摘 要：通過(guò)對(duì)新型ZR磁鋼安裝后設(shè)備發(fā)生的故障進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和分析，提出了設(shè)備檢修的綜合治理方案，達(dá)到設(shè)備良好運(yùn)行效果。

關(guān)鍵詞：ZR磁鋼 故障分析 處理

中圖分類號(hào)：U270.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）04（b）-0117-02

1 問(wèn)題的提出

目前大秦線使用的紅外線設(shè)備為哈爾濱威克科技股份有限公司開(kāi)發(fā)研制的HTK-391+雙探型設(shè)備，根據(jù)《鐵道部車(chē)輛軸溫智能探測(cè)系統(tǒng)設(shè)備檢修維護(hù)管理規(guī)程》規(guī)定磁鋼使用年限為兩年。我車(chē)間負(fù)責(zé)維修的大秦線遵化北至柳村二場(chǎng)間17套紅外線設(shè)備共計(jì)51個(gè)ZR磁鋼，為2010年11月份更換安裝使用的，已使用兩年。車(chē)間于2012年10月份利用大秦線天窗維修時(shí)間，陸續(xù)安排對(duì)到期的51個(gè)ZR磁鋼進(jìn)行更換。更換新型ZR磁鋼后相繼有幾個(gè)探測(cè)站發(fā)生開(kāi)、關(guān)門(mén)磁鋼計(jì)數(shù)不等、開(kāi)機(jī)磁鋼異常，計(jì)數(shù)多、設(shè)備異常復(fù)位等故障，造成紅外線設(shè)備計(jì)軸、計(jì)輛、測(cè)速、測(cè)軸距不準(zhǔn)，嚴(yán)重時(shí)由于計(jì)軸、計(jì)量、判別車(chē)型不準(zhǔn)導(dǎo)致誤報(bào)熱軸，設(shè)備無(wú)法正常工作，嚴(yán)重威脅列車(chē)運(yùn)行安全和行車(chē)秩序。因此，對(duì)故障原因進(jìn)行分析并采取相應(yīng)對(duì)策十分重要。

2 現(xiàn)場(chǎng)檢查測(cè)試情況

在列車(chē)通過(guò)時(shí)用示波器測(cè)量，計(jì)數(shù)多的磁鋼干擾噪聲信號(hào)強(qiáng)，其峰峰值頻率一般在50～60HZ之間，最大輸出信號(hào)幅值在1V以上，最高達(dá)到1.7 V（見(jiàn)圖1）。

3 原因分析

3.1 ZR磁鋼工作原理分析：

ZR磁鋼核心部分是采用“┻”形磁體充上強(qiáng)磁場(chǎng)后，套上高強(qiáng)度漆包線繞制的線圈，用環(huán)氧樹(shù)脂封裝在尼龍殼里。列車(chē)通過(guò)探測(cè)站時(shí)，輪緣從卡在鋼軌內(nèi)測(cè)的磁鋼頂面通過(guò)，切割磁力線，線圈上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

3.2 磁鋼板工作原理分析

3.2.1 磁頭信號(hào)的輸入

磁頭信號(hào)先經(jīng)過(guò)電容濾波，濾除干擾信號(hào)，再通過(guò)輸入電阻對(duì)整個(gè)信號(hào)進(jìn)行衰減，接著經(jīng)過(guò)一個(gè)限幅電路，將過(guò)高的電壓限幅在9.4 V內(nèi)，才輸送給濾波電路。

3.2.2 一階低通有源濾波

在軌邊復(fù)雜電磁環(huán)境和列車(chē)強(qiáng)大沖擊震動(dòng)狀態(tài)下，磁鋼信號(hào)輸入不可避免會(huì)有噪聲沖擊等干擾聲信號(hào)進(jìn)入電路，一階低通有源濾波電路主要起濾除這些干擾的作用，但為防止大信號(hào)的堵塞，磁鋼板專設(shè)可調(diào)的輸入電阻（調(diào)整范圍為910Ω～3.6 kΩ）對(duì)所有輸入信號(hào)進(jìn)行了衰減，然后再把衰減過(guò)的信號(hào)輸送給放大電路進(jìn)行下一步的處理。輸入電阻過(guò)大，輸入信號(hào)也增大時(shí)，可能因干擾串入產(chǎn)生多軸，所以在車(chē)速較高時(shí)，應(yīng)將輸入電阻降低。391磁鋼板出廠時(shí)通常設(shè)置的輸入電阻為3.6K（板上備調(diào)整的電阻為1.8K，2.2K），使用ZR磁鋼時(shí)，可將輸入電阻降低為1.2K～1.5K左右，以設(shè)備在接車(chē)過(guò)程中不多軸不漏軸為準(zhǔn)。

3.2.3 一級(jí)放大電路

此放大電路主要由集成運(yùn)放LM747，輸入電阻， 反饋電阻，頻帶壓縮電容構(gòu)成，采用差分輸入，整個(gè)放大電路放大倍數(shù)約為13倍，磁鋼信號(hào)經(jīng)過(guò)放大后送到門(mén)限比較電路。

3.2.4 門(mén)限比較電路（滯回比較器）

門(mén)限比較電路（圖3）由集成運(yùn)放LM747，

二極管4148，可調(diào)門(mén)限電阻，接地電阻等組成.磁鋼信號(hào)經(jīng)過(guò)放大后進(jìn)入比較器，U=U 輸出端的狀態(tài)發(fā)生變化.二級(jí)管是讓正相電壓通過(guò)，LM747的供電電壓為±12 V，根據(jù)反饋回路的分壓比可以算得下三路的門(mén)限電壓約為6 V（一般使用ZR磁鋼時(shí)，門(mén)限電阻為10 K，接地電阻為10K），磁鋼信號(hào)經(jīng)比較器后輸出一個(gè)方波信號(hào)（此方波信號(hào)是由處理后的磁鋼模擬信號(hào)由正到負(fù)的過(guò)零點(diǎn)觸發(fā)，這就保證了每一次的觸發(fā)輸出脈沖起始點(diǎn)處于一致?tīng)顟B(tài)，為后續(xù)處理電路提供了相同的標(biāo)準(zhǔn)）。方波輸出經(jīng)微分電路后，分為兩路：一路經(jīng)過(guò)反相器74LS14，接發(fā)光二極管，可以方便地觀察磁鋼板是否被觸發(fā)；另一路經(jīng)過(guò)74LS14整形輸出TTL電平信號(hào)，供后級(jí)數(shù)字電路使用。門(mén)限電壓的存在對(duì)系統(tǒng)抑制前級(jí)干擾有較好的作用。如果將門(mén)限電阻增大，則門(mén)限電壓減小，更適應(yīng)于低速區(qū)段的設(shè)備.反之，門(mén)限電阻減小，門(mén)限電壓將會(huì)增大，更適用于列車(chē)高速區(qū)段。

3.3 HTK-391型紅外線軸溫探測(cè)設(shè)備各ZR磁鋼功能及測(cè)速、測(cè)軸距原理分析

當(dāng)列車(chē)通過(guò)探測(cè)站，車(chē)輪壓至開(kāi)機(jī)磁鋼時(shí)探測(cè)站主機(jī)首先判斷是車(chē)輪信號(hào)還是干擾信號(hào)，當(dāng)磁鋼有效信號(hào)大于3次時(shí)，認(rèn)為是來(lái)車(chē)信號(hào)，此時(shí)探測(cè)站主機(jī)系統(tǒng)向上位機(jī)發(fā)送一次正在過(guò)車(chē)報(bào)文，然后系統(tǒng)停止自檢和對(duì)上位機(jī)通信聯(lián)絡(luò)，探測(cè)站系統(tǒng)準(zhǔn)備接車(chē)，探頭系統(tǒng)停止校零，校零燈滅，計(jì)算機(jī)采集環(huán)溫箱的溫度，采集探頭此刻的輸出，即是擋板溫度，打開(kāi)保護(hù)門(mén)，準(zhǔn)備處理來(lái)車(chē)的各種信息，為軸溫采集做好準(zhǔn)備工作。

開(kāi)門(mén)、關(guān)門(mén)磁鋼配合完成測(cè)速、測(cè)軸距工作。

測(cè)速：當(dāng)列車(chē)第一個(gè)輪壓上開(kāi)機(jī)磁鋼時(shí)，探測(cè)站計(jì)算機(jī)記下該時(shí)t1，該輪壓至關(guān)門(mén)磁鋼時(shí)，記下該時(shí)刻t2，所以當(dāng)同一輪從開(kāi)門(mén)磁鋼到關(guān)門(mén)磁鋼所需時(shí)間為△t=t2-t1。又由于開(kāi)門(mén)關(guān)門(mén)磁到關(guān)門(mén)磁鋼之間距離設(shè)定為s=270 mm，因此車(chē)輪通過(guò)開(kāi)門(mén)磁鋼、關(guān)門(mén)磁鋼時(shí)的速度為v=270 mm/t2-t1。這樣就測(cè)出了該車(chē)輪通過(guò)探測(cè)點(diǎn)時(shí)的速度，系統(tǒng)顯示的通過(guò)車(chē)最低、最高速度即通過(guò)車(chē)全列軸中的最低和最高速度。測(cè)出列車(chē)速度以后，我們可以進(jìn)一步來(lái)測(cè)輪與輪之間距離。

測(cè)軸距：當(dāng)下一輪壓至開(kāi)機(jī)磁鋼時(shí)，記下該時(shí)刻t3，即可算出車(chē)輪與車(chē)輪之間的距離。

計(jì)算機(jī)通過(guò)判斷兩次磁鋼信號(hào)間的時(shí)間間隔是否大于t=25.5/v來(lái)判斷列車(chē)是否通過(guò)，若時(shí)間小于t，即輪與輪間小于25.5 mm表明列車(chē)還沒(méi)有過(guò)完。若時(shí)間大于t，即輪與輪間大于25.5 mm，判列車(chē)已過(guò)。

3.4 磁鋼干擾噪聲主要來(lái)源分析

3.4.1 電氣化化區(qū)段接觸網(wǎng)回流對(duì)磁鋼造成的干擾（見(jiàn)圖4）

電氣化鐵路采用工頻單相交流牽引制，額定電壓為25 kV。牽引供電回路是由牽引變電所-饋電線-接觸網(wǎng)-電力機(jī)車(chē)-鋼軌-回流聯(lián)接-（牽引變電所）接地網(wǎng)組成的閉合回路，其中形成的電流成牽引電流。如果磁鋼安裝在電網(wǎng)回路一側(cè)的鋼軌上，由于牽引電流的作用，就會(huì)對(duì)磁鋼產(chǎn)生干擾信號(hào)，影響設(shè)備正常運(yùn)行。

3.4.2 車(chē)速不均造成的干擾

列車(chē)在運(yùn)行中行駛速度不是一成不變的，在加速運(yùn)行時(shí)能達(dá)到100 km/h，甚至更高，而在剎車(chē)或減速時(shí)不過(guò)3～10 km/h，這就對(duì)探測(cè)工作造成很大的影響。若列車(chē)速度過(guò)低，切割磁鋼時(shí)磁通量變化率就低，磁鋼輸出信號(hào)幅度低（見(jiàn)磁鋼工作原理圖），不能形成車(chē)輪信號(hào)，設(shè)備無(wú)法正常探測(cè)。

3.4.3 雷雨天氣對(duì)磁鋼造成的干擾

一是雷雨天氣配件的電器絕緣性能下降，雷電脈沖沿著與設(shè)備相連的信號(hào)線、電源線或其他金屬管線侵入使設(shè)備受損。二是設(shè)備接地部位在雷擊時(shí)產(chǎn)生瞬間高電位，形成電位差而損壞設(shè)備。三是感應(yīng)電流造成的破壞。由于雷擊產(chǎn)生的電流變化梯度很大，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的交變磁場(chǎng)，使得周?chē)慕饘贅?gòu)件產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流可能向周?chē)矬w放電，對(duì)設(shè)備產(chǎn)生強(qiáng)烈的破壞性。

3.4.4 其它因素對(duì)磁鋼造成的干擾

（1）磁鋼安裝的方法或安裝位置不當(dāng)。如果與鋼軌之間間距小，易產(chǎn)生鋼軌回流感應(yīng)干擾。如果距離鋼軌接頭較近，車(chē)輛通過(guò)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大震動(dòng)，易產(chǎn)生磁鋼振動(dòng)干擾。對(duì)設(shè)備有較大影響。

（2）設(shè)備檢修不到位造成的干擾。列車(chē)車(chē)輛在運(yùn)行中，輪對(duì)與鋼軌的摩擦產(chǎn)生了大量的鐵粉，會(huì)吸附在磁鋼上，若在設(shè)備檢修過(guò)程中不能清理干凈，當(dāng)鐵粉達(dá)到一定量時(shí)，就有可能對(duì)磁鋼造成干擾，影響設(shè)備探測(cè)。

3.5 新舊磁鋼對(duì)比分析

新更換的ZR磁鋼是2012年生產(chǎn)的，原磁鋼是2010年生產(chǎn)，兩批磁鋼參數(shù)不一樣，2012年磁鋼，為更好的適應(yīng)低速列車(chē)，磁鋼靈敏度在原磁鋼基礎(chǔ)上略有上調(diào)，因此在提高磁鋼輸出幅度的同時(shí)，磁鋼噪聲信號(hào)、外界干擾信號(hào)也隨之增大。

結(jié)論：通過(guò)對(duì)磁鋼、磁鋼板、磁鋼測(cè)速、測(cè)距原理分析及干擾信號(hào)源和新舊磁鋼參數(shù)對(duì)比分析，可以看出：線路上存在的各種噪聲信號(hào)經(jīng)過(guò)輸入電路、放大電路放大后，超過(guò)電壓比較器設(shè)定的門(mén)限電壓，經(jīng)微分電路、反相器輸出TTL信號(hào)，形成磁鋼信號(hào)，觸發(fā)主機(jī)計(jì)數(shù)，造成磁鋼計(jì)數(shù)異常故障。在同樣干擾環(huán)境下，新磁鋼比老磁鋼輸出的干擾信號(hào)大，對(duì)設(shè)備影響大，導(dǎo)致更換磁鋼后發(fā)生磁鋼異常故障。

4 采取措施

根據(jù)以上造成設(shè)備故障的原因分析，必須在原磁鋼基礎(chǔ)上調(diào)整抗干擾功能，濾掉外界干擾信號(hào)，保證正常磁鋼信號(hào)的真實(shí)性，不受干擾，才能做到磁鋼計(jì)數(shù)精準(zhǔn)，測(cè)速，測(cè)軸距，判量工作正常、采集到的軸溫?cái)?shù)據(jù)準(zhǔn)確，不因軸距錯(cuò)而誤報(bào)高溫。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐中了如下措施。

4.1 調(diào)整磁鋼板上輸入電阻。

原輸入電阻為1.2 kΩ，調(diào)整為輸入電阻0.8 kΩ。降低輸入電阻可使放大器輸入端的磁鋼干擾噪聲信號(hào)幅度降低，進(jìn)而降低了電壓比較器輸入端電壓，使其不超過(guò)門(mén)限電壓，干擾噪聲信號(hào)就不能通過(guò)，起到抗干擾作用。

4.2 調(diào)整磁鋼板上門(mén)限電阻。

原門(mén)限電阻為5.6 kΩ，調(diào)整為門(mén)限電阻3.6 kΩ。降低門(mén)限電阻可使門(mén)限電壓升高，使其干擾噪聲信號(hào)不能通過(guò)，起到抗干擾作用。

4.3 調(diào)整磁鋼板上脈寬調(diào)整電位器RV1（關(guān)門(mén)）、RV2（開(kāi)門(mén)）RV3（開(kāi)機(jī)）電阻值

由原來(lái)的50 kΩ，調(diào)整為60kΩ，阻值越大脈寬越寬，抗干擾性能越好?？梢詾V掉窄脈沖干擾信號(hào)。

（1）在磁鋼與卡具接觸的部分加裝可靠的結(jié)緣墊，安裝螺栓時(shí)加裝尼龍?zhí)缀徒^緣墊圈，以減少感應(yīng)電流對(duì)磁鋼的干擾。

（2）日常檢修中，及時(shí)清理磁鋼表面上的磁粉，減少磁粉過(guò)多產(chǎn)生的電磁干擾。

5 取得的效果

處理后至今未發(fā)生磁鋼開(kāi)關(guān)門(mén)計(jì)數(shù)不等、開(kāi)機(jī)磁鋼異常計(jì)數(shù)多、異常復(fù)位等磁鋼故障，保證了設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。