蕢凱騰，王宏亮，李金海，程硯?kù)?，謝文斌

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1 概述

鐵道交通擁有錯(cuò)綜復(fù)雜的鐵路布局，為保證列車的安全運(yùn)行，開發(fā)道岔控制系統(tǒng)。轉(zhuǎn)轍機(jī)作為道岔控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，用來轉(zhuǎn)換鎖閉道岔的尖軌或心軌，改變道岔的開通方向，反饋道岔的位置。道岔控制系統(tǒng)根據(jù)轉(zhuǎn)轍機(jī)反饋的信息做出相應(yīng)的調(diào)控，提高運(yùn)輸效率，減輕列車工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，防止出現(xiàn)不必要的安全事故。轉(zhuǎn)轍機(jī)以電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)、電液轉(zhuǎn)轍機(jī)、電空轉(zhuǎn)轍機(jī)最為常見。但轉(zhuǎn)轍機(jī)發(fā)展歷史較短，還有許多地方需要去創(chuàng)新改造，在此介紹一種新的動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)的電液轉(zhuǎn)轍機(jī)。

2 電液執(zhí)行器（EHA）

電液執(zhí)行器是一種高度集成的電液傳動(dòng)系統(tǒng)。如圖1所示，電液執(zhí)行器將動(dòng)力源（油泵），傳動(dòng)介質(zhì)儲(chǔ)存器（油箱），動(dòng)力執(zhí)行元件（油缸），控制器（溢流閥）、單向閥及濾油器、調(diào)節(jié)閥等元器件按照一定規(guī)律集中放置在1個(gè)密閉的盒子里，生成1套自成體系的電液傳動(dòng)系統(tǒng)。電液執(zhí)行器合理地利用了空間，不僅體積小，而且具有免維護(hù)、可靠性高、體積小、輸出力大等特點(diǎn)。

圖1 EHA電液執(zhí)行系統(tǒng)原理Fig.1 Principle of EHA electro-hydraulic execution system

電液執(zhí)行器的電機(jī)通過聯(lián)軸器與油泵形成聯(lián)動(dòng)，通過電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)油泵工作。油泵以壓力驅(qū)動(dòng)液壓油的流動(dòng)。液壓油從右邊油缸流出，經(jīng)過單向閥、油泵進(jìn)入交叉口，單向閥阻止液壓油流入左邊油箱，因壓力較小不可經(jīng)過溢流閥進(jìn)入左邊油箱，液壓油唯有進(jìn)入油缸驅(qū)動(dòng)推桿移動(dòng)，對(duì)外輸出推力，與此同時(shí)增加了液壓油的壓力，當(dāng)達(dá)到溢流閥的調(diào)定值時(shí)，液壓油經(jīng)溢流閥流入油箱。對(duì)于溢流閥當(dāng)承受的壓力小于調(diào)定值時(shí)就會(huì)封閉，禁止液體流過。因此，當(dāng)電機(jī)正轉(zhuǎn)帶動(dòng)油泵正轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動(dòng)油缸推桿伸出時(shí)，推桿受到的推力由溢流閥調(diào)定，且此力恒定；同理，當(dāng)電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，油缸推桿縮回。

3 新型電液轉(zhuǎn)轍機(jī)

新型電液轉(zhuǎn)轍機(jī)是將原電液轉(zhuǎn)轍機(jī)在保證原功能不變的情況下將液壓傳動(dòng)系統(tǒng)由電液執(zhí)行器進(jìn)行替換，而生成的一種新型電液轉(zhuǎn)轍機(jī)。因只是改換驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)部分，其他組成均不變，在保證原功能不變的情況下，提高了轉(zhuǎn)轍機(jī)的空間利用率，而且在對(duì)尖軌與心軌的控制上更加穩(wěn)定，對(duì)轉(zhuǎn)轍機(jī)的控制更加方便。同時(shí)由于電液執(zhí)行器體積小的特點(diǎn)，新型電液轉(zhuǎn)轍機(jī)較原轉(zhuǎn)轍機(jī)，其內(nèi)部空余出了很大的空間，為轉(zhuǎn)轍機(jī)智能監(jiān)測(cè)設(shè)備的安裝提供了基礎(chǔ)條件。

3.1 功能分析

3.1.1 牽引功能

如圖2所示，轉(zhuǎn)轍機(jī)通過油泵控制油缸的左右移動(dòng)，油缸與動(dòng)作板連接，動(dòng)作板通過動(dòng)作桿與連接道岔尖軌的連接桿連接。即油缸的左右移動(dòng)會(huì)帶動(dòng)道岔尖軌的左右移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)道岔開通方向的變化。

圖2 轉(zhuǎn)轍機(jī)工作原理Fig.2 Working principle of switch machine

3.1.2 鎖閉功能

新型電液轉(zhuǎn)轍機(jī)通過兩種方式實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)轍機(jī)的鎖閉功能:1）電液執(zhí)行器自帶的自鎖閉功能。由圖1可知，電液執(zhí)行器的油缸欲自發(fā)地移動(dòng)，就必須排出對(duì)應(yīng)缸體里的液壓油，但液壓油只能通過溢流閥流入油箱?？赏ㄟ^調(diào)節(jié)溢流閥的閥值確定電液執(zhí)行器可承受的壓力。但是列車通過道岔時(shí)反饋力比較大，通過電液執(zhí)行器的鎖閉功能不安全。2）機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的鎖閉方式。如轉(zhuǎn)轍機(jī)由定位向反位移動(dòng)，反位鎖塊與鎖閉鐵相切，推板將其卡住。列車經(jīng)過，反饋力欲使其向定位移動(dòng)，動(dòng)作桿受力，定位鎖塊固定連接處形成剪切力，唯有使連接柱斷裂才可驅(qū)使動(dòng)作桿移動(dòng)。所以可承受的力較大，形成安全的鎖閉功能。

3.1.3 表示功能

轉(zhuǎn)轍機(jī)具有將當(dāng)前位置信息轉(zhuǎn)化為電路信號(hào)信息反饋給聯(lián)鎖系統(tǒng)，形成統(tǒng)一調(diào)配的功能，即轉(zhuǎn)轍機(jī)的表示功能。如圖3所示，轉(zhuǎn)轍機(jī)排骨接點(diǎn)座具有5個(gè)電流輸入/輸出接口。其中X1、X2、X3為定位表示電路，X1、X3、X5為反位表示電路。轉(zhuǎn)轍機(jī)在執(zhí)行牽引功能時(shí)，動(dòng)作板的左右移動(dòng)在帶動(dòng)道岔尖軌移動(dòng)的同時(shí)會(huì)觸發(fā)排骨接點(diǎn)座開關(guān)的變化，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)轍機(jī)表示電路在定位表示與反位表示的變化。

圖3 轉(zhuǎn)轍機(jī)表示電路Fig.3 Indication circuit of switch machine

3.1.4 擠岔監(jiān)督功能

擠岔監(jiān)督功能可以從機(jī)械和電氣兩個(gè)方面進(jìn)行理解。從機(jī)械角度分析，當(dāng)?shù)啦沓霈F(xiàn)擠岔的現(xiàn)象時(shí)。轉(zhuǎn)轍機(jī)在牽引道岔尖軌時(shí)會(huì)出現(xiàn)移動(dòng)距離縮短。出現(xiàn)表示桿的移動(dòng)距離不夠，表示桿上的缺口與檢查柱之間的相對(duì)位置變化超過2 mm，檢查柱無法進(jìn)入表示桿缺口，即排骨接點(diǎn)座變化不徹底，無法返回到位信號(hào)。從電氣角度分析，轉(zhuǎn)轍機(jī)正常行使表示功能時(shí)，X1、X2、X3為定位表示電路，X1、X3、X5為反位表示電路。出現(xiàn)擠岔時(shí)，X1、X2、X3 或X1、X3、X5不能正常導(dǎo)通，聯(lián)鎖系統(tǒng)接收的信號(hào)為非正常信號(hào)即可判斷為發(fā)生擠岔。

3.1.5 電機(jī)保護(hù)功能

EHA長(zhǎng)時(shí)間的在溢流狀態(tài)電機(jī)會(huì)堵轉(zhuǎn)，在一定程度上對(duì)電機(jī)產(chǎn)生不可挽回的傷害，縮短電機(jī)的使用壽命。液壓油也會(huì)隨著電機(jī)的溫度升高而氣化導(dǎo)致EHA漏油。EHA為高度集中化的電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)，為保證體積的最小化，必然會(huì)縮減液壓油的余量，那么液壓油出現(xiàn)缺失的情況，EHA在工作時(shí)將會(huì)產(chǎn)生輸出力浮動(dòng)、移動(dòng)不流暢。

轉(zhuǎn)轍機(jī)排骨接點(diǎn)座在實(shí)現(xiàn)表示功能的同時(shí)，也控制著電機(jī)電源的通斷如圖3所示。轉(zhuǎn)轍機(jī)在定位狀態(tài)時(shí)，X1、X3、X4接入三相電源，EHA接入三相電源，轉(zhuǎn)轍機(jī)由定位狀態(tài)向反位狀態(tài)移動(dòng)；轉(zhuǎn)轍機(jī)在反位狀態(tài)時(shí)，X1、X2、X5接入電源，EHA接入與定位狀態(tài)相反的三相電源，轉(zhuǎn)轍機(jī)由反位狀態(tài)向定位狀態(tài)移動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)轍機(jī)到達(dá)反位極限時(shí)，排骨接點(diǎn)座開關(guān)狀態(tài)發(fā)生變化，EHA與三相電源斷開，電機(jī)停止。在整個(gè)過程中均不會(huì)出現(xiàn)EHA溢流的情況，對(duì)電機(jī)起到了保護(hù)功能。

3.2 應(yīng)用分析

新型電液轉(zhuǎn)轍機(jī)采用EHA作為驅(qū)動(dòng)單元，在具備以上功能的前提下，克服傳統(tǒng)轉(zhuǎn)轍機(jī)各方面的不足之處，使其具備許多可取之處。

1）EHA輸出力恒定。轉(zhuǎn)轍機(jī)在牽引道岔尖軌運(yùn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，受力均勻，對(duì)各零部件的沖擊力小，最大限度地降低了損傷。

2）EHA是電液執(zhí)行系統(tǒng)的集中機(jī)構(gòu)，最大限度地降低了電液執(zhí)行系統(tǒng)的體積。新型電液轉(zhuǎn)轍機(jī)也具有體積小等優(yōu)點(diǎn)。

3）新型電液轉(zhuǎn)轍機(jī)具有使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。新型電液轉(zhuǎn)轍機(jī)本質(zhì)上也是液壓傳動(dòng)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)比齒輪傳動(dòng)穩(wěn)定。液壓傳動(dòng)具有溢流閥，在轉(zhuǎn)換過程中出現(xiàn)轉(zhuǎn)換不流暢且超過最大溢流閥設(shè)置壓力時(shí)，溢流閥打開，電動(dòng)推桿保持恒定，避免轉(zhuǎn)轍機(jī)的損傷。

4）維修方便。EHA將電液執(zhí)行系統(tǒng)集中在一起，液壓傳動(dòng)故障時(shí)，只需將EHA進(jìn)行整體更換即可。

4 結(jié)論

新型電液轉(zhuǎn)轍機(jī)采用EHA作為轉(zhuǎn)轍機(jī)的動(dòng)力單元，對(duì)比傳統(tǒng)轉(zhuǎn)轍機(jī)，其在性能上有了全方位的提升。首先新型電液轉(zhuǎn)轍機(jī)體積小、重量輕，降低了轉(zhuǎn)轍機(jī)的材料成本和安裝難度；其次，新型電液轉(zhuǎn)轍機(jī)在發(fā)生液壓傳動(dòng)故障時(shí)只需進(jìn)行整體更換，維護(hù)更方便；整體來講，新型電液轉(zhuǎn)轍機(jī)液壓傳動(dòng)穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)、免維護(hù)。因此，使用新型電液轉(zhuǎn)轍機(jī)可以有效提高道口工人的工作效率，降低道口運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本，最大限度地保障列車的安全運(yùn)行。