关于铁路机车信号常见故障的调研报告.docx

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关于铁路机车信号常见故障的调研报告

毕业设计任务书

题目关于机车信号常见故障的调研报告

题目类型：

工程设计技术专题研究理论研究软硬件产品开发

一、设计任务及要求

机车信号是指设在司机室内反映列车前方运行条件的信号显示通常实现机

车信号功能的车载设备也被简称为机车信号。

机车信号设备是采用高速数字信号

处理技术、双套冗余设计的新一代机车信号设备，其主要性能指标符合技术条件

抗干扰性能达到标准，硬件设备符合故障倒向安全的原则，对该设计任务提出以下要求:

1、机车信号车载设备故障应急处理方法。

2、针对其设备管理和设备本身两方面进行分析，提出改进措施和方法。

3、主体化机车信号机常见故障。

4、处理机车信号故障的程序和方法、安全注意事项。

5、主体化机车信号在日常检测中出现的机车信号异常情况。

二、应完成的硬件或软件实验

无硬件或软件实验

三、应交出的设计文件及实物（包括设计论文、程序清单或磁盘、实验装置或产品等）

毕业论文

四、指导教师提供的设计资料

1．电子稿件和电子图书。

2．关于机车信号常见故障检修维护最新状况。

3.关于机车信号相关资料。

五、要求学生搜集的技术资料（指出搜集资料的技术领域）

1.机车信号日常检修标准

2.相关机车信号常见故障处理措施

六、设计进度安排

第一部分　分析题目，查阅资料，学习与毕业设计相关的知识，作好前期准备工作。

（1周）

第二部分　结合机车信号设备及各部工作原理，机车信号车载设备故障判定原则等因素，综合考虑，合理确定设计方案。

（2周）

第三部分　撰写毕业论文并征求导师意见，修改毕业论文，进行毕业论文的评议。

（3周）

评阅或答辩（1周）

摘要

机车信号是指设在司机室内反映列车前方运行条件的信号显示，通常实现机车信号功能的车载设备也被简称为机车信号。

机车信号设备是采用高速数字信号处理技术、双套冗余设计的新一代机车信号设备，其主要性能指标符合技术条件抗干扰性能达到标准，硬件设备符合故障倒向安全的原则。

本文针对主体化机车信号在日常检测中出现的机车信号异常情况，全面分析造成机车信号设备故障的各种原因，结合现场维修经验，详细阐述了处理故障的程序和方法、安全注意事项以利于全面提高机车信号维修质量及职工的故障识别、处理能力，并且本文还特别介绍了一些主体化机车信号机常见故障，针对其设备管理和设备本身两方面进行分析，提出改进措施和方法。

关键词：

机车信号；主体化机车信号；设备故障

第1章绪论

按我国铁路“技规”要求，当列车运行速度超过160Km/h的区段，应采用无地面信号机的列车超速防护系统（即带速度监督的机车信号）。

因取消了地面信号机，机车信号显示状态就成了机车乘务人员驾驶列车的唯一依据，机车信号设备就由非主体信号设备变成了主体信号设备。

因此，对机车信号设备的安全性、可靠性也就提出了更高的要求。

随着铁路跨越式飞速发展和铁路装备的现代化技术的日益成熟，主体化机车信号设备技术研制经不断改进和完善；该技术以通过铁道部科技成果鉴定。

该系统设备采用“二取二”的容错安全结构，32位浮点DSP数字信号处理器，频域、时域相结合的分析方式，双线圈感应器接收，以及一体化的大容量机车信号记录器等。

这些完善的技术设计，安全性的软硬件结构，为机车信号主体化提供了基础保障。

主体化机车信号系统是列车运行安全保证的重要设备，而且有效的提高了司机工作效率，保证了行车安全。

机车信号设备是采用高速数字信号处理技术、双套冗余设计的新一代机车信号设备，机车信号设备的主要性能指标符合技术条件，抗干扰性能达到标准，硬件设备符合信号故障倒向安全的原则。

第2章概述主体化机车信号

2.1设备组成

以JT1-CZ2000为例的主体化机车信号设备的组成：

1.主体化机车信号主机：

主机板完成信号接收及输出工作，由两块完全相同的CPU板组成，与接线盒的双套电源、双路接收线圈构成双套热备冗余系统，由主机完成双套热备输出的切换。

主机的每块主机板内采用二取二容错安全结构，每块主板中有2路独立的接收译码通道，2路的译码输出进行比较，比较一致才有输出。

2.机车信号双路接收线圈：

新设计的JT·JS型双路接收线圈，每路线圈对应机车信号主机中的一块主板。

接收线圈中的一路发生故障时，主机可以通过自动切换控制电路，把对应正常接收线圈的主机转换成工作机，提高了系统的可靠性。

3.机车信号带电源接线盒：

新接线盒是专门为新设备设计的，支持双路线圈接线引入及机车前后端双路接收线圈的切换，增加了测试仪的在线测试插口及串口输出端口，专门研制了防振动性能好、抗干扰性强和能在高温度环境下靠工作的大功率专用模块电源。

新研制的模块电源过压、过流保护措施完善；启动后延时输出；预留过热关闭功能。

4.机车信号显示：

为了克服传统机车信号机功耗大，信息少和白织灯泡容易断丝的缺点，JT1-CZ2000系统要求采用双面八色灯LED机车信号显示器或双面点阵式显示器。

LED显示器内部有冗余措施来防止单点故障而造成的完全无显示。

双面点阵式机车信号显示器，可以实现数字方式显示，也可以实现模拟现有的色灯图象方式显示（与现有的色灯显示器兼容，可直接互换），在电路中利用双CPU来共同进行信号输入、扫描显示、对点阵输出进行反馈检查。

5.机车信号记录器：

记录器采用与机车信号主机一体化的设计方式，设在机车信号主机机箱内，对机车信号的输入输出信息直接采集。

记录器实现对各类输入信息、各类输出信息、运用环境信息及运用辅助信息的采集。

通过数据的记录和再现，维护人员可以全面了解机车信号的运用过程和设备性能，为迅速、准确的判断和处理设备故障奠定了良号的基础。

2.2JT1型主体化机车信号设备及各部工作原理

2.2.1JTl通用式机车信号

北京交大“八五”期间开发的新一代数字化通用机车信号，采用现代数字信号处理技术，在可靠性、抗干扰性方面较之前设备有大幅提高。

JT1型通用式机车信号主要分为JT1-A型及JT1-B型两种类型。

前者为单套主机，后者为双套主机。

2.2.2JTl通用式机车信号功能

JTl通用式机车信号接收各种制式机车信号，全数字化处理与控制，具有接收和处理各种制式机车信号的功能。

它能自动识别和接收UM71移频信号，4信息、8信息、18信息电化和非电化移频自动闭塞信号，25Hz、50Hz、75Hz交流计数和微电子交流计数自动闭塞信号，译码后使机车信号机显示，同时为列车运行记录装置和列车运行超速防护系统提供信息。

通用机车信号适用于各种制式的自动闭塞和半自动闭塞区段，适于安装在国内已有各种型号的电力机车和内燃机车上。

能满足机车长交路的要求，不仅解决了在空间有限的机车司机室无法安装多种制式机车信号设备的困难，而且做到信息采集、识别自动化，大大提高了可靠性，为列车提速创造了条件。

JT1通用式机车信号在技术条件规定的范围内可以根据用户要求使用各种机车接收感应器，并统一采用八色灯信号显示器复示前方信号。

通用式机车信号可与超速防护设备相结合，向超速防护设备提供所需信息，如速度等级、制式、过绝缘节等信息。

当列车超速防护装置发生故障时不影响机车信号的正常使用。

JTl通用式机车信号装置符合铁路信号“故障-安全”原则。

2.2.3JTl通用式机车信号机设备及工作原理

（1）.JTl通用式机车信号系统结构

JTl通用式机车信号设备主要由机车信号接收线圈、机车信号主机、八显示机车信号机及机车信号接线盒和电缆等部分组成,系统框图如图1-3所示。

图1-3JTl通用式机车信号系统框图

（2）.机车信号接收线圈

从地面向机车上传输移频信号，是由与钢轨有电磁耦合的接收线圈来实现的。

接收线圈是机车信号接收地面信息的传感设备，它采用的是电磁感应的方法。

在移频自动闭塞区段的钢轨中，通有移频电流，此电流在钢轨周围形成交变磁场，该磁场的磁力线穿过接收线圈的铁心，使绕在铁心上的线圈中产生交变的感应电势，从而将地面信号机的显示传递到机车信号设备上来，使机车信号设备和地面信号设备保持不间断的联系。

两接收线圈的连接如图1-4所示。

两线圈按异名端串联连接，此联结方式能得到两倍的信号感应电势，并可将两根钢轨同方向的牵引电流所产生的感应电势互相抵消，从而提高了设备的抗干扰能力。

与感应器信号有关的电缆必须使用屏蔽电缆。

为了接收通过钢轨的信号电流，JTl通用式机车信号的接收线圈安装在机车导轮前方，吊装在机车前方轮对与排障器之间的槽钢上，对应于两根钢轨中心的上方各设一个。

图1-4接收线圈与钢轨周围磁场耦合及连线

（3）.机车信号点灯电路

机车信号点灯电路如图1-5所示。

图1-5机车信号点灯电路

机车信号点灯电路电源由+50V的直流供电电源提供。

机车信号点灯受光电开关控制。

机车信号点何种灯由执行继电器接点状态决定。

JTl通用式机车信号的点灯电源由50V的供电电源提供。

速度继电器SDJ接点构成速度SD输出，该条件输入至列车运行监控记录装置或列车运行超速防护设备。

使用方法是由8位色灯信号条件与速度等级SD输出相互组合来向超速防护装置提供完整的速度信号。

通用式机车信号工作时，一方面控制执行继电器接通机车信号点灯，同时又要将执行继电器接点状态及点灯情况反馈给机车信号主机参与运算。

执行继电器为长方形小型继电器，安装在通用式机车信号主机板上。

通用式机车信号共使用8个小型执行继电器。

每个继电器内部设有1个线圈，两组前后接点。

该继电器接点，一组用于点灯，一组用于向主机传递反馈信号。

（4）.信号处理过程

通用式机车信号主机板信号处理过程是在软件作用下完成的。

开机后首先进行初始化。

由动态监督电路输出信号对DSP芯片进行复位。

复位后即进入程序自检状态。

在自检过程中，DSP芯片要对EPROM、RAM输出电路进行自检。

自检时间约4s。

自检完毕后使白灯继电器BJ吸起，机车信号显示白灯。

接收信息经A／D变换后得到数字信号输入至DSP芯片。

DSP芯片在程序作用下对输入信号进行频率测量。

当输入若干个周期信号测量结果均为400～1000Hz时，则可判定接收的是国产移频信号。

然后进入移频信号译码程序。

若测量结果输入信号为1650～2650Hz时，可判定为接收的是UM71信息，便可进入UM71译码程序。

UM71也为一种移频信息，其信号处理过程分为带通滤波、解调、低频译码三部分。

UM71的四个载频f0分别为1700Hz、2000Hz、2300Hz和2600Hz，频偏Δf为11Hz。

首先通过程序分别设置4个带通滤波器。

通带范围为而f0±30Hz以内，阻带范围为f0±42Hz以外。

其部分幅频特性图如图1-6所示。

图1-6UM71滤波器幅频特性

图1-6中选取了f0=2000Hz和f0=2300Hz两个带通滤波器。

当f0=2000Hz时，通带范围为1970～2030Hz，阻带范围为低于1958Hz和高于2042Hz。

当f0=2300Hz，通带为2270～2330Hz，阻带为2042～2258Hz及2342Hz以外。

当f0=2000Hz时，钢轨信息为1989Hz-2011Hz，当f0=2300Hz时，钢轨信息为2289Hz-2311Hz。

由图1-6可见，UM71钢轨上传输的信息均在通带之内，而其他干扰信号受到阻带衰减为零。

对UM71低频信号的译码也是采用测周期的办法实现。

由程序指定，低频信号被解调出后对每个低频方波连续不断地测量周期。

方波被测量一定个数后得到的结果与软件内的标准码周期进行比较，比较一致后通过输出接口发出控制命令动作相应执行继电器。

2.2.4JTl通用式机车信号系统的使用

（1）.通用式机车信号设备的使用

JTl通用式机车信号设备正确安装与调试后即可正常使用。

当接通机车信号的110V电源时，主机电路的电源则由开关逆变电源模块先由110V逆变为50V，再由50V逆变为5V供电。

数字化通用机车信号有两种，JT1-A型主机内只有一块主机板；JT1-B型主机内有两块主机板，双机热备，上电时双机中哪一主机投入工作是随机的，双机故障切换是自动进行的。

在机车信号检测时才按压面板上两个人工转换按钮，其中一个实现主备机人工切换，以便检测某一指定主机板。

JTl通用式机车信号一经通电，经过4s自检时间，自检正常后点亮机车信号机的白灯。

（2）.通用式机车信号灵敏度调整

JTl通用式机车信号在生产调试时灵敏度已按上述指标调整好，实际值与指标值误差小于±10％，在安装、使用时一般无需再调整。

机车信号接收灵敏度除与主机有关外还与机车信号接收线圈安装位置、接收线圈性能及接收线圈输出的信号电缆状况是否良好有关系，因此机车信号接收灵敏度应定期通过环线进行检查。

JTl通用式机车信号使用的接收线圈、无论是何区段，接收线圈安装高度都必须按照要求安装。

在实际测量灵敏度不符合要求的情况下，可适当调整接收线圈的高度。

第3章JT1型主体化机车信号设备及

各部工作原理

3.1JTl通用式机车信号

北京交大“八五”期间开发的新一代数字化通用机车信号，采用现代数字信号处理技术，在可靠性、抗干扰性方面较之前设备有大幅提高。

JT1型通用式机车信号主要分为JT1-A型及JT1-B型两种类型。

前者为单套主机，后者为双套主机。

3.1.2JTl通用式机车信号功能

JTl通用式机车信号接收各种制式机车信号，全数字化处理与控制，具有接收和处理各种制式机车信号的功能。

它能自动识别和接收UM71移频信号，4信息、8信息、18信息电化和非电化移频自动闭塞信号，25Hz、50Hz、75Hz交流计数和微电子交流计数自动闭塞信号，译码后使机车信号机显示，同时为列车运行记录装置和列车运行超速防护系统提供信息。

通用机车信号适用于各种制式的自动闭塞和半自动闭塞区段，适于安装在国内已有各种型号的电力机车和内燃机车上。

能满足机车长交路的要求，不仅解决了在空间有限的机车司机室无法安装多种制式机车信号设备的困难，而且做到信息采集、识别自动化，大大提高了可靠性，为列车提速创造了条件。

JT1通用式机车信号在技术条件规定的范围内可以根据用户要求使用各种机车接收感应器，并统一采用八色灯信号显示器复示前方信号。

通用式机车信号可与超速防护设备相结合，向超速防护设备提供所需信息，如速度等级、制式、过绝缘节等信息。

当列车超速防护装置发生故障时不影响机车信号的正常使用。

JTl通用式机车信号装置符合铁路信号“故障-安全”原则。

3.2JTl通用式机车信号机设备及工作原理

（1）.JTl通用式机车信号系统结构

JTl通用式机车信号设备主要由机车信号接收线圈、机车信号主机、八显示机车信号机及机车信号接线盒和电缆等部分组成,系统框图如图1-3所示。

图1-3JTl通用式机车信号系统框图

（2）.机车信号接收线圈

从地面向机车上传输移频信号，是由与钢轨有电磁耦合的接收线圈来实现的。

接收线圈是机车信号接收地面信息的传感设备，它采用的是电磁感应的方法。

在移频自动闭塞区段的钢轨中，通有移频电流，此电流在钢轨周围形成交变磁场，该磁场的磁力线穿过接收线圈的铁心，使绕在铁心上的线圈中产生交变的感应电势，从而将地面信号机的显示传递到机车信号设备上来，使机车信号设备和地面信号设备保持不间断的联系。

两接收线圈的连接如图1-4所示。

两线圈按异名端串联连接，此联结方式能得到两倍的信号感应电势，并可将两根钢轨同方向的牵引电流所产生的感应电势互相抵消，从而提高了设备的抗干扰能力。

与感应器信号有关的电缆必须使用屏蔽电缆。

为了接收通过钢轨的信号电流，JTl通用式机车信号的接收线圈安装在机车导轮前方，吊装在机车前方轮对与排障器之间的槽钢上，对应于两根钢轨中心的上方各设一个。

图1-4接收线圈与钢轨周围磁场耦合及连线

（3）.机车信号点灯电路

机车信号点灯电路如图1-5所示。

图1-5机车信号点灯电路

机车信号点灯电路电源由+50V的直流供电电源提供。

机车信号点灯受光电开关控制。

机车信号点何种灯由执行继电器接点状态决定。

JTl通用式机车信号的点灯电源由50V的供电电源提供。

速度继电器SDJ接点构成速度SD输出，该条件输入至列车运行监控记录装置或列车运行超速防护设备。

使用方法是由8位色灯信号条件与速度等级SD输出相互组合来向超速防护装置提供完整的速度信号。

通用式机车信号工作时，一方面控制执行继电器接通机车信号点灯，同时又要将执行继电器接点状态及点灯情况反馈给机车信号主机参与运算。

执行继电器为长方形小型继电器，安装在通用式机车信号主机板上。

通用式机车信号共使用8个小型执行继电器。

每个继电器内部设有1个线圈，两组前后接点。

该继电器接点，一组用于点灯，一组用于向主机传递反馈信号。

（4）.信号处理过程

通用式机车信号主机板信号处理过程是在软件作用下完成的。

开机后首先进行初始化。

由动态监督电路输出信号对DSP芯片进行复位。

复位后即进入程序自检状态。

在自检过程中，DSP芯片要对EPROM、RAM输出电路进行自检。

自检时间约4s。

自检完毕后使白灯继电器BJ吸起，机车信号显示白灯。

接收信息经A／D变换后得到数字信号输入至DSP芯片。

DSP芯片在程序作用下对输入信号进行频率测量。

当输入若干个周期信号测量结果均为400～1000Hz时，则可判定接收的是国产移频信号。

然后进入移频信号译码程序。

若测量结果输入信号为1650～2650Hz时，可判定为接收的是UM71信息，便可进入UM71译码程序。

UM71也为一种移频信息，其信号处理过程分为带通滤波、解调、低频译码三部分。

UM71的四个载频f0分别为1700Hz、2000Hz、2300Hz和2600Hz，频偏Δf为11Hz。

首先通过程序分别设置4个带通滤波器。

通带范围为而f0±30Hz以内，阻带范围为f0±42Hz以外。

其部分幅频特性图如图1-6所示。

图1-6UM71滤波器幅频特性

图1-6中选取了f0=2000Hz和f0=2300Hz两个带通滤波器。

当f0=2000Hz时，通带范围为1970～2030Hz，阻带范围为低于1958Hz和高于2042Hz。

当f0=2300Hz，通带为2270～2330Hz，阻带为2042～2258Hz及2342Hz以外。

当f0=2000Hz时，钢轨信息为1989Hz-2011Hz，当f0=2300Hz时，钢轨信息为2289Hz-2311Hz。

由图1-6可见，UM71钢轨上传输的信息均在通带之内，而其他干扰信号受到阻带衰减为零。

对UM71低频信号的译码也是采用测周期的办法实现。

由程序指定，低频信号被解调出后对每个低频方波连续不断地测量周期。

方波被测量一定个数后得到的结果与软件内的标准码周期进行比较，比较一致后通过输出接口发出控制命令动作相应执行继电器。

3.3JTl通用式机车信号系统的使用

3.3.1通用式机车信号设备的使用

JTl通用式机车信号设备正确安装与调试后即可正常使用。

当接通机车信号的110V电源时，主机电路的电源则由开关逆变电源模块先由110V逆变为50V，再由50V逆变为5V供电。

数字化通用机车信号有两种，JT1-A型主机内只有一块主机板；JT1-B型主机内有两块主机板，双机热备，上电时双机中哪一主机投入工作是随机的，双机故障切换是自动进行的。

在机车信号检测时才按压面板上两个人工转换按钮，其中一个实现主备机人工切换，以便检测某一指定主机板。

JTl通用式机车信号一经通电，经过4s自检时间，自检正常后点亮机车信号机的白灯。

3.3.2通用式机车信号灵敏度调整

JTl通用式机车信号在生产调试时灵敏度已按上述指标调整好，实际值与指标值误差小于±10％，在安装、使用时一般无需再调整。

机车信号接收灵敏度除与主机有关外还与机车信号接收线圈安装位置、接收线圈性能及接收线圈输出的信号电缆状况是否良好有关系，因此机车信号接收灵敏度应定期通过环线进行检查。

JTl通用式机车信号使用的接收线圈、无论是何区段，接收线圈安装高度都必须按照要求安装。

在实际测量灵敏度不符合要求的情况下，可适当调整接收线圈的高度。

第4章JTl-C系列机车信号车载系统

为了满足机车信号对列车提速的要求，在总结一般机车信号的基础上，对机车信号车辆设备进行了改进和改进，新一代机车信号车辆系统即JT1-CZ2000机车信号，已开发。

JT1-CZ2000机车信号解决了通用信号信号车辆设备存在的问题，创新地采用先进的DSP技术和一些先进的安全技术措施，大大提高了设备的安全性和可靠性，符合铁路信号故障-安全原则。

车辆系统设备满足机车信号主体的严格要求，即机车信号作为驾驶证。

它已通过铁道部的技术鉴定，技术已达到国际先进水平。

JTl-CZ2000机车信号作为列车运行控制系统中的关键车辆安全设备，为中国铁路迫切需要解决的现有机车信号主体提供了完美的车载设备，解决了多功能性问题。

到达主体时。

系统的要求可以更好地确保列车运行的安全性。

当满足地面信号系统条件且维护管理条件可用时，JT1-CZ2000机车信号可用作主信号;如果上述条件不可用，它也可以用作通用机车信号。

2006年，铁道部《JT1-C系列机车信号车载系统设备技术规范（暂行）》和《JT1-C系列机车信号车载系统设备安装规范（暂行）》发布后，2006年9月，按照《规范》的要求，2006年9月，集成JT1-CZ2000机车信号车辆系统设备经过重新设计和制造。

JT-C系列机车信号车载系统设备，吸收了JT1-A/B通用机车信号和JT1-CZ2000机车信号多年的大规模推广和使用先进DSP的经验技术，符合故障-安全原理，具有数据记录和远程监控接口功能，符合《JT-C系列机车信号车载系统设备技术规范（暂行）》的要求，是安全性，可用性和可靠性最完善，最先进的机车信号设备，是一种车载具有机车信号主观条件的装置。

4.1设备构成

JTl-C系列机车信号车辆系统由机车信号主机（包括机车信号记录板），机车信号双接收线圈，机车信号机，电源接线盒和连接电缆组成。

JTL-C系列机车信号车载系统通过机车的第一线圈将轨道表面信息接收到前接收线圈，并将其发送到机车信号主机。

主计算机通过模数转换和数字信号处理来转换一系列解码过程。

代码结果显示在安装在驾驶室中的机车信号机上以引导驾驶员驾驶，同时，机车信号信息作为控制车辆的基本条件输出到监控装置。

机车信号记录板可记录机车信号的运行状态和地面信息，并可通过地面处理系统读取和分析机车信号运行过程中收集的相关动态信息。

JTl-C系列机车信号车载系统设备的构成如图1-7所示。

图1-7JTl-C系列机车信号车载系统构成

轨道电路信号由机车信号双接收线圈感测和接收。

两个接收线圈中的每个信号对应一个主板，同时由主板上的两个接收电路接收。

进入主板的信号由隔离放大器隔离，然后由DSP芯片通过A/D转换进行处理和解码。

与JTl通用机车信号相比，JTl-C系列机车信号车系统取得了一系列改进。

（1）采用新型双向绕组接收线圈，确保接收线圈单向断开，或者由于中间连接故障无法接收接地信号，另一个接收线圈确保机车信号仍然可以正常翻译。

代码输出。

（2）主机单机采用“二取二”故障安全结构，采用两套热备冗余提高可靠性。

每组主机对应一个接收线圈绕组。

（3）接线盒已相应改进，以支持双线圈电感器的引入。

（4）新型LED显示屏功耗低，可靠性高，与现有的机车信号兼容。

（5）增加了机车信号记录器。

（6）全部使用屏蔽电缆。

4．2系统工作原理

4.2.1机车信号主机

4.2.1.1主机工作原理及结构特征

机车信号主机把从两路接收电路同时接收到的轨面信息由隔离放大器进行隔离，经AD转换，由DSP芯片进行处理、译码，控制相应的输出显示。

主机的原理框图如图1-8。

双路接收线圈的一路接主机板A，另一路接主机板B，主机输出除原来并行输