王國軍，賈利生，韓 曉

(1.鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300251;2.天津?yàn)I?？焖俳煌òl(fā)展有限公司，天津 300457

近年來，以汽車為主導(dǎo)的城市交通模式所帶來的問題日益嚴(yán)重，能源危機(jī)、環(huán)境污染、土地緊缺、交通擁堵等問題迫使各城市將大容量的軌道交通作為發(fā)展城市公共交通的重點(diǎn)［1］。公共汽車由于與其他汽車共享路面，速度不能得到很大的提高;而地鐵建設(shè)成本高昂，在市郊使用也不經(jīng)濟(jì);在此情況下，電力牽引有軌電車的優(yōu)點(diǎn)逐漸明顯:無污染、客運(yùn)能力大、速度高(郊區(qū)或?qū)Ｓ新窓?quán)地段)、彈性靈活、舒適新穎［2］、投資較低［3］。

有軌電車在特大城市可以作為大運(yùn)量軌道交通系統(tǒng)的補(bǔ)充，作為大運(yùn)量軌道交通在衛(wèi)星城和新城內(nèi)的延伸線;在一些中小城市或城市經(jīng)濟(jì)活動(dòng)密集的中心區(qū)域，現(xiàn)代有軌電車不僅能夠提供便利的交通服務(wù)，而且能夠提供舒適的乘車環(huán)境。有軌電車可以作為快速軌道交通在城市中心人流密集區(qū)域的加密，在城市外圍串接、加密和接駁不同大容量快速軌道交通線路，并且在未來隨著公共交通需求的增長以及城市機(jī)動(dòng)車交通問題的出現(xiàn)，有軌電車必將得到進(jìn)一步的推廣和發(fā)展［1］。

道岔是有軌電車重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一，針對有軌電車道岔控制方案進(jìn)行研究，提出適合于有軌電車項(xiàng)目的道岔控制方案。

1 有軌電車道岔控制方式

總體來講，道岔控制可分為手動(dòng)(非電動(dòng))控制及電動(dòng)控制兩種控制方式。

1.1 手動(dòng)(非電動(dòng))方式

有軌電車項(xiàng)目道岔號碼較小、運(yùn)營速度較低且運(yùn)行交路固定。為減少工程投資，部分道岔可以采用由人直接或間接操縱機(jī)械轉(zhuǎn)換設(shè)備或采用彈性可擠機(jī)械式轉(zhuǎn)轍器完成道岔的轉(zhuǎn)換。

1.1.1 采用順向彈性可擠式道岔

當(dāng)工程采用該類型道岔時(shí)，折返站可不設(shè)置道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)(器)，利用道岔自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及附帶的彈簧裝置，在電車車輪側(cè)向力的作用下，自動(dòng)完成道岔直向和側(cè)向轉(zhuǎn)換，使有軌電車完成轉(zhuǎn)線作業(yè)。如圖1所示。

圖1 有軌電車站后折返示意

長春54路即采用上述折返方式。在折返站設(shè)置彈性可擠式道岔，道岔常態(tài)為開通側(cè)向位置，電車從站臺位置開始由岔后直向通過道岔時(shí)，道岔被擠到直向位置，電車通過道岔進(jìn)入折返線后，道岔恢復(fù)至原位，然后電車從折返線進(jìn)入另一側(cè)站臺位置，完成折返。圖2是長春54路折返站道岔圖片。該方式下是由電車將道岔“擠”到直向位置的，適用于固定折返方式的折返站。

圖2 順向彈性可擠式道岔

1.1.2 采用彈性可擠機(jī)械式轉(zhuǎn)轍器

與上述采用彈性可擠式道岔類似，在普通道岔岔尖處安裝彈性可擠機(jī)械式轉(zhuǎn)轍機(jī)器以實(shí)現(xiàn)相似功能。如圖3所示(圖中201路、202路僅為舉例說明，表示兩條不同的有軌電車線路):

圖3 有軌電車線路匯合示意

該方式在歐洲有軌電車線路上被廣泛應(yīng)用。該轉(zhuǎn)轍器不需電動(dòng)控制，當(dāng)電車從岔后經(jīng)過時(shí)，通過電車輪對的側(cè)向力，將道岔岔尖擠到需要的位置。根據(jù)所處線路配置形式和道岔設(shè)置位置的不同，轉(zhuǎn)轍器可調(diào)節(jié)為自動(dòng)恢復(fù)原位和不恢復(fù)兩種狀態(tài)，如圖3所示的線路交匯處使用，則不需自動(dòng)恢復(fù)原位，如在圖1所示的折返道岔處應(yīng)用，則可設(shè)置為自動(dòng)恢復(fù)原位(原位設(shè)置為開通道岔側(cè)向)。

此外，在線路上設(shè)置的不需要經(jīng)常搬動(dòng)的道岔，如臨時(shí)折返道岔，當(dāng)正常運(yùn)行方式為電車從岔后通過時(shí)，則大多可以配置此類轉(zhuǎn)轍器。由于該類轉(zhuǎn)轍器不需要設(shè)置集中控制系統(tǒng)，故可以降低工程投資。建議在正線的車站配線設(shè)計(jì)時(shí)，折返渡線盡量按電車從岔后通過為正常的運(yùn)行方向進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣就可以采用此類轉(zhuǎn)轍器以降低工程投資。

圖4為彈性可擠式轉(zhuǎn)轍器的現(xiàn)場安裝圖。該轉(zhuǎn)轍器可以人工對道岔進(jìn)行扳動(dòng)，如在臨時(shí)折返道岔處，當(dāng)電車因故臨時(shí)反向(或面向岔尖)運(yùn)行時(shí)，如果此時(shí)道岔開通位置不正確，則可由司機(jī)通過專用的鐵尺深入轉(zhuǎn)轍器的縫隙(如圖4鋼板中間所示)，將道岔扳到所需位置。該類轉(zhuǎn)轍器可裝在普通的道岔上，道岔不需特殊設(shè)計(jì)，且道岔轉(zhuǎn)到需要的位置時(shí)有鎖閉功能，可保證電車安全通過。

圖4 彈性可擠式轉(zhuǎn)轍器

1.2 電動(dòng)方式

電動(dòng)控制方式有控制中心自動(dòng)控制、司機(jī)遙控控制、軌旁現(xiàn)地自動(dòng)控制、軌旁現(xiàn)地手動(dòng)控制、調(diào)度室手動(dòng)控制等方式。

1.2.1 控制中心自動(dòng)控制方式

有軌電車信號系統(tǒng)賦予每列車一個(gè)獨(dú)一無二的車次號，當(dāng)電車接近道岔區(qū)域時(shí)將電車車次號信息發(fā)送給軌旁道岔控制系統(tǒng)。道岔控制系統(tǒng)結(jié)合道岔接近區(qū)段、道岔區(qū)段和離去區(qū)段的電車占用情況判斷道岔區(qū)域進(jìn)路是否解鎖。如果解鎖則根據(jù)車次號信息及控制中心道岔控制命令扳動(dòng)相應(yīng)道岔，并開放允許信號。

控制中心自動(dòng)控制方式下，需要在道岔區(qū)域(含接近區(qū)段和離去區(qū)段)設(shè)置軌道電路或計(jì)軸器。同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)控制中心進(jìn)路控制命令的下達(dá)，應(yīng)將軌旁道岔控制系統(tǒng)與控制中心調(diào)度指揮系統(tǒng)接入同一通信網(wǎng)絡(luò)(以無線或有線方式);另外，信號系統(tǒng)應(yīng)將每列車的車次號信息實(shí)時(shí)傳輸至控制中心，以便根據(jù)車次號信息辦理相應(yīng)的進(jìn)路。

1.2.2 電車司機(jī)遙控方式

國內(nèi)有軌電車項(xiàng)目多數(shù)采用司機(jī)遙控道岔方式［4，5］，信號系統(tǒng)配置車載道岔控制設(shè)備。車載道岔控制設(shè)備人機(jī)界面設(shè)置請求控制權(quán)、定位操作、反位操作等道岔操作命令按鈕，設(shè)置道岔實(shí)際位置、電車處于道岔控制區(qū)域、獲取控制權(quán)等狀態(tài)表示燈。當(dāng)電車位于道岔控制區(qū)域并取得對道岔的控制權(quán)時(shí)，司機(jī)可根據(jù)需要對道岔進(jìn)行操縱;當(dāng)?shù)啦韺?shí)際位置與預(yù)期位置一致時(shí)，司機(jī)駕駛電車越過道岔。

為實(shí)現(xiàn)車載道岔控制設(shè)備與軌旁道岔控制系統(tǒng)設(shè)備的通信并確保安全，在電車進(jìn)入道岔區(qū)域之前沿線敷設(shè)車－地通信環(huán)線或其他車地雙向通信設(shè)備，完成道岔控制權(quán)的交接;同時(shí)在道岔區(qū)及其接近、離去位置配置環(huán)線、計(jì)軸器或?qū)Ｓ密壍离娐?，確保道岔區(qū)無車時(shí)才能完成控制權(quán)交接并轉(zhuǎn)換道岔。

大連201、202路有軌電車，上海張江有軌電車，沈陽渾南有軌電車［6］信號系統(tǒng)提供了司機(jī)遙控道岔的功能。

1.2.3 軌旁現(xiàn)地自動(dòng)控制方式

該方式下軌旁及車載道岔控制設(shè)備配置與“電車司機(jī)遙控方式”類似。電車司機(jī)在出車輛段時(shí)，通過司機(jī)室的人機(jī)界面輸入線路號(或運(yùn)行目的地號)。當(dāng)電車接近道岔時(shí)，通過埋設(shè)于道岔岔前適當(dāng)位置的車－地通信環(huán)線，將電車的線路號傳給設(shè)置于軌旁的道岔控制系統(tǒng)。道岔控制系統(tǒng)則根據(jù)自身存儲的線路號與道岔位置的對應(yīng)關(guān)系，自動(dòng)將道岔轉(zhuǎn)到所需位置。在道岔區(qū)及接近、離去區(qū)段設(shè)置環(huán)線、計(jì)軸器或?qū)Ｓ密壍离娐罚糜诒ＷC只有前行電車出清道岔后，道岔控制系統(tǒng)才能為后續(xù)向不同方向運(yùn)行的電車轉(zhuǎn)換道岔。

該種控制方式在歐洲現(xiàn)代有軌電車控制中應(yīng)用比較廣泛［6］，由于司機(jī)只需在進(jìn)入正線前或需臨時(shí)變更運(yùn)行線路時(shí)輸入線路號，正常情況下，在線路上運(yùn)行時(shí)不再需要做任何控制道岔的操作，因此比起國內(nèi)采用的司機(jī)遙控道岔方式更加簡單和有效，值得我們借鑒。

1.2.4 軌旁現(xiàn)地手動(dòng)控制方式

有軌電車軌旁設(shè)置軌旁道岔控制系統(tǒng)，可以局部集中控制一組或多組道岔。在軌旁設(shè)置道岔或進(jìn)路操作按鈕(盤)，通過道岔控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)人工單獨(dú)操作道岔或選擇相應(yīng)的電車運(yùn)行進(jìn)路功能，之后道岔將轉(zhuǎn)換至預(yù)期位置。該控制方式用于當(dāng)車地通信異常或軌旁道岔控制系統(tǒng)與中心通信中斷時(shí)采用，為防止誤動(dòng)作，對操作按鈕盤可設(shè)鎖防護(hù)。

該種控制方式在歐洲有軌電車的車輛段內(nèi)有應(yīng)用。正常情況下，車輛段行車控制室內(nèi)的調(diào)度員集中控制進(jìn)路;當(dāng)調(diào)度員權(quán)利下放時(shí)，則可由司機(jī)在現(xiàn)場操作信號機(jī)機(jī)柱上的道岔或進(jìn)路操作按鈕自行設(shè)置進(jìn)路，開放相應(yīng)信號機(jī)，從而達(dá)到減員增效的目的。

1.2.5 調(diào)度室手動(dòng)控制方式

部分有軌電車項(xiàng)目在折返站設(shè)置調(diào)度室，調(diào)度室內(nèi)調(diào)度員負(fù)責(zé)對折返站道岔進(jìn)行操作。鑒于道岔較短且瞭望條件良好，道岔區(qū)可不設(shè)置軌道電路，調(diào)度員可以根據(jù)現(xiàn)場運(yùn)營實(shí)際情況對道岔進(jìn)行操作，使得電車完成折返作業(yè)。

該控制方式與軌旁現(xiàn)地手動(dòng)控制方式類似，只是將道岔控制箱移至折返站調(diào)度室。

目前大連有軌電車部分折返站采用了“調(diào)度室控制”方式［6］。

2 有軌電車道岔控制原理

有軌電車項(xiàng)目的道岔采用電動(dòng)控制方式時(shí)，系統(tǒng)配置聯(lián)鎖、轉(zhuǎn)轍機(jī)、電車占用檢查設(shè)備、進(jìn)路表示器，完成對道岔的控制。

為了保證電車在道岔區(qū)的運(yùn)行安全，道岔接近區(qū)域、道岔區(qū)段以及道岔離去區(qū)段須設(shè)置可靠的電車位置檢查設(shè)備［7］。進(jìn)路的解鎖須滿足相應(yīng)的技術(shù)條件，同時(shí)當(dāng)?shù)啦硭谶M(jìn)路處于解鎖狀態(tài)且道岔區(qū)域無車占用時(shí)才能完成控制權(quán)交接并完成道岔轉(zhuǎn)換［8］;基于車載設(shè)備對道岔實(shí)現(xiàn)遙控的功能需求，為了實(shí)現(xiàn)電車接近道岔區(qū)域時(shí)實(shí)現(xiàn)“電車獲取道岔控制權(quán)”功能，還需在道岔前一定范圍內(nèi)設(shè)置相應(yīng)的車地雙向通信設(shè)備［9］;基于不同目的地電車運(yùn)行需要，當(dāng)控制中心實(shí)現(xiàn)“進(jìn)路自動(dòng)辦理”功能時(shí)，還需要配置數(shù)據(jù)通信設(shè)備［2］，確保電車車次號可靠傳輸至軌旁道岔控制系統(tǒng)。

有軌電車道岔控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可按如圖5所示配置。結(jié)構(gòu)中，道岔區(qū)以計(jì)軸器為電車占用檢查設(shè)備，系統(tǒng)通過地面敷設(shè)的車—地通信環(huán)線或基于自由空間傳輸?shù)臒o線通信設(shè)備來實(shí)現(xiàn)電車接近道岔控制區(qū)域的檢測、獲取道岔控制權(quán)、道岔的控制等功能。

道岔控制系統(tǒng)的核心是軌旁控制箱，內(nèi)含道岔控制單元、計(jì)軸控制單元、進(jìn)路表示器控制單元、環(huán)線控制單元或無線通信單元。此外道岔控制系統(tǒng)設(shè)備配置道岔或進(jìn)路操作按鈕(盤)，當(dāng)軌旁控制箱與控制中心及電車通信中斷時(shí)，可由司機(jī)或其他相關(guān)人員人工轉(zhuǎn)換道岔。

3 有軌電車道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)安裝方式

有軌電車道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)除了必須確保道岔正常轉(zhuǎn)換、完成必要的密貼檢查并鎖閉［10］外，還必須滿足高強(qiáng)度、高承載力、抗沖擊、耐寒、防水、防油污、防腐蝕等要求，其安裝裝置必須有足夠的強(qiáng)度和剛度，應(yīng)采用防松螺栓、螺母。在混合路權(quán)地段，轉(zhuǎn)轍機(jī)須采用埋入式安裝方式。

目前國內(nèi)有軌電車項(xiàng)目如沈陽渾南新區(qū)有軌電車項(xiàng)目正線轉(zhuǎn)轍機(jī)安裝在兩根鋼軌中間(即“軌枕式”安裝)，該方式可以減小有軌電車項(xiàng)目對路面的占用，但是維護(hù)時(shí)對有軌電車運(yùn)營有一定的影響;大連有軌電車項(xiàng)目正線轉(zhuǎn)轍機(jī)采用側(cè)式安裝方式，該安裝方式占用較多的路面空間，但是維護(hù)時(shí)對有軌電車運(yùn)營影響小(但可能會(huì)影響與有軌電車相鄰道路的正常通行)。如果采用的轉(zhuǎn)轍機(jī)可靠性高、平均無故障時(shí)間很長且每次的維護(hù)時(shí)間很短，維護(hù)時(shí)對電車的運(yùn)營影響則會(huì)降低，此時(shí)為了減少對路面的占用，可以采用“軌枕式”安裝方式。

圖5 有軌電車道岔控制系統(tǒng)示意

歐洲現(xiàn)代有軌電車采用混合路權(quán)的地段比較多，由于路面空間所限，轉(zhuǎn)轍機(jī)大多采用“軌枕式”安裝方式。與尖軌直接連接的轉(zhuǎn)轍機(jī)是由槽形軌構(gòu)成的精度高、噪聲低、振動(dòng)小、轉(zhuǎn)換時(shí)間短的高可靠性轉(zhuǎn)轍機(jī)，已作為標(biāo)準(zhǔn)件采用。

在國內(nèi)的有軌電車設(shè)計(jì)時(shí)，轉(zhuǎn)轍機(jī)是采用軌枕式還是側(cè)式安裝方式，需結(jié)合項(xiàng)目用地空間限制情況、選用轉(zhuǎn)轍機(jī)的可靠性、轉(zhuǎn)轍機(jī)的維護(hù)時(shí)間和頻率等因素綜合考慮確定。

4 結(jié)論

在折返線和臨時(shí)折返道岔處采用“彈性可擠道岔”或“彈性可擠式轉(zhuǎn)轍器”方案下，可以大大簡化有軌電車項(xiàng)目建設(shè)投資，減少設(shè)備維護(hù)量，更加突出了有軌電車“更節(jié)能、無污染、運(yùn)量較大、投資較低”的特點(diǎn)，但該種方案并不適合所有道岔，需結(jié)合道岔設(shè)置形式和作用來綜合考慮選用。

當(dāng)采用電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)時(shí)，須配置符合一定安全要求的道岔控制系統(tǒng)。

本文提出了一種針對有軌電車的道岔電動(dòng)控制系統(tǒng)方案，該方案以車－地通信環(huán)線為車地通信媒介、以計(jì)軸為電車占用檢查設(shè)備、以道岔控制箱為核心控制單元，在轉(zhuǎn)轍機(jī)和進(jìn)路表示器協(xié)同配合下為司機(jī)安全通過道岔提供技術(shù)保障。

基于車－地通信環(huán)線的車地通信方式可用于有軌電車的道岔控制系統(tǒng)，與其他定位方式相比，感應(yīng)環(huán)線其優(yōu)勢在于可以實(shí)現(xiàn)環(huán)線范圍內(nèi)連續(xù)的車地通信功能，除了實(shí)現(xiàn)定位外，還可以實(shí)現(xiàn)車次號、線路號、目的地號等電車運(yùn)行相關(guān)參數(shù)的傳遞，為進(jìn)路的自動(dòng)辦理提供基礎(chǔ)信息。

軌旁控制箱是有軌電車道岔控制系統(tǒng)的核心，是現(xiàn)代有軌電車特有的設(shè)備之一，該產(chǎn)品相當(dāng)于一個(gè)小型的電子聯(lián)鎖裝置，能夠通過通信傳輸通道接收電車或控制中心的進(jìn)路操作命令，與計(jì)軸、進(jìn)路表示器、轉(zhuǎn)轍機(jī)、環(huán)線等設(shè)備有相應(yīng)的接口關(guān)系。產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮到其在室外工作的特點(diǎn)，全面考慮防水、防潮、防盜、防雷電侵害等措施。

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