HXN3过渡方案高原机车LKJ与雷达速度差异问题研究

HXN3 过渡方案高原机车 LKJ 与雷达速度差异问题研究

刘洋 刘子龙 杜永强

中车大连公司国铁事业部 辽宁大连 116000

摘要：中车大连公司生产的HXN3过渡方案高原机车的LKJ速度与机车雷达速度分别由光电速度传感器及雷达速度传感器进行测速，且由车载微机系统及车载监控系统分别进行处理，因此二者速度值存在一定差异。这种速度差异问题会影响乘务人员对机车速度的正确判断，进而影响机车的行车安全及效率。本文使用简明易懂的语言介绍了机车雷达速度采集系统，并重点介绍LKJ与雷达速度产生差异的原因及解决方案。

关键词：雷达；LKJ；速度

引言： HXN3过渡方案高原机车是一款为青藏铁路打造的过渡型高原内燃机车，该机车是在HXN3机车主体框架结构及主参数不变的基础上，针对高原地区特殊的地理环境及运用条件进行了适应性的改进，能够满足青藏铁路海拔高、空气稀薄、风沙大、紫外线强、雷电多、长大隧道等特殊工况和运用条件的要求。HXN3过渡方案高原机车的速度采集系统由雷达系统和LKJ监控系统构成，其中雷达系统采集的速度数据交由车载微机系统处理并显示在机车微机显示屏上，LKJ系统通过光电传感器采集的速度数据交由车载监控系统处理并最终显示在监控显示屏上。由于二者独立对速度进行采集处理，因此对二者一致性要求较高。

1 LKJ与雷达速度差异的危害

HXN3过渡方案高原机车在拉萨—日喀则区间主要承担客运牵引任务，机车最高运行时速可达120km/h，乘务员进行机车操作时更为关注车载监控的速度值。前期我公司机车设置的超速报警值为119.5km/h，但由于LKJ与雷达速度存在差值，LKJ速度尚未达到机车超速报警值时，微机系统已开始报警。这种情况将会影响乘务员对机车运行状况的判断和机车速度的控制，甚至造成机车运行区间出现晚点的情况。

2 LKJ速度采集原理

LKJ系统速度的采集来自安装于机车轴端的光电速度传感器，它可以检测机车运行中车轮的转速，向LKJ系统提供与机车车轮转速等比例的电脉冲信号。光电速度传感器的工作原理是把光强的变化转化成电信号的变化。接通LKJ监控主机电源插件提供+15V直流电源后，发光二极管经随车轮转动的光栅变成断续光，使得光断续器中的光敏二极管通断运行，经电路的放大整形后，输出与转速成比例的方波脉冲序列。光电速度传感器将速度信号通过X34电缆传输到LKJ监控主机，速度信号经过LKJ监控主机模拟量输入/输出插件中RC滤波器滤波和限幅保护电路后，由施密特比较器整形成方波，方波信号通过光电耦合器隔离后整形变为一路速度信号通过母板传送到监控主机监控记录插件（共有三路速度信号通道来自机车上测速电机或光电速度传感器，此三路信号通道完全一样）。

3 机车雷达系统介绍

SDR02/1a多普勒雷达速度传感器是针对铁路运输需要而研制的一种高精度测速装置。该装置可实现对机车绝对速度、行车距离的检测。它突破了机械传动的信号采集方法，并且克服了传统测速装置对于列车轮径的依赖和车轮相对与路轨滑动所造成的误差。它利用多普勒雷达感应技术，无需传统的机械传动，只要把多普勒测速雷达测速装置安装在机车底部的适当位置，经过简单的调整，在机车运行时能为机车提供实时的机车相对于路面的绝对运行速度，可满足长距离高速机车使用。最终实现了低速稳定、高速可靠、测量精度高、抗干扰能力强等特点。它所发射的无线波对人畜无任何伤害，能满足时速120英里以内的精确测量，输出速度信号可供给机车监控、ATP及其它测速测距单元使用。

3.1 产品基本参数

供电电源 额定电压15VDC,范围14-16VDC

环境温度 -40℃到+70℃

安装角度 发射角:37.5°±0.5°

安装高度 与反射面的距离7英寸到15英寸(17.78cm-38.10cm)

输出插座定义 A∶ +15V DC;

B∶ SIGNAL;

C∶ GND;

D:自检测试端

当D端和电源DC15V相连时，B端可输出标准的1Khz方波信号，表明传感器功能正常。

输出信号 输出与地面绝对速度成正比的且有一定带载能力的方波信号

4 LKJ与雷达速度差异产生的原因分析

我公司前期配属沈阳局的HXN3机车运行最高速度多在70-80km/h，LKJ与雷达速度误差也相对较小，因此此类问题并无前期经验借鉴。针对这一情况我公司组织专人赶赴现场对问题展开调查，通过牵引电机转速可算出轮轴转速，再结合LKJ的轮径数据，将机车牵引电机转速换算成和LKJ速度近似相同的速度数据。最后通过机车牵引电机换算速度与机车速度对比来确认LKJ与雷达速度差异。通过数据整理发现，机车速度低于100km/h时LKJ与机车速度基本相同，速度高于100km/h时，机车速度比LKJ速度大1km/h，偶尔会大2km/h。结合相关设备的检测，基本确定造成速度差异的原因如下：

（1）雷达固有测速误差：雷达设计的平均测速精度为±1%，当列车速度越高时，绝对误差值会越大。以110km/h车速为例，雷达的测试值设计精度为108.9-111.1km/h。

（2）安装偏差：雷达的测速值和雷达波与反射面的夹角成余弦关系，当安装角度发生变化时会使雷达波和反射面夹角发生变化，理论计算值为角度每偏差1°带来约1.8%的偏差。以110km/h车速为例，如果安装角度36.5°(较原设计低了1°)，那么雷达测速精度就累加成:±1%(设计精度)+⒈ 8%(角度偏差)，雷达测速值就在110.88-113.08km/h。

5 速度差异问题解决方案

通过以上原因分析，可通过加强雷达设备日常检查、重新校准雷达安装角度、软件调整三个方面解决LKJ与雷达速度差异问题。

（1）加强雷达设备的日常检查：允许设备外壳上出现划伤或裂纹等损坏情况，但天线罩不能出现损坏。允许工作时出现厚达1mm的尘土污染情况，根据污损情况使用相应的液体清洁剂进行清理，但不允许出现水侵蚀的现象。除非在必须的情况下，否则禁止打开/关闭卡口连接器。

（2）重新校准雷达安装角度：对速度差较大机车需重新校准雷达安装角度，使用一个结实防抖的钢质支架或类似材料的支架将SDR02/la固定在支架上，支架大小为100×118mm²，洞孔最小直径为8.5mm，同时至少使用4个M8螺栓固定支架于车体，确保天线束内没有障碍物体。

（3）软件调整：前期机车设置的超速报警值为119.5km/h，超速惩罚触发值为126.7km/h，机车触发超速报警时仅由声光报警装置发出警报，机车触发超速惩罚时由制动机实施紧急制动。虽然该超速值的设定考虑了机车雷达与LKJ速度的误差，确保不因误差致使机车优先于LKJ进行惩罚制动，但过低的超速报警值导致声光报警装置发出警报，干扰乘务员的操作和判断。后期将超速报警值提高为121-122km/h，避免了此类故障的发生。

结语：本文简要介绍了HXN3过渡方案高原机车在不同速度条件下LKJ与雷达速度差异情况。同时，针对问题产生原因提出了切实有效的解决方案，为同类车型解决LKJ与雷达速度差异问题提供了参考方向。

参考文献

[1]过渡方案高原内燃机车检修手册初稿.中车大连公司，2014.

[2] SDR02/1a雷达传感器使用手册.上海德意达电子电器设备有限公司，2015.