2018论轨道交通列车位置检测设备

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　　作者：董松
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
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  ; 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,19041906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式列车检测设备。
3 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)列车完全进入环线区段时:f1、f2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)列车前部离开环线区段时:f2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)列车完全出清环线区段时:因f2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。