重要信息如轴数、标志、状态采用双区存储，即利用RAM 存储区将信息以不同码型分别存入两个区域。使用这些信息时，采用“二取二”的方法取出正确信息，若“二取二”不成功，则表明信息被破坏已不可恢复，区段导向占用状态，并告警提示[3]。

2．5．3 软件检测硬件

系统利用软件对硬件进行全面故障检测，故障检测包括微控制器自检、外围芯片检测、通信模块检测、传输通道检测和继电器检测等，所有检测出的故障均给出相应的故障提示码。

3 计轴设备的应用

3.1 计轴设备解决轨道电路分路不良

3．1．1 轨道电路分路不良定义及危害

轨道电路区段轨面因不良导电物影响造成列车或车列占用轨道电路区段时不显示红光带，该区段称为轨道电路分路不良区段。

轨道电路分路不良对铁路行车安全的危害极其严重。控制台不能实时、准确的反映出列车、车列的占用和出清情况，极有可能造成信号错误开放、道岔中途转换和列车冲突、脱轨或挤岔等行车事故。例如，“5．10”神池南站列车冲突事故。2013年5月10日，中铁大桥局架梁平车车组（2#架桥机+8 辆平车）在与车站联系不清的情况下，从工程线越过D2002 调车信号机侵入接车进路（2012#道岔反位）限界，11：42 与S6064 次列车发生了侧面冲突，造成最前1 辆平车（N17AK 5062876）掉道，本列机车SS40786#车体刮伤。经抢修，12：18 线路恢复，S6064 次列车于12：52 运行至18 道，17：50 现场全部清理完毕。

3．1．2 计轴设备与25HZ 相敏轨道电路结合

计轴系统与25HZ 相敏轨道电路相叠加是在25HZ 相敏轨道电路基础上增设一套计轴系统做为冗余设备，通过25HZ 相敏轨道电路和计轴系统相结合实现对轨道占用或出清的双重检查。计轴系统具有独立的电源系统和继电器电路，除向联锁系统提供计轴轨道继电器（JGJ）接点外，不介入任何联锁关系。

采用计轴设备解决25HZ 相敏轨道电路道床漏泄和分路不良问题，必须将既有轨道电路与计轴设备相结合，把计轴轨道继电器（JGJ）前接点串接在原25HZ相敏轨道电路的励磁电路中，通过原25HZ 轨道电路和计轴系统实现对轨道电路占用或出清的双重检查。

举例说明：如图一为轨道电路一送三受区段6-10DG，6#道岔反位与10#道岔反位为分路不良区段。当调车作业时，车辆压入分路不良区段时，GJR与GJR2 均不能正常落下，造成有车占用而控制台无显示；计轴设备不受线路影响，在6-10DG 区段加装计轴设备，A、B、C 为计轴传感器加装点，当列车或车列压 入6-10DG 区段，A≠B 或A≠C经过CPU运算分析后，计轴轨道继电器（JGJ）失磁落下，将JGJ 的一组接点串接在GJ 励磁电路中（图二），JGJ、GJ 控制台显示红光带，确认6-10DG 有车占用；当列车或车列出清6-10DG 后，A=B 或A=C，经过CPU 运算分析后，计轴轨道继电器（JGJ）吸起，GJ 励磁电路通电后吸起。

图一

图二

3.2 计轴设备解决UM71 轨道电路道床泄漏

3．2．1 道床电阻

轨道电路在电能传输中，电流由一根钢轨经过枕木、道砟以及大地泄漏到另一根钢轨的泄漏电阻，通称为道砟电阻。

这些泄漏电流沿着轨道线路均匀分布在各点上，电流的大小（即泄漏电阻大小），受道砟材料、厚度、清洁度、枕木材质、数量以及天气等因素影响很大。道砟电阻越小，两根钢轨间的泄漏电流越大，轨道电路工作越不稳定。因此，要提高轨道电路工作质量，尽可能提高最小道碴电阻。例如：3月28日，下雨道床漏泄过大，造成原平南-回凤区间B2G2、B3G2 红光带，回凤-原平南区间C5G2 红光带，古月-小觉区间C1G 红光带，管内区段电压下降最高达到400mv左右。

3．2．2 计轴设备与UM71 轨道电路理论上相结合

由于计轴设备不受气候影响和不能传输机车信号的特性，将区间轨道电路轨道出清或占用情况由计轴轨道继电器JGJ 控制。只要有车辆压入，JGJ 失磁落下；无车时JGJ 保持在吸起状态，区间信号点灯电路和UM71 轨道发码电路原理不变，只需将控制电路中的GJ 继电器接点改为JGJ 继电器接点控制。

4 结语

随着微机计轴技术不断发展，计轴设备在铁路运输中也得到了广泛应用，计轴设备的特点成功解决了轨道电路分路不良和道床泄露等影响行车安全的普遍问题。计轴系统与轨道电路系统是两个独立的系统，可以增加计轴切除按钮。两套系统都在正常工作时，相互检查确保联锁关系正确；当计轴设备出现故障时，可将计轴设备系统切除，用原轨道电路工作，最大限度确保行车安全和运输任务需求。