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        齒軌岔區(qū)可動齒條轉(zhuǎn)換方案探討

        2021-07-27 01:18:06王堅強盧劍鋒陳志輝楊吉忠
        鐵路通信信號工程技術(shù) 2021年7期
        關(guān)鍵詞:轉(zhuǎn)轍機(jī)齒條控制電路

        王堅強,盧劍鋒,陳志輝,楊吉忠

        (中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司,成都 610031)

        齒軌鐵路主要服務(wù)于山區(qū)鐵路、以觀光旅游為主的鐵路客運或煤礦井下輔助設(shè)備運輸鐵路[1-2],是一種在傳統(tǒng)輪軌的基礎(chǔ)上增加齒條,車輛配置齒盤,通過齒條和齒盤嚙合行走的軌道交通制式,爬坡能力強,相對于我國山地非常廣的特點,具有廣泛的應(yīng)用前景[3]。而齒軌道岔是一種使齒軌列車從一股道轉(zhuǎn)入另一股道的線路連接設(shè)備,也是齒軌軌道的薄弱環(huán)節(jié)之一,相對于傳統(tǒng)的輪軌道岔,齒軌道岔結(jié)構(gòu)相對比較復(fù)雜,而齒軌道岔能否可靠地轉(zhuǎn)動到位,會直接影響到齒軌列車的行車效率和安全,因此,齒軌道岔轉(zhuǎn)換方案的可靠性、安全性及可維護(hù)性等,也直接關(guān)系著齒軌制式的應(yīng)用與推廣。

        1 齒軌岔區(qū)結(jié)構(gòu)及原理

        齒軌岔區(qū)如圖1所示,主要包括傳統(tǒng)輪軌道岔和岔區(qū)齒條,而岔區(qū)齒條又由岔區(qū)固定齒條和岔區(qū)可動齒條(含聯(lián)接桿)組成,岔區(qū)可動齒條包含4根可動齒條(可動齒條1、可動齒條2、可動齒條3和可動齒條4)、一根長聯(lián)接桿和一根短聯(lián)接桿,可動齒條1和4通過長聯(lián)接桿連接,動作方向一致,可動齒條2和3通過短聯(lián)接桿連接,動作方向一致,可動齒條1和4與可動齒條2和3動作方向相反,齒軌岔區(qū)狀態(tài)與傳統(tǒng)輪軌道岔、可動齒條狀態(tài)關(guān)系,如表1所示。

        表1 齒軌道岔關(guān)系表Tab.1 Rack rail turnout relationship table

        圖1 齒軌岔區(qū)Fig.1 Rack rail turnout section

        2 國外現(xiàn)狀

        山地(齒軌)軌道交通在國外有著較為廣泛的應(yīng)用。早在1869年,美國在新罕布什州華盛頓山建成了世界上第一條齒軌鐵路,至今已安全運營了140余年。目前,以瑞士、德國及美國為代表,世界范圍現(xiàn)已有20多個國家建成齒軌鐵路線路180余條[4]。國外齒軌岔區(qū)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)主要包括一臺轉(zhuǎn)轍設(shè)備和連接桿件構(gòu)成。其轉(zhuǎn)轍設(shè)備與國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)轍機(jī)結(jié)構(gòu)完全不一樣,采用雙動作桿且無表示桿,雙動作桿動作方向相反,一根動作桿與可動齒條1連接,通過長聯(lián)接桿帶動可動齒條4動作;一根動作桿與齒條2連接,通過短聯(lián)接桿帶動可動齒條3動作,具有以下特點:結(jié)構(gòu)簡單,方便維護(hù);轉(zhuǎn)轍器采用雙動作桿,兩動作桿作用方向相反,且兩動作桿作用線存在一定夾角,可動齒條到位情況通過動作桿位置確定;轉(zhuǎn)轍器無表示桿,無法實現(xiàn)可動齒條是否轉(zhuǎn)動到位的閉環(huán)監(jiān)測。

        目前此道岔轉(zhuǎn)換方案在國內(nèi)并未應(yīng)用,同時,在國內(nèi)軌道交通道岔轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中,其轉(zhuǎn)換設(shè)備應(yīng)具備相應(yīng)的安全認(rèn)證,國外的齒軌道岔轉(zhuǎn)換方案并不適應(yīng)國內(nèi)現(xiàn)狀。因此,針對國內(nèi)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的現(xiàn)狀,本文提出了以下兩種齒軌岔區(qū)轉(zhuǎn)換方案。

        3 齒軌岔區(qū)轉(zhuǎn)換方案

        3.1 三點牽引方案

        1)轉(zhuǎn)換方案

        齒軌道岔區(qū)牽引道岔采用三機(jī)三點牽引,其中傳統(tǒng)輪軌道岔處采用一臺轉(zhuǎn)轍機(jī)牽引,岔區(qū)齒條處采用兩臺轉(zhuǎn)轍機(jī)對兩組可動軌條單獨牽引。本文對傳統(tǒng)輪軌道岔的轉(zhuǎn)換方案不再描述,僅對岔區(qū)齒條處轉(zhuǎn)換方案進(jìn)行詳細(xì)介紹。

        三點牽引齒軌岔區(qū)可動齒條轉(zhuǎn)換方案如圖2所示,齒軌道岔兩側(cè)各設(shè)置一臺轉(zhuǎn)轍機(jī),一臺轉(zhuǎn)轍機(jī)的動作桿與臨近的外側(cè)齒條(可動齒條1或4)連接,表示桿與另一側(cè)的外側(cè)齒條連接,若采用雙表示桿,則兩根表示桿分別與兩側(cè)的外側(cè)齒條連接;另一臺轉(zhuǎn)轍機(jī)的動作桿與臨近的內(nèi)側(cè)齒條(可動齒條2或3)連接,表示桿與另一側(cè)的內(nèi)側(cè)齒條連接,若采用雙表示桿,則兩根表示桿分別與兩側(cè)的內(nèi)側(cè)齒條連接。三點牽引齒軌岔區(qū)可動齒條動作原理采用兩套閉環(huán)動力傳遞方式,轉(zhuǎn)轍機(jī)1通過動作桿帶動可動齒條1,可動齒條1通過長聯(lián)接桿帶動可動齒條4,可動齒條4通過表示桿將位置信息反饋至轉(zhuǎn)轍機(jī)1;同時,轉(zhuǎn)轍機(jī)2通過動作桿帶動可動齒條2,可動齒條2通過短聯(lián)接桿帶動可動齒條3,可動齒條4通過表示桿將位置信息反饋至轉(zhuǎn)轍機(jī)2。

        圖2 三點牽引轉(zhuǎn)換方案Fig.2 Three-point traction conversion scheme

        2) 設(shè)計方案

        道岔轉(zhuǎn)換采用輪軌、齒軌同時開始轉(zhuǎn)換方式。其中,輪軌、齒軌采用轉(zhuǎn)轍機(jī)順序啟動,以錯開電機(jī)啟動電流峰值[5]。3臺轉(zhuǎn)轍機(jī)在控制距離允許的情況下,由5芯電纜芯線控制,芯線數(shù)不包括監(jiān)測和電話芯線。除滿足《鐵路信號設(shè)計規(guī)范》中的有關(guān)要求外,還應(yīng)滿足下列要求[6]:室外控制、表示電路采用五線制設(shè)計;在三相電源缺相的情況下,具有自動切斷電動機(jī)控制電路的功能;多機(jī)牽引的道岔控制電路,其中任一臺轉(zhuǎn)轍機(jī)不啟動時,應(yīng)切斷該道岔的控制電路[7];多機(jī)牽引一組道岔時,轉(zhuǎn)轍機(jī)應(yīng)按順序錯峰啟動;在30 s內(nèi)道岔未轉(zhuǎn)換到位時,自動切斷控制電路,此條可根據(jù)實際需要考慮設(shè)置與否;電路采用組合化設(shè)計。

        3)特點

        采用軌道交通轉(zhuǎn)換設(shè)備,技術(shù)成熟;兩臺轉(zhuǎn)轍機(jī)分動控制,可靠性高;每臺轉(zhuǎn)轍機(jī)采用閉環(huán)控制,安全性高??蓜育X條處需要在線路雙側(cè)安裝兩臺轉(zhuǎn)轍機(jī),對岔區(qū)工程條件要求高。

        3.2 兩點牽引方案

        1)轉(zhuǎn)換方案

        齒軌道岔區(qū)牽引道岔采用雙機(jī)兩點牽引,其中傳統(tǒng)輪軌道岔和岔區(qū)齒條處各采用一臺轉(zhuǎn)轍機(jī)牽引,并在岔區(qū)齒條設(shè)置一臺轉(zhuǎn)換裝置[8]。

        兩點牽引齒軌道岔區(qū)可動齒條轉(zhuǎn)換方案如圖3所示。齒軌道岔一側(cè)設(shè)置一臺轉(zhuǎn)轍機(jī),轉(zhuǎn)轍機(jī)的動作桿和表示桿同時與臨近的外側(cè)齒條(可動齒條1或4)連接。轉(zhuǎn)換裝置設(shè)置于道岔另一側(cè),與另一側(cè)的外側(cè)齒條和內(nèi)側(cè)齒條連接。密貼檢查器與轉(zhuǎn)轍機(jī)設(shè)置于同側(cè),其表示桿與就近的內(nèi)側(cè)齒條連接。兩點牽引齒軌岔區(qū)可動齒條動作原理采用一套閉環(huán)動力傳遞方式,轉(zhuǎn)轍機(jī)通過動作桿帶動可動齒條1,同時通過表示桿實時反饋可動齒條1位置??蓜育X條1通過長聯(lián)接桿帶動可動齒條4,可動齒條4通過外側(cè)聯(lián)接桿帶動轉(zhuǎn)換裝置,轉(zhuǎn)換裝置通過內(nèi)部結(jié)構(gòu)將作用力反向,再通過內(nèi)側(cè)聯(lián)接桿帶動可動齒條3,可動齒條3通過短聯(lián)接桿帶動可動齒條2,可動齒條2通過密貼檢查器表示桿將位置信息反饋至密貼檢查器,密貼檢查器通過電氣接口將可動齒條2的位置信息實時反饋至轉(zhuǎn)轍機(jī)。

        圖3 兩點牽引轉(zhuǎn)換方案示意Fig.3 Two-point traction conversion scheme

        2)設(shè)計方案

        道岔轉(zhuǎn)換采用輪軌、齒軌同時開始轉(zhuǎn)換方式。其中,輪軌、齒軌采用轉(zhuǎn)轍機(jī)順序啟動,以錯開電機(jī)啟動電流峰值。兩臺轉(zhuǎn)轍機(jī)在控制距離允許的情況下,由5芯電纜芯線控制,芯線數(shù)不包括監(jiān)測和電話芯線。除滿足《鐵路信號設(shè)計規(guī)范》中的有關(guān)要求外,還應(yīng)滿足下列要求。

        室外控制、表示電路采用五線制設(shè)計;在三相電源缺相的情況下,具有自動切斷電動機(jī)控制電路的功能;多機(jī)牽引的道岔控制電路,其中任一臺轉(zhuǎn)轍機(jī)不啟動時,應(yīng)切斷該道岔的控制電路;多機(jī)牽引一組道岔時,轉(zhuǎn)轍機(jī)應(yīng)按順序錯峰啟動;電路采用組合化設(shè)計。

        3)特點

        轉(zhuǎn)撤機(jī)、密貼檢查器和轉(zhuǎn)換裝置機(jī)箱分別設(shè)于軌道的兩側(cè),便于維護(hù);轉(zhuǎn)換裝置無成熟產(chǎn)品,需要創(chuàng)新研發(fā);串聯(lián)的形式相連接,作用力逐級傳遞,若某一可動齒條發(fā)生斷裂或變形,作用力不會繼續(xù)傳遞下去;轉(zhuǎn)轍機(jī)、密貼檢查器表示桿分別反饋第一級和最后一級所述可動齒軌位置,實現(xiàn)了位置狀態(tài)的閉環(huán)反饋,提高了位置狀態(tài)反饋的可靠性、可用性和安全性。

        4 結(jié)束語

        目前,國內(nèi)尚無山地軌道交通齒軌制式的工程實際應(yīng)用,因此更是缺乏針對道岔等關(guān)鍵軌道設(shè)備的研究,相關(guān)產(chǎn)業(yè)總體水平較為滯后。因而,亟待開展山地軌道交通齒軌道岔及其轉(zhuǎn)換系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究,形成完備的齒軌道岔所需的理論依據(jù)與技術(shù)體系,其成果也將推動新制式軌道交通產(chǎn)業(yè)發(fā)展,增強自主創(chuàng)新能力,構(gòu)建山地軌道交通品牌工程。

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