0 引言

中低速磁懸浮是中國(guó)新型的城市軌道交通工具，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，同時(shí)具有環(huán)保、安全性高、爬坡能力強(qiáng)、轉(zhuǎn)彎半徑小、建設(shè)成本低等優(yōu)點(diǎn)，適用于城市市區(qū)、近距離城市間和旅游景區(qū)的交通[1，線路可高架敷設(shè)也可地下敷設(shè)。

已運(yùn)營(yíng)長(zhǎng)沙磁浮快線高鐵南站至黃花機(jī)場(chǎng)T1站全長(zhǎng) 18.55km ，全程高架敷設(shè)；待開通運(yùn)營(yíng)磁浮東延線黃花機(jī)場(chǎng)T2/T3兩站為地下線路；列車采用3節(jié)編組，設(shè)計(jì)速度工程前期為 100km/h，2021 年提速為最高 140km/h ，運(yùn)營(yíng)列車旅行速度 67.5km/h ，2016年5月6日試運(yùn)營(yíng)，至2025年2月底，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)營(yíng)3220天。

1關(guān)節(jié)型道岔簡(jiǎn)介

與輪軌技術(shù)不同，磁浮列車懸浮于F軌面上8mm 間隙運(yùn)行，采用兩側(cè)抱軌永不脫軌安全技術(shù)；車輛換線的關(guān)鍵設(shè)備采用關(guān)節(jié)型道岔，含2022年車輛段新增2組道岔，長(zhǎng)沙磁浮快線共啟用道岔11組，其中三開道岔3組，單開道岔8組。

與輪軌道岔不同，關(guān)節(jié)型道岔整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，機(jī)械構(gòu)成體量龐大，占地面積大，采用的軌道道岔梁移動(dòng)改變線路連接開通方向，造價(jià)需450萬(wàn) ～500 萬(wàn)元。

2 關(guān)節(jié)型道岔的組成

關(guān)節(jié)型道岔主要由道岔梁、活動(dòng)端垛梁、鉸軸連桿、臺(tái)車、鎖定裝置、驅(qū)動(dòng)裝置、梁上導(dǎo)軌、活動(dòng)端導(dǎo)軌、豎向限位、基礎(chǔ)及預(yù)埋件、電氣控制系統(tǒng)組成2，

本文主要分析電氣相關(guān)部分的原理及應(yīng)用。

2.1 鎖定裝置

鎖定裝置如圖1所示，主要由電機(jī)、插銷座組件、鎖銷、推力板、限位裝置組件、鎖銷安裝座、電動(dòng)推桿、支座、底座等組成。

1一底座；2—調(diào)整墊；3—插銷座組件；4—鎖銷；5一推力板；

6一限位裝置組件；7—鎖銷安裝座;8—電機(jī)；9—安裝板；

10—支座；11—底座；12—電動(dòng)推桿。

鎖定裝置布置在主動(dòng)梁底部靠近梁端。鎖定裝置插銷座組件通過螺栓連接在同一個(gè)安裝底座上，安裝底座焊在基礎(chǔ)板上。鎖銷安裝座通過螺栓與安裝板連接在一起，鎖銷可在鎖銷安裝座沿軸線移動(dòng)。電動(dòng)推桿的軸線和鎖銷的軸線平行，兩者通過推力板連接在一起。工作時(shí)，通過電動(dòng)推桿的伸縮將鎖銷插入/抽出導(dǎo)向滾輪來(lái)實(shí)現(xiàn)鎖定/解鎖。安裝板通過螺栓連接在主動(dòng)梁底部。導(dǎo)向滾輪和鎖銷的間隙是通過調(diào)整墊和偏心輪的組合調(diào)整來(lái)調(diào)節(jié)的，調(diào)整墊調(diào)整高度尺寸，偏心輪調(diào)整橫向尺寸。

2.2 驅(qū)動(dòng)裝置

驅(qū)動(dòng)裝置如圖2所示，由減速電機(jī)、安全離合器、連接軸、聯(lián)軸器、搖臂、驅(qū)動(dòng)導(dǎo)槽及導(dǎo)槽安裝架等組成[]。

1一DRS減速電機(jī);2一安全離合器;3一軸；4一齒式聯(lián)軸器；

5一行程開關(guān)安裝架1；6—開關(guān)支座；7一減速機(jī)；8一搖臂；

9—行程開關(guān)安裝架2；10—碰鐵；11—導(dǎo)輥；12—耐磨板；

13—調(diào)整墊；14一驅(qū)動(dòng)導(dǎo)槽。

圖2驅(qū)動(dòng)裝置

驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)道岔梁擺動(dòng)，需要的力矩非常大，工作電流大，橫移轉(zhuǎn)轍電機(jī)功率達(dá)到了11kW及以上]。

安全離合器設(shè)定安全扭矩為 700N?m， 超過 700N?m 時(shí)離合器應(yīng)空轉(zhuǎn)，道岔不應(yīng)轉(zhuǎn)換；如設(shè)定扭矩偏小嚴(yán)重，道岔在轉(zhuǎn)換過程中緩慢無(wú)力，會(huì)出現(xiàn)道岔轉(zhuǎn)換超時(shí)甚至停轉(zhuǎn)現(xiàn)象。此裝置功能相當(dāng)于輪軌道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)內(nèi)摩擦連接器，當(dāng)負(fù)載超載時(shí)摩擦連接器空轉(zhuǎn)，起到保護(hù)電機(jī)的作用。

2.3 道岔電氣系統(tǒng)

長(zhǎng)沙中低速磁浮道岔的電氣系統(tǒng)是獨(dú)立的一套機(jī)電系統(tǒng)，由傳動(dòng)系統(tǒng)（供電系統(tǒng)）、控制系統(tǒng)、信號(hào)接口電路、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成。

電氣設(shè)備主要包括控制柜、接線箱、電機(jī)、行程開關(guān)等裝置，設(shè)置于軌行區(qū)道岔區(qū)域。通過控制面板可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)操岔、點(diǎn)動(dòng)操岔、單獨(dú)解鎖、分別鎖閉、緊急停止等功能。

1傳動(dòng)系統(tǒng)由鎖定電機(jī)、轉(zhuǎn)轍電機(jī)、斷路器、正反轉(zhuǎn)接觸器、熱繼電器等組成。當(dāng)電機(jī)過載或短路時(shí)，熱繼電器及斷路器啟動(dòng)相應(yīng)的過載保護(hù)和短路保護(hù)[3]。

2）與輪軌道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)供電不同，磁浮道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)由變電所敷纜至電控柜供電，不由信號(hào)設(shè)備房電源系統(tǒng)供電。采用兩路三相四線制AC380V供電，一路正常供電電源，一路應(yīng)急供電電源，并采用雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)行控制。正常使用時(shí)，雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)置于自動(dòng)狀態(tài)，檢修或調(diào)試時(shí)切換到手動(dòng)狀態(tài)。

3）控制系統(tǒng)主要由電源模塊、接觸器、中間繼電器、行程開關(guān)組成?？刂葡到y(tǒng)電源為DC24V，由道岔電氣系統(tǒng)單相供電AC220V經(jīng)過電源模塊變換而來(lái)。電控系統(tǒng)通過信號(hào)電纜與室內(nèi)信號(hào)接口電路連接，平常運(yùn)營(yíng)時(shí)采用信號(hào)系統(tǒng)集中控制，檢修保養(yǎng)時(shí)轉(zhuǎn)換到現(xiàn)地控制模式或強(qiáng)控模式。

4信號(hào)系統(tǒng)與道岔系統(tǒng)為接口關(guān)系，信號(hào)接口電路采用安全型繼電接口電路，實(shí)現(xiàn)道岔轉(zhuǎn)換控制、表示狀態(tài)、模式轉(zhuǎn)換等功能。接口雙方均使用無(wú)源接點(diǎn)，采用雙斷回路進(jìn)行設(shè)計(jì)3，控制回路電源遵循“誰(shuí)使用誰(shuí)提供\"的原則[1]。

5監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用可編程控制器S7-300PLC，主要由電源板、CPU板、通信板、數(shù)字量輸入模塊組成[]。

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用DC24V和DC5V電源，由道岔電氣系統(tǒng)單相供電AC220V經(jīng)電源板變換而來(lái)。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)電源、采集接點(diǎn)、采集線路均是獨(dú)立的，與控制系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)無(wú)關(guān)聯(lián)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)故障不影響磁浮道岔運(yùn)行。

道岔電氣系統(tǒng)的溫度傳感器信號(hào)、相序檢測(cè)器報(bào)警信號(hào)、電源報(bào)警信號(hào)、接觸器合分閘信號(hào)、操作超時(shí)信號(hào)、安全繼電器狀態(tài)及行程開關(guān)狀態(tài)等都通過數(shù)字量輸入模塊采集到PLC中，PLC綜合分析診斷給出故障信息[3]，通過ProfibusRS-485總線傳輸給室內(nèi)信號(hào)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)上位機(jī)，供檢修維護(hù)人員查看分析。

3 關(guān)節(jié)型道岔工作過程分析

與輪軌道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)工作過程階段相同，長(zhǎng)沙磁浮快線關(guān)節(jié)型道岔轉(zhuǎn)轍工作過程分為解鎖、轉(zhuǎn)換、鎖閉三個(gè)階段。

3.1 解鎖階段

在集中控制模式下，室外道岔電控系統(tǒng)通過接口電路收到信號(hào)聯(lián)鎖發(fā)出的電源鎖閉接通信號(hào)和操縱給定信號(hào)，道岔軌道梁端頭底部分別安裝的鎖定電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)使鎖銷縮回，聯(lián)鎖界面上道岔失去位置表示，隨著鎖銷的縮回，鎖銷的碰臺(tái)觸發(fā)縮回位置行程開關(guān)，鎖定電機(jī)停止縮回動(dòng)作完成解鎖。正常情況下3s解鎖可完成，PLC程序設(shè)定解鎖時(shí)限為6s，超過后道岔診斷系統(tǒng)PLC報(bào)超時(shí)報(bào)警并發(fā)送到信號(hào)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)上位機(jī)。其中解鎖階段和鎖閉階段由鎖定裝置工作完成。

3.2 轉(zhuǎn)換階段

在解鎖階段完成，鎖銷的碰臺(tái)觸發(fā)縮回位置行程開關(guān)，轉(zhuǎn)轍電路導(dǎo)通啟動(dòng)，橫移轉(zhuǎn)轍電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)通過安全離合器、軸傳動(dòng)到減速機(jī)上的搖臂做正反轉(zhuǎn)圓周運(yùn)動(dòng)，因驅(qū)動(dòng)導(dǎo)槽固定在道岔主動(dòng)梁下方，搖臂導(dǎo)輥扳動(dòng)驅(qū)動(dòng)導(dǎo)槽即扳動(dòng)道岔主動(dòng)梁向左或向右位移，從而實(shí)現(xiàn)線路連接開通方向變化；隨著搖臂轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)轍到位時(shí)搖臂上碰鐵觸發(fā)橫移位置行程開關(guān)，使得橫移轉(zhuǎn)轍電機(jī)停轉(zhuǎn)。鄰位轉(zhuǎn)換需要帶動(dòng)梁體活動(dòng)端移動(dòng) 2 900mm ，跨位轉(zhuǎn)轍需要帶動(dòng)梁體活動(dòng)端移動(dòng) 5820mm 。轉(zhuǎn)換階段由驅(qū)動(dòng)裝置工作完成。

長(zhǎng)沙磁浮道岔鄰位轉(zhuǎn)換正常情況下9s完成，PLC設(shè)定時(shí)限為12s；三開道岔的跨位轉(zhuǎn)換正常情況下13s完成，PLC設(shè)定時(shí)限為24s。超過后道岔診斷系統(tǒng)PLC報(bào)超時(shí)報(bào)警并發(fā)送到信號(hào)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)上位機(jī)。

3.3 鎖閉階段

鎖閉階段是道岔整個(gè)動(dòng)作末尾階段，鎖閉前提是驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)道岔梁移動(dòng)到位，搖臂上的碰鐵觸發(fā)橫移位置行程開關(guān)，室外電控系統(tǒng)橫移位置繼電器得電吸起，鎖閉電路導(dǎo)通啟動(dòng)，鎖定裝置的鎖定電機(jī)運(yùn)行鎖銷伸出，鎖銷插入插銷座組件中的孔，完成道岔機(jī)械鎖閉。

鎖定裝置行程開關(guān)位置如圖3所示，鎖閉電路工作原理是鎖銷插入鎖閉后，鎖銷圓頭觸發(fā)了插銷座背面的位置表示行程開關(guān)，室外道岔電控系統(tǒng)位置表示繼電器得電吸起，其常閉接點(diǎn)斷開切斷鎖閉電路，鎖定電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)位置表示行程開關(guān)被鎖銷觸發(fā)，其內(nèi)部常開接點(diǎn)接通，室內(nèi)信號(hào)系統(tǒng)DC24V電源經(jīng)過表示行程開關(guān)內(nèi)部電氣接點(diǎn)后到達(dá)室內(nèi)道岔組合表示繼電器，表示繼電器得電勵(lì)磁吸起，聯(lián)鎖界面給出道岔位置表示，鎖閉階段工作結(jié)束。正常情況下3s鎖閉可完成，PLC設(shè)定鎖閉時(shí)限為6s，超過后道岔診斷系統(tǒng)PLC報(bào)超時(shí)報(bào)警并發(fā)送到信號(hào)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)上位機(jī)。

3.4 道岔啟動(dòng)電路復(fù)原

如圖4所示，長(zhǎng)沙磁浮道岔轉(zhuǎn)轍鎖閉后，室內(nèi)信號(hào)系統(tǒng)道岔位置表示繼電器得電勵(lì)磁吸起，道岔啟動(dòng)電路切斷繼電器QDJ緩放落下，第一道岔啟動(dòng)繼電器1DQJ緩放落下，室外道岔電控系統(tǒng)操縱繼電器復(fù)示失電落下；同時(shí)信號(hào)系統(tǒng)聯(lián)鎖機(jī)采集到道岔位置表示后，立即停止驅(qū)動(dòng)操縱繼電器及鎖閉防護(hù)繼電器SFJ，室外電控系統(tǒng)鎖閉防護(hù)繼電器復(fù)示SFJF1/SFJ2失電落下，電源鎖閉接觸器DYSBA/DYSBB失電落下，傳動(dòng)電路主回路交流三相電源被切斷，道岔啟動(dòng)電路復(fù)原完畢。

4長(zhǎng)沙磁浮道岔主要技術(shù)參數(shù)

磁浮單開道岔，開通左位和右位兩個(gè)方向，無(wú)跨位轉(zhuǎn)轍；磁浮三開道岔，開通左位、中位、右位三個(gè)方向，左轉(zhuǎn)右或右轉(zhuǎn)左稱跨位轉(zhuǎn)轍。主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

5道岔電氣系統(tǒng)行程開關(guān)故障及處理

長(zhǎng)沙磁浮快線信號(hào)系統(tǒng)故障率年度指標(biāo)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)0.8次/萬(wàn)列公里，磁浮列車正點(diǎn)率 99.9% ，高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 98.5% 。在磁浮運(yùn)用維護(hù)管理團(tuán)隊(duì)后期維護(hù)的9年多時(shí)間里，磁浮道岔曾出現(xiàn)不能轉(zhuǎn)換或道岔無(wú)位置表示故障，原因多為行程開關(guān)元件故障。

磁浮道岔采用行程開關(guān)檢測(cè)道岔解鎖到位、轉(zhuǎn)轍到位、鎖定到位，單個(gè)檢測(cè)點(diǎn)都采用2個(gè)行程開關(guān)，只有當(dāng)2個(gè)行程開關(guān)都發(fā)出相同的信號(hào)，才表示當(dāng)前動(dòng)作到位，可以進(jìn)行下一步動(dòng)作，這樣可確保設(shè)備的安全聯(lián)鎖。

長(zhǎng)沙磁浮快線一組單開道岔安裝有20個(gè)行程開關(guān)，一組三開道岔安裝有26個(gè)行程開關(guān)，選型西門子行程開關(guān)3SE5162-0CH01，主要技術(shù)參數(shù)如表2所示。

長(zhǎng)沙磁浮道岔電氣系統(tǒng)行程開關(guān)長(zhǎng)期使用過程中主要問題的處理如表3所示。

6 應(yīng)用總結(jié)

長(zhǎng)沙中低速磁懸浮道岔設(shè)計(jì)，以上海臨港中低速磁浮試驗(yàn)線道岔為原型，結(jié)合長(zhǎng)沙中低速磁浮項(xiàng)目的特殊需要完成3。在試運(yùn)營(yíng)后9年里，磁浮運(yùn)用維護(hù)團(tuán)隊(duì)除對(duì)關(guān)節(jié)型道岔悉心養(yǎng)護(hù)外，還逐步開展技改技措，解決實(shí)際問題，如：改進(jìn)了橫移轉(zhuǎn)轍電機(jī)人工手搖工具及方式，解決人工手搖道岔效率低下的問題；加裝室外行程開關(guān)防雨罩，解決行程開關(guān)進(jìn)潮進(jìn)塵問題；改造了信號(hào)系統(tǒng)道岔啟動(dòng)表示電路，發(fā)明一種道岔轉(zhuǎn)轍控制電路實(shí)用新型專利，解決了信號(hào)系統(tǒng)原設(shè)計(jì)8s內(nèi)不能連續(xù)單操道岔問題4；改造三開道岔室外電氣系統(tǒng)轉(zhuǎn)轍電路，發(fā)明一種磁浮三開道岔轉(zhuǎn)轍控制電路實(shí)用新型專利，消除了原設(shè)計(jì)中位操縱右位或左位失表情況，回操中位會(huì)發(fā)生減速機(jī)上搖臂導(dǎo)輥脫槽風(fēng)險(xiǎn)[5]；增設(shè)完善了IBP盤道岔應(yīng)急操作按鈕電路，用于極端情況下道岔操縱及位置檢測(cè)顯示等[2]。上述技術(shù)改造獲得的成果及經(jīng)驗(yàn)，對(duì)未來(lái)新建中低速磁浮項(xiàng)目的道岔工程具有重要的指導(dǎo)意義。

[參考文獻(xiàn)]

[1］方院江，羅有建，胡華斌.中低速磁浮道岔與輪軌道岔的差異[J].鐵道通信信號(hào)，2020，56（10）：16-19.

[2]賀木華.長(zhǎng)沙中低速磁浮線信號(hào)系統(tǒng)道岔控制電路分析[J].鐵道通信信號(hào)，2018，54（11）：72-75.

[3]曾國(guó)鋒，袁亦站，吉文，等.長(zhǎng)沙中低速磁浮工程的道岔設(shè)計(jì)與調(diào)試[J].城市軌道交通研究，2016，19（5）：44-48.

[4]賀木華，陳海波，張范，等.一種道岔轉(zhuǎn)轍控制電路：ZL201921349184.7[P].2020-06-16.

[5］陳海波，袁勝明，朱崢嶸，等.一種磁浮三開道岔轉(zhuǎn)轍控制電路：ZL202320159697.1[P].2023-08-22.

收稿日期：2025-02-19作者簡(jiǎn)介：陳海波 （1983-） ，男，湖南邵陽(yáng)人，自動(dòng)控制工程師，研究方向：城市軌道交通自動(dòng)控制。