城市轨道交通信号基础设备

城市轨道交通信号基础设备 第一节 继 电 器 一、继电器原理 继电器是一种电磁开关,是实现自动控制和远程控制的重要设备。根据电磁原理随着衔铁的动作,动接点与静接点接通或断开,从而实现对其他设备的控制。 继电器类型很多,但均由电磁系统和接点系统两部分组成。电磁系统主要包括线圈、铁芯、衔铁等,接点系统由动接点和静接点组成。 最简单的电磁继电器如图2-1所示。它就是一个带接点的电磁铁,其动作原理也与电磁铁相似。当给线圈中通以一定数值的电流后,在衔铁和铁心之间就产生一定数量的磁通,该磁通经铁心、衔铁、轭铁和气隙形成一个闭合磁路,铁心对衔铁就产生了吸引力。吸引力的大小取决于所通电流的轭铁大小。当电流增大到一定值时,吸引力增大到能克服衔铁向铁心运动的阻力时(主要是衔铁自重),衔铁就被吸向铁心;当线圈中没有电流时,衔铁由于重力作用被释放。由衔铁带动的动接点(随衔铁一起动作的接点)也随之动作,与动合接点(前接点,以下称前接点)接通。此状态称为继电器励磁吸起(以下简称吸起)。可见,继电器具有开关特性,可利用它的接点通、断电路,构成各种控制和表示电路。如图2-1的信号点灯电路,前接点接通时点亮绿灯,后接点接通时点亮红灯。 图2-1 电磁继电器的基本原理 二、继电器的作用 继电器具有继电特性,能以极小的电信号来控制执行电路中相当大功率的对象,能控制数个对象和数个回路,能控制远距离的对象。由于继电器的这种性能,给自动控制和远程控制创造了便利的条件,所以,它广泛应用于国民经济各部门的生产过程控制和国防系统的自动化和远动化之中,也广泛应用于铁路信号的各个方面。 故障一安全原则是铁路信号设备必须遵循的原则,当系统任何部分发生故障时,应确保系统的输出处于安全状态。随着电子技术的迅速发展,电子器件尤其是计算机以其速度快、体积小、容量大、功能强等技术优势,在相当大程度上逐渐取代继电器,构成自动控制和远程控制系统,使技术水准大大提高。但与电子器件相比,继电器仍存在一定优势,尤其是具有故障一安全性能,因此不仅现在,而且在未来一定时期内,继电器在铁路信号领域仍将起着重要作用例如在计算机联锁设备中,尽管以计算机为核心,但还采用继电器电路作为系统主机与信机、轨道电路、转辙机的接口电路。 三、对继电器的技术要求 信号继电器作为信号系统中的主要(或重要)器件,它在运用中的安全、可靠就是保证各种信号设备正常使用的必要条件。为此,信号设备对继电器提出了极其严格的要求,具体如下:其一,动作必须可靠、准确;其二,使用寿命长;其三,有足够的闭合和断开电路的能力;其四,有稳定的电气特性和时间特性;其五,在周围介质温度和湿度变化很大的情况下,均能保持很高的电气绝缘强度。 四、信号继电器分类 继电器类型繁多,信号继电器种类也不少,可按不同方式分类如下。 1.按动作原理分类,可分为电磁继电器和感应继电器 电磁继电器是通过继电器线圈中的电流在磁路的气隙(铁心与衔铁之间)中产生电磁力。吸引衔铁,带动接点动作的。此类继电器数量最多。 感应继电器是利用电流通过线圈产生的交变磁场与另一交变磁场在翼板中所感应的电流相互作用产生电磁力,使翼板转动而动作的。 2.按动作电流分类,可分为直流继电器和交流继电器 直流继电器是由直流电源供电的,它按所通电流的极性,又可分为无极、偏极和有极继电器。直流继电器都是电磁继电器。 交流继电器是由交流电源供电的。它按动作原理,有电磁继电器,也有感应继电器。 整流式继电器虽然用于交流电路中,但它用整流元件将交流电整流为直流电,所以其实质上是直流继电器。 3.按输入量的物理性质分类,可分为电流继电器和电压继电器 电流继电器反映电流的变化,它的线圈必须串联在所反映的电路中。该电路中必有所被反映的器件,如电动机绕组、信号灯泡等。 电压继电器反映电压的变化,它的线圈励磁电路单独构成。 4.按动作速度分类,可分为正常动作继电器和缓动继电器 正常动作继电器衔铁动作时间为0.1~O.3 s。大部分信号继电器属于此类。一般无需方加此称呼。 缓动继电器,衔铁动作时间超过O.3 s。又分为缓吸、缓放。时间继电器是利用脉冲延时电路或软件设定使之缓吸。缓放型继电器则利用短路铜环产生磁通使之缓动,主要取其缓放特性。 5.按接点结构分类,可分为普通接点继电器和加强接点继电器 普通接点继电器具有开断功率较小的接点的能力,以满足一般信号电路的要求,多数继电器为普通接点继电器。一般不加此称呼。 加强接点继电器具有开断功率较大的接点的能力,以满足电压较高、电流较大的信号电路的要求。 五、安全型继电器 我国信号中应用最为广泛的是AX系列继电器,其基本结构是直流无极继电器,其他类型继电器由无极继电器派生而出。下面以直流无极继电器和整流式继电器为例说明信号继电器的原理和应用。 1.直流无极继电器 (1)结构 直流无极继电器外观如图2-2所示,其结构如图2-3所示,由直流电磁系统 和接点系统两部分构成。电磁系统由线圈、铁芯、轭铁、衔铁等组成。线圈通电后产生磁场,吸起衔铁;线圈断电时依靠重力作用使衔铁可靠释放。接点系统包括拉杆和接点组,接点组分为静止的前接点、后接点和固定在拉杆上的动接点。接点的接通情况可以反映继电器的状态,用于控制其它设备。直流无极继电器共有8组接点,彼此绝缘但动作一致。 图2-2 直流无极继电器 图2-3 直流无极继电器结构示意图 (2)工作原理 当线圈通以直流电流后,产生磁通,经铁芯、轭铁、衔铁和气隙,形成闭合磁路,因而使铁芯对衔铁产生吸引力。当此吸引力增大到足以克服重锤片和拉杆等重力时,就能将衔铁吸向铁芯,于是衔铁带动拉妒推动动接点向上动作,使动 接点与前接点闭合,此时称为励磁状态(又称为吸起状态)。 当线圈中的电流减少或断电时,磁路的磁通随之减少,铁芯对衔铁的吸引力相应减少,当吸引力不足以克服重锤片和拉杆的重力,衔铁即释放,使动接点与前接点断开并与后接点闭合,此时称为失磁状态(又称为落下状态)这种继电器的电源使用直流电,同时继电器的动作与通入的动作与通入线圈的电流方向无关,故称为无极继电器。 2.整流式继电器 整流式继电器应用于交流电路中,其电磁系统、接点系统、动作原理与直流无极继电器相同,在直流无极继电器的基础上增加整流电路,一般采用四个二极管组成的桥式整流电路,如图2-4所示,将交流电源整流后输入继电器线圈。安全型继电器有多种类型,满足铁路信号电路的不同需求,经过现场几十年的运用考验证明其安全可靠、性能稳定,是目前我国铁路信号的重要基础设备之一。 图2-4 桥式整流电路 整流式继电器的线圈、整流器与电源片连接如图2-5所示。 (a)JZXC—H156及JZXC—H18型 (b)JZXC-480型 (c)JZXC-014型 图2-5 整流式继电器的线圈、整流器与电源片连接整流式继电器的接点系统的结构与无极继电器相同,零部件全部通用,只是接点的编号区别。 整流式继电器动作原理与无极继电器相同,但由于交流电源通过整流后动作继电器,在线圈上加上的是全波或半波的脉动直流电,其中存在交变成分,使电 磁吸引力产生脉动,工作时发出响声,对继电器正常工作带来不利影响。 第二节信号机 信号有广义和狭义两种含义。广义的信号是运输系统中,保证行车安全、提高区间和车站通过能力以及编解能力的手动控制、自动控制及远程控制技术的总称,它包括车站信号、区间信号、机车信号、道口信号等。狭义的信号是在行车、调车工作中,对行车有关人员指示运行条件而 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 的物理特征符号。本章讲述的信号指的是后者,而且是后者中的固定信号。 为指示列车运行及调车作业的命令,必须根据需要设置各种信号机和信号表示器,它们是各种信号系统中不可缺少的组成部分,用来形成信号显示,指示运行条件。 目前我国信号普遍采用色灯信号机,包括广泛使用的透镜式色灯信号机和新型的组合式色灯信号机及LED信号机,其他类型的信号机已逐渐淘汰。 一、信号的含义 信号包括听觉信号和视觉信号。听觉信号又称音响信号,是用音响表示的信号,如用号角、口笛、机车鸣笛、响墩等发出的信号,它以音响的强度、频率和时间长短来表达信号含义。视觉信号是用颜色、形状、位置、显示数目及灯光状况表达的信号,如用信号旗、信号灯、信号牌、信号机、信号表示器、信号标志显示的信号。 视觉信号按信号机具是否移动分为手信号、移动信号和固定信号。手持信号旗或信号灯发出的信号,叫手信号。在地面上临时设置的可以移动的信号牌,叫做移动信号,如为防护线路施工地点临时设置的方形红牌、圆形黄牌等。为防护一定目标,常设于固定地点的信号,叫固定信号。如设于地面的信号机和信号表示器等,都是固定信号。在机车司机室内设置指示列车运行前方条件的信号,叫机车信号,它对于机车是固定的,也属于固定信号。 电务部门负责维护的信号只是固定信号,包括地面固定信号和机车信号,其他各种信号机具由使用部门负责使用和维护。平时所说的信号一般专指固定信号,本节介绍的也只是固定信号。 二、禁止信号和进行信号 在我国,按照运营要求,采用以下基本信号:其一,要求停车的信号;其二,要求注意或减速运行的信号;其三,准信号或停车信号,要求注意或减速运行的信号以及准许按规定速度运行的信号,都叫做进行信号。 要求停车的信号叫做禁止信号或停车信号,要求注意或减速运行的信号以及准许按规定速度运行的信号,都叫做进行信号。 我国视觉信号的基本颜色是红色、黄色和绿色。其中红色信号的基本意义是停车,黄色信号是注意或减速运行,绿色信号是按规定速度运行。 三、固定信号分类 1.按设置部位分类,可分为地面信号和机车信号 地面信号是设于车站或区间固定地点的信号机或信号表示器,用来防护站内进路或区间闭塞分区以及道口。机车信号设于机车驾驶室内,用来复示地面信号显示,以及逐步成为主体信号使用。 2.按信号机构造分类,可分为色灯信号机和臂板信号机 色灯信号机是用灯光的颜色、数目及亮灯状态表示信号含义的信号机。它具有昼夜显示一致、占用空间小等特点,但需可靠的交流电源。色灯信号机按信号机构的构造又分为探照式、透镜式和组合式,以及LED式。 透镜式色灯信号机是以凸透镜组为集光器的色灯信号机。透镜组由无色的外透镜和有色的内透镜组成,显示的颜色取决于内透镜的颜色。它的每个灯位固定一种颜色,多种颜色由多个灯位完成显示,故又称多灯信号机。其主要优点是结构简单、维修容易,因而使用很广泛。但其光系统存在一定的缺点,光通量不能充分利用,在曲线线段上不能连续显示。 组合式色灯信号机是为克服透镜式信号机的缺点而研制的新型信号机构。信号灯泡发出的光由反射镜会聚,经滤色片变成色光,再由非球面镜聚成平行光束,偏散镜折射偏散,能保证信号显示在曲线线段上的连续性。信号机构采用组合形式,一个灯位为一个独立单元,配一种颜色,使用时根据需要进行组合,故称为组合式色灯信号机。它是信号机比较理想的更新换代产品。 LED色灯信号机用发光二极管取代的白炽灯泡和透镜组,采用铝合金机构组 合而成,其显示距离远,寿命长,安全可靠,是节能、免维护的新型信号机。 臂板信号机是以臂板的形状、颜色、数目、位置表达信号含义的信号机。我国铁路规定臂板呈水平位置为关闭,与水平位置向下夹45°角为开放,夜间则以臂板信号机上的灯光颜色与数目来显示。臂板信号机须通过机械装置由人工开放,也有通过电动机开放的,后者称为电动臂板信号机。臂板信号机存在较多缺点,难以自动化,不能构成现代化信号系统,正在与所从属的臂板电锁器联锁设备一起逐渐淘汰。 3.按用途分类,可分为信号机和信号表示器两大类 信号机是表达固定信号显示所用的机具,用来防护站内进路,防护区间,防护危险地点,具有严格的防护意义。信号机按防护用途的不同又可分为进站、出站、进路、调车、驼峰、遮断、预告、复示等信号机。另有设于铁路平交道口的道口信号机。 信号表示器是对行车人员传达行车或调车意图的,或对信号进行某些补充说明所用的器具,没有防护意义。信号表示器按用途又分为发车表示器、调车表示器、进路表示器、发车线路表示器、道岔表示器、脱轨表示器等。 4.按地位分类,可分为主体信号机和从属信号机 主体信号机是能独立地显示信号,指示列车或调车车列运行条件的信号机,如进站、出站、进路、通过、驼峰、调车等信号机。从属信号机是本身不能独立存在,只能附属于某种信号机的信号机,如预告信号机从属于进站信号机、所间区间的通过信号机、遮断信号机;复示信号机从属于进站、进路、出站、驼峰、调车等信号机。 5.按停车信号的显示意义分类,可分为绝对信号和非绝对信号(亦称容许信号) 绝对信号是指当显示停止运行的信号时,列车、调车车列必须无条件遵守的信号显示。所有站内信号机的禁止信号显示均为绝对信号(但调车信号禁止信号对列车来说不作为停车信号)。非绝对信号是指列车在列车信号机显示红灯、显示不明或灯光熄灭时允许列车限速通过,并准备随时停车的信号。如自动闭塞区间的通过信号机显示停车信号时,列车必须在信号机前停车,司机应使用列车无线调度电话通知运转车长,通知不到时(如货物列车取消守车后无运转车长),鸣笛一长声,停车等候2 min,该信号机仍未显示进行信号时,即以遇到阻碍能随 时停车的速度继续运行,最高速度不超过20 km/h,运行到次一通过信号机,按其显示的要求运行。 6.按安装方式分类,可分为高柱信号机、矮型信号机、信号托架和信号桥 高柱信号机的信号机安装在信号机柱上,一般用于距离要求较远的信号机。高柱信号机具有显示距离远、观察位置明确等优点。因此,为保证安全,提高效率,进站、正线出站、接车进路、通过、预告、驼峰等信号机必须采用高柱信号机。 矮型信号机设于位于建筑限界下部外侧的信号机基础上,一般用于显示距离要求不远的信号机上。因高柱信号机的设置受建筑限界的限制,另外应考虑信号机的设置不影响到发线有效长,站线出站、发车进路信号机和一般情况下的调车信号机等采用矮型信号机。 设于特殊地形和特殊条件下的信号机,其中包括进站信号机,经铁路局批准,亦可采用矮型信号机,如设于桥隧的预告信号机、通过信号机,双线双向自动闭塞区段的反方向进站信号机可采用矮型信号机。 因受限界限制,不能安装信号机柱时,则以信号托架和信号桥代替。信号托架为托臂形结构建筑物,信号桥为桥形结构建筑物。 四、透镜式色灯信号机 色灯信号机以其灯光的颜色、数目和亮灯状态来表示信号。现多采用透镜式色灯信号机,因其结构简单,安全方便,控制电路所需电缆芯线少,所以得到广泛采用。组合式色灯信号机则是为提高在曲线上的显示距离而研制的新型信号机。 1.透镜式色灯信号机 透镜式色灯信号机有高柱和矮型两种类型,高柱信号机的机构安装在钢筋混凝土信号机柱上,矮型信号机的机构安装在信号机水泥基础上。 高柱透镜式色灯信号机如图2-6所示。它由机柱、机构、托架、梯子等部分组成。机柱用于安装机构和梯子。机构的每个灯位配备有相应的透镜组和单独点亮的灯泡,给出信号显示。托架用来将机构固定在机柱上,每一机构需上、下托架各一个。梯子用于给信号维修人员攀登及作业。 矮型透镜式色灯信号机如图2-7所示。它用螺栓固定在信号机基础上,没有托架,更不需要梯子。 图2-6高柱透镜式色灯信号机图2-7矮型透镜式色灯信号机 高柱和矮型透镜式色灯信号机又各有单机构和双机构之分。单机构只有一个机构,可构成二显示、三显示和单显示信号机。双机构色灯信号机可构成四显示、五显示。各种信号机根据需要还可以分别带引导信号机构、容许信号机构或进路表示器。 2.透镜式色灯信号机的机构 透镜式色灯信号机的每个灯位由灯泡、灯座、透镜组、遮檐和背板等组成,如图2-8所示。 图2-8 透镜式色灯信号机机构 灯泡是色灯信号机的光源,采用直丝双丝铁路信号灯泡。 灯座用来安放灯泡,采用定焦盘式灯座,在调整好透镜组焦点后固定灯座,更换灯泡时无需再调整。透镜组装在镜架框上,由两块带棱的凸透镜组成,里面 是有色带棱外凸透镜 (可有红、黄、绿、蓝、月白、无色六种颜色),外面是无色带棱内凸透镜。 背板是黑色的,构成较暗的背景,可衬托信号灯光的亮度,改善嘹望条件。只有高柱信号机才有背板。一般信号机采用圆形背板。各种复示信号机、遮断信号机及其预告信号机、容许信号则采用方形背板,以示区别。 3.透镜式色灯信号机构分类 透镜式色灯信号机构分为高柱、矮型两大类。高柱、矮型信号机构按结构又分为二显示、三显示两种。二显示机构有两个灯室。三显示机构有三个灯室。每个灯室内有一组透镜、一副灯座、一个灯泡和遮檐。灯座间用隔板分开,以防止相互串光,保证信号显示的正确。背板是一个机构共用的。各种信号机可根据信号显示的需要选用机构,再按灯光配列对信号灯位颜色的规定安装各灯位的有色内透镜。另有单显示的复示信号机构、灯列式进站复示信号机构、遮断信号及其预告信号机构以及引导信号机构和容许信号机构。 各种透镜式色灯信号机构及主要参数如下所列。 透镜式色灯信号机构的型号含义如下: X S G— H L 红绿(二色为二显示,三色为三显示) 高柱 色灯 信号机构 A矮型 B表示 F复示、发车 J进路 P棚下 R容许 Y引导 Z遮断 U黄色 B白色 A蓝色 色灯信号机采用铁路直丝信号灯泡,配套定焦盘式灯座,以及点灯和灯丝转换装置。 五、LED铁路色灯信号机构的优点 LED铁路色灯信号机构采用轻便、耐腐蚀的单灯铝合金机构,组合灵活、安装简单。显示距离超过1.5 km且清晰可辨,使用寿命可达10。H,安全可靠。通过监测控制系统的电流,可监督信号显示系统的工作状态,预警异常情况有助 于准确判断故障点,便于及时处理。LED铁路信号机构重量大大减少,便于施工安装,密封条件好,使用寿命长。用LED取代传统的双丝信号灯泡和透镜组,从而彻底消除灯泡断丝这一多发性的信号故障,可以做到免维护,结束了普通信号机定期更换信号灯泡的维修方式,减少维修工作量,节省维修费用。 用发光盘取代信号灯泡具有以下的显著优点: 1.可靠性高 发光盘是用上百只发光二极管和数十条支路并联工作的,在使用中即使个别发光二极管或支路发生故障也不会影响信号的正常显示,提高了信号显示的可靠性。 2.寿命长 发光二极管的寿命为信号灯泡的100倍,改用发光盘后可免除经常更换灯泡的麻烦,且有利于实现免维修。 3.节省能源 传统信号灯泡耗电为25W,而发光盘的耗电量还不到信号灯泡的1/2。 4.聚焦稳定 发光盘的聚焦状态在产品 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 与生产中已经确定,现场不需调整,给安装与使用带来方便,并能始终保持良好的聚焦状态。 5.光度性好 发光盘除有轴向主光束外,还有多条副光束,有利于增强主光束散角以及近光显示效果。 6.无冲击电流 点灯时没有类似信号灯泡冷丝状态的冲击电流,有利于延长供电装置的使用寿命,并减少对环境的电磁污染。 六、地面信号机的设置 1.地面信号机的设置原则 (1)设于列车运行方向右侧 城市轨道交通采用右侧行车制,其地面信号机设于列车运行方向的右侧,在地下部分一般安装在隧道壁上。特殊情况(如因设备限界、其他建筑物或线路条 件等影响)可设于列车运行方向的左侧或其他位置。 (2)信号机柱的选择 高柱信号机具有显示距离远,观察位置明确等优点,因此车辆段的进段、出段信号机(以及停车场的进场、出场信号机)均采用高柱信号机。 而其他信号机由于对显示距离要求不远,以及隧道内安装空间有限,一般采用矮型信号机。 (3)信号机限界 信号机不得侵入设备限界。 设备限界是用以限制设备安装的控制线。 直线地段的设备限界是在直线地段车辆限界外扩大一定安全间隙后形成的:车体肩部横向向外扩大100mm,边梁下端横向向外扩大30mm,接触轨横向向外扩大185mm,车体竖向加高60mm,受电弓竖向加高50mm,车下悬挂物下降50mm。 曲线地段设备限界应在直线地段设备限界的基础上,按平面曲线不同半径过超高或欠超高引起的横向和竖向偏移量,以及车辆、轨道参数等因素计算确定。 2.信号机的设置 城市轨道交通的信号机设置不同于铁路,规定在ATC控制区域的线路上道岔区设防护信号机或道岔状态表示器,其他类型的信号机可根据需要设置。 (1)正线上的信号机设置 正线上的道岔区设防护信号机或道岔状态表示器(国内尚未采用)。防护信号机设于道岔岔前和岔后的适当地点,具有出站性质以外的防护信号机应设引导信号。具有两个以上运行方向的信号机可设进路表示器。车站一般不设进、出站信号机,在正向出站方向的站台侧列车停车位置前方适当地点设置发车指示器。也可以根据需要设进站、出站信号机以及进站信号机的预告信号机,或者只设出站信号机。 (2)车辆段(停车场)的信号机设置 在车辆段(停车场)入口处设进段(进场)信号机,在车辆段(停车场)出口处设出段(出场)信号机。 在同时能存放两列及以上列车的停车线中间进段方向设列车阻挡信号机(可兼作调车信号机)。 车辆段(停车场)内其他地点根据需要设调车信号机。 3.信号机命名 正线上的防护信号机、阻挡信号机冠以“X”、“S”、“F”、“Z”等,其下缀编号方法:下行方向编为单号,上行方向编为双号,从站外向站内顺序编号。 车辆段的进段信号机冠以“JD”,下缀编号方法:下行方向编为单号,上行方向编为双号,从段外向段内顺序编号。列车阻挡信号机和调车信号机冠以“D”,下缀编号方法:下行咽喉编为单号,上行咽喉编为双号,从段内向段外顺序编号。 七、信号显示 1.信号显示颜色的选择 城市轨道交通信号颜色的选择,应能达到显示明确、辨认容易、便于记忆和具有足够的显示距离等基本要求。经过理论分析和长期实践,铁路信号的基本色为红、黄、绿三种,再辅以蓝色、月白色,构成铁路信号的基本显示系统。 城市轨道交通信号的光源为白炽灯产生的白色光。白光是一种复合光,由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色的光混合而成。其中红光波长最多,紫光波长最短,一般来说,波长越长,穿透周围介质(如空气、水汽等)的能力越强,显示距离越远。 同样强度的光,红光最诱目,因为人眼对红色辨认最敏感,红色比其他颜色的光都谱更能引人注意,对人会产生不安全感,所以规定红色灯光为停车信号是最理想的。 黄色(实际上是橙黄色,简称黄色)玻璃透过光线的能力较强,显示距离较远,又具有较高的分辨力,辨认正确率接近100%,故采用黄色灯光作为注意和减速信号。 绿色和红色的反差最大,容易分辨,而绿色灯光显示距离亦较远,能满足信号显示的要求,故采用绿色灯光作为按规定速度运行的信号。 调车信号机的关闭不能影响列车运行,所以它一般不采用红色灯光,而选用蓝色灯光作为禁止调车信号较合适,因其具有较高的诱目性和较大的辨认率。调车信号机的允许信号采用月白色灯光,主要目的是可与一般普通照明电源相区别。蓝色、白色灯光虽显示距离较近,但因为调车速度较低,所以能满足调车作 业的需要。 紫色灯光具有较高的区别性,作为道岔状态表示器表示道岔在直向开通的灯光,基本上能满足需要。 2.机构选用和灯光配列 色灯信号机的机构有单显示、二显示、三显示。单显示机构仅用于阻挡信号机。二显示和三显示可以单独使用,也可以组合(以及与单显示机构组合)构成各种信号显示。 (1)色灯信号机灯光配列和应用的规定 ①当根据实际情况需减少灯位时,应空位停用方式处理。减少灯位的处理方式可以维持信号机应有的外形,以防误认。如防护信号机若无直向运行方向时,仍采用三显示机构,将绿灯封闭;存车线中间进段方向的列车阻挡信号机采用三显示机构,将绿灯封闭。 ②以两个基本灯光组成一种显示时,应有一定的间隔距离,以保证显示清晰,如防护信号机的红灯和黄灯同时点亮表示引导信号,其间隔开一个绿灯灯位。 ③双机构加引导信号是一种专门的信号机型式,需要时,进段(场)信号机可采用此型式。 (2)各种信号机的灯光配列 ①防护信号机。防护信号机采用三显示机构,自上而下灯位为黄(或月白)、绿、红。若设正线出站信号机,其灯光配列同防护信号机。 ②阻挡信号机。阻挡信号机采用单显示机构,为一个红灯。 ③进段(场)信号机。进段信号机灯光配列可同防护信号机,亦可采用双机构(两个二显示)带引导机构,自上而下灯位为黄、绿、红、黄、月白。 ④出段(场)信号机。出段(场)信号机采用三显示机构,红、绿,带调车白灯。 ⑤调车信号机。调车信号机采用二显示机构,自上而下灯位为白、蓝(或红) ⑥通过信号机。若采用自动闭塞,其通过信号机为三显示机构,自上而下灯位为黄、绿、红。 3.信号显示 制度 关于办公室下班关闭电源制度矿山事故隐患举报和奖励制度制度下载人事管理制度doc盘点制度下载 (1)信号显示基本要求 ①信号机定位。将信号机经常保持的显示状态作为信号机的定位。信号机定位的确定,一般是考虑保证行车安全,提高运输效率及信号显示自动化等因素。 除采用自动闭塞时通过信号机显示绿灯为定位外,其他信号机一律以显示禁止信号(红灯或蓝灯)为定位。 ②信号机关闭时机。除调车信号机外,其他信号机,当列车第一轮对越过该信号机后及时地自动关闭。调车信号机在调车车列全部越过调车信号机后自动关闭。 ③视作停车信号。信号机的灯光熄灭,显示不明或显示不正确时,均视为停车信号。 ④区分运行方向。有两个以上运行方向而信号显示不能区分运行方向时,应在信号机上装进路表示器,由进路表示器指示开通的运行方向。 (2)信号显示意义 《地铁设计规范》对信号显示未作统一规定。 广州、深圳等地铁,正线信号机为黄、绿、红三显示。 ①红色——停车,ATP速度命令为零; ②绿色——运行前方道岔在直股(定位),按ATP速度命令运行; ③黄色——运行前方道岔在侧股(反位),按ATP速度命令运行; ④红色+黄色——引导信号,准许列车在该信号机处继续运行,但需准备随时停车,仅对防护站台的信号机设引导信号。 (3)信号显示距离 各种地面信号机及表示器的显示距离应符合下列规定: ①行车信号和道岔防护信号应不小于400 m; ②调车信号和道岔状态表示器应不小于200 m; ③引导和道岔状态表示器以外的各种表示器应不小于100 m。 第三节转辙机 道岔的转换和锁闭设备,是直接关系行车安全的关键设备。由转辙机转换和锁闭道岔,易于集中操纵,实现自动化。转辙机是重要的信号基础设备,它对于保证行车安全,提高运输效率,改善行车人员的劳动强度,起着非常重要的作用。 转辙机是道岔控制系统的执行机构,用于道岔的转换与锁闭,它是道岔动作的动力部分,其通过杆件作直线运动,从而使道岔尖轨进行位移来改变道岔的位置,并给出道岔状态的表示。 一、转辙机概述 1.道岔的组成 道岔是列车从一个股道转向另一个股道的转辙设备,它是轨道线路中最关键的特殊设备,也是信号系统的主要控制对象之一。所以信号工作人员必须熟悉它的基本结构,作用和表示符号。 (1)道岔结构 如图2-9,它有两根可以移动的尖轨,尖轨的外侧是两根固定的基本轨。 图2-9 道岔的结构 (2)道岔的定位和反位 道岔有两根可以移动的尖轨,一根尖轨与基本轨密贴,另一根尖轨与基本轨分离,必须同时改变两根尖轨的位置,使原来密贴的分离,而原来分离的密贴,可见道岔有两个可以改变的位置。我们通常把道岔经常所处的位置叫做定位,临时根据需要改变的另一个位置叫做反位。为改变道岔的两个位置,在道岔尖轨处安装道岔转辙设备,这就是转辙机。 尖轨与基本轨密贴的程度如何,对行车安全影响很大,比如列车迎着尖轨运行时,如果尖轨与基本轨不密贴,其间隙超过一定限度(大于 4 mm),则车辆的轮缘有可能撞着或从间隙中挤进尖轨尖端,而造成颠覆或脱轨的严重行车事故。 因此,对尖轨和基本轨的密贴程度,有严格的标准,为了保证行车安全,当道岔尖轨与基本轨不密贴时,不能锁闭道岔,也不允许开放信号。 (3)单动道岔和双动道岔 当按压一个道岔动作按钮,仅能使一组道岔转换,则称该道岔为单动道岔,如果能使两组道岔同时或顺序转换,则称为双动道岔。双动道岔有时也称为联动道岔。 转辙机是控制道岔尖轨动作的信号设备,它的基本任务是转换道岔、锁闭道岔和反映道岔的位置和状态。转辙机除转辙机本身外,还包括锁闭装置和各类杆件及安装装置,它们共同完成道岔尖轨的转换和锁闭。图2-10为双机牵引转辙机示意图。 城市轨道交通大部分采用电动转辙机,近年来采用电液转辙机和交流转辙机的线路也不少,另外,正线上,12号道岔采用双转辙机牵引,9号道岔仍采用单机牵引。转辙机的传动机构,是将电动机的高速旋转变换成动作杆的低速直线运动,再由动作杆带动道岔尖轨运动。传动机构的另一作用是带动尖轨的锁闭。 图2-10 道岔及双机牵引转辙机图 转辙机是转辙装置的核心和主体,除转辙机本身外,还包括外锁闭装置和各类杆件、安装装置,它们共同完成道岔的转换和锁闭。 2.转辙机的作用 转辙机的作用有:其一,转换道岔的位置,根据需要转换至定位或反位;其二,道岔转至所需位置而且密贴后,实现锁闭,防止外力转换道岔;其三,正确地反映道岔的实际位置,道岔的尖轨密贴于基本轨后,给出相应的表示;其四,道岔被挤或因故处于“四开”(两侧尖轨均不密贴)位置时,及时给出报警及表示。 3.对转辙机的基本要求 对转辙机的基本要求有:其一,作为转换装置,应具有足够大的拉力,以带动尖轨作直线往返运动;当尖轨受阻不能运动到底时,应随时通过操纵使尖轨回复原位。其二,作为锁闭装置,当尖轨和基本轨不密贴时,不应进行锁闭;一旦锁闭,应保证不致因车通过道岔时的震动而错误解锁。其三,作为监督装置,应能正确地反映道岔的状态。其四,道岔被挤后,在未修复前不应再使道岔转换。 4.转辙机的分类 (1)按传动方式分类 依据此分类标准,转辙机可分为电动转辙机、电动液压转辙机。 电动转辙机由电动机提供动力,采用机械传动。多数转辙机都是电动转辙机,包括ZD6系列转辙机和S700K型电动转辙机。 电动液压转辙机简称电液转辙机,由电动机提供动力,采用液力传动。 (2)按供电电源种类分类 依据此分类标准,转辙机可分为直流转辙机和交流转辙机。 直流转辙机采用直流电动机,工作电源是直流电。ZD6系列电动转辙机就是直流转辙机,由直流220 V供电。直流电动机的缺点是,由于存在换向器和电刷,易损坏,故障率较高。 交流转辙机采用三相交流电源或单相交流电源,由三相异步电动机或单相异步电动机(现大多采用三相异步电动机)作为动力。S700K型电动转辙机和zYJ7型电液转辙机为交流转辙机。交流转辙机采用感应式交流电动机,不存在换向器和电刷,因此故障率低,而且单芯电缆控制距离远。 (3)按锁闭道岔的方式分类 依据此分类标准,转辙机可分为内锁闭转辙机和外锁闭转辙机。 内锁闭转辙机依靠转辙机内部的锁闭装置锁闭道岔尖轨,是间接锁闭的方式。ZD6系列等大多数转辙机均采用内锁闭方式。内锁闭方式,锁闭可靠程度较差,列车对转辙机的冲击大。 外锁闭转辙机虽然内部也有锁闭装置,但主要依靠转辙机外的外锁闭装置锁闭道岔,将密贴尖轨直接锁于基本轨,斥离尖轨锁于固定位置,是直接锁闭的方式。 S700K型和ZYJ7型转辙机采用外锁闭方式。外锁闭方式锁闭可靠,列车对转辙机几乎无冲击。 (4)按是否可挤分类 依据此分类标准,转辙机分为可挤型转辙机和不可挤型转辙机。 可挤型转辙机内设挤岔保护(挤切或挤脱)装置,道岔被挤时,动作杆解锁,保护了整机。不可挤型转辙机内不设挤岔保护装置,道岔被挤时,挤坏动作杆与整机连接结构,应整机更换。电动转辙机和电液转辙机都有可挤型和不可挤型。此外,各种转辙机还有不同转换力和动程的区别。 5.转辙机的设置 城市轨道交通的正线上一般采用9号道岔,车辆段(停车场)一般采用7号道岔,通常一组道岔由一台转辙机牵引。如果正线上采用的是12号AT道岔,其为弹性可弯道岔,需要两点牵引,即一组道岔需两台转辙机牵引。 ZD6系列电动转辙机是我国铁路使用最广泛的电动转辙机,它用于非提速区段以及提速区段的侧线上。 ZD6-A型是ZD6系列转辙机的基本型,其他型号ZD6型转辙机都是以ZD6-A 型为基础改进、完善而发展起来的。故本节以ZD6-A型转辙机为重点进行介绍。 二、ZD6系列电动转辙机 ZD6系列电动转辙机是我国铁路也是城市轨道交通使用最广泛的电动转辙机,包括A.D.E.J等派生型号。ZD6型电动转辙机采用内锁闭方式。 ZD6-A型是ZD6系列转辙机的基本型,系列内其他型号的ZD6转辙机都是以ZD6-A型为基础改进、完善而发展起来的。故以ZD6一A型转辙机为重点进行介绍。 1.ZD6-A型电动转辙机结构 ZD6-A型电动转辙机主要由电动机、减速器、摩擦联结器、主轴、动作杆、表示杆、移位接触器、外壳等组成,如图2-11所示。 图2-11 ZD6-A型电动转辙机结构 2.主要部件及作用 电动机为电动转辙机提供动力,采用直流串激电动机。 减速器用来降低转速以获得足够的转矩,并完成传动。由第一级齿轮和第二级行星传动式减速器组成。两级问以输入轴联系,减速器由输出轴和主轴联系。 用弹簧和摩擦制动板,组成输出轴与主轴之间的摩擦连接,防止尖轨受阻时损坏机件。 主轴由输出轴通过启动片带动旋转,主轴上安装锁闭齿轮。 锁闭齿轮和齿条块相互动作,将转动变为平动,通过动作杆带动道岔尖轨运动,并完成锁闭作用。 动作杆和齿条块用挤切销相连,正常动作时,齿条块带动动作杆。挤岔时,挤切销折断,动作杆和齿条块分离,避免机件损坏。 表示杆由前、后表示杆及两个检查块组成。表示杆随尖轨移动,只有当尖轨密贴且锁闭后,自动开闭器的检查柱才能落入表示杆缺口,接通道岔表示电路。挤岔时,表示杆被推动,顶起检查柱,从而断开道岔表示电路。 自动开闭器由静接点、动接点、速动片、速动爪、检查柱组成,用来表示道岔尖轨所在位置。 移位接触器用来监督挤切销的受损状态,道岔被挤或挤切销折断时,断开道 岔表示电路。 安全接点(遮断接点)用来保证维修安全。正常使用时,遮断接点接通,才能接通道岔动作电路。检修时,断开遮断接点,以防止检修过程中转辙机转动影响维修人员作业。 壳体用来固定转辙机各部件,防护内部机件免受机械损伤和雨水、尘土侵人,提供整机安装条件。它由底壳和机盖组成。底壳是壳体的基础,也是整机安装的基础。底壳上设有特定形状的窗孔,便于整机组装和分解。机盖内侧周边有盘根槽,内镶有密封用盘根(胶垫)。 三、S700K型电动转辙机 S700K型电动转辙机是由于我国铁路提速需要,从德国西门子公司引进设备和技术,经消化吸收和改进后,迅速在主要干线推广运用的转辙机。经数年的实践表明,该型转辙机结构先进,工艺精良,不但解决了长期困扰信号维修人员的电机断线、故障电流变化、接点接触不良、移位接触器跳起和挤切销折断等惯性故障,而且可以做到“少维护,无维修”,符合中国铁路运营的特点和发展方向,也适用于城市轨道交通。 城市轨道交通运行速度不高,可采用普通的直流转辙机,但采用三相交流电动转辙机优点十分明显。由于采用三相交流电动机,线路上的电能损失大大减少;又由于采用摩擦力非常小的滚珠丝杠传动装置,因此机械效率高。这样,在同样的控制电流下,可增大控制距离,或减小电缆芯线的截面。采用三相电动转辙机后,由于没有直流电动机的整流子,维修工作量大为减少。 S700K型电动转辙机的产品代号来自德文“Simens-700-Kugelgewinde”,其含义为“西门子一具有6860 N(700kgf)保持力一带有滚珠丝杠”的电动转辙机。 1.S700K型电动转辙机结构 S700K型电动转辙机主要由外壳、动力传动机构、检测和锁闭机构、安全装置、配线接口五大部分组成。 (1)外壳 外壳主要由铸铁底壳、机盖、动作杆套筒、导向套筒、导向法兰等组成。 (2)动力传动机构 动力传动机构主要由三相交流电动机、齿轮组、摩擦联结器、滚珠丝杠、保持联接器、动作杆等组成。 三相交流电动机为转辙机提供动力。 齿轮组将电机的旋转驱动力传递到摩擦联接器上,并将电动机的高速转速降速,以增大旋转驱动力,适应道岔转换的需要。 摩擦联接器将齿轮组变速后的旋转力传递给滚珠丝杠,当作用于滚珠丝杠上的转换阻力大于摩擦结合力时,主被摩擦片之间相对打滑空转,保护了电动机。对于交流转辙机来说,其动作电流不能直观地反映转辙机的拉力,现场维修人员不能像对直流转辙机那样,通过测试动作电流来对摩擦力进行监测,必须由专业人员用专业器材才能进行这一调整。转辙机在出厂时已对摩擦力进行标准化测试调整,所以现场维修人员不得随意调整摩擦力。 滚珠丝杠相当于一个直径32 mm的螺栓和螺母,当滚珠丝杠正向或反向旋转一周时,螺母前进或后退一个螺距。它一方面将电动机的旋转运动变成丝杠的直线运行;另一方面起到减速作用。 保持连接器是转辙机的挤脱装置,利用弹簧的压力通过槽口式结构将滚珠丝杠与动作杆连接在一起。当道岔的挤岔力超过弹簧压力时,动作杆滑脱,起到整机不被损坏的保护作用。 (3)检测和锁闭机构 检测和锁闭机构主要由检测杆、叉形接头、速动开关组、锁闭块和锁舌、指示标等部分组成。 检测杆随尖轨或心轨转换而移动,用来监督道岔在终端位置时的状态。 道岔在终端位置,当检测杆指示缺口与指示标对中时,锁闭铁及锁舌应能正常弹出。锁闭块的正常弹出使速动开关的有关启动接点闭合及表示接点断开。锁舌的正常弹出用于阻挡转辙机的保持联接器的移动,实现转辙机的内部锁闭。 速动开关实际上是采用了沙尔特堡接点组的自动开闭器。它随着尖轨或心轨的解锁、转换、锁闭过程中锁闭块的动作自动开闭,以自动开闭电动机动作电路和道岔表示电路。 (4)安全装置 安全装置主要由开关锁、遮断开关、连杆、摇把孔挡板等组成。 开关锁是操纵遮断开关闭合和断开的机构。用来在检修人员打开电动转辙机机盖进行检修作业或车务人员插入摇把转换道岔时,可靠断开电动机动作电路,防止电动机误动,保证人身安全。 遮断开关接通时,摇把挡板能有效阻挡摇把插入摇把齿轮,防止用钥匙打开电动转辙机机盖。断开遮断开关时,摇把能顺利插人摇把齿轮或用钥匙打开电动转辙机机盖,此时电动机的动作电源将被可靠地切断,不经人工操纵和确认,不能恢复接通。 (5)配线接口 配线接口主要由电缆密封装置、接插件插座组成。 2.外锁闭装置 S700K型电动转辙机配套外锁闭装置。当道岔由转辙机带动转换至某个特定位置后,通过外锁闭装置,直接把尖轨与基本轨密贴夹紧并固定,即道岔的锁闭主要不是依靠转辙机内部的锁闭装置,而是依靠转辙机外部的锁闭装置实现的。外锁闭装置受力合理,基本上避免了轮对对尖轨产生的侧向冲击,克服了内锁闭道岔的缺陷。 外锁闭装置先后出现了燕尾式和钩式两种。 燕尾式外锁式装置在结构受力和安装调整方面不适合我国铁路道岔的实际情况,对道岔尖轨病害的适应能力差,卡阻现象时有发生,故障率较高,产品工艺性差,质量不易控制,于是又研制成钩式外锁闭装置。 钩式外锁闭装置的锁闭方式为垂直锁闭。锁闭力通过锁闭铁、锁闭框直接传给基本轨。锁闭铁和锁闭框基本不承受弯矩,锁闭更加可靠。同时各配件全部是锻造调质处理,具有良好的综合机械性能,避免了原尖轨部分燕尾式外锁闭装置的锁闭铁因承受弯矩和铸造缺陷而出现的断裂现象。钩式外锁闭装置受力结构合理,能有效适应道岔尖轨的不良状态,锁闭可靠,安装调整方便。 钩式外锁闭装置也分分动尖轨用和可动心轨用两种,城市轨道交通中只用到分动尖轨用钩式外锁闭装置。分动尖轨用钩式外锁闭装置由锁闭杆、锁钩、锁闭框、尖轨连接铁、锁轴、锁闭铁组成。 锁闭杆的作用是通过安装装置与转辙机动作杆相连,利用其凸台和锁钩缺口带动尖轨。第一牵引点锁闭杆与第二牵引点锁闭杆凸台尺寸不同,不能通用。锁 钩头部与销轴连接,下部缺口与锁闭杆凸台作用,通过连接铁带动尖轨运动,尾部内斜面与锁闭铁作用锁闭密贴尖轨和基本轨。第一点牵引点锁钩与第二牵引点锁钩也不能通用。 锁闭框固定锁闭铁,支承锁闭杆。锁闭铁与锁钩作用锁闭尖轨和基本轨,导向槽在锁闭杆两侧槽内起导向作用。锁闭框用螺栓与基本轨连接,锁闭铁插入锁闭框方孔内,并用固定螺栓紧固。尖轨连接铁用螺栓与尖轨连接,由锁轴将其与锁钩连接。锁钩底部缺口对准锁闭杆的凸块,并与锁闭杆共同穿入锁闭框。 3.S700K型电动转辙机的安装装置 S700K型电动转辙机尖轨的安装装置包括托板、弯头动作杆、尖端铁、长表示杆、短表示杆等。 四、ZYJ7型电液转辙机 电动液压转辙机(以下简称电液转辙机)是采用电动机驱动、液压传动方式来转换道岔的一种转辙装置。液压式转辙机取消了齿轮传动和减速器,简化了机械结构,将机械磨损减至最低程度,减少了维修工作量,且适用于提速道岔。但液压传动对液压介质要求较高,对元件要求也高,传动效率较低。 目前,在提速道岔上大量采用ZYJ7型电液转辙机,故本节重点介绍ZYJ7型。 1.ZYJ7型电液转辙机结构 ZYJ7型电液转辙机由主机和SH6型转换锁闭器两部分组成,分别用于第一牵引点和第二牵引点。 ZYJ7型电液转辙机主机主要由电动机、油泵、油缸、启动油缸、接点系统、锁闭杆、动作杆等部分组成。SH6型转换锁闭器(亦称副机)主要由油缸、挤脱接点、表示杆、动作杆组成。 2.ZYJ7型电液转辙机各部件功能 (1)电动机 采用交流三相异步电动机,型号为Y90S-6-B35。额定电压380 V,额定电流2.2 A,转速960 r/min。电动机将电能变为机械能,为整机提供动力。该电动机增加了惯性轮,保证转辙机转换到位后开闭器接点不致颤动。 (2)油泵 采用双向斜盘轴向柱塞式油泵,额定压力9MPa,排油量2.1 ml/r。双向柱塞泵的特点是构造简单,寿命长,T作可靠。其结构如图2-17所示。泵内装有9个不同的柱塞,柱上有弹簧和钢球,并装有厚薄不同的钢质片,下边有沟槽。在受力挤压后便吸起和挤出液压油。当电动机带动油泵往一个方向旋转时,泵的柱塞就可从一端吸出液压油注入另一端,经反复高速吸出和注入,即可泵出液压油;电动机反转时,可带动油泵从另一端吸出和注入液压油,泵出反方向液压油,所以称为柱塞式油泵。ZYJ7型的油泵结构是改进型的,取消了柱塞弹簧(只保留一根弹簧),提高了容积效率和机械效率。 (3)油缸 油缸由活塞杆、缸座、缸筒、缸套、接头体、连接螺栓和密封圈组成。如图2-18所示。活塞杆两端的螺孔与连接螺柱的一端紧固,连接螺栓另一端与杆架相连,杆架又连在机体外壳上。这样就使得活塞杆固定,用缸筒运动来推动尖轨或心轨转换。油缸用来将注入缸内的液压力转换或机械力,以推动尖轨或可动心轨转换。油缸动程为转辙机动程加50 mm。 (4)启动油缸 启动油缸的作用是在电动机刚启动时先给一个小的负载,待转速提高、力矩增大时再带动负载,来克服交流电动机启动性能的不足。 启动油缸由缸体、缸筒、柱塞、垫块、螺堵及O形圈组成,如图2-19所示。启动油缸用两个接头阀将油路板与缸体上的两个孔连接起来,使得其在油路中与油缸并联。柱塞和缸筒位于启动油缸体内。 当电动机刚启动时,若油泵右侧为高压油,则启动油缸右孔为高压,因启动油缸与油缸并联,则高压油先推动启动油缸的柱塞向左移动,由于柱塞力很小,相当于电动机只带一个很小的负载启动。电动机启动后力矩增大,启动油缸也已被充满,液压油再充入油缸,推动油缸动作以带动道岔转换。 当道岔需向反方向转换时,电动机反转,油缸左孔为高压,这时启动油缸的柱塞向右移动,即可解决反方向操纵道岔时电动机启动力矩小的问题。 (5)单向阀 单向阀就像二极管单向导电那样,正向的液压油流畅通,反向的液压油流则 被关闭而不能通过。单向阀由阀体、空心螺栓、钢球、O形圈、挡圈等组成,如图2-20所示。阀体内有两个钢球,装在与空心螺栓同心的圆槽内,螺栓与油路板问经加垫的密封圈坚固连接。为防止失灵,做成双层阀门。挡圈用来防止钢球封死上部出油口。 (6)溢流阀 溢流阀主要由阀体和阀芯等组成。阀芯装在阀体顶端并用弹簧、弹垫、密封螺母紧固。溢流阀的作用是,通过调整弹簧弹力,保证油路中液压油的压力不超过一定的限值,以防止道岔转换受阻时,电动机电源没被断开时油路中油液压力不断升高而损坏各部液压件;当道岔转换到位而电动机仍没停转时,使高压油释放压力,经回油管回油箱。它相当于电动转辙机摩擦联结器的作用。 (7)调节阀 调节阀(调节螺柱)用来改善副机油缸与主机油缸在转换道岔时的同步性。 (8)节流阀 设在主机油缸活塞杆的两端,用来调节进入主机油缸液压油的流速。 (9)滤清器 滤清器也称滤芯,用合金粉末压铸而成。用来防止杂物进入溢流阀及油缸,造成油路卡阻,以保证油路系统的可靠性。 (10)推板 推板是嵌在油缸套上的矩形钢板,其大部分嵌在缸套内,斜面凸起露在缸套外面,突起的斜面动作时推动锁块,从而使动作杆运动。 (11)动作杆 方型动作杆上装设两个活动锁块,与油缸侧面的推板配合工作。动作杆外侧有圆孔,用销子和外锁闭杆连接。转换道岔时,油缸带动推板,推板推动锁块,锁块通过轴销与动作杆相连。道岔转换至锁闭位置时,推板将动作杆上的锁块挤于锁闭铁斜面上。 (12)锁闭杆 主机的伸出与拉入位置各设一根锁闭杆,外端通过长、短外表示杆与尖轨相连。内方开有方槽,与接点组系统的锁闭柱方棒相配合。当尖轨转换到位锁闭后,锁闭柱落入锁闭杆上的方槽内,使接点接通相应的表示电路。由于锁闭杆上方槽 为矩形,锁闭柱下端也为矩形,所以具有锁闭作用,故称为锁闭杆。两锁闭杆分别连接在两尖轨上,一根作锁闭杆,另一根即作为斥离尖轨的表示杆。 (13)表示杆 副机的伸出与拉入位置各设一根表示杆,外端通过长、短表示杆与尖轨连接。内方开有斜槽,与接点组系统的检查柱下端斜角相配合,检查道岔位置。当尖轨转换到位锁闭时,检查柱下端落人表示杆缺口,使接点接通相应位置的表示电路。副机表示杆不起锁闭作用。挤岔时,检查柱上提断开表示电路。 (14)接点组 电液转辙机可采用普通自动开闭器,也可采用沙尔特堡S800aW40型速动开关。 五、ZDJ9交流电动转辙机 ZD(J)9型电动转辙机是为我国铁路提速的需要研制的。借鉴了国内外成熟的先进技术,结合我国铁路线路和道岔的实际情况进行了优化设计,并根据道岔的不同转换动程和转换力以及交流、直流不同供电方式开发的系列产品。具有转换力大、效率高等特点。既适用于多点牵引分动外锁闭道岔的转换,也可用于尖轨联动的内锁闭道岔的转换。最近,对ZDJ9型转辙机进行改进,使之成为适用于客运专线使用的转辙机。 1.ZD(J)9系列电动转辙机的特点 ZD(J)9型电动转辙机具有以下特点:其一,采用滚珠丝杠减速,效率较高。其二,交流系列采用三相380 V交流电动机,故障少,电缆单芯控制距离长。根据需要可配置直流系列转辙机。其二,接点系统采用铍青铜静接点组和铜钨合金动接点环。其四,伸出杆件用镀铬防锈,伸出处用聚乙烯堵孔圈和油毛毡防尘圈支承和防尘。其五,转动和滑动面用SF-2复合材料衬套和衬垫,维护工作量小。其六,停电或维修时需手动转换的情况下,可转动手动开关轴,断开安全接点插人手摇把,予以手动转换转辙机。 2.ZD(J)9系列电动转辙机的结构 ZD(J)9型转辙机由底壳、盖、电动机、减速器、摩擦联结器、滚珠丝杠、动作杆、左右锁闭杆、接点组、安全开关组、挤脱器、接线端子等组成。 (1)电动机 ①交流电动机。为ZDJ802-4型专用交流电动机,额定输出功率0.4 kW,当电源电压为三相380 V、单相电阻为54Ω时,额定转矩为2 N2m,转速大于或等于l 330 r/min。 ②直流电动机。额定电压160 V,额定转矩2 N2m,转速大于或等于980 r /min。 (2)减速器 为两级减速,在改变转换力或转换时问时,可以变动减速比。ZD(J)9-A型第一级速比为38/26,第二级速比为46/18,总速比为3.74。ZD(J)9-B型第一级速比为44/20,第二级速比亦为46/18,总速比5.63。这时由于双机牵引的道岔要求第二牵引点先动,使得宏观上达到同步。 (3)滚珠丝杠 选用国产磨削丝杠,直径夺32 mm,导程10 mm。由于导程大,滚珠也大,故可靠性高。 (4)摩擦联结器 采用于摩擦,主动片是4片外摩擦片,用钢带加工,被动片为3片内摩擦片,用12个弹簧加压。 (5)自动开闭器 自动开闭器接点组与ZD6型相同,只是将动接点支架改进成为有两处压嵌连接的结构,因此左右调整板设在同侧,缩小了接点组尺寸,减少了零件品种。 (6)安全接点 采用沙尔特堡开关。 (7)接线端子 采用德国产笼式弹簧的2线接线端子,由于接线部分没有螺纹连接,使用中无需检查或重新拧紧,能抗振动和冲击,是一种免维护的接线端子。 3.ZD(J)9系列电动转辙机的动作原理 ZD(J)9系列电动转辙机的电动机上装有减速器,电动机的驱动力矩经减速器减速后传到摩擦联结器。由摩擦联结器的内摩擦片通过花键传动滚珠丝杠,将转动转换为螺母的平动。螺母外套有推板套,其上固定有动作板。推板套推动动作 杆上的锁块,在锁闭铁作用下,形成了转辙机的解锁、转换、锁闭过程。ZD(J)9-A 型的锁闭铁直接固定在底壳上。ZD(J)9-B型的锁闭铁被挤脱器固定在底壳上,挤脱力28 kN-I-2 kN。 ZD(J)9-A型的左右锁闭杆分别与第一牵引点两根分动的尖轨相连,在动作杆上的锁块被推板套锁闭在锁闭铁上,与密贴尖轨相连的锁闭杆被锁闭柱锁在密贴位置,这样就形成了双杠锁闭。一根锁闭杆上锁闭用的直缺口和挤岔表示用的斜缺口的距离与尖轨动程有关,只能适用于160 mm +6 mm。超过此动程范围需另配锁闭杆。锁闭杆断面为20 mm3 50 mm,其弯曲程度为ZD6型表示杆的3.7倍,保证了第二锁闭的可靠性。 ZD(J)9-B型的左右表示杆与第二牵引点的两根分动的尖轨相连,表示杆内检查块的结构、密贴检查和挤岔断表示原理均与ZD6型相同。其仅在动作杆上有锁闭,故为单杆锁闭。挤岔时,通过斥离尖轨的动作,使表示杆的斜面推动检查柱断开表示接点,给出挤岔表示。同时斥离尖轨推动外锁闭杆,进而推动动作杆,当动作杆上的挤岔力超过挤脱力时,锁闭铁就脱开挤脱柱,动作杆解锁。此时,锁闭铁移动8 mm,锁闭铁上凹槽推动水平顶杆,再推动竖顶杆、动接点支架,从而断开表示。非经人工恢复锁闭铁,不能再接通表示。 为防止惯性反弹,在推板套与动作杆问加有阻尼机构。当推板套推动锁块进入锁闭位,动作杆停止不动,推板套继续前进,到动作板使电动机电源断开时,推板套因惯性继续前进,推板套与动作杆问有相对移动,推板套内的弹簧在动作杆槽的斜面上压缩,弹力使摩擦块在动作杆侧面上摩擦而吸收惯性,即防止了惯性反弹。 第四节轨道电路 轨道电路是利用钢轨线路和钢轨绝缘构成的电路。它用来监督线路的占用情况,自动地和连续地将列车的运行和信号设备联系起来,即通过轨道电路向列车传递行车信息,在线路上安设的电路式的装置。轨道电路是信号的重要基础设备,它的性能直接影响行车安全和运输效率。对于城市轨道交通,轨道电路不仅用来检测列车是否占用,更重要的是要传输ATP信息。 一、轨道电路概述 1.轨道电路的基本原理 轨道电路是以铁路线路的两根钢轨作为导体,两端加以机械绝缘(或电气绝缘),用引接线连接电源和接收设备所构成的电气回路。最简单的轨道电路如图2-12所示。 图2-12 最简单的轨道电路 轨道电路的送电设备设在送电端,由轨道电源E和限流电阻RX组成,限流电阻的作用是保护电源不致因过负荷而损坏,同时保证列车占用轨道电路时,轨道继电器可靠落下。接收设备设在受电端,一般采用继电器,称为轨道继电器,由它来接收轨道电路的信号电流。 当轨道电路区段空闲,轨道电源E输出的电流经过一根钢轨线路,送至轨道继电器GJ。再经另一根钢轨线路、限流器回到轨道电源、使轨道继电器得到电流而衔铁励磁吸起。当轨道电路区段有机车车辆占用时,电流同时通过轮对和轨道继电器线圈,但由于轮对电阻比轨道继电器线圈电阻小得多,使轨道电路形成短路状态,因而流经轨道继电器GJ线圈的电流减小到它的落下值,使衔铁失磁落下。轨道电路能否正常工作,直接关系到列车安全和行车效率。 当轨道电路内钢轨完整,且没有列车占用时,轨道继电器吸起,表示轨道电路空闲。轨道电路被列车占用时,它被列车轮对分路,轮对电阻远小于轨道继电器线圈电阻,流经轨道继电器的电流大大减小,轨道继电器落下,表示轨道电路被占用。 2.轨道电路的作用 轨道电路的第一个作用是监督列车的占用。利用轨道电路监督列车在区间或列车和调车车列在站内的占用,是最常用的方法。由轨道电路反映该段线路是否 空闲,为开放信号、建立进路或构成闭塞提供依据,还利用轨道电路的被占用关闭信号,把信号显示与轨道电路是否被占用结合起来。 轨道电路的第二个作用是传递行车信息。例如数字编码式音频轨道电路中传送的行车信息,为ATC系统直接提供控制列车运行所需要的前行列车位置、运行前方信号机状态和线路条件等有关信息,以决定列车运行的目标速度,控制列车在当前运行速度下是否减速或停车。对于ATC系统来说,带有编码信息的轨道电路是其车地之间传输信息的通道之一。 3.轨道电路的分类 轨道电路有较多种类,也有多种分类方法。 (1)轨道电路按供电方式分类 依据此标准,轨道电路可分为直流轨道电路和交流轨道电路。 直流轨道电路又分为直流连续式轨道电路和直流脉冲式轨道电路(包括极性脉冲轨道电路、极频脉冲轨道电路和不对称脉冲轨道电路);交流轨道电路又分为交流连续式轨道电路(包括工频50HZ整流轨道电路、25HZ相敏轨道电路、工频二元二位感式轨道电路、75HZ轨道电路、音频轨道电路也叫移频或无绝缘轨道电路)和交流电码式轨道电路(包括50HZ交流计数电码轨道电路、75HZ交流计数轨道电路、25HZ电码调制轨道电路)。 用于城市轨道交通的交流工频轨道电路有50 Hz相敏轨道电路(包括继电式和微电子式)、PF轨道电路。它们只有监督列车占用的功能,不能传输其他信息。 城市轨道交通一般采用直流牵引,所以轨道电路可以采用50 Hz电源,这与铁路不同(铁路采用交流工频牵引,轨道电路只能采用50 Hz以外的电源,一般为25 Hz)。 (2)按所传送的电流特性分类 依据此标准,轨道电路可分为工频连续式轨道电路和音频轨道电路,音频轨道电路又分为模拟式和数字编码式。 工频连续式轨道电路中传送连续的交流电流。这种轨道电路的唯一功能是监督轨道的占用与否,不能传送更多信息。 模拟式音频轨道电路采用调幅或调频方式,用低频调制载频,除监督轨道的占用外,可以传输较多信息,主要传输列车运行前方三个或四个闭塞分区的占用 与否的信息。 数字编码式音频轨道电路采用数字调频方式,但它采用的不是单一低频调制频率,而是一个若干比特的一群调制频率,根据编码去调制载频,编码包含速度码、线路坡度码、闭塞分区长度码、纠错码等,可以传输更多的信息。 (3)按使用处所分类 依据此标准,轨道电路可分为区间轨道电路和车辆段内轨道电路。 区间轨道电路主要用于正线,不仅要监督各闭塞分区是否空闲,而且要传输有关行车信息。一般来说,区间要求轨道电路传输距离较长,要满足闭塞分区长度的要求,轨道电路的构成也比较复杂。 车辆段内轨道电路,用于段内各区段,一般只有监督本区段是否空闲的功能,不能发送其他信息。 (4)按牵引电流的通过路径分 依据此标准,轨道电路可分为单轨条轨道电路和双轨条轨道电路。 大的电位差,成为信号单轨条轨道电路,是以一根钢轨作为牵引电流回线,在绝缘处用抗流线引向相邻轨道电路的钢轨上的一种轨道电路(如图2-13所示),因其牵引电流流过钢轨时在钢轨间产生较电路外界的主要干扰源,牵引电流越大,钢轨阻抗越大,对信号电路造成的干扰也越大,并且由于单轨条轨道电路轨抗较大传输距离相对缩短,但单轨条轨道电路构造简单,建设成本低,相对功耗小。 图2-13 单轨条轨道电路 双轨条轨道电路是针对单轨条轨道电路不利于信号设备稳定的缺点而设计 的又一种轨道电路。双轨条轨道电路牵引电流是沿着两根钢轨流通的,在钢轨绝缘处为导通牵引电流而设置了扼流变压器,信号设备通过扼流变压器接向轨道(图2-14)。 图2-14 双轨条轨道电路 双轨条轨道电路是由两根钢轨并联传递牵引电流的,两钢轨间产生的不平衡电流比单轨条要小得多,因此对于牵引电流的阻抗较低,利于信号的传输,设备运行也相对稳定,缺点是造价较高,维修较复杂。 (5)按轨道电路内有无道岔分类 无岔区段轨道电路内钢轨线路无分支,构成较简单,一般用于检车线、停车线等以及尽头调车信号机前方接近区段、两差置调车信号机之间的区段。 按有无分支分,分为一送一受和一送多受轨道电路(如图2-15),道岔区段均为一送多受区段。 车辆段内轨道电路分为无岔区段轨道电路和道岔区段轨道电路。 图2-15 一送多受轨道电路 (6)按分割方式分类 依据此标准,轨道电路可分为有绝缘轨道电路和无绝缘轨道电路。 有绝缘轨道电路用钢轨绝缘将本轨道电路与相邻的轨道电路互相电气隔离。一般称轨道电路常指有绝缘轨道电路。 钢轨绝缘在车辆运行的冲击力、剪切力作用下很容易破损,使轨道电路的故障率较高。绝缘节的安装,给无缝线路带来一定的麻烦,有时需锯轨,因而降低了线路的轨道强度,增加了线路维护的复杂性。电气化铁路的牵引回流不希望有绝缘节,为使牵引回流能绕过绝缘节,必须安装扼流变压器或回流线。因此无缝线路和电气化铁路希望采用无绝缘轨道电路。 无绝缘轨道电路在其分界处不设钢轨绝缘,而采用电气隔离的方法予以隔离。电气隔离式又称谐振式,利用谐振槽路,采用不同的信号频率,谐振回路对不同频率呈现不同阻抗,来实现相邻轨道电路间的电气隔离。 城市轨道交通正线上采用无绝缘轨道电路,取消了机械绝缘节和钢轨接头,大大减少了车辆轮对与钢轨接缝之间的碰撞,降低了轮对和钢轨的磨损,避免了列车过接缝时乘客的不舒适感。 4.轨道电路的基本要求 轨道电路的基本要求包括: (1)必须满足信号安全设备的“故障-安全”原则,出现故障后,分路时应有可靠的分路检查。 (2)在最不利条件下,受电端的接收设备在调整状态时应可靠工作,分路状态时应可靠不工作。如送电端的发送设备兼作机车信号发码电源时,其入口电流应满足机车信号接收灵敏度的要求。 (3)在最不利条件下,用0.06Ω(驼峰轨道电路取0.5 Ω)电阻在轨道电路内的任何一处轨面可靠分路时,均应使受电端的接收设备可靠地停止工作。 (4)各种制式的轨道电路,在规定的技术性能范围内均应实现一次调整。 (5)为保证轨道电路能安全、可靠、正常地使用,任何制式的轨道电路均应进行完整的理论分析和计算。 (6)分路时,轨端绝缘破损、电路内任一元件故障,轨道电路不应失去分路检查或造成防护该轨道电路区段的信号机及机车信号机显示升级。 (7)适用于电力牵引区段的轨道电路,应能防护连续或断续的不平衡牵引电流的干扰。当不平衡电流在规定值以下时,应保证调整状态时稳定工作,分路状态时可靠不工作。 (8)电力牵引区段的轨端接续线应采用焊接式钢轨接续线。 (9)各型站内轨道电路,其间传递的信息均应和与其相配实现电码化的机车信号信息不同,其送、受电端均应能适应电码化的要求。 二、50Hz微电子相敏轨道电路 地铁工程车辆段内的列车无机车信号显示,因此其轨道电路的功能仅为列车占用检查。由于其电力机车一般为直流牵引,且牵引回流为单条钢轨,50 Hz交流连续式轨道电路需加设滤波器防护,滤波器故障不能保证安全,故轨道电路须采用单轨条回流方式的50 Hz相敏轨道电路。 1.50 Hz微电子相敏轨道电路技术参数 50 Hz微电子相敏轨道电路技术参数主要有: (1)能适应的最大直流牵引电流为4 000 A; (2)分路电阻为0.15Ω,分路残压不大于10 V; (3)送、受电端防护电阻的阻值不小于1.6Ω; (4)极限长度300 m; (5)在钢轨阻抗为0.8∠60°Ω/km,道碴电阻为1.5Ω2km~∞,50 Hz 电源电压范围220 V±6.6 V时,在轨道电路极限长度内,轨道电路能满足调整和分路检查的要求,并实现一次调整; (6)微电子相敏轨道电路接收器交流工作电压为13.5~18 V,工作值12.5 V±0.5 V,理想相位角0。,失调角不大于30。,返还系数大于85%; (7)电源采用DC24V±3.6 V,其中交流分量不大于1 V。 (8)送电端电缆允许压降不大于60 V。 (9)当环境温度为-25℃~60℃时,设备可靠工作。 2.WXJ50型微电子相敏轨道电路接收器技术条件 WXJ50型微电子相敏轨道电路接收器的技术条件包括: (1)WXJ50型微电子相敏轨道电路接收器安装在安全型继电器罩内,采用继电器插座。 (2)WXJ50型微电子相敏轨道电路接收器工作电源为直流24 V±3.6 V,交流分量不大于1V,可由电源屏供给,也可另加独立整流电源供给。每套接收器耗电小于100mA(包括驱动JWXC-1700型轨道继电器的电流)。 (3)WXJ50型微电子相敏轨道电路接收器局部电源为110V/50Hz,由电源屏或另加独立电源供给。每套接收器局部输入阻抗为30kΩ,输入电流约为 3.7mA。 (4)WXJ50型微电子相敏轨道电路接收器的最后执行继电器JWXC-1700安全型继电器。 (5)轨道接收阻抗:Z=500±20Ω,θ=160°±8°。 (6)轨道接收信号与局部电源为理想相位0°时,工作值为12.5±1V,返还系数大于85%。 (7)具有可靠的绝缘破损防护性能。 (8)轨道输入采用调相防雷变压器,具有较强的雷电防护能力。 (9)调相防雷变压器(TFQ)也安装在安全型继电器罩内,每个继电器罩安装2套设备,供两段轨道电路使用。 3.50 Hz微电子相敏轨道电路原理 50 Hz继电式相敏轨道电路,接收设备为交流二元继电器,存在较多问题: (1)返还系数较低,约50%,不利于提高轨道电路的传输性能。 (2)由于其机械结构的原因,易发生接点卡阻,列车进入该轨道电路区段,轨道继电器不能可靠落下,曾造成多起重大行车事故。 (3)抗干扰能力差。当列车升弓、降弓、加速或减速时,在轨道电路中产生较大的脉冲干扰,可能造成继电器错误动作,直接危及行车安全。 50 Hz微电子相敏轨道电路接收器保留了原继电式相敏轨道电路的优点,克服其缺点,成为具有高可靠、高抗干扰能力的一种新型相敏轨道电路。 50 Hz微电子相敏轨道电路如图2-16所示,局部电源和轨道电源分别由电源屏提供,并且局部电源超前轨道电源90度。送电端轨道电源GJZ220、GJF220 经节能器、轨道变压器降压后送至钢轨。受电端经中继变压器升压后送至调相防雷器(TFQ),再送至两台WXJ50型微电子相敏接收器。两台接收器双机并用,只要有一台接收器有输出,轨道继电器GJ即吸起,以提高轨道电路的可靠性。当50 Hz微电子相敏轨道电路接收器接收到50 Hz轨道信号,且局部电压超前轨道电压一定范围的角度时,微电子接收器使轨道继电器吸起。在θ=90度时,处于最佳接收状态。当收到的信号不能完全满足以上条件时,轨道继电器落下。 图2-16 50 Hz微电子相敏轨道电路其中,轨道电源、局部电源、调相防雷器、微电子相敏接收器、轨道继电器设在室内。节能器、轨道变压器、送电端防护电阻及熔断器设在室外送电端变压器箱内。中继变压器、受电端防护电阻及熔断器设在室外受电端变压器箱内,室内、外设备用电缆相连。 三、音频无绝缘轨道电路 音频轨道电路具有检测列车占用和传递ATP/ATO信息两个功能。音频轨道电路皆为无绝缘轨道电路,用电气隔离的方式形成电气绝缘节,取代机械绝缘节,进行两相邻轨道电路的隔离和划分。 1.音频无绝缘轨道电路的基本工作原理 音频无绝缘数字轨道电路的每一个分段都有发送和接收器两个部分,二者经过各自的调谐单元与轨道相连接,调谐单元跨接在每个轨道电路两端的钢轨上。相邻轨道区段选用介于20-2000 范围内不同的。调谐单元与短路棒和轨道电路终端短钢轨的等效电感对本区段使用的信号载频构成并联谐振,谐振的效果使得相邻轨道区段形成电气绝缘,短路棒对本区段的信号呈低感抗,这样就阻止了本轨道电路区段的信号进入相邻的轨道区段。这种不使用机械绝缘节而起到绝缘作用的方法被称为“电气绝缘节”,即无绝缘轨道电路。调谐单元作为发送和接受的接口,不但可使相邻轨道隔离,还可以起到阻抗匹配的作用。 音频无绝缘数字轨道电路由室外和室内两部分组成,中间通过电缆联系。室外部分有两个主要部件,即钢轨内的分隔点和轨旁的调谐盒;其中轨旁调谐盒内含有调谐单元和方向转换电路。分隔节点及部分钢轨同调谐盒内的元件构成调谐回路。室内部分通过各自的收发单元与计算机联锁接口。 2.音频无绝缘轨道电路的分类 (1)按信息处理技术分为模拟轨道电路和数字编码轨道电路 模拟轨道电路用代表不同速度信息的低频对载频进行调制,该调制信号是模拟量,以实现对列车速度的控制。它只能传输速度信息,不能传输更多的ATP 信息,因此只能实现阶梯式控制模式的固定闭塞。上海地铁l号线采用的原美国GRS公司的轨道电路和北京地铁采用的英国西屋公司的FS-2500型轨道电路,就属于这一类。 数字编码轨道电路则用报文形式,通过数字编码对载频进行数字调频,该调制信号是数字量,以实现列车控制用各种信息(包括目标速度、目标距离、线路坡度、区间限制、轨道电路长度等信息)的传输。通过这种轨道电路可实现曲线式控制模式的准移动闭塞。上海地铁2号线采用的美国US&S公司的AF-904型轨道电路,广州、南京、深圳地铁采用的德国西门子公司的FTGS型轨道电路,上 海城市轨道交通3号线采用法国ALSTOM的DTC921型轨道电路,都属于这一类。 (2)按调制方式分为调幅轨道电路和调频轨道电路 调幅轨道电路采用调幅的方式将低频信号调制在载频上予以传送。上海地铁l号线用的GRS的音频无绝缘轨道电路即采用调幅方式,它用2 Hz、3 Hz去调制2625 Hz、2925 Hz、3375 Hz、4275 Hz作为检测列车占用。 调频轨道电路采用调频和数字调频的方式将低频信号或报文载在载频上,多数音频轨道电路均采用此种方式。例如,FTGS917型轨道电路采用9.5 Hz、10.5 Hz、11.5 Hz、1 2.5 Hz、13.5 Hz、14.5 Hz、15.5 Hz、16.5 kHz作为载频,偏频为±64 Hz,+64 Hz为“1”,-64 Hz为“O”,进行数字调频。 3.短路联接音频轨道电路 早期的音频无绝缘轨道电路采用短路连接式,图2-17表示短路联接音频轨道电路的原理图。在发送端,电容器及两段钢轨组成并联谐振电路。在接收端,也由电容器C及两段钢轨(4.2m32)组成并联谐振电路,从而使该轨道区段2中只有其固定频率的信号被接收。该轨道区段两侧的短路铜线的作用之一是确保相邻轨道区段的音频信号互不干扰(另一项确保相邻轨道区段互不干扰的措施是使之具有不同的信号频率);作用之二是保证两条钢轨共同平衡地作为牵引电流的回气此联接铜线的截面积约为600 m2。 图2-17 短路联接音频轨道电路 在短路联接音频软道电路中存在有一段“盲区”,当有车轴停留在盲区内时,区段2及区3的接收电压均高于额定定电压,因此,同时向控制中心发出错误的“空闲”’通报,而这将导致极大的行车危险。从理论上讲升高音频信号的频率将可缩短盲区的长度,但是,随着信号频率的升高,必须相应提高信号发生器的功率, 以补偿钢轨上的损耗。在信号频率为10KHz左右时,盲区的长度为3 m左右,具有一定的危险性。 4.S型连接式音频轨道电路 70年代中期,国外一些公司研制成功了能克服上述弊端的S型联接音频执道电路,其原理图如图析示。与短路联接不同, 就是把短路钢条连成“S”形方式,发送器的一个输出端和接收器的一个输入端接在S形导线的中间。电容器 C1与钢轨L1及“S”形电缆的一半组成谐振于轨道区段l音频频率的并联谐振电路;电容器C2与钢轨L2及“S”形电缆的另一半组成谐振于轨道区段2音频频率f2的并联谐振电路。两个并联谐振回路分别对f1.f2信号呈现高阻抗,以使信号能够发送、接收。C3与L3组成谐振于轨道区段3音频频率f3的并联谐振电路。 “S”形电缆将信号f1与f2阻隔,使它们不能向相邻区段传输。这样,就实现了f1区段(轨道区段1)与f2区段(轨道区段2)的相互隔离。 S型连接电气绝缘节的特点是:谐振回路的品质因数Q值不高,因而频带较宽;相邻轨道电路区段在电气绝缘节区域存在重叠区,因此在整个轨道电路传输区域不存在“死区”。 5.几种音频无绝缘轨道电路简介 (1)DTC921型轨道电路 上海轨道交通3号线采用法国ALSTOM的DTC921数字无绝缘轨道电路,以频率划分各段轨道电路,其工作频率为:9.5 kHz,11.1 kHz,12.7 kHz,14.3 kHz。 15.9 kHz.17.5 kHz,19.1 kHz,20.7 kHz。调制方式MSK(最小移频键控),频偏±100Hz,调制速率400 bit/s,具有调制效率高、传输信息量大等特点。轨道电路分路灵敏度0.5 ,轨道电路长度20-400 m。ATP信息采用与轨道电路同样的频率,调制方式MSK,调制速率500 bit/s。 DTC921型轨道电路由室内处理单元、室外调谐单元、S棒、连接电缆以及钢轨构成。如图2-18所示。 图2-18 DTC921型轨道电路框图 处理单元设于车站信号机械室内,用于发送、接收及处理信号;两个调谐单元谐振于本段轨道电路工作频率;s棒和调谐单元共同把发送信号耦合到钢轨上。处理单元具有与ATC.VPI(计算机联锁)设备的接口,ATC设备提供轨道电路发送给列车的SA-CEM报文信息(机车信号),另外还提供维护用的接口。 (2)AF-904型轨道电路 AF-904型数字(音频)轨道电路是美国US&S公司ATC系统的基础设备之一。 AF-904是联锁逻辑处理单元和车载设备之间的通信接口,实现了正线区段轨道占用检测以及地对车的ATP数字信号传输双重功能,智能化程度高。AP-904型轨道电路在上海地铁2号线和天津滨海线运用。AF-904的分路灵敏度,在轨道电路的发射端、接收端和中间点为0.25Ω。 AF-904系统的主要设备包括控制机箱、轨道耦合单元和轨道连接器(s棒),按地点可分为轨旁设备和信号室内设备两部分。 ①轨旁设备。轨旁设备由轨道耦合单元、500MCM连接器(S形电缆)和环线3部分组成,在轨道之间或沿轨旁安装。采用的是互耦方式。 轨道耦合单元将轨道信号连接到控制机箱的接收和发送电路,并调谐到轨道电路的载频频率。它安装在轨旁,包括两个独立的耦合电路。每个耦合电路都由变压器和可调电容器组成槽路。它们也作为轨道电路的端点,并且实现与s棒的阻抗匹配。 500MCM连接器是截面178 mm2的电缆制成S形,称为“S棒”。放在两根钢轨中间,两端点被焊接到钢轨上。一匝电线构成的环线与500MCM连接器空气耦 合,并通过耦合单元、对绞电缆,与轨道电路室内控制柜(TM)的辅助板相连。发送的轨道信号电流在S形电缆中形成环流,并感应进入钢轨。接收的信号也从钢轨感应进入电缆。 ②信号室内设备。控制机箱以微处理器为基础,测量轨道信号的幅度以检测列车的存在,发送和接收ATP信息的移频信号,以及进行内部或本地系统的连续诊断等。控制机箱装在TM柜内,每个TM柜最多可安装3个机笼,每个机笼可配置4段非冗余轨道电路。由于每段轨道电路的应用程序存在一个独立的位于机笼母板上的EPROM中,在定期更换控制板时无需重新设置。这样,任何一段轨道电路的单盘都相同,使得轨道电路的故障诊断和维护更便捷。每段轨道电路由两套设备构成“热备用”,备用设备处于“热备用”状态,不需经过启动程序即可转至在线状态。 ③AF-904系统的工作原理。AF-904系统不间断地向轨道发送数字编码信息,并监视其接收器感应到的信号,作为对列车占用的检测。 AF-904系统与联锁系统之间通过RS485接口进行通信。AF-904系统接收来自联锁系统的串行信息(目标速度、目标距离等),再加上本轨道区段信息(轨道电路ID号、线路速度等),形成复合信息;然后将复合信息用NP,ZI 格式 pdf格式笔记格式下载页码格式下载公文格式下载简报格式下载 编码形成报文帧,结合机笼后面的方向继电器以FSK调制方式把报文送至相应的耦合电路,经单匝环线与“s”棒耦合;然后由车载ATP接收、解码并校验信息的正确性,验证完毕执行ATP功能,完成数字车载信号的传输功能。 (3)AF-902缘轨道电路 AF-902数字编码无绝缘轨道电路(简称AF-902),采用FS K调制解调方式,双套冗余配置,可以满足故障切换的需要。它提供列车检测和向车载设备传送数字编码机车信号数据的功能,这些数据可用于完成列车自动防护(ATP)。 AF902由室内处理设备和轨旁设备构成(如图2-19)。室内处理设备包括主设备和备份设备,每个设备均包括主处理板、辅助处理板和电源板;轨旁设备由轨道耦合单元、导接线等构成。室内处理设备、联锁系统MICROLOKII单元均采用主备冗余结构,以满足故障切换的需要。 图 2-19 AF-902结构图 AF902从联锁系统获得数据并进行编码,然后将编码数据帧发送到钢轨上,车载ATP通过感应器接收并解码该数据帧,完成列车控制功能。该数据帧中包含:线路限速、目标速度、区段长度、坡度、运行方向、门控信号、下一区段载频、编组/解编组等信息。 AF-902轨道电路的载频为9.5,10.5,11.5,12.5,13.5,14.5,15.5,16.5kHz,频率偏移为±200Hz;调制方式采用BFSK(二进制频移键控);速率为200b/s。机车信号数据传送的信息帧为71bit。其中帧头8bit,数据37bit,填充0~10bit,CRC 校验16bit。 四、国产化试验型数字轨道电路 1.结构及工作原理 DTC内部结构如图2-20所示。通信板接收ICU发出的列控命令,将数据解包后,分送给各个轨道电路发送、接收设备。发送板根据通信板送来的列控命令形成DTC信息,调制后送功放,经传输设备、钢轨回送至接收板。接收板对信号解调并判断轨道电路区段是否有列车占用,将此信息报告给通信板。通信板把轨道电路状态报告给ICU。同时为了使ICU及时了解DTC设备的工作情况,各单元设备将自身的工作状态报告给通信板,然后由通信板将数据打包发送给ICU。列车进入轨道区段后,通过装设在前部的传感器接收控制命令。 图2-20 DTC内部结构图 数字轨道电路采用谐振式电气隔离方式,设备集中在机械室,信号由电缆传送到钢轨。轨道电路与区域控制中心的接口采用数字方式,信息编码及轨道区段列车占用/空闲检测均为无接点方式。 2.技术条件 信号载频共有8种:9.5~16.5 kHz,频率间隔为l kHz。 频偏:±100 Hz。 调制方式:MSK。 传输速率:400 bit/s。 信息量:最大允许48 bit。 系统工作时的牵引方式:直流1 500 V/750 V,交流50 Hz。 3.可靠性及安全性设计 (1)采用模块化设计,功能单一; (2)设备故障自检测,报警及时; (3)系统采用双系统结构,不停机更换故障设备; (4)采用成熟的元器件,以使元器件的缺陷影响降到最小。 (5)设备采用2取2的结构,比较输出; (6)采用闭环检查方式,减少故障输出; (7)通信方式采用定期应答方式。 第五节微机计轴设备及应答器 由于电气化铁路的牵引电流回流与轨道电路共用一个通道,强电流对弱电流的干扰是不可避免的。随着电力机车变流控制技术的发展,牵引电流的高次谐波对轨道电路的干扰影响越来越大。此外,轨道电路的工作状态还严重依赖于道床状态,在道床电阻很低的场合,无论何种轨道电路都无法正常工作。因此,在一些站内轨道电路分路不良及雨季“红光带”等特殊情况下使用计轴器作为检测轨道区段是否空闲的装置是非常有必要的。 计轴技术是以计算机为核心,辅以外部设备,利用统计车辆轴数来检测相应轨道区段占用或空闲状态的技术。发达国家的计轴技术起步比较早,并已开发出技术成熟的产品推广使用,如阿尔卡特公司、德国西门子公司等都在开发和使用计轴系统。 一、计轴系统的基本原理 电子计轴器包括室外及室内部分(信号楼或控制中心),室外部分包括地面传感器(计数点)、电缆盒、传输电缆;室内部分主要是信号处理电路及计数处理电路。一个计轴区段在人口和出口各设一套轨旁设备(传感器、电缆盒等),同时在控制中心各设有对应的计数器。设在控制中心的计轴运算器把入口和出口的轴数进行比较进而判断轨道区段的状态。 当有列车驶入区段时,人口计数器(初值为零)开始计轴,计轴运算器把入口计数器和出口计数器(初值为零)所计的轴数相减,这时的轴数随列车进入的数量而增加;当列车完完全进入区段后,轴数不变;当列车开始从出口驶出时,出口的计数器开始计数,这时计轴运算器的数值随列车驶出的数量而减少。列车完全出清本区段(即驶出的轴数与进入的轴数相等),这时轴数等于零。 电子计轴器已经历了近20年的发展,有适应于各种情况的多种类型。这里选择最有代表性的ZP43型地面传感器(计轴点)及微计算机计轴系统AzSM作为例子说明。 1.电子计轴点ZP43 西门子公司开发的电子计轴点ZP43在计轴系统中作为传感装置。ZP43对电 磁干扰不敏感,安装方便。由于其高机械稳定性及恒定的电气参数,所以几乎不需维护保养。 计轴点是计轴系统的车轮识别点。它位于轨道区段分界点处。装在这个位置上的传感元件、轨旁设备、电缆接线盒组成一个功能单元,称为计数点ZP。因车轮作用而在ZP中形成的脉冲或信号经由区间电缆传送至位于控制中心的计数单元。 实验室及现场试验表明,用新开发的ZP43能足以防护上述几种干扰影响。 计数点ZP43是一种车轮电磁识别装置,也即在计数点作用范围内,一对车轮就可改变其交流电磁场的分布,并引发出一个计数脉冲。 每个计轴点ZP43包括一个带有固定联结电缆的轨旁设备与一个电缆盒。轨旁设备包括发送器和接收器,它们用两个固定螺栓与一块屏蔽金属板一起固定在轨腰上。由于结构上及生产上的措施,例如:玻璃纤维加强外壳、浸在聚氨酯泡沫中的空心线圈,使得其元件有特别强的抗机械应变的能力。 为了能判别列车不同的运行方向,必须有两个紧密相依的车轮识别系统。ZP43的发送器和接收器外壳都有双套系统。两个系统问事先给定的距离构成了经由它们的时间差,由此时间差来判定列车运行方向。 2.计算机计轴系统AzSM 微计算机计轴系统是一种基于微计算机的轨道区段空闲或占用检测的安全设备。AzS M是“带有多段计数的西门子计轴系统”的英文缩写。在被检测轨道区段的始、终端置有车轮传感器(计数点)。每个车轮传感器经由通信电缆与中央计数设备相连。对车轮传感器的供电也经由此联系通道实现。在固定方向上作为中央处理和监控的计数单元,其任务是将来自计数点的轴脉冲信息归总成一个总体结果以及给出每一个轨道区段的空闲或占用表示。 AzS M包括:其一,在所监控轨道区段两端的计数点;其二,最多包括16个计数点的计轴单元。 计数单元是一种基于微计算机系统的可靠的数据处理设备。其核心是经过安全性证明的计算机系统SIMIS—3216,该系统有3个数据处理通道,在3个通道内的数据流同步。在结构上,计数单元装在4排框架上,组件用插入方式安装在框架上。 AzS M的主要特征为:其一,最多可接续16个计数点;其二,自动纠错;其三,经由联锁总线或调制/解调器向计算机服务器及维修中心给出故障表示。 在轨道区段的始、终端放置车轮传感器。它用以识别在该线路上驶过的列车的所有车轮(轴)数以及运行方向。 二、应答器 应答器也称信标,它也是信号系统的基础设备,随着ATC系统的普及,应答器在城市轨道交通得到广泛的应用。不同的应答器应用于不同的信号制式,而且称呼也不相同;而且有“有源应答器”和“无源应答器”之分,也称之为“有源信标”和“无源信标”。 在点式ATP子系统中,利用设置在每个车站出站信号机处的应答器,向列车传送ATP信息;在基于模拟轨道电路的ATC系统中,利用设于区间和车站的应答器(也称为标志器),实现列车在车站的程序对位停车控制;在基于“距离定位”制式的ATC系统用无源应答器进行列车定位校核,有源应答器用于车地信息交换。CBTC系统中无源应答器主要用于列车定位校准,而有源应答器主要用于信号后备系统中向列车传送点式信息。应答器由地面、车载两部分设备构成,如图2-21所示。 图2-21 地面应答器和车载应答器的动作示意图 1.地面应答器设备 信号系统为每一个地面应答器分配一个固定的坐标;地面应答器的主要功能是:接收车载应答器天线传递的载频能量和向车载天线发送数据信息。地面应答器是一种可以发送数据报文的高速数据传输设备。地面应答器应能提供上行数据 链路,实现地对车的数据传输。地面应答器应具有足够的、可用的固定信息容量,当与地面电子单元连接时,能提供实时可变的数据信息。 (1)地面电子单元(LEU) 地面电子单元是一种数据采集与处理单元,当有数据变化时(例如信号显示改变等),将改变后的数据,形成报文传送给应答器进行发送。 (2)地面应答器 地面应答器有无源应答器和有源应答器两种;无源应答器向列车传送的固定的信息;而有源应答器一般都与地面电子单元连接,通过连接的地面电子单元,可实时更新地面有源应答器中存储的数据。地面无源应答器通过接受车载应答器天线传递的载频能量,获得电能量,使地面应答器中的信号发生器工作,然后将事先存储于地面应答器中的数据发送车载天线。 有的城市轨道交通在车站的出站信号机处,设置的出站有源应答器,它根据车站联锁确定的列车发车进路状况,向列车传送包括列车运行方向及进路状态等信息。城市轨道交通有源应答器的使用例图如图2-22所示。 有源应答器无源应答器 图2-22 有源应答器和无源应答器示意图 2.车载应答器设备 每个地面应答器对应于线路的某一个固定的坐标,所以列车收到地面应答器信息可以对列车行走里程进行精确的定位及校正。列车收到前一个地面应答器的信息后,可判断该应答器的特性、位置。这些信息特性包括:地面应答器所处的位置、位置参数的精度、列车的运行方向等;如果接收到的地面应答器的信息与预期的不同,车载应答器解码设备应有相应的表示或相应的输出,以便车载ATP 设备做出相应的反应,并采取相应的安全措施。 车载接收器的主要功能有:发送地面应答器需要的能量;接收来自地面应答器的信息;分析接收到的数据流,找出完整的报文、形成处理好的无错码报文、确定定位参考点、从车上向地面发送包括检查码在内的各种信息。 车载应答器设备包括:车载天线、解码器、载频发生器与功率放大器等。 车载天线是一个双工的收发天线,既要向地面发送激活地面应答器的功率载波、还要接受地面应答器发送的数据报文。 载频发生器与功率放大器,用于产生激活地面应答器所需的载频能量,并通过车载天线传递给地面应答器。 车载解码器是用于对地面应答器的数据进行处理的模块,由微处理器、滤波器和其他相关单元组成。解码器用于对地面应答器信息的接收、滤波、数字解调与处理,经处理的数据通过相应的接口,传送至相关的设备,如车载ATP设备,司机显示单元或无线设备。 【本章小结】 本章主要介绍了主要介绍了各种信号设备,包括继电器、信号机、转辙机、轨道电路、微机计轴设备及应答器。其中,信号继电器一节内容,主要介绍了信号继电器的原理、作用、技术要求、以及分类,对于安全型继电器,着重介绍了直流无极继电器和整流式继电器的结构及原理;信号机一节中介绍了信号的含义、禁止信号和进行信号的意义以及固定信号的分类,对于透镜式色灯信号机,分析了透镜式色灯信号机的机构特点、分类和原理,另外,还介绍了LED色灯信号机构的优点,本节重点介绍了城市轨道交通信号机的设置原则、信号记的命名,在信号机显示内容中,主要介绍了信号机显示颜色的选择、信号机构选择、灯光配列和信号显示基本要求、显示意义和显示距离;在转辙机一节中阐述了道岔的组成、转辙机的作用、基本要求、分类和转辙机的设置,分别介绍了ZD6系列、S700K型电动转辙机、ZYJ7型电液转辙机、ZDJ9型电动转辙机的结构特点和动作原理;在轨道电路一节中,介绍了轨道电路的基本原理、作用、分类及基本要求,重点介绍了三大类轨道电路,分别是50HZ微电子相敏轨道电路、音频无绝缘轨道电路、国产化试验型数字轨道电路,其中音频无绝缘轨道电路主要介绍了DTC921型数字轨道电路、AF-904型数字轨道电路、AF-902数字编码无绝缘轨道电路和FTGS型音频无绝缘轨道电路的结构及工作原理;最后一节介绍了微机计轴设备及应答器,主要介绍了计轴系统的基本原理和各种应答设备。