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[摘 要]科安达TAZ Ⅱ型计轴设备作为深圳地铁二号线的重要信号设备，目前采用的是计划修的检修方法。本文针对TAZ Ⅱ型计轴设备磁头的特点及目前现有的监测手段，研究了计轴磁头状态修的可行性。
[关键词]状态修；计轴设备；检修方法
中图分类号：U284.47 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）03-0118-01
1计划修与状态修的比较
计划修具有明确和固定的检修计划，每次检修的作业范围和工作量相对固定。相比而言，状态修以各种监测设备和检查诊断技术为基础，获得设备运行状态参数，参照各类维护维修的技术标准，在设备运行质量状态临近失效、但尚未故障时进行预防性维修，这种检修方式不能确定每次检修时的作业范围及工作量。
状态修在具有可靠稳定的信号设备监测手段以及明确信号设备失效的临界状态值后，可以在保证设备可靠性的同时提高维修的效率，降低维修成本。但是若对不具备条件的设备采用狀态修，在安全、效率上反而不如计划修等原有检修方式。
对一个设备是否能采用状态修的检修方式，必须明确设备工作原理及设备工作的临界状态，并根据现有的监测手段确定该设备是否可以运用状态修的检修方式。
2磁场工作原理介绍
计轴磁头采用电感式接近开关作为一种位置传感器，具有开关量输出，它由LC高频振荡器、信号触发器和开关放大器组成。LC高频振荡器中的线圈产生交流高频磁场，并由传感器的表面释放出来。当有金属物体接近时，金属物体内部将感应该高频磁场产生涡流，产生的涡流反作用于LC高频振荡器，会使接近开关中的电感变化，使振荡电路振荡能力变化，信号触发器检测到振荡能力变化时，将输出一个开关电信号，从而识别出有无金属物体接近开关。
电感式接近开关所能检测的物体必须是金属物体。接近开关即为检测该电压变化的一系列电子电路组成，以计轴设备为例，当计轴磁头内部电路检测到两个线圈的感应电压交替达到一定门限值后，经计轴放大版整形，滤波后，由计轴板计出或计入轴数，最终给出轨道占用或空闲状态。
3 计轴设备现状分析
深圳地铁所采用的计轴设备是采用科安达电子科技股份有限公司与德国提芬巴赫公司共同开发的TAZ II型计轴系统，其计轴磁头根据电感式接近传感器的原理进行设计，包含室内相应处理板卡，针对轨道交通轮对检测的特点进行改进研发的。
深圳地铁2、5、11号线正线均采用计轴设备作为列车位置次级检测设备，在CBTC模式下，信号系统通过车地无线通讯方式检测列车位置报告。当通讯中断，车载ATC或轨旁ZC、LC设备故障后，计轴设备故障将影响列车运行。
深圳地铁二号线自开通累计发生计轴故障100余起，其中主要原因为磁头受干扰、感应高度变化、丢轴、板卡故障等。其中3起因计轴电源模块故障导致全联锁区计轴出现粉红光带和棕光带，严重影响了列车运营。但按照现有的维护手段及维护周期，无法有效的完成计轴磁头感应高度、空闲/占用电压及计轴电源模块的监测和检修。
4计轴设备关键参数分析
1、磁头感应高度：计轴磁头通过内部两组有源LC震荡回路产生两个恒定磁场，当计轴磁头感应高度低于下限值或两个磁场感应高度偏差大于1mm，就会发生计轴受干扰或丢轴故障。按照维规要求，每年测试一次计轴磁头的感应高度（即场强）
2、空闲、占用电压：列车轮对切割磁场会产生一组有效的感应电压（连续且有相位角），当空闲、占用电压低于下限值时，室内计轴板无法正常计入和计出轴数，发生计轴故障。按照维规要求，每年测试一次计轴磁头的空闲和占用电压。
3、安装装置：计轴磁头安装在钢轨上，通过两个直径为13mm的螺丝进行固定，扭矩要求为55-60N.m，当计轴磁头松动时，会造成计轴区段占用，出现粉红光带或棕色光带。按照维规要求，每年用扭矩扳手进行安装螺丝紧固。
4、计轴电源模块：计轴机柜电源模块为计轴机柜内所有板卡提供工作电源。因电源模块为非冗余设计，当电源模块故障后，会造成全联锁区出现粉红光带和棕光带故障。按照维规要求，每年测试一次计轴电源模块的电压。
5状态修可行性分析
5.1计轴磁头感应高度（场强）分析
依照电磁感应定律原理，当金属物体（轮对）切割磁场，磁场产生涡流，涡流会产生一个交变磁场反作用于计轴磁头线圈，最终以感应电压形式反映出来。产生的感应电压与各变化因素可根据电磁感应定律进行分析，如公式E1所示：
E1=-N· =- =-N· ·B
（1）E1：列车轮对切割计轴磁头的磁场产生的感应电压。
该电压可利用检修或微机监测实时测试。
（2）N：计轴磁头中产生高频交流磁场的线圈匝数。
N自设备出厂后为固定值
（3） ：轮对切割磁场磁场时的磁通量变化对时间的求导（即磁通量变化率）。
经转换后的公式： = = ·B；
（4） ：列车轮对切割磁场面积的变化率。
该参数取决于列车速度、轮对磨损情况、列车载重，轨道坡度、弯度、磨损等因素。可通过特定的取样手段进行规避，即将该变量变为不变量。
（5）B：磁场强度（感应高度）
通过上述分析，可得出感应电压和磁场强度（感应高度）之间的线性关系即E1=K·B
5.2磁头感应电压分析
计轴磁头的空闲、占用电压是磁头的关键参数之一，可利用微机监测实时测得。
5.3磁头安装分析
计轴磁头通过安装孔安装在钢轨上，可通过涂抹螺纹胶及加装防松铁片的方式来杜绝计轴磁头发生松动。
5.4计轴电源模块电压分析
目前微机监测已经实现对计轴电源模块的实时监测功能。
6结论
通过涂抹螺纹胶及加装防松铁片的方式来杜绝计轴磁头发生松动，通过微机监测可实时测试机柜电源模块及磁头空闲/占用的电压，通过电磁感应定律分析可得出感应电压的变化与磁场变化的线性关系。通过上述分析及相应的措施，计轴设备可进行状态修。
参考文献
[1]左哲.信号设备状态修的探讨[J].铁道通信信号，2005，41（8）：3-4.
[2]陈维明，沈洪波.深圳地铁一期工程车辆电路图3EGH000029-0060[J].铁道通信信号，2002，38（1）：1-3.
[3]邢世佩，刘炳文.信号设备状态修的条件及修制过渡[J].中国铁路，2002（2）：54-56.
[4]查甫周.实施信号设备状态修降低设备故障率[J].安徽冶金科技职业学院学报，2005，15（3）：67-68.
[5]Joost F. Proximity switch having a variable sensing resistor for maintaining a constant total resistance： US， US5574366[P]. 1996.
[6]邓重一.接近开关原理及其应用[J].自动化博览，2003，20（5）：31-34.
[7]吴良孟.改进型电感式接近开关的设计及应用[J].长三角，2009，3（7）.
[关键词]状态修；计轴设备；检修方法
中图分类号：U284.47 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）03-0118-01
1计划修与状态修的比较
计划修具有明确和固定的检修计划，每次检修的作业范围和工作量相对固定。相比而言，状态修以各种监测设备和检查诊断技术为基础，获得设备运行状态参数，参照各类维护维修的技术标准，在设备运行质量状态临近失效、但尚未故障时进行预防性维修，这种检修方式不能确定每次检修时的作业范围及工作量。
状态修在具有可靠稳定的信号设备监测手段以及明确信号设备失效的临界状态值后，可以在保证设备可靠性的同时提高维修的效率，降低维修成本。但是若对不具备条件的设备采用狀态修，在安全、效率上反而不如计划修等原有检修方式。
对一个设备是否能采用状态修的检修方式，必须明确设备工作原理及设备工作的临界状态，并根据现有的监测手段确定该设备是否可以运用状态修的检修方式。
2磁场工作原理介绍
计轴磁头采用电感式接近开关作为一种位置传感器，具有开关量输出，它由LC高频振荡器、信号触发器和开关放大器组成。LC高频振荡器中的线圈产生交流高频磁场，并由传感器的表面释放出来。当有金属物体接近时，金属物体内部将感应该高频磁场产生涡流，产生的涡流反作用于LC高频振荡器，会使接近开关中的电感变化，使振荡电路振荡能力变化，信号触发器检测到振荡能力变化时，将输出一个开关电信号，从而识别出有无金属物体接近开关。
电感式接近开关所能检测的物体必须是金属物体。接近开关即为检测该电压变化的一系列电子电路组成，以计轴设备为例，当计轴磁头内部电路检测到两个线圈的感应电压交替达到一定门限值后，经计轴放大版整形，滤波后，由计轴板计出或计入轴数，最终给出轨道占用或空闲状态。
3 计轴设备现状分析
深圳地铁所采用的计轴设备是采用科安达电子科技股份有限公司与德国提芬巴赫公司共同开发的TAZ II型计轴系统，其计轴磁头根据电感式接近传感器的原理进行设计，包含室内相应处理板卡，针对轨道交通轮对检测的特点进行改进研发的。
深圳地铁2、5、11号线正线均采用计轴设备作为列车位置次级检测设备，在CBTC模式下，信号系统通过车地无线通讯方式检测列车位置报告。当通讯中断，车载ATC或轨旁ZC、LC设备故障后，计轴设备故障将影响列车运行。
深圳地铁二号线自开通累计发生计轴故障100余起，其中主要原因为磁头受干扰、感应高度变化、丢轴、板卡故障等。其中3起因计轴电源模块故障导致全联锁区计轴出现粉红光带和棕光带，严重影响了列车运营。但按照现有的维护手段及维护周期，无法有效的完成计轴磁头感应高度、空闲/占用电压及计轴电源模块的监测和检修。
4计轴设备关键参数分析
1、磁头感应高度：计轴磁头通过内部两组有源LC震荡回路产生两个恒定磁场，当计轴磁头感应高度低于下限值或两个磁场感应高度偏差大于1mm，就会发生计轴受干扰或丢轴故障。按照维规要求，每年测试一次计轴磁头的感应高度（即场强）
2、空闲、占用电压：列车轮对切割磁场会产生一组有效的感应电压（连续且有相位角），当空闲、占用电压低于下限值时，室内计轴板无法正常计入和计出轴数，发生计轴故障。按照维规要求，每年测试一次计轴磁头的空闲和占用电压。
3、安装装置：计轴磁头安装在钢轨上，通过两个直径为13mm的螺丝进行固定，扭矩要求为55-60N.m，当计轴磁头松动时，会造成计轴区段占用，出现粉红光带或棕色光带。按照维规要求，每年用扭矩扳手进行安装螺丝紧固。
4、计轴电源模块：计轴机柜电源模块为计轴机柜内所有板卡提供工作电源。因电源模块为非冗余设计，当电源模块故障后，会造成全联锁区出现粉红光带和棕光带故障。按照维规要求，每年测试一次计轴电源模块的电压。
5状态修可行性分析
5.1计轴磁头感应高度（场强）分析
依照电磁感应定律原理，当金属物体（轮对）切割磁场，磁场产生涡流，涡流会产生一个交变磁场反作用于计轴磁头线圈，最终以感应电压形式反映出来。产生的感应电压与各变化因素可根据电磁感应定律进行分析，如公式E1所示：
E1=-N· =- =-N· ·B
（1）E1：列车轮对切割计轴磁头的磁场产生的感应电压。
该电压可利用检修或微机监测实时测试。
（2）N：计轴磁头中产生高频交流磁场的线圈匝数。
N自设备出厂后为固定值
（3） ：轮对切割磁场磁场时的磁通量变化对时间的求导（即磁通量变化率）。
经转换后的公式： = = ·B；
（4） ：列车轮对切割磁场面积的变化率。
该参数取决于列车速度、轮对磨损情况、列车载重，轨道坡度、弯度、磨损等因素。可通过特定的取样手段进行规避，即将该变量变为不变量。
（5）B：磁场强度（感应高度）
通过上述分析，可得出感应电压和磁场强度（感应高度）之间的线性关系即E1=K·B
5.2磁头感应电压分析
计轴磁头的空闲、占用电压是磁头的关键参数之一，可利用微机监测实时测得。
5.3磁头安装分析
计轴磁头通过安装孔安装在钢轨上，可通过涂抹螺纹胶及加装防松铁片的方式来杜绝计轴磁头发生松动。
5.4计轴电源模块电压分析
目前微机监测已经实现对计轴电源模块的实时监测功能。
6结论
通过涂抹螺纹胶及加装防松铁片的方式来杜绝计轴磁头发生松动，通过微机监测可实时测试机柜电源模块及磁头空闲/占用的电压，通过电磁感应定律分析可得出感应电压的变化与磁场变化的线性关系。通过上述分析及相应的措施，计轴设备可进行状态修。
参考文献
[1]左哲.信号设备状态修的探讨[J].铁道通信信号，2005，41（8）：3-4.
[2]陈维明，沈洪波.深圳地铁一期工程车辆电路图3EGH000029-0060[J].铁道通信信号，2002，38（1）：1-3.
[3]邢世佩，刘炳文.信号设备状态修的条件及修制过渡[J].中国铁路，2002（2）：54-56.
[4]查甫周.实施信号设备状态修降低设备故障率[J].安徽冶金科技职业学院学报，2005，15（3）：67-68.
[5]Joost F. Proximity switch having a variable sensing resistor for maintaining a constant total resistance： US， US5574366[P]. 1996.
[6]邓重一.接近开关原理及其应用[J].自动化博览，2003，20（5）：31-34.
[7]吴良孟.改进型电感式接近开关的设计及应用[J].长三角，2009，3（7）.