浅谈缺口监测系统在道岔维保中的应用

浅谈缺口监测系统在道岔维保中的应用

赵力伟

南京地铁运营有限责任公司江苏南京210012

摘要：道岔是地铁列车运行、进出车站不同轨道的关键设备。道岔设备的稳定可靠运行，关系着列车的行车安全和行车效率。然而道岔缺口的变化往往很难把控，由道岔缺口变化引起的道岔设备故障一直困扰着电务维护人员。2015年，我们全面引入道岔缺口监测系统，在关键道岔上进行安装，经过一段时间的使用，该设备的加装对道岔的安全运行起到了相当良好的效果。本文介绍了该系统的原理及软硬件组成，并列举了相关应用实例。

一、缺口监测系统简介

设备原理

目前国内各家缺口监测厂家所推出的产品在监测原理和手段上较为接近。以西门子S700K型转辙机为例，系统通过安装摄像头等图像采集设备，利用灰度分析、消噪处理、特征提取、目标锁定和数量量化等图像处理技术，直接识别检测杆的缺口或在检测杆上安装位置标进行图像采集，来进行检测杆缺口位置的存储和比较，直观地反映了道岔缺口的实际状态，测量精度达0.1毫米。通过分析缺口偏移量的变化趋势，及时养护调整，防止道岔密贴不良故障和无表示故障发生。除了基本的缺口固态照片监测外，该系统具备动态的视频监测，用于列车经过道岔是观察缺口变化的情况，通过缺口的左右晃动幅度可分析道岔的防震性能以及整体密贴松紧程度，为工电联整道岔提供科学依据。

在基本的缺口监测功能之外，该系统还可进行较为准确的道岔动作阻力测量。系统通过对道岔转辙机现场电机端实时的电压电流功率及功率因数参数采集，利用电机力矩和功率数学模型，计算转辙机输出力矩，并同步给出动作过程电机端各参数曲线图，实现力矩（阻力）测量的准确性和便捷性。

系统结构

缺口监测系统由人机会话层、数据处理层、通信传输层和数据执行层组成。

l人机会话层：由机柜子系统组成。

l数据处理层：由数据处理系统组成，实现数据的传输，运算，存储，分析等功能。

l通信传输层：由通信系统组成，实现室内外设备数据的传输交换等功能。

l数据执行层：由缺口图像采集分机和道岔扳动信号采集分机组成，实现信号的采集功能。

缺口监测模块硬件分为室内设备与室外设备，通常由以下部分组成：

1.缺口图像采集模块

2.摄像单元组件

3.电流、电压、电功率采集及阻力换算模块

4.油压油位传感单元（液压转辙机专用）

5.主控系统（机柜）

6.中继设备

设备安装

摄像单元组件及缺口采集模块安装于转辙机内，其中前者尺寸型号因转辙机机型不同而有差异，包含安装支架、图像采集器。转辙机内，安装的监测设备部件与转辙机机械动作部分保持分离，不对转辙机机械部分及电路部分做任何改动，与现有道岔控制电路完全实现电气隔离，不对转辙机内原有部件的安装有妨碍，不影响转辙机内原有部件的固定。转辙机内新装设备各部件安装牢固可靠，固定螺丝需具备防松脱功能。

二、缺口监测对道岔状态反馈

1.缺口状态监测

图1为某站6号道岔左位的缺口状态反馈界面，系统记录道岔每次转换后的缺口数值，并以点连线的形式呈现变化趋势。缺口数值变动的正常范围按照转辙机缺口要求的1.5±0.5毫米进行黑色点标示，偏离中心位置超过0.5毫米产生黄色点预警，超过0.8毫米产生红色点报警。通过点击标示点或数值列表的行，可以查看实际缺口采集图像。图中的蓝色点是列车通过道岔时记录的缺口最大偏移量。通过缺口值曲线，可以直观地获知缺口变化的情况，及时掌握道岔的密贴状态及杆件的磨耗情况。

2.转换阻力监测

缺口监测系统通过对转辙机电机端实时的电压电流功率及功率因数参数采集，并通过相关运算所给出的转换阻力曲线。该曲线可反映出道岔在动作过程中遭遇的阻力，进而掌握道岔的转换性能状态，为道岔卡阻故障提供故障判断依据。

三、缺口监测对道岔维保工作的指导

在道岔的实际使用中，当各种因素引起的道床变化或钢轨爬行时或道岔密贴存在旷量，表示缺口位置将会偏移，如不及时调整，则会导致道岔转辙机检查柱无法落入缺口，道岔无法给出表示信息，影响行车安全。以下通过四个方面说明缺口监测系统对道岔维保工作带来的便利。

1.密贴状态的监控

图1为某站6号道岔的缺口曲线，由图可知该道岔缺口状态较差，旷量范围超标，系统及时给出报警。经过现场维护人员对该道岔的检查，发现该道岔外锁闭杆件中的销轴磨耗超标，造成了缺口的旷动。经过对该销轴的更换，缺口状态恢复到了图2所示的良好状态。

2.杆件磨耗的检查

以某站3#道岔为例，缺口监测系统反馈的缺口曲线发生不良变化，旷动幅度超标。经过现场维护人员的检查，发现为U型铁销孔及销轴磨耗过大，旷量超标，造成缺口变化幅度过大。后对该道岔U型铁及销轴进行更换，该岔整治之后一段时间的缺口曲线图可以看出缺口状态稳定，故障隐患得以消除。

3.缺口的预调整

安装在露天线路的道岔，由于会受到气温热胀冷缩的影响，随着上午气温升高出现缺口的单一方向偏移，待傍晚气温降低，缺口又恢复正常范围。以某站5#道岔为例，一段时间的缺口曲线图反映了道岔缺口呈现单边逐渐偏移的情况，结合箱内温度列表判断为温升导致的杆件热胀冷缩影响到缺口的状态。类似受气温影响的缺口变化，通过缺口监测系统的监测，信号维护人员可以在夜间将缺口向相反的方向适当调偏，保证昼间气温升高后缺口处于正常范围。

4.提供故障处理依据

图3是某站2#岔发生故障后提取的电功率曲线，图4是正常道岔转换时的电功率曲线。通过对比两图，可以发现在波形末尾即道岔转换完成的瞬间，故障道岔的电路中动作电流并没有被正常断开归零，而是下降到动作电流值的50%左右保持了1秒左右后归零。该道岔采用的是西门子的数字控制系统，故障发生时室外设备检查没有发现问题，通过此图说明故障原因在室内控制模块。因该模块长时间使用，可靠性下降，内部继电器动作异常导致转辙机室外电路构通时，内部采集回路部分异常，电路未及时完整构通到位，造成道岔控制计算机死机故障。