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        上海地鐵1號線4英尺環(huán)線及調(diào)諧單元的國產(chǎn)化研制

        2018-11-02 06:45:36徐宏基戴翌清徐順才
        城市軌道交通研究 2018年10期
        關(guān)鍵詞:環(huán)線國產(chǎn)化諧振

        傅 宇 徐宏基 戴翌清 徐順才

        (1. 上海地鐵維護(hù)保障有限公司通號分公司, 200235, 上海; 2. 上海鐵順機(jī)車儀表有限公司,200949, 上海//第一作者, 助理工程師)

        4英尺(1.219 2 m)環(huán)線及調(diào)諧單元是構(gòu)成上海地鐵1號線岔區(qū)音頻軌道電路的重要部件,也是保證列車安全運(yùn)營的基礎(chǔ)設(shè)備。其主要功能是將列車檢測信號和速度命令分別發(fā)送給安裝在岔區(qū)的接收/接收阻抗聯(lián)結(jié)器和列車車載接收線圈。

        1 上海1號線岔區(qū)音頻軌道電路概況

        上海地鐵1號線開通至今已超20年,岔區(qū)中的4英尺環(huán)線及調(diào)諧單元,安裝在惡劣的環(huán)境中運(yùn)行,經(jīng)常受到日曬雨淋,故障率逐年提高。由于申購進(jìn)口備件價格高、供貨周期長,而且?guī)齑媪枯^少,無法滿足提供正常運(yùn)營的備品最低庫存要求。因此,不管從目前解決備件脫節(jié)問題和填補(bǔ)自身檢修技能的空缺,還是從經(jīng)濟(jì)利益角度考慮,開展上海地鐵1號線4英尺環(huán)線及調(diào)諧單元的國產(chǎn)化研制是非常必要的。國產(chǎn)化4英尺環(huán)線及4種頻率的調(diào)諧單元研制開發(fā)成功,不但可以從根本上改變目前的被動局面,而且還能降低地鐵運(yùn)營維修成本,提高經(jīng)濟(jì)效益,同時為確保地鐵安全運(yùn)行提供一份保障。

        2 4英尺環(huán)線及調(diào)諧單元的國產(chǎn)化研制

        圍繞4英尺環(huán)線及調(diào)諧單元在結(jié)構(gòu)、電路、器件、材質(zhì)等方面進(jìn)行全面梳理和測試分析,以確立技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、檢測內(nèi)容和檢測方法。

        確保新研制開發(fā)的4英尺環(huán)線及4種頻率的調(diào)諧單元產(chǎn)品,在各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)上做到與進(jìn)口4英尺環(huán)線及4種調(diào)諧單元完全相符,并克服進(jìn)口設(shè)備在使用中發(fā)現(xiàn)的缺陷,以適應(yīng)上海地鐵1號線目前對設(shè)備使用的需求。在保證研制產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)上同時兼顧產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效益。

        2.1 進(jìn)口4英尺環(huán)線及4種調(diào)諧單元性能測試

        對進(jìn)口4英尺環(huán)線,通過電纜上90度航空連接器與調(diào)諧單元進(jìn)行連接,并將4種不同頻率調(diào)諧單元分別進(jìn)行技術(shù)性能摸底測試。在調(diào)諧單元印制線路板上FT7(11)和FT8(12)輸入端,用UX16A型電平振蕩器,模擬發(fā)送列車檢測信號和速度命令。同時用SP-4型數(shù)字式頻率計對頻率進(jìn)行監(jiān)測。再用自制感應(yīng)線圈替代列車上的接收線圈與UD20A型選頻電平表進(jìn)行連接,在4英尺環(huán)線周圍通過感應(yīng)接收,將進(jìn)口設(shè)備的4種不同組號頻率調(diào)諧單元分別與環(huán)線進(jìn)行連接,測試其槽路性能指標(biāo)。表1為環(huán)線上感應(yīng)諧振頻率測量參數(shù)。

        表1 環(huán)線上感應(yīng)諧振頻率測量參數(shù)

        2.2 進(jìn)口4英尺環(huán)線電感量及電感的品質(zhì)因數(shù)測試

        在日常維護(hù)保養(yǎng)中經(jīng)常會碰到4英尺環(huán)線互換替代使用的情況,如果環(huán)線線圈在電感量與品質(zhì)因素方面一致性不好,就會影響諧振槽路工作性能,造成諧振頻率產(chǎn)生偏移,涉及到ATP(列車自動防護(hù))模塊發(fā)送信號通過諧振槽路時,信號會產(chǎn)生衰減,引起ATP模塊功率過大,產(chǎn)生發(fā)熱等問題。通過對6只4英尺環(huán)線使用ZJ2776型電感測量儀進(jìn)行測試,測出其環(huán)線線圈上的電感量和品質(zhì)因數(shù)Q。圖1給出了4英尺環(huán)線兩種線圈繞制接線。表2為6只進(jìn)口90匝環(huán)線電感量及Q值測量參數(shù)。

        三針4英尺環(huán)線連接器

        58290-033-02 4英尺環(huán)線

        58290-033-03 4英尺環(huán)線圖1 4英尺環(huán)線兩種線圈繞制接線

        2.3 元器件技術(shù)性能認(rèn)定與選型

        在對進(jìn)口4英尺環(huán)線及調(diào)諧單元技術(shù)性能實(shí)測摸底和對電路進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上,再利用計算機(jī)PSPICE電路仿真軟件進(jìn)行模擬仿真。與實(shí)測摸底的性能指標(biāo)進(jìn)行比較,計算出所用元器件的技術(shù)要求,確定主要元器件的技術(shù)參數(shù)及誤差要求。將數(shù)據(jù)分別提供給各專業(yè)生產(chǎn)廠家,幫助配合測試、認(rèn)定、選型,確保國產(chǎn)化研制的4英尺環(huán)線及調(diào)諧單元在技術(shù)性能上與進(jìn)口產(chǎn)品完全相符,成本明顯降低。

        表2 6只進(jìn)口90匝環(huán)線電感量及Q值測量參數(shù)

        2.4 對采用的封裝材料進(jìn)行分析與選型

        對進(jìn)口4英尺環(huán)線的玻璃纖維U型槽道及封裝材料進(jìn)行采樣,并委托上海樹脂研究所和玻璃纖維鋼生產(chǎn)廠家,對進(jìn)口4英尺環(huán)線的玻璃纖維槽道和填充封裝材料進(jìn)行化驗(yàn)分析,確認(rèn)進(jìn)口4英尺環(huán)線的玻璃纖維U型槽道是采用玻璃纖維布和阻燃環(huán)氧樹脂并通過模具壓制而成,填充封裝材料也是采用阻燃黑色粉末與阻燃環(huán)氧樹脂通過攪伴而成。在上海樹脂研究所的推薦下,選擇了國內(nèi)生產(chǎn)的相同性質(zhì)的型號產(chǎn)品分別對玻璃纖維U型槽道進(jìn)行壓制和嵌入槽道內(nèi)的90匝線圈進(jìn)行填充封裝。

        2.5 對原產(chǎn)品的設(shè)計改進(jìn)

        針對進(jìn)口調(diào)諧單元的外殼電纜進(jìn)線和出線處發(fā)現(xiàn)的密封不良,設(shè)備容易進(jìn)水受潮及內(nèi)部接線端子容易松動接觸不良等問題,作了以下設(shè)計改進(jìn):

        (1) 由于原來電纜接頭串線孔椎度偏上太淺,串線孔橡膠塞、接頭底部O型密封圈材質(zhì)過硬,造成設(shè)備容易進(jìn)水受潮?,F(xiàn)將電纜接頭串線孔椎度向里加深,串線孔橡膠椎形塞和接頭底部O型密封圈材質(zhì)改軟,提高外殼電纜進(jìn)線和出線處密封性能。

        (2) 由于原進(jìn)口設(shè)備的接線端子采用的是插片式結(jié)構(gòu)模式,容易松動,造成接觸不良。現(xiàn)將原插片式結(jié)構(gòu)模式改成用螺絲固定結(jié)構(gòu)模式,提高了連接線的可靠性。

        3 國產(chǎn)化研制成果

        對國產(chǎn)化研制產(chǎn)品進(jìn)行性能指標(biāo)測試及EMC(Electro Magnetic Compatibility,電磁兼容性)可靠性測試。同時將國產(chǎn)化研制產(chǎn)品安裝到現(xiàn)場試用,設(shè)備穩(wěn)定性及故障率與進(jìn)口設(shè)備相比,均無明顯差異。表3為環(huán)線感應(yīng)諧振頻率測試參數(shù)。

        表3 環(huán)線感應(yīng)諧振頻率測試參數(shù)

        3.1 允許誤差

        列車檢測和速度命令在環(huán)線上感應(yīng)諧振頻率誤差及幅值,參照調(diào)諧單元組號頻率,允許誤差應(yīng)小于2%。

        3.2 外觀結(jié)構(gòu)

        樣品外形尺寸應(yīng)與圖紙相符,外殼表面應(yīng)無劃傷及凹痕、裂紋和變形,金屬表面涂覆不能露出底層金屬,并無氣泡、腐蝕、缺口、毛刺、劃傷、涂覆脫落和砂眼等缺陷,且有明顯、清晰的標(biāo)志。

        3.3 機(jī)械強(qiáng)度測試

        每個機(jī)殼能正常接觸到的表面承受0.5 J的碰撞而無狀態(tài)變化。碰撞后應(yīng)符合外殼防護(hù)等級要求,保證使用功能正常。

        3.4 電磁兼容性

        對新研制的4英尺環(huán)線及調(diào)諧單元進(jìn)行組合連接,并委托公安部安全防范報警系統(tǒng)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心做EMC摸底試驗(yàn)。測試結(jié)果顯示,新產(chǎn)品均順利通過了EMC靜電放電抗干擾度試驗(yàn),點(diǎn)快速瞬變脈沖群抗擾度試驗(yàn)和浪涌(沖擊)抗擾度試驗(yàn),還有同頻干擾試驗(yàn),提高了產(chǎn)品的安全使用可靠性。具體試驗(yàn)項(xiàng)目如下:

        (1) 靜電放電抗干擾度。空氣放電8 kV;接觸放電6 kV,試驗(yàn)后設(shè)備正常工作。

        (2) 電快速瞬變脈沖群抗擾度。對信號輸入接口,峰值電壓2 kV,重復(fù)頻率5 kHz,試驗(yàn)后設(shè)備工作正常。

        (3) 射頻電磁場輻射抗干擾度。掃頻80~1 000 MHz,場強(qiáng)50 V/m,調(diào)頻1 kHz、調(diào)制深度80%;試驗(yàn)后設(shè)備工作正常。

        (4) 浪涌(沖擊)抗擾度試驗(yàn)。信號輸入線1 kV依次施加5次正脈沖和5次負(fù)脈沖,每分鐘至多施加1個脈沖,試驗(yàn)后設(shè)備工作正常。

        3.5 國產(chǎn)化4英尺環(huán)線實(shí)際運(yùn)用效果

        2015年1月起,將試制品“4英尺環(huán)線”安裝到現(xiàn)場做試驗(yàn),試制品在試用3個月后進(jìn)行數(shù)據(jù)測試基本無變化,已沿用至今,設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常。表4給出了換裝國產(chǎn)4英尺環(huán)線軌道電路數(shù)據(jù)。表中,電壓p-p值(peak-to-peak value,電壓峰-峰值),指一個周期內(nèi)電壓最高值和最低值之間的差值。

        表4 換裝國產(chǎn)4英尺環(huán)線軌道電路數(shù)據(jù)

        4 結(jié)論

        本項(xiàng)目順利研發(fā)完成后,不但解決了目前上海地鐵1號線岔區(qū)音頻軌道電路中的4英尺環(huán)線及調(diào)諧單元備件不足的問題,而且還擺脫了一些關(guān)鍵設(shè)備依賴國外廠商進(jìn)口的局面,同時也節(jié)約了大量的時間和資金,縮短了訂貨周期,降低成本,產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)和社會效益。據(jù)測算,整個1套設(shè)備的總價格不到進(jìn)口設(shè)備的一半。國產(chǎn)化后價格有很大程度的下降,而且各項(xiàng)性能指標(biāo)與進(jìn)口產(chǎn)品完全一致甚至更優(yōu)。如果能采用國產(chǎn)化產(chǎn)品替代進(jìn)口產(chǎn)品,將大大降低未來設(shè)備更新的成本。

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