信号继电器工作原理

【项目描述】

1．继电器的基本知识。

2．继电器的应用。

3．转辙机的基本知识。

4．ZD6系列电动转辙机。

5．ZD（J）9系列电动转辙机。

6．S700K型电动转辙机及外锁闭装置。

7．道岔控制电路。

8．信号机的基本知识。

9．透镜式及LED式色灯信号机。

10．轨道电路和计轴设备的基本知识。

11．WXJ50型微电子相敏轨道电路。

12．AzLM型和AzS（M）350U型计轴系统。

13．应答器。

14．信号电源屏与UPS。

15．发车指示器。

16．无人自动折返按钮及紧急停车按钮。

17．IBP信号控制盘。

18．车站级信号操作工作站。

【项目目标】

1．了解继电器的继电特性、作用及分类。

2．掌握继电器的基本工作原理及各项性能。

3．掌握继电器的表述方法并会正确分析继电器电路。

4．熟悉转辙机的作用、分类、型号组成及表示意义。

5．掌握ZD6系列电动转辙机的结构组成、各部件作用及工作原理。

6．掌握ZD（J）9系列电动转辙机的结构组成、各部件作用及工作原理。

7．掌握S700K型电动转辙机的结构组成、各部件作用及传动原理。

8．能正确分析四线制道岔控制电路。

9．熟悉信号机的分类、设置原则、显示含义及信号显示的基本要求。

10．了解信号机显示距离的要求、信号机的命名规则及信号机灯光配列。

11．掌握透镜式及LED式色灯信号机的结构和工作原理。

12．熟悉轨道电路和计轴设备的基本知识。

13．掌握WXJ50型微电子相敏轨道电路的结构及工作原理。

14．熟悉AzLM型和AzS（M）350U型计轴系统的工作过程。

15．掌握应答器的作用、结构及工作原理。

16．掌握信号电源屏与UPS的作用。

17．掌握发车指示器的作用。

18．了解无人自动折返按钮及紧急停车按钮的使用。

19．熟悉IBP信号控制盘的盘面布置。

20．熟悉车站级信号操作工作站的图例显示含义。

【能力目标】

1．会分析继电器的基本工作原理。

2．正确理解继电特性的含义，会识读继电器的型号。

3．理解无极、偏极和有极继电器的结构差异，会分析3种继电器的工作原理。

4．会正确测量安全型继电器的电气特性和时间特性。

5．正确识读继电器线圈和接点的图形符号，会分析继电器基本电路。

6．会运用动作程序法分析脉动偶电路，正确理解自闭电路的作用。

7．熟记转辙机的作用、分类、型号组成及表示意义。

8．熟记ZD6系列电动转辙机的结构组成及各部件作用，会分析其工作原理。

9．熟记ZD（J）9系列电动转辙机的结构组成及各部件作用，会分析其工作原理。

10．熟记S700K型电动转辙机的结构组成及各部件作用，会分析其传动原理。

11．会分析四线制单动道岔控制电路。

12．熟悉信号机的分类、设置原则、显示的含义及信号显示的基本要求。

13．了解信号机显示距离的要求、信号机的命名规则及信号机灯光配列。

14．了解透镜式色灯信号机的结构组成，会分析DDXL型、XDZ-B型点灯单元的工作原理。

15．了解LED色灯信号机的结构组成，会分析其工作原理。

16．正确理解轨道电路和计轴设备的作用。

17．理解WXJ50型微电子相敏轨道电路的结构及工作原理。

18．正确叙述AzLM型和AzS（M）350U型计轴系统的工作过程。

19．能理解应答器的作用、结构及工作原理。

20．能准确叙述信号电源屏与UPS及发车指示器的作用。

21．能叙述无人自动折返按钮及紧急停车按钮的使用。

22．能准确叙述IBP信号控制盘的盘面布置。

23．正确识读车站级信号操作工作站的图例显示含义。

【场景设计】

1．利用继电器实物进行演示教学。

2．让学生在信号实训室进行继电器电路焊接及配线的实际操作。

3．学生每6～8人1组。

4．考评所需的记录、评价表。

【知识准备】

继电器是自动控制系统和远程控制系统中常用的元器件，用来接通和断开电路，发布控制命令和反映设备状态，构成自动控制和远程控制电路。在城市轨道交通信号控制技术中广泛采用的继电器，称为信号继电器（在信号系统中，可简称继电器）。继电器无论是作为继电式信号系统的核心部件，还是作为电子式或计算机式信号系统的接口部件，都发挥着重要的作用。

（1）信号系统对继电器的要求

信号继电器是信号系统中的主要器件，继电器动作的可靠性直接影响到信号系统的可靠性和安全性。因此，信号系统对继电器提出了极其严格的要求，具体如下：

①动作必须可靠、准确。

②使用寿命长。

③有足够的闭合和断开电路的能力。

④有稳定的电气特性和时间特性。

⑤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。

（2）继电器的基本工作原理

继电器是一种电磁开关。无论何种类型、何种结构的继电器，都是由电磁系统和接点系统两大主要部分组成。其中，电磁系统由线圈、固定的铁芯和轭铁以及可动的衔铁构成，用来接收并反映输入量。接点系统由动接点和静接点构成，用来实现控制的目的。当线圈中通入一定数值的电流后，由于电磁作用或感应方法产生电磁吸引力，吸引衔铁，由衔铁带动接点系统，改变其状态，从而反映输入电流的状况。

最简单的电磁继电器如图2．1．1所示。继电器从实质上来说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，在衔铁和铁芯之间就产生一定数量的磁通，该磁通经铁芯、衔铁、轭铁和气隙形成一个闭合磁路，铁芯对衔铁就产生了吸引力。吸引力的大小取决于所通电流的大小。当电流增大到一定值时，吸引力增大到能克服衔铁向铁芯运动的阻力，衔铁就被吸向铁芯。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）接通。此状态称为继电器励磁吸起（简称吸起）。

图2．1．1

当电流减小时，吸引力也随之减小，当吸引力减小到不能够克服衔铁重力时，衔铁靠自重落下（释放），衔铁带动动接点与前接点断开，与动断接点（后接点）接通。此状态称为继电器失磁落下（简称落下）。

（3）继电器的继电特性

继电特性是当输入量达到一定值时，输出量发生突变，如图2．1．2所示。

图2．1．2

继电器线圈回路为输入回路，继电器接点回路为输出电路。当线圈中电流Ix1从0增加到某一定值Ix2时，衔铁被吸向铁芯，前接点闭合，接点回路中的电流Iy从0突然增大到Iy2。

此后，即使Ix继续增大，但是因为接点回路中的阻值不变，Iy也保持不变。当线圈中的电流Ix减小到Ix1时，继电器衔铁依靠本身的自重释放，输出电流Iy从Iy2减小到0，此后，Ix再减小，Iy保持为0不变。

（4）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的大功率对象，能控制数个对象和数个回路，能控制远距离的对象。继电器的这种性能，给自动控制和远程控制创造了便利条件，因此，继电器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程控制，也广泛应用于城市轨道交通以及铁路信号的各个方面。

随着电子技术的迅速发展，电子器件尤其是微型计算机以其速度快、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，使技术水平大大提高。但是，继电器与电子器件相比，仍具有一定的优势，如开关性能好（闭合时阻抗小、断开时阻抗大），防雷击性能强，无噪声，不受温度影响，可以控制多个回路，有“故障-安全”（发生故障时导向安全）性能。因此，它仍然具有广阔的应用空间，仍将长期存在。

目前，信号继电器在以继电技术构成的系统（如继电集中联锁、继电半自动闭塞等）中起着核心作用。信号继电器在以电子元件和微型计算机构成的系统（如计算机联锁）中，作为其接口部件，将系统主机与信号机、轨道电路、转辙机等执行部件结合起来。虽然已出现全电子化的系统，但要全部取消继电器仍然需要相当长的过程。因此，不论现在还是将来，信号继电器在城市轨道交通信号控制领域中都起着重要作用。

（5）信号继电器的分类

继电器种类繁多，主要有以下分类：

1）按动作原理分为电磁、感应、热力继电器

电磁继电器：通过继电器线圈中的电流在电磁铁中产生的吸引力驱使衔铁及可动部分动作，改变接点系统的工作状态。如直流无极继电器、直流有极继电器、交流继电器、二元差动继电器等。地铁运用的绝大多数继电器都属电磁继电器。

感应继电器：利用交变磁场与另一交变磁场在继电器可动部分的翼板中产生涡流的相互作用而动作。例如，50 Hz轨道电路内使用的交流二元二位继电器等。

热力继电器：利用电流对双金属片加热，利用不同膨胀系数的双金属片具有的单向弯曲的物理特性而动作接点。

2）按工作电流分为直流继电器（无极、偏极、有极）、交流继电器和交直流继电器

直流继电器：工作在直流电路中，大部分信号继电器属此类。

交流继电器：工作在交流电路中，如灯丝转换继电器、JRJC型二元二位继电器等。

交直流继电器：是一种过电流瞬时动作的电磁式继电器，作为电力转动系统中的过电流保护元件。

3）按输入物理量分为电流继电器、电压继电器、功率继电器、频率继电器、非电量继电器

电流继电器、电压继电器、功率继电器、频率继电器、非电量继电器分别反映电流、电压、功率、频率、非电量（如温度、压力或速度等）的变化。

4）按动作速度分为速动继电器、正常动作继电器、缓动继电器

速动继电器：衔铁动作时间小于0．1 s，如JD型电码继电器、JM脉冲继电器。

正常动作继电器：衔铁动作时间0．1～0．3 s，大部分信号继电器属此范围。

缓动继电器：衔铁动作时间超出0．3 s，如无极缓放继电器、热力继电器、安全型半导体时间继电器等。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）按接点结构分为普通接点继电器、加强接点继电器

普通接点继电器：接点开闭功率较小，满足一般信号电路的要求。

加强接点继电器：具有开闭功率较大的接点，满足电压较高与电流较大的信号电路的要求。

6）按工作故障安全性分为安全型继电器、非安全型继电器

安全型继电器（N型）是无须借助于其他继电器，也无须对其接点在电路中的工作状态进行监督检查，其自身结构即能满足一切安全条件的继电器。

非安全型继电器（C型）是必须监督检查接点在电路中的工作状态，以保证安全条件的继电器。

N型继电器主要依靠衔铁自身重力释放，故又称重力式继电器。C型继电器主要依靠弹簧弹力释放衔铁，故又称弹力式继电器。一般来说，N型继电器的安全性、可靠性高于C型继电器。

（6）安全型继电器

信号继电器是城市轨道交通信号设备中最主要而又大量采用的元器件之一，为确保城市轨道交通运输的安全性与高效性，信号设备的工作性能必须可靠，因此要求信号继电器必须安全可靠。AX系列安全型继电器是在座式继电器和大插入式继电器的基础上，由我国自主设计和制造的。它与座式和大插入式继电器相比，结构新颖、质量轻、体积小。经过铁路现场几十年的运用考验，证明其安全可靠、性能稳定，能满足信号电路对继电器提出的各种要求。AX系列安全型继电器是我国城轨信号继电器的主要定型产品，应用最为广泛，如图2．1．3所示。

图2．1．3

1）安全型继电器概述

安全型继电器并不是“没有故障的继电器”，而是发生故障时做出有规则的动作，它具有强制导向接点结构，万一发生接点熔结现象时也能确保安全。

安全型继电器是直流24 V系列的重弹力式直流电磁继电器，其典型结构为无极继电器，其他各型继电器由无极继电器派生。因此，绝大部分零件都能通用。

2）安全型继电器安装方式

安全型继电器可分为插入式和非插入式。插入式多为单独使用，非插入式常使用于有防尘外壳的组匣中。两者的区别仅在于插入式继电器带有透明性能很好的外罩（由聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯制成），用以密封防尘，同时为了与插座配合使用，插入式继电器安装在酚醛塑料制成的胶木底座上。在实际使用中，为便于维修，多采用插入式继电器。

插入式无极继电器如图2．1．4所示。

3）安全型继电器的型号表示法

安全型继电器型号用汉字拼音字母和数字表示，字母表示继电器种类，数字表示线圈的电阻值（单位Ω），具体表示法举例如下：

图2．1．4

继电器代号意义如表2．1．1所示。

表2．1．1　继电器代号意义

4）AX系列安全型继电器分类

安全型继电器具有无极、无极加强接点、无极缓放、无极加强接点缓放、整流式、有极、有极加强、偏极、单闭磁5种9类，如表2．1．2所示。

表2．1．2　AX系列安全型继电器基本情况

续表

注：Q表示前接点，H表示后接点，D表示定位接点，F表示反位接点，J表示加强接点。

5）AX系列安全型继电器插座

安全型继电器组成插入式，需加装继电器插座板，其结构如图2．1．5所示。

插座插孔旁所注接点编号系无极继电器的接点编号，其他各型继电器的接点系统的位置及使用编号与之不同，而实际使用的插座仅此一种，所以必须按如图2．1．6所示符号对照使用。

安全型继电器有多种类型，为防止不同类型的继电器错误插接，在插座下部鉴别孔内铆以鉴别销。鉴别销号码如图2．1．7所示。

不同类型的继电器由型别盖上鉴别孔的不同进行鉴别，根据规定的鉴别孔逐个钻成，以与鉴别销相吻合。

6）AX系列安全型继电器的特点

在信号系统中，凡是涉及行车安全的继电器电路都必须采用安全型继电器。安全型继电器是指它的结构必须符合“故障-安全”原则。它是一种故障不对称器件，在故障情况下使前接点闭合的概率远小于后接点闭合的概率。这样，就可以用前接点代表危险侧信息，用后接点代表安全侧信息。

为了达到“故障-安全”原则的要求，安全型继电器在结构上有以下特点：

①前接点采用熔点高，不会因熔化而使前接点粘连的导电性能良好的材料。

②增加衔铁质量，采用“重力恒定”原理在线圈断电时强制将前接点断开。

③采用剩磁极小的铁磁材料构成磁路系统，并在衔铁与极靴之间设有一定厚度的非磁性止片，当衔铁吸起时仍有一定的气隙以防剩磁吸力将衔铁吸住。

④衔铁不致因机械故障而卡在吸起状态。

7）安全型继电器的结构和动作原理

①无极继电器

图2．1．6

图2．1．7

A．直流无极继电器的结构

直流无极继电器采用的电源是直流电源，而且无论什么极性只要达到它的规定电压（或电流）值，继电器就励磁吸起，故称这种继电器为直流无极继电器，简称无极继电器。常见的无极继电器有JWXC-1700，JWXC-1000，JWXC-H340，JWXC-7等类型。

JWXC型直流无极继电器由电磁系统和接点系统两大部分组成。电磁系统包括线圈、铁芯、轭铁和衔铁，如图2．1．8所示。接点系统处于电磁系统上方，如图2．1．9所示，通过接点架、螺钉紧固在轭铁上，使两者成为一个整体。用螺钉将下止片、电源片单元、银接点单元、动接点单元以及压片按顺序组装在接点架上，在紧固螺钉前，应将拉杆、绝缘轴、动接点轴与动接点组装好。

图2．1．8

无极继电器接点系统采用两排纵列式联动结构，因此，接点组数只能成偶数增减。

拉杆传动中心线与接点中心线一致，以减少不必要的传动损失。

为了减少接点组组装时的积累公差，将接点片与托片组合压在酚醛塑料内以形成单元块。单元块之间为平面接触，易于控制公差，同时提高了接点组之间的绝缘强度。

银接点单元由锡磷青铜带制成的接点片与由黄铜制成的托片组成，两组对称地压制在胶木内。在接点簧片的端部焊有银接点。

图2．1．9

接点接触时碰撞会产生颤动，颤动将形成电弧，对接点有较大的破坏作用，为消除这种颤动必须设置托片。在调整继电器时，可在接点片和托片间加一个初压力，保证接点刚接触时可动部分的动能被接点片吸收，这样既能消除颤动，又能缩短接点的完全闭合时间，大大降低了接点烧损的几率。

动接点单元由锡磷青铜带制成的动接点簧片与黄铜板制成的补助片压制在酚醛塑料胶木内。动接点簧片端部焊有动接点。动接点由银氧化镉制成。

电源片单元由黄铜制成的电源片压在胶木内。

拉杆有铁制的和塑料制的，塑料制成的较为常见，衔铁通过拉杆带动动接点组。

绝缘轴用冻石瓷料（一种新型陶瓷材料）制成，抗冲击强度足够。动接点轴由锡磷青铜线制成。

压片由弹簧钢板冲压成弓形，分上下两片。其作用是保证接点组的稳固性。

下止片由锡磷青铜板制成，外层镀镍。它在衔铁落下时起限位作用。

图2．1．10

接点架由钢板制成，用稳钉与轭铁固定，保证接点架不变位。接点架的安装尺寸是否标准，角度是否准确，对继电器的调整有很大影响。

B．无极继电器的动作原理

无极继电器的磁系统为无分支磁路，如图2．1．10所示。在线圈上加上直流电压后，线圈中的电流I使铁芯磁化，在铁芯内产生工作磁通Φ，它由铁芯极靴处经过主工作气隙δ进入衔铁，又经过第二工作气隙δ′进入轭铁，然后回到铁芯，形成一闭合磁路。在工作气隙δ处，由于磁通Φ的作用，铁芯与衔铁间产生电磁吸引力FD，当FD大到足以克服机械负载的阻力Fj（主要是衔铁自重）时，衔铁即与铁芯吸合。此时衔铁通过拉杆带动动接点运动，使后接点断开，前接点闭合。

当线圈中的电流减小时，铁芯中的磁通按一定规律随之减小，吸引力也随着减小。当电流小到一定值时，它所产生的吸引力小于机械力，衔铁离开铁芯，被释放。此时，拉杆带动动接点运动，使前接点断开，后接点闭合。

②无极加强接点继电器

加强接点继电器是为通断功率较大的信号电路而设计的，外形如图2．1．11所示。无极加强接点继电器有JWJXC-480型、JWJXC-H125／0．44和JWJXC-H125／0．13等类型。

图2．1．11

JWJXC-480型继电器，其磁系统具有加大尺寸的无极磁路，接点系统由两组普通接点和两组加强接点组成，表示为2QH和2QHJ。普通接点与无极继电器相同，加强接点则具有特殊设计的大功率接点和磁吹弧器。

JWJXC-H125／0．44和JWJXC-H125／0．13型无极加强接点缓放继电器，其电磁系统和无极缓放继电器（JWXC-H340）相同。接点系统由两组带磁吹弧器的加强前接点、两组不带磁吹弧器的加强后接点和两组普通接点组成，即2QJ，2H，2QH。前线圈为主线圈，后线圈为电流保持线圈。JWJXC-H125／80型继电器则是专为交流转辙机设计的缓放继电器，其后线圈为电压保持线圈。

无极加强接点继电器电磁系统虽与无极继电器相同，但由于接点系统结构的改变，引起磁系统的结构参数有较大变化。无极加强接点继电器的线圈与电源片的连接方式与无极继电器相同。

无极加强接点继电器的接点系统如图2．1．12所示。它的普通接点与无极继电器相同。加强接点组由加强动接点单元和带磁吹弧器的加强接点单元组成。为了防止接点组间的飞弧短路，在两组加强接点间安装既耐高温、又具有良好绝缘性能的云母隔弧片。隔弧片铆在拉杆上。为保证加强接点的安装空间，增加了空白单元。图中用虚线表示的熄弧磁钢，说明只有带熄弧器的加强后接点才有。

由锡磷青铜片冲压成型的加强动接点片头部，铆有由银氧化镉制成的动接点。而加强静接点片头部，同样铆接银氧化镉接点，在接点的同一位置点焊了安装磁钢的熄弧器夹。

熄弧磁钢由铝镍钴合金或铁镍铝合金制成。其熄弧原理是利用电弧在磁场中受力运动而产生吹弧作用，使电弧迅速冷却而熄灭。为避免电弧烧损接点及对磁钢去磁，加强接点端部设有导弧角，使电弧迅速移到接点及磁钢的前部位置。

图2．1．12

由于磁钢吹弧方向与极性有关，因此熄弧磁钢极性的安装有特定的要求。

磁熄弧器的安装与接点电流方向，如图2．1．13所示。

图2．1．13

③偏极继电器

JPXC-1000型和JPXC-400型偏极继电器是为了满足信号电路中鉴别电流极性的需要设计的。它与无极继电器不同，衔铁的吸起与线圈中电流的极性有关，只有通过规定方向的电流时，衔铁才吸起，而电流方向相反时，衔铁不动作。但它又不同于有极继电器，只有一种稳态，即衔铁靠电磁力吸起后，断电就落下，落下是稳定状态。

A．偏极继电器的结构

偏极继电器的磁系统与无极继电器基本相同。但铁芯的极靴是方形的，在方极靴下方用两个螺钉固定永久磁钢，使衔铁处于极靴和永久磁钢之间，受永磁力的作用偏于落下位置。由于永磁力的存在，衔铁只安装一块重锤片，后接点的压力由永磁力和重锤片共同作用产生。

铁芯由电工纯铁制成，方形极靴是先冲压成型后再与铁芯焊成整体的。

由于铁芯为方形极靴，衔铁也由半圆形改为方形，以增加受磁面积，降低气隙磁阻。

永久磁钢由铝镍钴材料制成，其上部为N极，下部为S极。

两线圈串联使用，接线方式同无极继电器。

接点系统与无极继电器完全相同，具有8QH接点组。

B．偏极继电器的工作原理

偏极继电器的磁路系统由永磁磁路与电磁磁路两部分组合而成，如图2．1．14所示。永磁的磁通中ΦM从N极出发，经第三工作气隙δⅢ进入衔铁后分为两条并联支路：一部分磁通中ΦM1经第一工作气隙δⅠ进入方形极靴，然后直接返回S极；另一部分磁通ΦM2穿过第二工作气隙δⅡ进入轭铁，再经铁芯至方形极靴，返回S极。由于δⅠ＞δⅡ，故ΦM2＞ΦM1，而ΦM=ΦM1+ ΦM2，故ΦM≫ΦM1。这样，δⅢ处由ΦM产生的永磁力FM远大于δⅠ处由ΦM1产生的永磁力，使衔铁处于稳定的落下位置。

图2．1．14

（a）衔铁吸合时的永磁及电磁磁路　（b）通以反极性电源时的永磁及电磁磁路

线圈通电后，铁芯中产生电磁通ΦD，ΦD的磁路与无极继电器相同，如图2．1．14（a）所示。若线圈中电流方向使电磁通在极靴处为S极，这时，在δⅠ处ΦD和ΦM1方向相同，总磁通为两者之和，相应的总电磁吸引力FMD1增大；在δⅡ处ΦD和ΦM2方向相反，总磁通为两者之差，相应的总电磁吸引力FMD2减小。由于力臂相差较大，FMD1的增大较FMD2的减小作用要大得多，因此，对衔铁的总吸引力FMD增大。当FMD＞FM时，FMD克服FM与接点的反作用力，使衔铁被吸合。

衔铁吸合后，磁路气隙发生变化，δⅢ≫δⅠ，永磁磁通在磁路中大大减小，FM显著减小，这时只要有一定值的电流存在，衔铁即保持在吸起状态。

断开线圈电源时，衔铁重力和接点的反作用力使衔铁返回。在衔铁返回的过程中，δⅠ增大，δⅡ减小，永磁磁通ΦM迅速增加，加速衔铁的返回，直到衔铁被下止片阻挡为止。

当线圈通以反极性电流时（见图2．1．14（b）），由于电磁通ΦD改变了方向，在δⅠ处，ΦD 与ΦM1相减。而在δⅡ处ΦD与ΦM2相加，总的电磁吸引力反而下降，因此衔铁不会吸合，从而具有鉴别电流极性的功能。

但是，反极性不吸起是有条件的，如果不断增大反极性电流，使电磁通足以克服永磁的作用，即FD- FM1＞FM，则衔铁可在反极性电流作用下吸合，这是不允许的。因此，在偏极继电器的电气特性上加上一条特殊的标准，即反向加200 V电压，衔铁不能吸起，以保证其工作的可靠性。

④有极继电器

有极继电器是一种能反映电流极性，并能保持其极性状态的继电器，故又称极性保持继电器。它的结构特点是磁系统中增加了永久磁钢。在线圈中通以规定极性的电流时，继电器吸起，断电后仍保持在吸起位置；通以反方向电流时，继电器打落，断电后保持在打落位置。它的结构除了磁路有特殊部分之外，其余部分都与无极继电器基本相同，常见的有极继电器有加强接点的JYJXC-135／220型等继电器。

A．有极继电器的结构

有极继电器的磁路结构中用一块端部呈刃形的长条形永久磁钢代替无极继电器的部分轭铁。磁钢与轭铁间用螺钉联接。永久磁钢的外形如图2．1．15所示。在与轭铁相连的部位有两个大于螺钉的圆孔，便于与轭铁安装时适当地调节磁钢的前后位置。磁钢上部的中间位置有一台面，以形成均匀的第二工作气隙。台面的中间有一凹槽，使拉杆下部不至于与磁钢抵触而影响第二工作气隙的调整。

图2．1．15

有极继电器有保持原来状态的性质，因此就不好再用吸起和落下来表示继电器的状态了，常用定位和反位来表示继电器的状态。有极继电器衔铁位置的定位、反位规定为衔铁与铁芯极靴之间的间隙最小时（即吸起状态）的位置规定为定位，此时与动接点闭合的接点称为定位接点（符号为D，相当于前接点）；衔铁与铁芯极靴之间的间隙最大时（即打落状态）的位置规定为反位，此时与动接点闭合的接点称为反位接点（符号为F，相当于后接点）。

有极继电器的线圈引线与电源片的连接与无极继电器相同，对于两线圈串联使用的有极继电器，如JYXC-660型和JYJXC-J3000型继电器，电源片1接电源正极，电源片4接电源负极，为定位吸起，反之为反位打落。对于分线圈使用的有极继电器有JYJXC-135／220型继电器，则规定前圈的电源片3接电源正极，电源片4接电源负极时为定位吸起；而后圈的电源片2接电源正极，电源片1接电源负极时，为反位打落。有极继电器的接点系统与无极继电器相同。

B．有极继电器的工作原理

有极继电器的磁路系统由两部分组成：一是永磁铁产生的磁路，二是线圈产生的磁路。其磁路系统如图2．1．16所示。

永久磁钢的磁通分为ΦΤ1和ΦΤ2两条并联支路。ΦΤ1从N极出发，经衔铁、第一工作气隙δ1、铁芯、轭铁到S极；ΦΤ2从N极出发，经衔铁上部、重锤片、第二工作气隙δ2到S极。这两条支路不对称，磁路的不平衡就形成有极继电器的正向转极值与反向转极值的较大差别。

当衔铁处于定位状态（吸合）时，由于δ1≪δ2，因此，ΦΤ2≤ΦΤ1，由ΦΤ1产生的吸引力将克服由ΦΤ2产生的吸引力、衔铁重力及接点的反作用力等力之合力，使衔铁处于稳定的吸合位置。反之，当衔铁处于反位状态时（打落），由于δ2≪δ1，因此，ΦΤ1≤ΦΤ2。由ΦΤ2产生的吸引力与衔铁重力、动接点预压力之和大于由ΦΤ1产生的吸引力与后接点压力之和，使衔铁保持在稳定的打落位置。

图2．1．16　继电器

显然，有极继电器要改变其位置只有依靠线圈产生的电磁通的电磁力的作用。线圈产生的电磁通ΦX是一个无分支的磁路，即铁芯、极靴、δ1、衔铁、重锤片、δ2、轭铁。磁通的方向由线圈中的电流极性决定。对于线圈产生的电磁通来说，永久磁钢是一个很大的磁阻，如同气隙一般。

如图2．1．16（a）所示为有极继电器由定位转换到反位的磁路。继电器原处于定位状态，现在线圈中通以正极性电流，产生ФX电磁通的方向是极靴处为N极。这时在δ1处ФX与ΦΤ1方向相反，磁通是削弱的，等于ΦΤ1-ФX。而在δ2处ФX与ΦΤ2方向一致，磁通是加强的，等于ΦΤ2+ФX，当ФX增到足够大时，在δ2处产生的吸力和机械力之和大于在δ1处产生的吸力时，衔铁返回到打落位置，变成如图2．1．16（b）所示的状态。

如果改变线圈电流极性，如图2．1．16（b）所示，则在铁芯中电磁通ФX的方向随之改变，极靴处为S极，这时在δ1处ΦX与ΦΤ1方向一致，磁通是加强的，等于ΦΤ1+ΦX。而在δ2处ΦX与ΦΤ2方向相反，磁通是削弱的，等于ΦΤ2-ΦX，当ΦX增到足够大时，在δ1处产生的吸力大于在δ2处产生的吸力和机械力之和时，衔铁由打落位置返回到定位吸起位置，变成如图2．1．16 （a）所示的状态。

8）安全型继电器的特性

安全型继电器的特性包括电气特性、时间特性、机械特性和牵引特性。这些特性用来表征继电器的性能，是使用和检修继电器的重要依据。

①电气特性

电气特性是安全型继电器的基本要求，也是设计和实现信号逻辑电路的依据。

电气特性包括额定值、充磁值、释放值、工作值、反向工作值、转极值等。

A．额定值

额定值是满足继电器安全系数所必须接入的电压或电流值。

AX系列继电器的额定电压为直流24 V，作为轨道继电器、灯丝继电器、道岔启动继电器时除外。

B．充磁值

为了测试继电器的释放值或转极值，预先使继电器磁系统磁化，向其线圈通以4倍的工作值或转极值。这样可使继电器磁路饱和，在此条件下测试释放值或转极值。

C．释放值

向继电器通以规定的充磁值，然后逐渐降低电压或电流，至全部前接点断开时的最大电压或电流值。

D．工作值

向继电器线圈通电，直到衔铁止片与铁芯接触、全部前接点闭合，并满足规定接点压力所需要的最小电压或电流值。此值是继电器的磁系统及接点系统刚好能工作的状态，一般规定工作值不大于额定值的70%。

E．反向工作值

向继电器线圈反向通电，直到衔铁止片与铁芯接触、全部前接点闭合，并满足接点压力时所需要的最小电压或电流值。造成反向工作值大于工作值的原因是磁路剩磁影响所致，反向工作值一般不大于工作值的120%。

F．转极值

使有极继电器衔铁转极的最小电压或电流值，又分为正向转极值和反向转极值。

正向转极值是使有极继电器的衔铁转极，全部定位接点闭合，并满足规定接点压力时的正向最小电压或电流值。

反向转极值是使有极继电器的衔铁转极，全部反位接点闭合，并满足规定接点压力时的反向最小电压或电流值。

G．反向不工作值

向偏极继电器线圈反向通电，继电器不动作的最大电压值。

H．返还系数

释放值与工作值之比称为返还系数。返还系数对于信号继电器有着特别重要的意义，返还系数越高，标志着继电器的落下越灵敏。规定普通继电器的返还系数不小于30%，缓放型继电器不小于20%，轨道继电器不小于50%。

AX系列常用继电器的电气特性及时间特性如表2．1．3所示。

表2．1．3　AX系列常用继电器的电气特性和时间特性

续表

注：1．JWXC-H340型继电器当电压在18 V时缓吸时间不大于0．35 s，24 V时不大于0．35 s。
2．JWXC-H310型继电器在24 V时缓放时间（0．8±0．1）s，缓吸时间（0．4±0．1）s。
3．JWXC-H1200型继电器在24 V时缓吸时间0．65 s。
4．JYJXC-3000型继电器临界不转极值应大于120 V，JYJXC-J3000型继电器临界不转极值应大于160 V。

②时间特性

电磁继电器的电磁系统是具有铁芯的电感，在接通或断开电源时，由于电磁感应作用，在铁芯中产生涡流，在线路中产生感应电流。这些电流产生的磁通阻碍铁芯中原来的磁通的变化，因此电磁继电器或多或少地都具有一些缓动的时间特性。

在各种继电器控制的电路中，由于它们完成的作用不一样，对继电器的时间特性要求也不一样，如果不能满足对时间特性的要求，控制电路便不能正常工作。因此，不仅要了解继电器固有的时间特性，而且还要按电路的要求，设法改变继电器的时间特性。

A．继电器的时间特性

电磁继电器线圈所具有的电感不仅电感量大，而且是非线性的。再加上继电器磁路中的工作气隙在动作过程中是变化的，因此继电器线圈中的电流变化规律较为复杂。

当线圈通电到衔铁动作，带动后接点断开，前接点接通，需要一定的时间。当线圈断电到衔铁动作，带动前接点断开，后接点接通，也需要一定的时间，即吸合需要时间，释放也需要时间。

图2．1．17

吸合时间指向继电器通入额定值起至全部前接点闭合所需的时间（包括通电至后接点断开的吸起启动时间和从后接点断开到前接点闭合的衔铁运动时间）。返回时间指向继电器通入额定值，从线圈断电时至前接点断开所需的时间（包括断电至前接点断开的缓放时间和从前接点断开至后接合闭合的衔铁运动时间）。继电器动作时间如图2．1．17所示。

B．改变继电器时间特性的方法

继电器用于控制电路中，要满足不同控制对象对时间特性的要求，光依靠继电器的固有时间特性是不行的，必须根据需要改变继电器的时间特性。改变继电器时间特性的方法：一是改变继电器的结构；二是用电路来实现。

a．改变继电器结构以获得继电器的缓动

改变衔铁与铁芯间止片厚度，来改变继电器的返回时间；选用电阻率较高的铁磁材料，以缩短继电器的动作时间；增大线圈导线的线径来减小继电器的吸合时间等方法。而采用得最多的方法是在继电器铁芯上套短路铜环使继电器缓动，构成缓放型继电器。安全型继电器用铜线圈架作为铜环，如图2．1．18所示。

图2．1．18

这样的继电器，当其线圈接通电源或断开电源时，铁芯中的磁通发生变化，在铜线圈架中产生感应电流（涡流），感应电流所产生的磁通阻止原磁通的变化，使铁芯中的磁通变化减慢（即接通电源时感应电流产生的磁通与原磁通方向相反，使磁通增加减慢；切断电源时感应电流的磁通与原磁通方向相同，使磁通减小变慢），从而使继电器缓吸缓放。在具体电路中，最多利用的是它的缓放特性。

b．构成缓放电路以获得继电器的缓放

提高继电器端电压，使其快吸；与继电器线圈串联RC并联电路，使其快吸；在继电器线圈两端并联电阻或二极管，使其缓放；短路继电器一个线圈，使其缓放等。最多采用的是在继电器线圈两端并联RC串联电路，使继电器缓吸缓放，如图2．1．19所示。在继电器通电时，电容器充电，因充电电流一开始很大，在R上产生较大压降，降低了继电器的端电压，使继电器线圈中的电流增加减缓，起到缓吸的作用。在继电器断电时，依靠电容器C的放电，使继电器缓放。

图2．1．19

缓放时间长短与电容器的容量、放电回路中的电阻值及继电器的释放值有关。可通过改变C的电容量和R的电阻值来获得所需要的缓放时间。缓放型继电器的缓放时间最长仅0．5 s，不能满足一些信号电路对时间的要求，因此常用在继电器线圈两端并联RC电路的方法来获得所需要的缓放时间。

③机械特性和牵引特性

在继电器衔铁的动作过程中，衔铁上受到电磁吸引力和反作用力。电磁吸引力又称牵引力。反作用力与之方向相反，对于安全型继电器来说是由衔铁（及重锤片）的重力和接点簧片的弹力组成的，故称为机械力。要使继电器可靠工作，牵引力必须大于机械力。因此，牵引力的大小要根据机械力来确定。

A．机械特性

AX系列继电器机械力的大小与接点片的数量、重锤片的数量、衔铁的动程等有关，而且在衔铁的整个运动过程中所受到的机械力不是固定不变的，而是在一个很大的范围内变化的。也就是说，继电器的机械力FJ是随着衔铁与铁芯间的气隙δ的变化而变化的。FJ= f（δ）的变化关系称为继电器的机械特性。表示这种变化关系的曲线，称为机械特性曲线。不同类型的继电器，其结构不同，机械特性也不同。

图2．1．20

如图2．1．20所示为无极继电器的机械特性曲线，图中纵坐标表示衔铁运动时所克服的机械力FJ（单位为g），横坐标表示衔铁与铁芯间的工作气隙δ（单位为mm），横轴上线段Oa代表最大气隙δ值，Oδ0代表止片厚度，aδ0代表衔铁动程值（δa -δ0）。

继电器衔铁释放时气隙最大，这时在衔铁重力和动接点片的预压力（动接点片预先向下弯曲变形所产生的弹力）的作用下，使动接点片与后接点片间保持一定的压力，以保证接触良好。后接点片的预压力与衔铁重力及动接点片预压力之和相平衡，衔铁上的机械力FJ为零，在机械特性曲线上用a点表示。

当衔铁开始运动，工作气隙从δ0逐渐减小时，后接点片的挠度随之逐渐减小，使后接点片与动接点片之间的压力逐渐减小。这时后接点片给予动接点片的作用力也逐渐减小，动接点片的挠度逐渐增大。因此，随着气隙的减小，机械力FJ逐渐增大，如图2．1．20所示的线段ab。该线段的陡度由后接点片和动接点片的弹性变形决定。

当动接点与后接点刚分离时，动接点片失去了后接点片对它的作用力，使机械力突然增大，如图2．1．20所示的线段bc。其值决定于衔铁质量和动接点片的预压力之和。衔铁继续运动，使动接点片逐渐向上弯曲，由于动接点片的挠度加大，使动接点片对衔铁的压力逐渐上升，如图2．1．20所示的线段cd。上升的陡度由动接点片的弹性变形决定。当动接点片与前接点片接触并使前接点片刚离开上托片时，动接点片上增加了前接点的预压力，使机械力突然加大，如图2．1．20所示的线段de。其值决定于动接点片的弯曲挠度所产生的弹力及前接点的预压力之和。

为使动接点片与前接点片间接触良好，必须要求它们之间有一定的压力，故衔铁仍需运动，直至衔铁运动完毕。在这一过程中，由于动接点片和前接点片共同弹性变形，弹力增大，所以机械力较快上升，如图2．1．20所示的线段ef。

可见，继电器的机械特性曲线是一条折线，它表示了衔铁运动在不同位置时的机械反作用力FJ。折线上c，e两个折点凸出向上，它们反映了衔铁运动在这两个位置的机械反作用力变化最大。如果继电器的牵引力在这两个位置均能大于机械反作用力，该继电器就能吸起。故c，e两个点中的一个，一般作为确定牵引力的依据，称为临界点。

机械特性曲线可根据材料力学计算求得，也可通过实验求得。

图2．1．21

B．牵引特性

当无极继电器线圈上加上直流电源后，铁芯中就产生磁通，磁通经过铁芯与衔铁间的气隙δ时，对衔铁产生电磁吸引力，称为牵引力FQ。牵引力FQ与线圈的磁势（线圈的匝数和所加电流的乘积IW，通常称安匝）及气隙大小有关。当δ一定时，FQ与安匝（IW）的平方成正比；当安匝一定时，FQ与δ的平方成反比。即FQ随δ呈双曲线规律而变化。牵引力FQ随工作气隙δ变化的关系FQ= f（δ），称为牵引特性。牵引特性曲线如图2．1．21所示。从图中可知，当安匝一定时，牵引力FQ随δ的减小呈双曲线规律急剧增大；而相同的工作气隙，在不同的安匝下，牵引力FQ也不同，安匝大，牵引力也大。因此，不同的安匝值牵引力FQ与工作气隙δ的牵引特性曲线也不同，安匝大，曲线FQ= f（δ）位置就高。

【任务实施】

任务提出：

继电器可用来构成各种控制和表示电路，统称继电器电路。在具体的应用过程中，涉及如何选用继电器，如何识读继电器电路，以及如何分析继电器电路等方面。掌握了这些知识，有助于帮助我们正确地运用继电器。

（1）电路中选择继电器的一般原则

①继电器类型、线圈电阻，应满足各种电路的具体要求。

②电路中串联使用继电器时，串联的继电器的数量应满足各继电器正常工作电压的要求。

③继电器的接点最大允许电流不应小于电路的工作电流，必要时可采用接点并联的方法。

④继电器的接点数量不能满足电路要求时，应设复示继电器，复示继电器应能及时反映主继电器的动作状态。

⑤电路中串联继电器接点时，要使串联继电器接点的接触电阻不影响电路的正常工作。

（2）继电器的表述

1）继电器的名称符号

继电器一般是根据它的主要用途和功能来命名的，如反映按钮动作的继电器称为按钮继电器，控制信号的继电器称为信号继电器。为了便于标记，继电器符号用汉语拼音字头来表示。例如，轨道继电器表示为GJ，灯丝继电器表示为DJ。在一个控制系统中会用到许多继电器，同一作用和功能的继电器也不止一个，它们的名称必须有所区别。例如，以DXJ代表调车信号继电器，DCJ代表道岔定位操纵继电器。同一个继电器的线圈和接点必须用该继电器的名称符号来标记，以免互相混淆。同一个继电器的各接点组还需用其编号注明，以防重复使用。

2）继电器的定位

继电器有两个状态：吸起状态和落下状态。在电路图中只能表达这两种状态中的一种，应有所规定。电路图中继电器呈现的状态称为通常状态（简称常态），或称为定位状态。在铁路信号系统中遵循以下原则来规定定位状态：

①继电器的定位状态应与设备的定位状态相一致，信号设备平面布置图中所反映的设备状态约定为设备的定位状态。例如，一般信号机以信号关闭为定位状态，道岔以开通定位位置为定位状态，轨道电路以空闲、无车占用为定位状态。

②根据“故障-安全”原则，继电器的落下状态必须与设备的安全侧相一致。例如，信号继电器的落下应与信号关闭相一致，轨道继电器落下应与轨道电路被占用相一致。这样，才能实现电路发生断线故障时导向安全侧。

根据以上两条原则就可确定继电器的定位状态了。例如，信号继电器XJ落下与信号关闭相对应，规定XJ落下为定位状态；道岔定位表示继电器DBJ吸起与道岔处于定位相对应，规定DBJ吸起为定位状态，而道岔反位表示继电器FBJ吸起应与道岔处于反位相对应，故规定FBJ落下为定位状态；轨道继电器GJ吸起与轨道电路空闲相对应，规定GJ吸起为定位状态。

在电路图中，凡以吸起位置为定位状态的继电器，其线圈和接点处均以“↑”符号标记；凡以落下位置为定位状态的继电器，其线圈和接点处均以“↓”符号标记。

3）继电器图形符号

在继电器电路中，涉及继电器线圈和接点组，它们的图形符号分别如表2．1．4和表2．1．5所示。这些图形符号反映了继电器的某些特性，因此绘图时必须正确选用，以免混淆。表中的接点图形符号有工程图用和原理图用两种。工程图用的符号略为复杂，但能准确表达接点的状态，且不致因笔误而造成误解，因此工程图必须采用工程图用符号。原理图用的接点符号比较简单，但稍有笔误即易造成误认，仅限于设计草图和教学中使用。

表2．1．4　继电器线圈的图形符号

续表

表2．1．5　继电器接点的图形符号

续表

（3）继电器线圈的使用

对于有两个线圈参数相同的继电器，它的线圈有多种使用方法：可以两个线圈串联使用，连接2-3电源片，使用1-4电源片；可以两个线圈并联使用，电源片1-3连接，2-4连接，使用1-2或者3-4电源片；也可以两个线圈分别使用或单线圈单独使用。

无论哪一种使用方法，都要保证继电器的工作安匝和释放安匝，才能使继电器可靠工作。

例如，JWXC-1000型继电器，它的前后线圈均为8 000匝，两个线圈串联使用时，工作电压不大于14．4 V，故工作电流不大于14．4／1 000=0．014 4 A，工作安匝不大于2×8 000×0．014 4= 230．4安匝。当单线圈使用时，为了得到同样的安匝，加在两线圈上的工作电压应为230．4／8 000×500=14．4 V。当两线圈并联时，为获得同样的安匝，所需工作电压应为115．2／8 000× 2×250=7．2 V。

可见，单线圈使用时，为保证得到与两线圈串联使用时同样的工作安匝，通过线圈的电流必须比串联时大1倍，所消耗功率也大1倍。此时，电源容量要大，线圈易发热。因此，继电器大多采用两线圈串联使用的方法。但当电路需要时，也采用分线圈使用的方法。两线圈并联使用时，所需电压比串联时低一半，一般使用在较低电压的电路中。

（4）继电器基本电路

根据继电器接点在电路中的连接方式，继电器电路可分为串联、并联和串并联3种基本形式。

1）串联电路

串联电路指继电器接点串联连接的电路，其功能是实现逻辑“与”的运算。如图2．1．22所示为一串联电路，3个接点必须同时闭合才能使继电器DJ吸起。从逻辑功能来看，接点在电路中的串接顺序可以是任意的，而且动接点是否接向电源也是任意的。但从工程角度出发，应考虑接点的有效使用，如AJ的后接点可用在别的电路中。

图2．1．22

2）并联电路

由几个继电器接点并联连接的电路称为并联电路，它的功能是实现逻辑“或”运算。如图2．1．23所示为3个接点并联的电路，其中任意一个接点闭合都会使继电器DJ吸起。从工程角度看，也要考虑接点组的有效利用。

3）串并联电路

根据逻辑功能的要求，在电路中有些接点串联，有些并联，这类电路称为串并联电路，如图2．1．24所示。

图2．1．23

图2．1．24

（5）继电器电路分析方法

1）动作程序法

动作程序法用来表示继电器的动作过程，着重反映继电器电路的时序关系和因果关系，而不能严格地表达逻辑功能。

用符号表示各继电器状态的变化，“↑”表示继电器吸起，“↓”表示继电器落下（这里“↑”“↓”表示继电器的动作，不要和电路图中表示继电器定位状态的↑、↓相混淆）。“→”表示促使继电器吸起、落下。“∣”表示逻辑“与”。

例如，如图2．1．25（a）所示的脉动偶电路，可写出它的动作程序（见图2．1．25（b））。

2）接通径路法

接通径路法（也称接通公式法）用来描述继电器励磁电流的径路，即由电源正极经继电器接点、线圈及其他器件（按钮接点、二极管等）流向电源负极的回路，它是在分析继电器电路中常用的方法（俗称跑电路，但不一定写下来）。

图2．1．25

如图2．1．25（a）所示的脉动偶电路，其励磁电路为

KZ—K11-l2—BJ11-13—AJ1-4—KF

KZ—K11-12—AJ11-12—BJ1-4—KF

式中，各接点及器件的下标是它们在电路中具体连接的接点号或端子号，接点之间用“—”联系，它表示“经由”，而不用“→”，因为没有“促使”的含义，以避免和动作程序法中的“→”相混淆。

一个继电器可能有多条励磁电路，需分别写出接通径路予以描述。接通径路法仅表达了继电器电路的导通路径，而不能反映电路的逻辑功能。对于复杂的继电器电路，在对其逻辑功能不熟悉的情况下，可先用接通径路来加以描述。

在实际应用过程中，往往将动作程序法和接通径路法结合起来使用，一方面，在掌握继电器电路动作程序的情况下，能方便地跑通电路；另一方面，在跑通电路的过程中，加深对动作程序的理解。

（6）自闭电路

由自身前接点构成的电路称为自闭电路。在继电器构成的控制系统中，常需要将某一动作记录下来，为以后的过程作准备。如图2．1．26所示的按钮继电器电路，按下自复式按钮A后，继电器AJ经过励磁电路吸起。但松开按钮后，由于增加了由自身前接点构成的电路，使按钮松开后，继电器不落下。有了自闭电路后继电器就有了记忆功能。当它完成任务后，就必须由表示该任务完成的继电器（BJ）接点使其复原。

图2．1．26

【任务考评】

以学生自评互评为主，教师综合评定。

任务实施过程考核评价表

【场景设计】

1．利用转辙机实物进行演示教学。

2．采用多媒体、课件等教学方式。

3．学生每6～8人1组。

4．考评所需的记录、评价表。

【知识准备】

转辙机是道岔控制系统的执行机构，用于转换锁闭道岔尖轨或心轨，表示监督联锁区内道岔尖轨或心轨的位置和密贴状态。转辙机对于保证行车安全、提高运输效率、改善车站人工劳动强度有重要的作用。

（1）转辙机的作用

①转换道岔位置，根据需要将道岔转换至定位或反位。

②将道岔转至所需位置而且密贴后，锁闭道岔，防止外力转换道岔。

③正确反映道岔的实际位置，道岔尖轨密贴于基本轨后，给出相应位置表示。

④道岔被挤或因故处于“四开”（两侧尖轨均不密贴）位置时，及时给出报警信息。

（2）对转辙机的基本要求

①作为转换装置，应具有足够大的压力，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。

②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振动而错误解锁。

③作为监督装置，应能正确地反映道岔的状态。

④道岔被挤后，在未修复前不应再使道岔转换。

（3）转辙机的分类

1）按动作能源和传动方式分类

转辙机可分为电动转辙机、电动液压转辙机和电空转辙机。

电动转辙机由电动机提供动力，采用机械传动的方式。多数转辙机都是电动转辙机，包括ZD6系列、ZD9系列和S700K型转辙机。

电动液压转辙机简称电液转辙机，由电动机提供动力，采用液力传动的方式。ZY（J）系列转辙机即为电液转辙机。

电空转辙机由压缩空气作为动力，由电磁换向阀控制。ZK系列转辙机即为电空转辙机。

2）按动作电源分类

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，工作电源采用直流电。目前使用较多的ZD6系列电动转辙机就是直流转辙机，ZD9转辙机也有采用直流电源工作的，由直流220 V供电；电空系列转辙机则是由24 V直流电供电。

缺点：存在换向器和电刷，易损坏，故障率高。

交流转辙机采用三相交流电源或单相交流电源。

一些地铁公司采用的S700K型和ZDJ9转辙机即为交流380 V转辙机。交流电动机没有换向器和电刷，故障率低，而且单芯电缆控制距离远。

3）按动作速度分类

转辙机分为普通动作转辙机和快动转辙机。

普通转辙机动作时间在3．8 s以上，而快动转辙机的动作时间在0．8 s以下。快动转辙机一般应用在驼峰场。

4）按锁闭道岔方式分类

转辙机可分为内锁闭转辙机和外锁闭转辙机。

内锁闭转辙机是当道岔由转辙机带动转换至某个特定位置后，在转辙机内部进行锁闭，由转辙机动作杆经外部杆件对道岔实现位置固定。实质上，内锁闭方式锁闭道岔是对道岔可动部分进行间接锁闭。例如，ZD6型转辙机就是由其内部的锁闭齿轮的圆弧面和齿条块的削尖齿实现锁闭的，如图2．2．1所示。

图2．2．1

（a）锁闭齿轮　（b）齿条块

缺点：当列车通过道岔产生冲击时，其冲击力经过杆件将直接作用于转辙机内部，会出现转辙机部件易于受损，挤切销折断，移位接触器跳开等故障，不利于高速区段运用。

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，是直接锁闭的方式。外锁闭装置将道岔的密贴尖轨和基本轨直接进行锁闭。因此，隔离列车通过时对转换设备的振动和冲击，提高转换设备的使用寿命和可靠性。S700K型和ZDJ9型电动转辙机均采用外锁闭方式。

优点：外锁闭方式锁闭可靠，列车过岔时对转辙机冲击小，有利于减少转辙机故障，提高转辙机使用寿命。

5）按是否可挤分类

转辙机分为可挤型转辙机和不可挤型转辙机。

可挤型：设有道岔保护（挤切或挤脱）装置，道岔被挤时，动作杆解锁，保护整机。不可挤型：道岔被挤时，挤坏动作杆与整机的联接结构，应整机更换。

一般双机牵引的第一牵引点为不可挤型转辙机，所以没有挤脱装置。

（4）ZD6系列电动转辙机

目前，ZD6系列的电动转辙机在我国铁路和城市轨道交通中使用最为广泛。它包括A，B，C，D，E，F，G，H，J，K等派生型号。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。ZD6系列电动转辙机采用内锁闭方式。下面以ZD6-A型为重点进行介绍。

1）转辙机型号组成及表示意义

2）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、摩擦联接器、自动开闭器、主轴、动作杆、表示杆、移位接触器、遮断开关（安全接点）、外壳等组成。ZD6-A型电动转辙机结构如图2．2．2所示。

图2．2．2

①电动机

电动机为电动转辙机提供动力，采用直流串激电动机，主要由定子绕组、转子绕组、换向器、碳刷、外壳等组成。电动机外形如图2．2．3所示。

图2．2．3

直流电动机的正转和反转可通过改变定子绕组中或转子绕组中的电流方向来实现。为配合四线制道岔控制电路，采用了定子绕组正转和反转分开使用的方式，如图2．2．4所示。两个定子绕组通过公共端子分别与转子绕组串联，电动机电路电流流动方向为从1端子到3端子，通过碳刷、换向器、碳刷到4端子或从2端子到3端子，通过碳刷、换向器、碳刷到4端子。

图2．2．4

②减速器

减速器用来降低电动机的高转速以换取足够大的转矩，从而带动道岔进行转换。ZD6系列电动转辙机所用的减速器为两级减速装置，第一级为定轴传动外啮合齿轮，即小齿轮带动大齿轮，当电动机通电旋转时，安装在电动机输出轴的小齿轮转动，使与之啮合的大齿轮转动，实现减速，减速比为103：27；第二级为渐开线内啮合行星传动式减速器，减速比为41：1，于是总减速比为103／27×41／1=156．4。两级间以输入轴联系，减速器由输出轴和主轴联系。减速器外形如图2．2．5所示。

图2．2．5

下面以ZD6-A型电动转辙机的行星减速器为例，说明行星减速器的结构原理。如图2．2．6

图2．2．6

所示，行星减速器主要由内齿轮、外齿轮、偏心轴、输出圆盘等组成，内齿轮靠摩擦联接器的摩擦带“固定”在减速器壳内。内齿轮里装有外齿轮。外齿轮通过滚动轴承装在偏心轴的轴套上。偏心轴套用键固定在输入轴上。外齿轮上有8个圆孔，每个圆孔内插入一根套有滚套的滚棒。8根滚棒固定在输出轴的输出圆盘上。当外齿轮作摆式旋转时，输出轴就随着旋转。

当输入轴随第一级减速齿轮顺时针旋转时，偏心轴套也顺时针旋转，使外齿轮在内齿轮里沿内齿圈做逐齿啮合的偏心运动。当输入轴旋转一周，外齿轮也做一周偏心运动。外齿轮有41个齿，内齿轮有42个齿槽，两者相差一齿。因此，外齿轮做一周偏心运动时，外齿轮的齿在内齿轮里错位一齿。在正常情况下，内齿轮静止不动，迫使外齿轮在一周的偏心运动中反方向旋转一齿的角度。当输入轴顺时针方向旋转41周，外齿轮逆时针方向旋转一周，带动输出轴逆时针方向旋转一周，这样就达到了减速的目的。

外齿轮既在输入轴的作用下做偏心运动，又与内齿轮作用做旋转运动，类似于行星的运动，即既有自转又有公转，故外齿轮称为行星齿轮，该种减速器称为行星传动式减速器。

为了达到机械转动的平衡，内齿轮里有两个外齿轮，它们共同套在一个输出轴圆盘的8根滚棒上，两个外齿轮之间偏向成180°

③摩擦联接器

图2．2．7

摩擦联接器是保护电动机和吸收转动惯量的联接装置。它主要由减速壳、摩擦制动板、摩擦带、弹簧、调整螺母等构成。当道岔因故转不到底时，电动机电路不能断开，如果电动机突然停转，电动机会因电流过大而烧坏。另外，在正常使用中，道岔转换到位，电动机的惯性将使内部机件受到撞击或毁坏。为防止上述情况发生，还要在正常情况下能带动道岔转换，就要求机械传动装置不能采用硬性联接而必须采用摩擦联接。因此，ZD6型电动转辙机在行星减速器中安装了摩擦联接器。ZD6-A型电动转辙机的摩擦联接器是在行星传动式减速器内齿轮延伸部分的小外圆上套以可调摩擦板构成的，如图2．2．7所示。行星减速器的内齿轮大外圆装在减速壳内，可自由滑动。内齿轮延伸的小外圆上装有摩擦带的摩擦制动板。摩擦制动板下端套在固定于减速壳的夹板轴上，当上端由螺栓弹簧压紧时，内齿轮就靠摩擦作用而被“固定”。在正常情况下，依靠摩擦力，内齿轮反作用于外齿轮，使外齿轮做摆式旋转，带动输出轴转动，最终使道岔转换。当道岔尖轨发生受阻不能密贴和道岔转换完毕电动机惯性运动的情况下，输出轴不能转动，外齿轮受滚棒阻止而不能自转，但在输入轴带动下做摆式运动，这样外齿轮对内齿轮产生一个作用力，使内齿轮在摩擦制动板中旋转（称为摩擦空转），消耗能量，保护电动机和机械传动装置。

摩擦联接器的摩擦力要调整适当，过紧会失去摩擦联接作用，损坏电动机和机件；过松不能正常带动道岔转换。摩擦联接器的松紧用调整螺母调整弹簧压力来调整。调整的标准是额定摩擦电流应为额定动作电流的1．3～1．5倍。

④启动片

启动片用来联接减速器的输出轴与转辙机主轴，利用其正、反两面互相垂直成“十”字形的沟槽，在旋转时自动补偿两轴不同心的误差。

启动片还与速动片相配合，对自动开闭器起控制作用。启动片与输出轴、主轴一起转动，因此能反映锁闭齿轮各个动作阶段（解锁、转换、锁闭）所对应的转角，用它来控制自动开闭器的动作。

启动片上有一梯形凹槽，道岔锁闭后总会有一个速动爪（速动爪上的滚轮）落入其中。道岔解锁时，启动片一方面带动主轴转动，另一方面利用其凹槽的坡面推动速动爪上的滚轮，使速动爪抬起，以断开表示接点。在道岔转换过程中，两个速动爪均抬起。在道岔接近锁闭阶段，启动片的凹槽正好转到应速动断开道岔电机电路的速动爪滚轮下方，与速动片配合，完成自动开闭器的速动。启动片如图2．2．8所示。

图2．2．8

图2．2．9

⑤速动片

速动片有一个矩形缺口，缺口对面有一腰形扁孔。速动片通过速动衬套套在主轴上。启动片上的拨钉插入速动片的腰形孔中。道岔锁闭后，拨钉总是在腰形孔的一端。转辙机开始动作时，启动片旋转，启动片上的拨钉在腰形孔中空走一段后才拨动速动片一起转动。

速动片套在速动衬套上，速动衬套又卡在自动开闭器接点座上，它不随主轴转动。速动片直径比启动片略大，当主轴转动，速动片不会跟着转。它的转动只有靠拨钉拨动。在锁闭齿轮进入锁闭阶段时，齿条块已不再动，为了完成内锁闭，主轴还在转动，启动片和速动片也在转动。这时启动片的梯形凹槽已经转到速动爪滚轮的下方，为速动爪的落下准备好条件。但是，速动片仍然支承着速动爪，使它不能落下。只有当速动片再转过一个角度，使速动爪突然失去支承，就在拉簧的强力作用下，迅速落向启动片凹槽底部，实现了自动开闭器的速动。因此，速动的关键是尖爪从速动片的缺口尖角边突然跌落。速动片如图2．2．9所示。

⑥主轴

主轴主要由主轴、主轴套、轴承、止挡栓等组装而成，其外形如图2．2．10所示。它一端和启动片联接，另一端联接锁闭齿轮，主轴带动锁闭齿轮，通过与齿条块配合完成转换和锁闭道岔。主轴上的止挡栓用来限制主轴的转角，使锁闭齿轮和齿条块达到规定的锁闭角，并保证每次解锁以后都能使两者保持最佳的啮合状态，使整机动作协调。主轴的结构组成如图2．2．11所示。

图2．2．10

图2．2．11

⑦转换锁闭装置

转换锁闭装置由锁闭齿轮和齿条块、动作杆组成，用来把旋转运动变为直线运动以带动道岔尖轨位移，并完成内部锁闭。

A．锁闭齿轮和齿条块

锁闭齿轮如图2．2．12（a）所示，共有7个齿，其中1和7是位于中间的启动小齿，在它们之间是锁闭圆弧。齿条块上有6个齿、7个齿槽，如图2．2．12（b）所示。中间4个是完整的齿，两边的两个是中间有缺槽的削尖齿。缺槽是为了锁闭齿轮上的启动小齿能顺利通过而设置的。

当道岔在定位或反位，尖轨与基本轨密贴时，锁闭齿轮的圆弧正好与齿条块的削尖齿弧面重合，如图2．2．13所示。这时如果尖轨受到外力要使之移动，或列车经过道岔使齿条块受到水平作用力，这些力只能沿锁闭圆弧的半径方向传给锁闭齿轮，它不会转动，齿条块及固定在其圆孔中的动作杆也不能移动，这样就实现了对道岔的锁闭。

图2．2．12

（a）锁闭齿轮　（b）齿条块

图2．2．13

电动转辙机每转换一次，锁闭齿轮与齿条块要完成解锁、转换和锁闭3个过程。

a．解锁。假设如图2．2．13（a）所示为定位锁闭状态，若要将道岔转至反位，电动机必须逆时针旋转，输入轴顺时针旋转，使输出轴逆时针旋转，通过启动片带动主轴及锁闭齿轮做逆时针转动。此时，锁闭齿轮的锁闭圆弧面首先在齿条块的削尖齿上滑退，锁闭齿轮上的启动小齿1从削尖齿Ⅰ的缺槽经过。当主轴旋转32．9°时，锁闭圆弧面全部从削尖齿上滑开，启动小齿1与齿条块齿槽1的右侧接触，解锁完毕。

b．转换。启动小齿拨动齿条块齿槽1的右侧，锁闭齿轮带动齿条块移动，即将旋转运动变为直线运动。锁闭齿轮转至306．1°时，齿条块及动作杆向右移动了165 mm，使原斥离尖轨转换到反位，与另一基本轨密贴。

c．锁闭。道岔转换完毕必须进行锁闭，否则齿条块及动作杆在外力作用下可倒退，造成“四开”的危险。道岔转换完毕后，锁闭齿轮继续转动到339°，锁闭齿轮的启动小齿7在削尖齿Ⅵ的齿槽经过，锁闭齿轮上的圆弧面与齿条块削尖齿弧面重合，实现了锁闭，如图2．2．13 （b）所示。此时，止挡栓碰到底壳上的止挡桩，锁闭齿轮即停止转动。

B．动作杆

动作杆是转辙机转换道岔的最后执行部件。动作杆一端与道岔的密贴调整杆相联接，带动尖轨运动。动作杆通过挤切销和齿条块连成一体，正常工作时，它们一起运动。用挤切销将齿条块与动作杆联接在一起的目的是当发生挤岔时，动作杆和齿条块能迅速脱离机械联系，使转辙机内部机件不受损坏。挤切销分主销和副销，分别装于锁闭齿轮削尖齿中间开口处的挤切孔内。主销挤切孔为圆形，主销能顺利插入起主要联接作用。副销挤切孔为扁圆形，副销插入起备用联接作用。

如果是非挤岔原因使主销折断，副销还能起到联接作用。这是因为副销挤切孔为扁圆形，齿条块在动作杆上有3 mm的窜动量。

⑧自动开闭器

自动开闭器的作用：一是用来及时、正确反映道岔尖轨的位置，二是完成控制电动机和挤岔表示的功能。

图2．2．14

在解锁过程中，由自动开闭器接点断开原表示电路，接通准备反转的动作电路；锁闭后，由自动开闭器接点自动断开电动机动作电路，接通表示电路。自动开闭器的外形如图2．2．14所示。

A．自动开闭器的组成

自动开闭器由4排静接点、两排动接点、两个速动爪、两个检查柱及速动片等组成。静接点、动接点、速动爪、检查柱对称地分别装于主轴的两侧，但又是一个整体，如图2．2．15所示。

图2．2．15

自动开闭器分为接点部分、动接点传动部分及控制部分。接点部分包括动接点、静接点、接点座等。静接点左右对称地安装在接点座上。两组动接点分别安装在左右拐轴上，拐轴以接点座为支承。动接点可以在拐肘转动时改变对静接点组的接通位置。

动接点传动部分包括速动爪及其爪尖上的滚轮、接点调整架、连接板和拐轴，这些部件左、右各有一套。调整接点调整架上的螺钉可以改变动接点插入静接点的深度。

控制部分由拉簧、检查柱、速动片（还应包括启动片）组成。拉簧联接两边的调整架，将两边的动接点拉向内侧，为动接点速动提供动力。检查柱在道岔正常转换时，对表示杆缺口起探测作用。道岔不密贴，缺口位置不对，检查柱不会落下，它阻止动接点块动作，不能构成道岔表示电路。挤岔时，检查柱被表示杆顶起，迫使动接点转向外方，断开道岔表示电路。

B．自动开闭器的动作原理

自动开闭器的动作受启动片和速动片的控制。输出轴转动时带动启动片转动。速动片由启动片上的拨钉带动转动。它们之间的动作关系及受它们控制的速动爪的动作情况，如图2．2．16所示。道岔在定位时，启动片凹槽与垂直线成10．5°，将这个起始状态作为0°，假设启动片逆时针转动，固定在左速动爪上的滚轮与启动片凹槽斜面接触，左速动爪随滚轮沿斜面滚动向上升，使L形调整架、连接板、拐轴、支架等相互传动。当启动片转至10．2°时，自动开闭器第3排接点断开；转至19°时，第4排接点开始接左速动爪的滚轮升至最高，左动接点完全打入第4排静接点。启动片转至28．7°时，拨钉移动至速动片腰形孔尽头，拨动速动片随启动片一起转动，一直转到335．6°时，速动片缺口对准右速动爪，在弹簧作用下，右速动爪迅速落入速动片缺口内带动右动接点，使第1排接点迅速断开，第2排接点迅速接通。同时，带动右检查柱落入表示杆检查块的反位缺口内，检查道岔确已转换至反位密贴状态。

图2．2．16

图2．2．17

自动开闭器有两排动接点，4排静接点。它们的编号是站在电动机处观察，从右至左分别为第1排、第2排、第3排、第4排接点，如图2．2．17所示。每排接点有3组接点，自远而近顺序编号，第1排接点为1l—12，13—14，15—16，其他排接点以此类推。

若转辙机定位时第1、第3排接点闭合，则转辙机向反位动作，解锁时，左动接点先动作，断开第3排接点，切断道岔定位表示电路；接通第4排接点，为回转作好准备。转换至反位后，右动接点动作，断开第1排接点，切断电动机动作电路；接通第2排接点，接通道岔反位表示电路。

若转辙机定位时第2、第4排接点闭合，则转向反位时，右动接点先动作，断开第2排接点，接通第1排接点；转换到反位时，左动接点动作，断开第4排接点，接通第3排接点。

从反位转向定位时，接点动作情况与上述相反。

⑨表示杆

转辙机的表示杆与道岔的表示连接杆相连随道岔动作，用来检查尖轨是否密贴，以及道岔在定位还是在反位。

表示杆由前（主）表示杆、后（副）表示杆及两个检查块组成，两杆通过固定螺栓和调整螺母固定在一起。前表示杆的前伸端设有连接头，用来和道岔的表示连接杆相连。固定螺栓装在后表示杆的长孔与相对应的前表示杆圆孔里。前表示杆后端有横穿后表示杆的调整螺母，后表示杆末端有一轴向长孔，内穿一根调整螺杆并拧入调整螺母内，在调整螺杆颈部用销子将它与后表示杆连成一体。松开固定螺栓，拧动调整螺杆时，它带动后表示杆在调整螺母内前后移动。由于后表示杆前端与固定螺栓相连的是一长孔，所以调整范围较大（为86～167 mm），以满足不同道岔开程的需要，如图2．2．18所示。

图2．2．18

为检查道岔是否密贴，在前后表示杆的腹部空腔内分别设一个检查块。每个检查块上有一个缺口，道岔转换到位并密贴后自动开闭器所带的检查柱落入此缺口，使自动开闭器动作。设两个检查块是为了满足道岔定位和反位检查的需要。若左侧检查柱落在后表示杆缺口中，则右侧检查柱将落在前表示杆缺口中。检查柱落入表示杆缺口时，两侧应各有1．5±0．5 mm的空隙。

检查块轴向有一导杆，上面穿有弹簧和导杆钉，平时靠弹簧弹力顶住检查块，以完成对检查柱的检查。挤岔时，检查块缺口被检查柱占有，挤岔瞬间检查块动不了，挤岔的冲击力使表示杆向检查块运动，弹簧受到压缩，检查块和检查柱并未直接受到挤岔冲击力，不会损坏。此外，表示杆被挤，用缺口斜面迫使检查柱抬起，脱离检查块缺口，各部件不致受损。此时由于检查柱的抬起，自动开闭器的动接点立即退出静接点组，断开道岔表示电路。

⑩挤切装置

挤切装置包括挤切销和移位接触器，用来进行挤岔保护，并切断表示电路。

A．挤切销

两个挤切销（主销和副销）把动作杆与齿条块联接在一起，如图2．2．19所示。道岔在定位或反位时，齿条块被锁闭齿轮锁住，齿条块、动作杆不能动作，道岔也就被锁住。当发生挤岔时，来自尖轨的挤岔力推动动作杆，当此力超过挤切销能承受的机械力时，主、副挤切销先后被挤断，动作杆在齿条块内移动，道岔即与电动转辙机脱离机械联系，保护转辙机主要机件和尖轨不被损坏。一般情况下，挤岔后，只要更换挤切销即可恢复使用。

图2．2．19

B．移位接触器

移位接触器安装于机壳内侧，动作杆上方。由触头、弹簧、顶销、接点等组成，如图2．2．20所示。它受齿条块内两端的顶杆控制。平时顶杆受弹簧弹力，顶杆下端圆头进入动作杆上的圆坑内。当挤岔时齿条块不动，挤切销被挤断，动作杆在齿条块内产生位移，顶杆下端被挤出圆坑，使顶杆上升，将移位接触器的顶销顶起，断开它的接点，从而断开道岔表示电路。移位接触器上部有一按钮，挤岔后恢复时，可按下此按钮，使移位接触器再次接通。

图2．2．20

安全接点

安全接点用来保证维修安全。正常使用时，安全接点接通，接通道岔启动电路。检修道岔时，断开安全接点，以防止检修过程中转辙机转动影响维修人员作业，如图2．2．21所示。

图2．2．21

图2．2．22

壳体

壳体是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、尘土侵入，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。机盖内侧周边有密封槽，内镶有密封胶垫，防止尘土和雨水进入，如图2．2．22所示。

3）ZD6系列电动转辙机的各项参数

ZD6系列电动转辙机包括满足各种需求的ZD6型转辙机的派生型号。它们的各项参数如表2．2．1所示。

表2．2．1　ZD6系列电动转辙机的各项参数

ZD6系列电动转辙机采用直流串激式电动机，其各项参数如表2．2．2所示。

表2．2．2　直流串激电动机的各项参数

4）ZD6系列电动转辙机摩擦电流

ZD6系列电动转辙机摩擦电流应符合下列要求：

①ZD6-A型、ZD6-D型、ZD6-F型转辙机单机使用时，摩擦电流为2．3～2．9 A。

②ZD6-E型和ZD6-J型转辙机双机配套使用时，单机摩擦电流为2．0～2．5 A。

（5）ZD（J）9系列电动转辙机

ZD（J）9系列电动转辙机用于转换各种道岔，改变道岔开通方向，锁闭道岔尖轨，反映道岔尖轨位置状态。

1）ZD（J）9转辙机的特点

ZD（J）9型系列电动转辙机是一种能适应交、直流电源的新型转辙机。它有着安全可靠的机内锁闭功能，因此既可适用于联动内锁道岔，又可适用于分动外锁道岔，既适用于单点牵引，又适用于多点牵引，安装时，既能角钢安装，又能托板安装。

2）ZD（J）9转辙机型号组成及表示意义

3）ZD（J）9系列转辙机适用范围

ZD（J）9系列转辙机有交流和直流两种类型，可适用不同的供电种类。另外，还能满足转换不同类型道岔的要求，如单机牵引、双机牵引、多点牵引等，既可适用于普通道岔转换，又可适用于提速道岔建设中的客运专线道岔转换的使用要求。

转辙机还可根据所安装的牵引点不同分为可挤型与不可挤型。

4）ZD（J）9结构特征

ZD（J）9转辙机主要由电动机、减速器、摩擦联接器、滚珠丝杠、推板套、动作板、锁块、锁闭铁、接点座组件、动作杆、锁闭（表示）杆等零部件组成，结构采用模块化设计，便于维护和维修。

图2．2．23

①电动机

电动机是给转辙机提供动力的，有交流电动机和直流电动机两种类型。电机可根据需要直接更换成交流或者直流电动机，更换方便。电机外壳采用拉拔铝成型，外形美观，如图2．2．23所示。

②减速器

减速器的作用是将电动机的高速转速降下来，以提高转动力矩。减速器分为两级减速，第一级减速器为齿轮减速，它以齿轮箱的形式与电动机接合在一起，齿轮箱中有摇把齿轮、电机输出小齿轮、中间齿轮，中间齿轮啮合于摩擦联接器齿轮上，摇把齿轮用于手摇转辙机。第二级减速由滚珠丝杠、螺母及推板套完成，它除了具有减速作用外，还将旋转运动变为推板套的水平动作，以便间接使动作杆做水平运动，原理同S700K型电动转辙机。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，第二级速比也为46／18，总速比5．63。

③滚珠丝杠和推板套

滚珠丝杠选用3205型国内磨削丝杠，直径φ 32 mm，导程10 mm，丝杠螺母采用法兰盘结构方式，便于选用标准结构。由于导程大，滚珠也大，故可靠性高。滚珠丝杠的一端与摩擦联接器“固定”在一起，当摩擦联接器转动时，滚珠丝杠随之转动，使丝杠上的推板套做水平运动如图2．2．24所示。

图2．2．24

④摩擦联接器

摩擦联接器采用干摩擦，主动片是4片外摩擦片，用钢带加工，被动片为3片铜基粉末冶金摩擦材料的内摩擦片，用12个弹簧加压，将摩擦联接器齿轮与滚珠丝杠“固定”在一起，如图2．2．25所示。在正常情况下，摩擦联接器可保证转换力的稳定，通过摩擦联接器中的内外摩擦片的摩擦作用，将摩擦联接器齿轮的旋转运动传递到滚珠丝杠上，滚珠丝杠把传动齿轮的旋转运动转换成与丝杠联接的推板套的水平运动。当道岔受阻，滚珠丝杠不能转动时，电动机将带动齿轮箱中的齿轮及摩擦联接器齿轮空转，起到保护电动机的作用。

图2．2．25

图2．2．26

⑤动作板

如图2．2．26所示，动作板是固定推板套面上的钢板，有高低两个层面，高面两端有斜面，低面两端设两个可窜动（弹簧弹力）的速动片。

图2．2．27

⑥自动开闭器

自动开闭器的接点组与ZD6型相同，只是将动接点支架改进成为有两处压嵌联接的结构，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。另外，静接点片用铍青铜制造，静接点组中的接线端子采用一次性锁紧螺母，使接线更加安全可靠。动接点环用铜钨合金制造，使用寿命达到100万次以上，如图2．2．27所示。

⑦安全开关组

安全开关组由安全开关、连接杆和电机轴端连板组成，安全开关采用沙尔特堡式开关。手动时，由于安全开关通过连接杆与电机轴端的连板相连，因此必须打开安全开关手摇把才能插入。

图2．2．28

⑧接线端子

接线端子采用了德国菲尼克斯公司回拉式弹簧3线接线端子（型号ST2．5-TWIN），由于接线部分没有螺纹联接，因此使用中不需要检查或重新拧紧，是一种免维护的接线端子，能抗振动和冲击，同时又不损及导线，如图2．2．28所示。

⑨底壳

电动转辙机底壳采用铸铝合金材料，同时端盖、防护管、齿轮箱等零件也均采用铸铝合金材料，相对原铸铁底壳质量减轻约40 kg，这可减轻现场电务人员安装、搬运的工作强度。采用的铸铝合金件经过变质处理、固溶处理及人工时效，在抗拉强度等机械性能上优于铸铁件，表面明显优于铸铁件，如图2．2．29所示。

图2．2．29

图2．2．30

⑩主要动作部件

主要动作部件如图2．2．30、图2．2．31、图2．2．32所示。

图2．2．31

阻尼机构

动作杆中部的两斜面为阻尼机构的有效摩擦面，阻尼机构的摩擦头与之相互摩擦，消除转换到位的残余能量，如图2．2．33所示。

挤脱机构

挤脱机构如图2．2．34所示。

图2．2．32

图2．2．33

图2．2．34

机盖

机盖所有焊接部位均采用氩弧焊，并采用热镀锌处理，严格控制前处理，镀后有冰花效果，提高了美观性和防护性，密封条采用防紫外线、抗老化的高性能乙丙橡胶海绵密封垫，为了增强抗老化性能。

5）ZD（J）9系列电动转辙机各项参数

①交流系列电动转辙机主要技术参数

交流系列电动转辙机主要技术参数如表2．2．3所示。

表2．2．3　ZD（J）9交流系列电动转辙机主要技术参数

注：其中A，B用于分动道岔，C，D用于联动道岔。

②直流系列电动转辙机主要技术参数

直流系列电动转辙机主要技术参数如表2．2．4所示。

表2．2．4　ZD（J）9直流系列电动转辙机主要技术参数

续表

注：其中A，B用于分动两点牵引道岔，C，D用于联动两点牵引道岔，170型用于单机牵引道岔。

③交流系列电动转辙机的摩擦转换力

交流系列电动转辙机的摩擦转换力如表2．2．5所示。

表2．2．5　ZD（J）9交流系列电动转辙机的摩擦转换力

④直流系列电动转辙机的摩擦转换力和摩擦电流

直流系列电动转辙机的摩擦转换力和摩擦电流如表2．2．6所示。

表2．2．6　ZD（J）9直流系列电动转辙机的摩擦转换力和摩擦电流

由以上表中参数可知，ZD（J）9系列转辙机包括交流、直流两种类型，都能适应牵引分动和联动道岔。

（6）S700K型电动转辙机

S700K型电动转辙机是从德国西门子公司引进的设备和技术，它采用三相交流电动机，用滚珠丝杠作为驱动装置。经过数年的实践表明，该型号转辙机结构先进、工艺精良，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、挤切削折断等惯性故障，而且可以做到“少维修、免维修”，符合运营维护的特点。

图2．2．35

S700K型电动转辙机外形如图2．2．35所示。

1）S700K型电动转辙机的特点

S700K型电动转辙机适用于尖轨处采用外锁闭装置的道岔，它具有以下主要特点：

①采用交流三相电动机作动力源，不仅从根本上解决了原直流电动转辙机必须设置整流子而引起的故障率高、使用寿命短、维修量大的不足，还减少了控制导线截面，延长了控制距离，单芯电缆控制距离可达2．5 km。

②采用具有簧式挤脱装置的保持联接器，并选用不可挤型的零件，从根本上解决了由于挤切销不良而造成的道岔故障。

③采用直径φ 32 mm的滚珠丝杠作为驱动装置，延长了转辙机的使用寿命。

④采用多片干式可调摩擦联接器，经工厂调整加封后现场使用中一般无须调整。

2）S700K型电动转辙机的分类

S700K型电动转辙机规格齐全，不仅能满足道岔尖轨的单机牵引，而且也能满足双机、多机牵引的需要。

S700K型电动转辙机的机身是通用的，经配件组装，可组成不同的种类。不同种类的转辙机，动作杆有不同的动程，表示杆也有不同的动程，转换力不同，也可以根据需要重新进行组合成为新的种类。

根据安装方式的不同，每一种类又可分为左装、右装两种。左装（面对尖轨，转辙机安装在线路左侧）的转辙机型号用字母A加上奇数表示，如A13，A15。右装（面对尖轨或心轨，转辙机安装在线路右侧）的转辙机型号用字母A加上偶数表示，如A14，A16等。不同种类的S700K型电动转辙机不能通用。

3）S700K型电动转辙机的结构

S700K型电动转辙机的结构如图2．2．36所示。

S700K型电动转辙机主要由铸铁底壳1、电动机4、摩擦联接器14、滚珠丝杠驱动装置6、保持联接器7、动作杆3、检测杆8、接点组9、锁闭块10、遮断开关11、开关锁12、电缆插座13和可锁的机盖2等零部件组成。

①外壳

主要由底壳、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

主要由三相交流电动机、齿轮组、摩擦联接器、滚珠丝杠、保持联接器、动作杆等组成。

③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。

④安全装置

主要由开关锁、遮断开关、连杆、摇把孔挡板等组成。

⑤配线接口

主要由电缆密封装置、接插件及插座组成。

1—底壳；2—机盖；3—动作杆；4—电动机；5—电缆密封装置；6—滚珠丝杠驱动装置；7—保持联接器；8—检测杆；9—接点组；10—锁闭块；11—遮断开关；12—开关锁；13—电缆插座；14—摩擦联接器；15—摇把齿轮；16—动作杆罩筒；17—指示标；18—锁闭销；19—标尺

4）S700K型电动转辙机主要部件作用介绍

①三相交流电动机

S700K型电动转辙机采用了380 V交流三相电动机，为转辙机的转换提供动力。交流电动机定子3个绕组采用星形接法，其星形汇接点在安全接点座第61，71，81端子上，由跨接片跨接。

为了保证道岔能由定位到反位，或由反位到定位的相互转换，就要求三相交流电动机既能向顺时针方向转，又能向逆时针方向转。对于三相交流电动机，通过改变通向电动机三相交流电的相序就可以改变电动机的旋转方向。三相交流电动机的外形如图2．2．37所示。

图2．2．37

②齿轮组

齿轮组由摇把齿轮、电机齿轮、中间齿轮及摩擦联接器齿轮组成。其中，摇把齿轮一般采用尼龙材料，与电机齿轮是一个传递系统，使得能用摇把对转辙机进行人工操纵，平时该齿轮不与电机齿轮接触，只有手摇转辙机时，通过压手摇把才能与电机齿轮接触。电机齿轮、中间齿轮、摩擦联接器齿轮是一个传递系统，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低，以增大旋转驱动力矩，适应道岔转换的需要，这是转辙机的第一级减速，如图2．2．38所示。

图2．2．38

③摩擦联接器

摩擦联接器将齿轮组变速后的旋转力矩传递给滚珠丝杠，摩擦联接器内有3对主被金属摩擦片，分别固定在外壳和滚珠丝杠上，摩擦片的端面有若干压力弹簧，通过调整弹簧压力，可使主、被摩擦片之间的摩擦接合力大小发生变化，实现电动机和传动机构之间的软联接。这样，就可消耗因电动机转动惯性带来的电动机动作电路断开后的剩余动力。在尖轨转换中途受阻不能继续转换时不使电动机被烧毁。即当作用于滚珠丝杠上的转换阻力大于摩擦接合力时，主被摩擦片之间相对打滑空转，保护了电动机。

摩擦联接器的摩擦力必须能调节，使道岔在正常工作情况下，电动机能够带动转辙机工作，在道岔转换终了或尖轨被阻时，使电动机能克服摩擦联接器的压力而空转，以保证电动机不致被烧毁。

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，因此现场维修人员不得随意调整摩擦力。

图2．2．39

④滚珠丝杠

滚珠丝杠相当于一个直径φ 32 mm的螺栓和螺母，如图2．2．39所示。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动；另一方面起到减速作用。这是转辙机的第二级减速。

在转辙机正常动作时，滚珠丝杠上的螺母空动一定距离后才顶住保持联接器，使动作杆随保持联接器动作而做直线运动。空动的目的是使锁闭块及锁舌正常缩入，完成机内解锁及使速动开关的第二排或第三排接点断开，切断表示电路，接通向回转换的电路。同时，空动也克服了三相交流电动机启动力矩小的缺点。

⑤保持联接器

保持联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，其结构如图2．2．40（a）所示。当道岔的挤岔力超过弹簧压力时，动作杆滑脱，起到保护整机不被损坏的作用，相当于ZD6型电动转辙机的挤岔装置。

根据现场实际需要，保持联接器可采用可挤型和不可挤型。可挤型是指保持联接器利用其内部弹簧的压力将滚珠丝杠和动作杆联接在一起，弹簧的挤岔阻力可分别设定为9，16，24，30 kN等，当道岔的挤岔阻力超过弹簧设定压力时，动作杆滑脱，实现挤岔时的整机保护。不可挤型是工厂将保持联接器内部的弹簧取出，放一个止挡环，用于阻止与动作杆相连的保持栓的移动，成为硬联接结构。挤岔锁定力为90 kN。当道岔挤岔阻力超过90 kN时，挤坏硬联接结构的保持联接器，需整机送回工厂修理。

保持联接器的顶盖是加铅封的，维修人员不得随意打开。铅封打开后，必须由专职人员重新施封，以保证其安全可靠地投入运用。保持联接器外形如图2．2．40（b）所示。

图2．2．40

⑥动作杆

动作杆和保持联接器连接在一起，随保持联接器的动作而动作。它的一端通过连接铁和外锁闭装置联接在一起。另外，动作杆上设有一圆弧缺口，设该缺口的目的是道岔转换到规定位置时，保证锁闭块及锁舌的正常弹出。

⑦锁闭块和锁舌

道岔在终端位置，当检测杆指示缺口与指示标对中时，即锁闭块凸块对准检测杆的缺口时，锁闭块及锁舌在弹簧的作用下应能正常弹出。锁闭块和锁舌的正常弹出使速动开关的有关启动接点断开及表示接点接通。

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。

转辙机开始动作后，操纵板移动，锁闭块被顶入，锁舌在锁闭块的带动作用下应能正常缩入。锁闭块的缩入，应可靠地断开表示接点，接通向回转的动作接点。锁舌的缩入，应完成转辙机的内部解锁。

⑧检测杆

检测杆随尖轨转换而移动，用来监督道岔在终端位置时的状态。检测杆有上、下两层，上层检测杆用于监督拉入密贴尖轨时的工作状态，下层检测杆用于监督伸出密贴尖轨时的工作状态，如图2．2．41所示，两根检测杆各有一个大、小缺口。

图2．2．41

上、下层检测杆之间没有联接或调整装置，外接两根表示杆分别调整。道岔转换时，由尖轨带动检测杆运动。当密贴尖轨密贴，斥离尖轨到达规定位置，上、下层检测杆的大小缺口对准转辙机的锁闭块时，锁闭块及锁舌才能弹出。就是说，密贴尖轨，斥离尖轨到达规定位置时，才能给出有关表示。

图2．2．41中，①为上层检测杆，检查拉入位置；②为下层检测杆，检查伸出位置；③为上下检测杆重叠示意图。

⑨接点系统

接点系统的主要作用是接通道岔的启动和表示电路。S700K型电动转辙机原采用沙尔特堡接点组，其体积小，结构单薄，抗振能力明显不足，在使用中出现接点接触不良、接点螺丝滑扣松动、虚焊等故障。该种接点的封闭结构给查找故障、更换接点带来不便。为了减少故障，提高设备的运行质量，沙尔特堡接点组逐步被TS-1型接点系统所代替。TS-1型接点系统外形如图2．2．42所示。

图2．2．42

TS-1型接点系统由开关盒、转换驱动机械、插接件等组成，如图2．2．43（a）所示。

当转辙机电动机旋转，滚珠丝杠下方的操纵板开始动作时，锁闭块由左向右推移，锁闭块前端斜面驱动速动爪滚轮向上顶起，并推动启动架向上提升，启动架前部滚轮逐步将开关盒下部连板向上推动，开关盒中动接点也随之开始动作，中部接点拉簧随动接点拐臂由右向左摆动，并拉伸，动接点触头向上移动与左侧静接点摩擦后断开，从而断开原表示电路。当上下拐臂过中心点后，动接点由于拉簧作用，从左侧迅速转换与右侧静接点接触，接通向回转的电机电路接点。当转辙机转至终点，检测杆到位后，另一组接点下部的锁闭块由右向左移动，在复位大弹簧的作用下，速动爪落下，启动架尾部抬起，左侧滚轮推动连接板上移，动接点由右迅速与左侧静接点接触，断开转辙机电机电路，接通新的表示电路。

图2．2．43

该接点组将动、静接点由水平方向的上下接触改为垂直方向的左右接触，减少了列车振动对接点的损伤；增设了扫程，防止冻冰黏结；增大了接点接触压力，提高了接触可靠性。

接点组壳体透明敞开，方便检查；为可拆卸式，可快速更换。站在开关锁处看该接点组，排列方式如图2．2．43（b）所示。

⑩安全接点座

安全接点座如图2．2．44所示。安全接点11—12是遮断开关，它在开关锁的直接操纵下闭合和断开，需要进行内部检修或人工断开动作电路时，用钥匙打开开关锁，断开安全接点，切断电机电路，起到保护作用。人工摇动道岔时，打开摇把孔板，也断开安全接点，可防止在手摇道岔时室内扳动道岔使其误动。端子31，41为安全接点11—12、电动机引线U、速动开关接点25，26的汇流排。端子61，71，81为三相交流电动机星形节点的汇流排。

图2．2．44

开关锁

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，能可靠断开电动机动作电路，以防止电动机误动，保证人身安全。当钥匙立着插入并逆时针转动90°时，遮断开关被可靠断开。恢复时须提起开关锁上的锁闭销，同时将插入的钥匙顺时针转动90°，遮断开关才被可靠接通。

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，摇把能顺利插入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，如不经人工操纵和确认，便不能恢复接通。

5）S700K型电动转辙机的技术参数

①S700K型电动转辙机基本技术参数

S700K型电动转辙机基本技术参数如表2．2．7所示。

表2．2．7　S700K型电动转辙机基本技术参数

②S700K型电动转辙机概况

S700K型电动转辙机概况如表2．2．8所示。

表2．2．8　S700K型电动转辙机概况

（7）外锁闭装置

目前，道岔机械锁闭存在内锁闭和外锁闭两种方式，内锁闭装置的道岔尖轨是靠转辙机通过长杆锁闭的，是对道岔可动部分进行间接锁闭；外锁闭装置直接把尖轨与基本轨锁住，大大提高了道岔及转换设备工作可靠性，降低了维修工作量，延长了使用寿命。

外锁闭装置一般由S700K型电动转辙机、ZD（J）9型电动转辙机和电液转辙机带动。外锁闭装置可分为燕尾式和钩式两种。其中，燕尾式外锁闭装置已经逐步被钩式外锁闭装置所取代，因此本书主要介绍钩式外锁闭装置。

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。每一牵引点都有对应的钩式外锁闭装置。

1）钩式外锁闭装置的结构

钩式外锁闭装置由锁钩、锁闭杆、锁闭框、锁闭铁、尖轨连接铁、销轴等组成，如图2．2．45所示。

图2．2．45

锁闭框固定在基本轨的外下方，锁闭铁固定在锁闭框上。锁钩通过销轴及尖轨连接铁与道岔尖轨固定，锁钩与锁闭杆上下排列被限制在锁闭框内，锁闭杆侧面带有导向槽，锁闭杆上对应每一尖轨的下面有一块向上凸起的锁闭块，两尖轨连接的锁钩各有一个与锁闭杆向上凸起的锁闭块对应的向上凹陷的缺口，锁钩的尾端还有一带斜面向上的凸起部分和向下带小斜面的凸起部分，由此实现道岔的外锁闭。

2）外锁闭装置的传动原理

当操纵道岔时，转辙机的动作杆动作，通过连接杆带动外锁闭装置的锁闭杆动作，实现道岔的解锁、转换和锁闭的过程，如图2．2．46所示。

①锁闭

密贴侧的锁钩被锁闭杆凸起的锁闭块顶起，使锁钩尾端的斜面与锁闭铁的斜面贴紧，尖轨被牢牢地锁住。斥离侧，由于锁钩下落进入锁闭框内，使锁钩底侧的缺口与锁闭杆向上凸起的锁闭块交错重合，这样斥离侧的尖轨也不能移动，即锁闭了该尖轨。

②解锁

道岔转换时，电动转辙机转动，动作杆移动，使锁闭杆沿导槽移动，利用锁闭杆凸起的锁闭块推动斥离侧锁钩移动，使斥离侧的尖轨先开始动作。此时，密贴侧尖轨下面的锁闭杆先是空动，使锁闭杆上凸起的锁闭块向锁闭框内移动，而后锁钩尾端整体下落到钢轨下方，锁钩底侧的缺口与锁闭杆向上凸起的锁闭块交错重合，这时原来密贴的尖轨才真正解锁。

图2．2．46

③转换

解锁后，锁闭杆的两个凸起的锁闭块都已落入对应的锁钩的凹槽当中，锁闭杆继续移动，带动两个锁钩同时移动，两个锁钩带动对应的尖轨同时转换。

④锁闭

原斥离的尖轨密贴以后，锁闭杆继续移动，其向上凸起的锁闭块推动锁钩的尾端上升，使锁钩尾端的斜面与锁闭铁的斜面贴紧，该尖轨锁闭。此时，原密贴尖轨继续移动，直至原斥离的尖轨锁闭后停止动作。

【任务实施】

任务提出：

（1）ZD6系列电动转辙机动作原理

如图2．2．47所示为ZD6型电动转辙机动作原理，图中所示的各机件所处位置是处于左侧锁闭状态（假设左侧锁闭为定位），此时自动开闭器第1、第3排接点闭合。现将转辙机从定位转至反位的传动过程简述如下：

图2．2．47

当道岔启动电路接通，电动机通入规定方向的道岔控制电流后，电动机轴按照逆时针方向旋转，电动机通过齿轮带动减速器，这时输入轴按顺时针方向旋转，输出轴按逆时针方向旋转。输出轴通过启动片带动主轴，按逆时针方向旋转。锁闭齿轮随主轴逆时针方向旋转，锁闭齿轮在旋转中完成解锁、转换、锁闭3个过程，拨动齿条块，使动作杆带动道岔尖轨向右移动，右侧尖轨密贴并实现锁闭。同时通过启动片、速动片、速动爪带动自动开闭器的动接点动作，与表示杆配合，断开原接通接点（第1、第3排接点），接通原断开接点（第2、第4排接点），完成电动转辙机转换、锁闭和给出道岔表示的任务。

手动摇动转辙机时，先用钥匙打开遮断器锁，断开安全接点，露出摇把插孔，将摇把插入减速大齿轮轴。摇动转辙机至所需位置。闭合安全接点时，必须打开机盖，合上安全接点，转辙机才能复原。

电动转辙机的动作过程如表2．2．9所示。

表2．2．9　ZD6型电动转辙机动作过程

续表

（2）ZD（J）9系列电动转辙机的工作原理

1）传动原理

①电动机接通电源后，电机上的小齿轮通过齿轮箱中的传动齿轮进行两级减速，把动力传递到摩擦联接器的齿轮上。

②通过摩擦联接器中的内外摩擦片的摩擦作用，将齿轮的旋转运动传递到滚珠丝杠上。滚珠丝杠把传动齿轮的旋转运动转换成与丝杠连接的推板套的水平直线运动。

③推板套水平直线运动，推动安装在动作杆上的锁块，在锁闭铁的辅助下使动作杆水平运动，完成道岔的锁闭功能。

动作杆、锁块、锁闭铁的运动关系如图2．2．48所示。

图2．2．48

（a）拉入锁闭　（b）转换　（c）伸出锁闭

通过图2．2．48可以看出，ZD（J）9型转辙机有着安全可靠的内锁功能，在两个终点位置时锁块在推板套和锁闭铁的共同作用下实现了转辙机对道岔的锁闭。

2）表示原理

①推板套动作的同时，安装在推板套上的动作板随着推板套一起运动，如图2．2．49所示。

图2．2．49

1—动作板；2—速动片；3—启动片；4—压簧；5—滚轮；6—动接点轴

②动作板开始运动后，动作板滑动面一端的斜面推动与启动片连接的滚轮，切断表示，同时接通下一转换方向的动作接点；当动作到位时，滚轮从动作板滑动面落下，动作接点断开，同时表示接点接通，给出道岔表示。在这一过程中，滚轮通过左右支架的作用，使锁闭柱（检查柱）抬起或落入锁闭（表示杆）槽内，达到检测道岔状态的作用，如图2．2．50所示。

图2．2．50

一般来说，ZD（J）9系列转辙机的A，C型为锁闭杆，而B，D型为表示杆，170／4．0K型也为表示杆，A，C型和B，D型转辙机的外形如图2．2．51所示。

3）挤岔原理

ZD（J）9-B，ZD（J）9-D及170／4．0K型转辙机为可挤机型，挤岔示意如图2．2．52所示。

图2．2．51

图2．2．52

挤岔时，当挤脱器中的锁闭铁在动作杆上的锁块作用下，脱开挤脱柱，在锁闭铁上的凹槽推动水平顶杆，水平顶杆推动竖顶杆，竖顶杆推动动接点支架，从而切断表示，非经人工恢复锁闭铁，不可能再接通表示。挤脱器如图2．2．53所示。

图2．2．53

图2．2．54

ZD（J）9-A和ZD（J）9-C型为两点牵引道岔第一牵引点用的不可挤型转辙机，故没有挤脱器，道岔的挤岔表示由ZD（J）-B，ZD（J）-D型转辙机给出。

ZD（J）9-B，ZD（J）-D型为两点牵引道岔第二牵引点用的转辙机，表示杆有检查尖轨密贴和挤岔表示的功能。ZD（J）9-170／4．0K主要用于单机牵引道岔，为可挤型，多用于地铁。

4）手摇道岔原理

ZDJ（9）电动转撤机具有手动功能，如图2．2．54所示。

手摇动道岔时，由于安全开关通过连接杆与电机轴端的连板相连，因此必须打开安全开关手摇把才能插入。手摇把插入电机轴后，根据需要顺时针或逆时针摇动电机，依据前述传动原理，道岔即可手摇至所需位置。

（3）S700K型电动转辙机的传动原理（见图2．2．55）

S700K型电动转辙机的动作可分为3个过程：第一是解锁过程，也就是断开表示接点的过程；第二是转换过程；第三是锁闭过程，也就是接通表示接点的过程。现以220 mm动程转辙机定位拉入为例分别叙述各动作过程。

图2．2．55

1—电机；2—电机齿轮；3—中间齿轮；4—大齿轮；5—摩擦联接器；6—滚珠丝杠驱动装置；7—操纵板；8—锁闭块；9—弹簧；10—接点组；11—保持联接器；12—检测杆；13—动作杆

1）解锁及断开表示接点过程

操纵道岔时，通过道岔控制电路将380 V三相交流电加到电动机上，使电动机顺时针方向旋转，电动机的驱动力经过齿轮组及摩擦联接器使滚珠丝杠向顺时针方向旋转，从而使丝杠上的螺母向左侧做水平运动。在运动过程中，由操纵板将锁闭块顶进，使表示接点断开，同时带动左锁舌向缩进方向运动，直至左锁舌完全缩进，从而实现机械解锁。

2）转换过程

在转辙机解锁后，由于三相电动机继续转动，所以滚珠丝杠上的螺母继续向左运动，带动保持联接器向左运动，由于保持联接器与动作杆固定为一体，使动作杆向左侧（伸出方向）运动，带动道岔尖轨进行转换，当动作杆运动220 mm时，即完成转换过程。

3）锁闭及接通表示接点过程

当动作杆向左侧运动220 mm时，检测杆在尖轨的带动下运动了160 mm，这时右锁闭块弹出，接通表示接点，同时右锁舌也弹出，锁住保持联接器，使动作杆不能随意窜动，并使得另一侧的接点转换，切断电动机电源并接通新的表示电路，完成转辙机的锁闭。

（4）道岔控制电路

道岔控制电路目前应用于铁路或地铁中，我们最常见的分为3种控制电路，即四线制控制电路、六线制控制电路和五线制控制电路，其中四线制控制电路一般常用于联动内锁闭单机牵引的道岔，而六线制控制电路一般常用于联动内锁闭双机牵引的道岔，五线制控制电路主要用于分动外锁闭单机或多机牵引的道岔，现仅以四线制单动道岔控制电路为例进行讲解。

道岔控制电路分为启动电路和表示电路两部分。启动电路指动作电动转辙机的电路，而表示电路指把道岔位置反映到信号楼内的电路。四线制道岔控制电路室内与室外用4根线连接，X1和X2分别为道岔启动电路和表示电路的公用线，X3为表示电路专用线，X4为启动电路专用线。

1）道岔控制电路的组成

四线制单动道岔控制电路使用一个单动道岔组合（DD）、一个阻容插件、一个二极管。其中，单动道岔组合内包含表示变压器（BD1-7）、一道岔启动继电器（1DQJ）、锁闭继电器（SJ）、二道岔启动继电器（2DQJ）、道岔按钮继电器（AJ）、定操继电器（DCJ）、反操继电器（FCJ）、定位表示继电器（DBJ）、反位表示继电器（FBJ）、一个0．5A的熔断器、两个3A的熔断器以及一个5A熔断器。

2）道岔控制电路原理图

四线制单动道岔控制电路如图2．2．56所示。

3）道岔启动电路应实现的技术要求

为保证行车安全，道岔启动电路应保证实现以下技术条件：

①道岔区段有车占用时，或者道岔区段轨道电路发生故障时，该区段内的道岔不能转换。对道岔的这种锁闭称为区段锁闭。

②进路在锁闭状态时，进路上的道岔不能转换。对道岔的这种锁闭称为进路锁闭。

③道岔一经启动，就应转换到底，不受车辆进入的影响，也不受车站值班员的控制。否则在车辆进入道岔区段时，若道岔停转或受车站值班员控制而回转，就有可能造成脱轨或挤岔事故。

④道岔启动电路接通后，由于电路故障（如自动开闭器接点、电动机碳刷接触不良）使道岔未转换，应能自动断开启动电路，以免因外界影响使故障消除后造成道岔自动转换。

⑤道岔转换途中受阻不能转换到底时，应保证车站值班员能将道岔操纵回原位。

⑥道岔转换完毕应能自动断开启动电路，并构成表示电路。

4）道岔启动电路

四线制道岔控制电路采用分级控制方式，其电路分为4级，即①CAJ↑（或DCJ↑或FCJ↑）→②1DQJ↑→③2DQJ↑→④电动机转换。首先由1DQJ检查联锁条件，然后由2DQJ控制电动机旋转方向，最后由直流电动机转换道岔。

道岔控制电路分为进路操纵和单独操纵两种方式。进路操纵是通过办理进路，使选岔网路中相应的DCJ或FCJ励磁，接通道岔启动电路转换道岔。单独操纵是按压道岔按钮及本咽喉的道岔总点位按钮（ZDA）或道岔总反位按钮（ZFA），接通道岔启动电路转换道岔。

道岔由定位通过进路操纵方式转换反位时，道岔启动电路的1DQJ励磁电路为（默认选岔网路中相应的DCJ已经励磁）

KZ→CA61-63→SJ81-82→1DQJ3-4→2DQJ141-142→AJ11-13→FCJ61-62→KF

1DQJ励磁后，通过其前接点接通2DQJ的转极电路，2DQJ的转极电路为

KZ→1DQJ41-42→2DQJ2-1→AJ11-13→FCJ61-62→KF

由1DQJ的吸起和2DQJ的转极，接通1DQJ的自闭电路（1-2线圈）。1DQJ的1-2线圈和电机绕组串接，因此1DQJ的自闭电路即是电动机电路，1DQJ自闭电路（电动机电路）为

DZ220→RD3→1DQJ1-2→1DQJ12-11→2DQJ111-113→电缆盒2→插接器2→

自动开闭器的11-12→电动机定子绕组2-3→电动机转子绕组3-4→遮断器05-06→

插接器5→电缆盒5→1DQJ21-22→2DQJ121-123→RD2→DF220

当道岔转换到反位后，自动开闭器11-12接点断开，使电动机停止转动。同时断开1DQJ的自闭电路，使1DQJ缓放落下，接通道岔表示电路。

道岔由定位通过单独操纵方式转换反位时，按压道岔按钮（CA）和道岔总反位按钮（ZFA）。道岔按钮继电器（AJ）和道岔总反位继电器（ZFJ）吸起，使条件电源KF-ZFJ有电。道岔启动电路的1DQJ励磁电路为

KZ→CA61-63→SJ81-82→1DQJ3-4→2DQJ141-142→AJ11-12→KF-ZFJ

1DQJ励磁后，通过其前接点接通2DQJ的转极电路，2DQJ的转极电路为

KZ→1DQJ41-42→2DQJ2-1→AJ11-12→KF-ZFJ

由1DQJ的吸起和2DQJ的转极，接通1DQJ的自闭电路（电动机转换电路）。单独操纵道岔和进路操纵道岔的1DQJ自闭电路（电动机转换电路）动作相同。

5）道岔启动电路分析

四线制道岔控制电路的启动电路根据转辙机的特性，从控制道岔的继电器接点、控制用继电器类型、电路结构等方面采取措施，以满足道岔对启动电路的技术要求。

①单独操纵道岔按钮CA61-63接点，在维修电动转辙机时，拉出该按钮，断开道岔启动电路，对道岔实行单独锁闭。

②锁闭继电器SJ第8组接点用来检查道岔区段是否空闲，进路是否在解锁状态。当道岔区段有车、道岔区段故障或办理了经由该道岔的进路，则该道岔的SJ落下。用SJ的第8组前接点断开1DQJ的励磁电路实现道岔的进路锁闭或是区段锁闭。从SJ的励磁电路中（见图2．2．57），可了解到区段锁闭、进路锁闭是如何令SJ失磁落下进而切断1DQJ励磁电路的。

图2．2．57

a．SJ的励磁电路中接入DGJF的第3组前接点，当该道岔区段有车占用或是轨道区段故障时，该道岔区段的DGJ落下使得DGJF失磁落下，断开SJ的励磁电路，实现道岔的区段锁闭。电路中接入DGJF的第3组后接点，是为防止轻车跳动或轨道电路瞬间不良而使SJ吸起，造成进路提前错误解锁。

b．SJ的励磁电路中使用条件电源——KZ-YZSJ-H，是为实现全咽喉道岔总锁闭。条件电源KZ-YZSJ-H常态下有电，当办理全咽喉道岔总锁闭时，按压引导总锁闭按钮（YZSA）使引导总锁闭继电器（YZSJ）励磁，使条件电源KZ-YZSJ-H断电。全咽喉的条件电源KZ-YZSJ-H断电使得全咽喉的SJ落下，断开全咽喉道岔的1DQJ的励磁电路，实现全咽喉道岔总锁闭。

c．SJ的励磁电路中通过一进路继电器（1LJ）、二进路继电器（2LJ）的前接点间接实现道岔的进路锁闭，选排进路时9线上相应的区段检查继电器（QJJ）就会励磁，进而切断1LJ，2LJ的自闭电路，使1LJ，2LJ落下断开SJ的励磁电路，间接实现道岔的进路锁闭。

③1DQJ选用JWJXC-H125／0．44（无极加强缓放继电器）型继电器，其3-4线圈的电阻较大（125 Ω），用于检查联锁条件，通过SJ第8组前接点证明道岔未锁闭。其1-2线圈电阻较小（0．44 Ω）可避免线上有过大的压降，同时与电动机串联，通过电机工作时产生较大的电流才能确保1DQJ保持自闭，进而监督电动机的动作。1DQJ的1-2线圈与电机绕组串联构成电机工作电路，脱离SJ和CA的控制使道岔启动后不受区段锁闭、进路锁闭的影响，保证道岔启动后能转换到底。因为2DQJ转极时切断了1DQJ的励磁电路，1DQJ由励磁电路转换到自闭电路过程中会瞬间断电，为保证1DQJ可靠自闭故选用缓放型继电器。为减小接通或断开时产生的电弧和火花影响，特选用加强型继电器，此类继电器中有若干组带灭弧装置的加强接点。

④2DQJ的第4组接点是1DQJ3-4线圈励磁电路的区分条件，由2DQJ的第4组接点区分道岔是由定位向反位转换，还是由反位向定位转换。通过2DQJ的转极确保1DQJ的励磁电路不保存，防止道岔启动电路接通后，由于电路故障（如自动开闭器接点、电动机碳刷接触不良）道岔未转换，因外界影响使故障消除后道岔自动转换。

2DQJ选用JYJXC-135／220（有极加强继电器），其两线圈分开使用有利于接收道岔转换的两种控制命令。当3线圈接正电源、4线圈接负电源时2DQJ为定位吸起，当2线圈接正电源、1线圈接负电源时2DQJ为反位打落。同时为避免迂回电流使1DQJ错误励磁断开道岔表示电路，因此在2DQJ电路中接入两组1DQJ的前接点。为减小接通或断开时产生的电弧和火花影响，特选用加强型继电器，此类继电器中有若干组带灭弧装置的加强接点。

⑤道岔按钮继电器（AJ）接点和条件电源KF-ZDJ或KF-ZDJ反映道岔单独操纵的操作手续。当单独操纵道岔时需同时按压道岔按钮（CA）和道岔总反位按钮（ZFA），道岔按钮继电器（AJ）和道岔总反位继电器（ZFJ）吸起，使条件电源KF-ZFJ有电接通道岔启动电路。未办理单独操纵道岔或进路操纵道岔时，道岔按钮继电器（AJ）不励磁、条件电源KF-ZDJ或KF-ZDJ没有电。将道岔按钮继电器（AJ）接点放置在DCJ或FCJ接点前，可实现单独操纵优先于进路操纵。当选排进路时遇到道岔不能转换到底时，可通过单独操纵将道岔转换回原位（若遇到以上故障时，应先按压总取消按钮（ZQA），使KZ-ZQJ-H无电。令道岔定位操纵继电器（DCJ）或道岔反位操纵继电器（FCJ）复原。在判断6502选择组网络故障时，可利用这一特点进行故障范围压缩）。

⑥道岔定位操纵继电器（DCJ）和道岔反位操纵继电器（FCJ）第6组前接点实现进路对道岔的操纵。当办理进路时，选岔网络中的DCJ或FCJ吸起，自动接通道岔启动电路。

⑦用自动开闭器的接点作为电动机电路的控制条件，当道岔转换完毕尖轨与基本轨密贴后，自动开闭器11-12（或41-42）接点断开，自动切断电动机电路及1DQJ的自闭电路，使电机停止转换以及令1DQJ1-2线圈断电落下接通道岔表示。实现道岔转换完毕后能自动切断启动电路的技术要求。

⑧在启动电路专用线（X4）中接入1DQJ的第2组接点，对电动机的动作电路进行“双断”技术处理，防止混线或混入其他电源时电动机错误转换。

⑨在DF220电源处分别设有定位熔断丝（RD1-3A）和反位熔断丝（RD2-3A）以及2DQJ的第2组接点，是为保证道岔在转换途中遇到卡阻或是熔断丝断丝时，仍能将道岔转回原位。

6）道岔表示电路应实现的技术要求

在道岔控制电路中，当道岔启动电路工作完毕，应自动接通道岔表示电路，将道岔的实际位置反映到信号楼内，以便于车站值班员对信号设备的监督和控制。由电动转辙机的自动开闭器接点接通道岔表示电路，用定位表示接点接通道岔定位表示继电器（DBJ）电路，用反位表示接点接通道岔反位表示继电器（FBJ）电路。定位表示继电器和反位表示继电器的位置纳入了联锁条件的检查，因此要求道岔表示电路必须是“故障-安全”电路，对于道岔表示电路的技术要求有以下3点：

①用道岔表示继电器吸起状态与道岔的正确位置相对应，不准用一个继电器的吸起和落下表示道岔的两种位置。即只能用DBJ的吸起表示道岔在定位，用FBJ的吸起表示道岔在反位。

②当电路发生混线或混入其他电源时，必须保证DBJ或FBJ不错误励磁。

③当道岔在转换过程中，或发生挤岔、停电、断线等故障时，应保证DBJ和FBJ落下。

7）道岔表示电路的组成

四线制道岔表示电路中包含定位表示继电器（DBJ）、反位表示继电器（FBJ）、道岔表示变压器（BB）、阻容插件、二极管。

8）道岔表示电路

下面以定位时1排、3排接点闭合为例进行分析。

①道岔在定位时定位表示继电器的励磁电路为

DJZ220→RD41-2→BD1-71-2→DJF220　变比出交流110 V电源至二次侧的3-4 BB3→R1-2→电缆盒3→插接器3→移位接触器04-03→自动开闭器14-13→自动开闭器34-33→插接器9-12→二极管VD1-2→插接器11-10-7→自动开闭器32-31→自动开闭器41→插接器1→电缆盒1→2DQJ112-111→1DQJ11-13→2DQJ131-132→DBJ1-4→BB4

②道岔在反位时反位表示继电器的励磁电路为

DJZ220→RD41-2→BD1-71-2→DJF220　变比出交流110 V电源至二次侧的3-4 BB3→R1-2→电缆盒3→插接器3-4→自动开闭器44-43→移位接触器02-01→自动开闭器24-23→插接器10-11→二极管VD2-1→插接器12-8→自动开闭器22-21→自动开闭器11→插接器2→电缆盒2→

2DQJ113-111→1DQJ11-13→2DQJ131-133→FBJ4-1→BB4

9）道岔表示电路分析

四线制道岔控制电路的表示电路根据转辙机的特性，从继电器类型、电路结构等方面采取措施，以满足道岔对表示电路的技术要求。

①道岔表示电路所用的电源由道岔表示变压器（BB）供给，该变压器是变比为2：1的BD1-7型道岔表示变压器。其初级输入电压为交流220 V，次级输出电压为110 V。道岔表示电路中运用独立的电源（隔离法），是为了保证当电路发生混线或混入其他电源时不能构成回路，DBJ或FBJ不错误励磁。

②在道岔表示电路中，DBJ吸起是由自动开闭器定位表示接点接通的，FBJ吸起是由自动开闭器反位表示接点接通。通过DBJ或FBJ与自动开闭器的位置（即道岔位置）相对应，保证了道岔表示与实际位置的一致性。

③为保证道岔表示的正确性和可靠性，DBJ和FBJ均使用JPXC-1000继电器。该类型继电器励磁需检查电路中的电流方向性，只有通过正确方向的电源，继电器才能工作，反之则不工作。偏极继电器即有电源方向选择性，为保证表示继电器可靠工作，因此道岔表示电路中引入整流二极管（VD）以及电容（C）。

④在道岔表示电路中将电容与表示继电器并联，利用了电容“储能”的特性，利用电容的充放电使经过半波整流后的电源波形更加趋于平缓，保证表示继电器可靠励磁。

⑤在室外设置的二极管（VD）与表示继电器串联。二极管可对道岔表示变压器（BD1-7）输出的交流110 V电源进行半波整流，将正弦波的正半部分输出，负半部分消损。整流后输出的电源通过自动开闭器的接点转换分别与DBJ和FBJ的励磁方向一致，使表示继电器励磁。

表示电路中电容与整流二极管工作原理经简化如图2．2．58所示。

图2．2．58

⑥表示电路中串接的电阻对表示继电器和道岔表示变压器起到很好的保护作用。电路正常工作时起到分压限流作用，保证表示继电器线圈电压符合标准；当道岔表示电路出现短路时，该电阻可作为变压器二次侧的负载保证其电流不至于过大烧坏。

⑦在道岔表示电路中接入1DQJ第1组接点，保证道岔在转换过程中切断DBJ或FBJ的励磁电路使其落下。

⑧在道岔表示电路中接入移位接触器接点（01-02，03-04），当发生挤岔时，移位接触器断开，使DBJ，FBJ落下，接通挤岔报警电路。

⑨在道岔表示电路中接入2DQJ第3组接点，其作用是区分DBJ和FBJ励磁时机，保证同时只能有一个吸起，检查表示继电器励磁状态与道岔位置的一致性。

10）道岔各控制线的用途

根据以上分析，我们总结出四线制各条控制线的作用如下：

上述电路分析均是以自动开闭器第1、第3排闭合为定位进行分析，如果道岔实际是第2、第4排接点闭合为定位时，则X1，X2互换同时将二极管反向即可。

【任务考评】

以学生自评互评为主，教师综合评定。

任务实施过程考核评价表

【场景设计】

1．利用信号机实物进行教学。

2．采用多媒体、课件等教学方式。

3．学生每6～8人1组。

4．考评所需的记录、评价表。

【知识准备】

信号机是指挥列车运行的信号设备，它直接向列车司机发出行车指令，是列车运行的重要凭证。信号机显示为开放信号时允许列车通过进路，信号机显示为关闭信号时禁止列车通过进路。开放信号是指室外信号机点亮绿灯（黄灯或白灯），为允许信号。关闭信号是指室外信号机点亮红灯（蓝灯），为禁止信号。城市轨道交通系统中信号机的设置原则和信号显示含义、显示距离等与铁路信号有所区别。

下面以城市轨道交通系统中信号机的应用为例进行全面介绍。

（1）信号机的分类

1）按信号机用途分类

城市轨道交通信号按信号机的用途可分为进段（场）、出段（场）、出站、阻挡、防护、调车、复示等信号机。

①进段（场）信号机设于车辆段（场）的入口处，指示列车从正线进段（场）。

②出段（场）信号机设于车辆段（场）的出口处，防护正线，指示列车从车辆段（场）进入正线。

③出站信号机设置在发车线路端部，防护区间，指示列车是否能进入区间。

④阻挡信号机设于线路的终点，起阻挡列车的作用。

⑤防护信号机设于正线有道岔的地方，主要起防护正线上的道岔的作用。

⑥调车信号机设于车辆段（场）内，指示调车作业。

⑦复示信号机设于曲线线路处等显示距离不能满足要求的地点，作为主体信号机的补充。

2）按信号机结构分类

城市轨道交通信号按信号机的结构可以分为两灯位结构、三灯位结构和四灯位结构信号机3种。其中，在正线上基本是采用三灯位结构的信号机，只在尽头型线路采用两灯位结构的信号机，但在有些地铁移动闭塞系统也有采用四灯位结构的。而在车辆段，列车信号机采用三灯位结构的信号机，调车信号机采用两灯位结构的信号机。

3）按信号机光源分类

城市轨道交通信号按信号机的光源可分为透镜式色灯信号机与LED色灯信号机两种。

目前，在城市轨道交通中使用的信号机基本为固定的色灯信号机。本书针对这两种固定色灯信号机进行详细的介绍。

4）按信号机地位分类

城市轨道交通信号按信号机地位可分为主体信号机和从属信号机。

①主体信号机能独立地显示信号，是指示列车或调车车列运行条件的信号机。

②从属信号机本身不能独立存在，是只能从属于主体信号机的信号机，如复示信号机就从属于其主体信号机。

（2）信号机的设置原则

目前城市轨道交通采用右侧行车制，使用的信号机一般为固定的色灯信号机，城市轨道交通的信号机设置分为正线信号机的设置和车辆段／停车场信号机的设置。

1）正线信号机的设置

①在每一站台的正向运行方向都应设置出站信号机。

②城市轨道交通线路在正常情况下是单线单方向运营，考虑到特殊情况（火灾、区间阻塞等）下的反方向运营，可在相应位置设置出站信号机，称为反向出站信号机。

③在城市轨道交通信号控制系统中设有ATP系统时，一般情况下可不设通过信号机。但是考虑到长、大区间的运营能力需求以及CBTC降级运营的需求可根据线路的实际情况设置通过信号机。

④在道岔前都应设置道岔防护信号机。

⑤在线路的尽头都应设置阻拦信号机。

⑥在防淹门前都应设置防淹门防护信号机。

⑦在显示距离不满足规定距离的情况下可设置复示信号机。

⑧车站设置发车指示器或发车计时装置。

⑨信号机应设在列车运行方向的右侧，特殊情况可设于列车运行方向左侧或其他位置。

⑩正线一般采用三灯位四显示信号机，只在尽头型线路末端采用两灯位两显示信号机。

2）车辆段／停车场的信号机设置

①在车辆段／停车场入口处设进段／场信号机；出段／场信号机可设置在停车列检库前、转换轨的两端。进段／场信号机应设置引导信号。

②在线路的尽头设列车阻挡信号机。

③在同时能存放两列及以上列车的停车线中间进段方向设置信号机，起列车阻挡和调车作用。

④车辆段／停车场内其他地点根据需要设调车信号机。

（3）信号机显示的含义

城市轨道交通信号系统采用铁路信号的基本显示系统，城市轨道交通系统的信号显示采用的基本色为红色、绿色、黄色3种，辅助色为蓝色和白色。根据不同的颜色显示可以表示不同的行车信息，用于指挥列车的运行。

《地铁设计规范》对信号显示未作统一规定，各地对信号的显示要求也有所区别。

一般情况下，信号机显示的意义如下：

红色——代表停车信号，列车必须在信号机前停车。

绿色——代表列车可以通过信号机，且进路中的所有道岔开通直股（只用于正线显示，车辆段一般不设绿色显示）。

黄色——代表列车可以通过信号机，且进路中的道岔至少有一组开通曲股（用于正线显示），用于车辆段显示时，只代表列车可以通过信号机，不含道岔开通情况。

蓝色——代表禁止调车信号（用于车辆段显示），列车必须在信号机前停车。

白色——代表允许调车信号（只用于车辆段），列车可以通过信号机进行调车作业。

红色+黄色——代表引导信号，列车可以按照20 km／h的速度通过该信号机，并随时准备停车。

在有些城市的轨道交通系统中（如上海地铁），引导信号的显示为红色+白色。

1）出段／场信号机显示含义

一个绿色灯光：前方进路开通并锁闭。

一个红色灯光：停车信号，严禁列车越过该信号机。

一个白色灯光：允许列车越过该信号机调车。

2）调车信号机显示含义

一个红色灯光或一个蓝色灯光：严禁列车越过该信号机调车。

一个白色灯光：允许列车越过该信号机调车。

3）阻挡信号机显示含义

一个红色灯光：表示前方已无线路，严禁列车越过该信号机。

4）入段／场信号机显示含义

红色灯光：禁止越过该信号机入场。

红色灯光+黄色（白色）灯光：为引导信号，允许以20 km／h越过该信号机入场，并随时准备停车。

两个黄色灯光：表示进路中至少有一副道岔开通侧向，允许列车侧股入段（场）。

一个黄色灯光：表示进路中所有道岔都开通直向，允许列车直股入段（场）。

5）发车表示器

白色灯光闪烁：在ATP保护下允许司机关门。

白色灯光稳定：在ATP保护下允许司机凭收到的速度码发车。

（4）信号显示的基本要求

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。一般是根据保证行车安全、提高运输效率及信号显示自动化等因素来确定信号机的定位。除采用自动闭塞时通过信号机显示绿灯为定位外，其他信号一律以显示禁止信号为定位。

2）信号机关闭时机

进段／场、出段／场及出站信号机，当列车的第一轮对越过后该信号机便自动关闭。

调车信号机在调车车列全部越过调车信号机后便自动关闭；当调车信号机外方不设或虽设轨道电路而被占用时，应在调车车列全部出清调车信号机内方第一轨道区段后该信号机便自动关闭。

引导信号应在列车头部越过信号机后及时关闭。

3）停车信号

信号机的灯光熄灭、显示不明或显示不正确时，均视作停车信号。

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。

（5）信号机显示距离的要求

信号机的显示均应使其达到最远，即使是在曲线上的信号机，也应使接近的列车尽量不间断地看到显示，信号机的显示距离应满足以下要求：

①正线上各类信号机的显示距离原则上不得小于300 m。

②车辆段各类信号机的显示距离原则上不得小于200 m。

③引导信号和道岔状态表示器以外的各种表示器应不小于100 m。

④不满足显示距离要求的小半径曲线区段的信号机应使其达到最远显示距离。

最小显示距离计算方法：从最大行车速度开始减速直到列车停下所行驶的距离再加上约50 m的人和系统反应时间内列车行驶距离，计算中使用的加速度为-1 m／s2。

（6）信号机的命名规则

1）正线信号机的命名规则

为了说明正线信号机的命名，先简单介绍一下城市轨道交通系统关于上、下行方向的设定原则。在一般城市轨道交通系统中，规定列车驶离车辆段的方向为上行方向，列车驶入车辆段的方向为下行方向。以车站中心为界，上行列车驶入的一端为上行区域，下行列车驶入的一端为下行区域。

关于正线信号机的命名，在不同的城市轨道交通系统会有所不同，但一般会按照以下的规则来命名：

①信号机的编号共有5位，第一位为字母（S和X），后4位为数字。

②第一位字母为S和X，代表方向，S代表上行方向，X代表下行方向。

③第二、第三位为数字，代表车站编号，如01代表第1个车站，17代表第17个车站。

④第四、第五位为数字，代表设备编号，单数为站台下行区域设备，双数为站台上行区域设备，按照列车到达方向顺序由站外到站内、从小到大的顺序进行编号，离站台最远的设备编号为第一个，如01代表为站台下行区域设备且离站台最远，如02代表为站台上行区域设备且离站台最远。

所以，信号机编号X1002的意思是第10个车站上行区域的第一个信号机，方向为下行方向。信号机编号S0101第1个车站下行区域的第一个信号机，方向为上行方向。

2）车辆段信号机的命名规则

对于在地铁车辆段内的信号机的命名，各个城市在设计时都不尽相同，但主要遵循以下的规则来命名：

①信号机的编号共有2～3位，第一位为字母（D，S和X），后1～2位为数字或字母。

②第一位字母为D，S和X，代表调车和列车信号机，D代表调车信号机，S代表上行方向的列车信号机，X代表下行方向的列车信号机。

③第二或2～3位为数字或字母，代表设备编号，如果第一位为字母D（调车信号机）且第二或2～3位为数字，则单数为停车库下行咽喉区域设备，双数为停车库上行咽喉区域设备，按照列车到达方向顺序由段外向段内、从小到大的顺序进行编号，距离停车库最远的设备编号为第一个，如1代表为停车库下行咽喉区域设备且距离停车库最远，如2代表为停车库上行咽喉区域设备且离站台最远。如果第一位为字母D（调车信号机）且第二或2～3位为字母或数字和字母，则第二或2～3位是按实际的停车库股道号来命名，如停车库第一C股道调车信号机的编号为D1C。如果第一位为字母S或X（列车信号机），则第二或2～3位是按实际的停车库股道号来命名，如停车库第一股道列车信号机的编号为S1或X1。

所以，信号机编号D5的意思是停车库下行咽喉区域的第三架调车信号机，S11的意思是停车库第十一股道上行方向的发车列车信号机。

有的地铁由于车辆段站场“一头沉”，故信号机编号不分单双号，顺序依次编号。因此，以上原则仅为参考，并非必需的规定。

④出入段线处信号机分为入段信号机和出段信号机，入段信号机的方向为下行方向，所以用X表示，设在入段线的入段信号机则用XR编号，设在出段线的入段信号机则用XC编号；还设有总出段信号机，因其方向为上行方向，所以用S表示，设在入段线的总出段信号机就用Szrd编号，设在出段线的总出段信号机就用Szcd编号。

（7）信号机灯光配列

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、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，也可采用双机构（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，绿、红，带调车白灯，或者双机构黄、绿和红、白。

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、红（或蓝）。

6）通过信号机

若区间设置通过信号机，一般为三显示机构，自上而下灯位为黄、绿、红。

当根据实际情况需减少灯位时，应采用空位停用方式处理。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，其绿灯可采用封闭方式处理，但不允许改变信号机外形。因为信号机的外形是识别信号机类型的重要标志。

（8）信号机的一般组成及工作原理

信号机一般由点灯单元（含灯丝转换）、灯座和灯泡（或发光盘）以及机构等组成，信号机的一般组成及工作原理如图2．3．1所示。

信号机系统刚启动时，采集驱动单元通过常态闭合开关接通供电单元向室外信号机的红灯点灯单元供电，使室外信号机点亮红灯（信号机关闭状态）。

当想让室外的信号机为开放信号时，可以通过操作及显示工作站选择相关信号机及进路并把相关信息传送给逻辑控制单元，如果满足信号开放条件，逻辑控制单元通过接口单元向采集驱动单元发出开放信号命令，采集驱动单元立即接通供电单元向室外信号机的绿（黄）灯点灯单元供电，同时切断红灯点灯单元的供电，室外信号机点亮绿（黄）灯（信号机开放状态）。此时，如果我们想关闭信号机，也可以通过操作及显示工作站选择相关信号机并把相关信息传送给逻辑控制单元，逻辑控制单元通过接口单元向采集驱动单元发出关闭信号命令，采集驱动单元立即切断供电单元向室外信号机绿（黄）灯点灯单元的供电回路，同时通过常态闭合接点接通供电单元向红灯点灯单元供电，室外信号机点亮红灯（信号机关闭状态）。

图2．3．1

【任务实施】

任务提出：

（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2．3．2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2．3．3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。

透镜式色灯信号机有两灯位、三灯位和四灯位机构3种，城市轨道交通系统一般使用两灯位和三灯位两种。透镜式色灯信号机的每个灯位主要由灯泡、灯座、点灯单元、透镜组、遮檐、背板等组成，如图2．3．4所示。

图2．3．2

1）信号灯泡和灯座

透镜式色灯信号机的灯泡一般采用直丝双灯丝铁路信号灯泡，其额定电压为12 V，额定功率为25 W。主灯丝和副灯丝呈直线状且平行。主灯丝在下，其轴心线与灯头的中心线相垂直。副灯丝在上，其轴心线距离主灯丝轴心线（2．5±0．5）mm。主灯丝在前，副灯丝在后，间距为2．5 mm，以防止副灯丝挡住主灯丝的光。主灯丝在下可避免主灯丝断丝时，灯丝落下碰到副灯丝，影响副灯丝正常工作，有利于安全使用。

图2．3．3

图2．3．4

灯座为带切换试验按钮和不带切换试验按钮的定焦盘式铁路信号灯座，定焦盘灯座上下、左右、前后可调，可调整光源位置，使主灯丝位于透镜组的焦点上，获得最佳显示效果。调好焦后更换灯泡就无须再调整，信号显示比较稳定。

定焦盘式灯座对提高信号显示的稳定性和减少维修工作量起着积极作用。

2）透镜组

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，外面是无色带棱内凸透镜。之所以采用两块透镜组成光学系统，是利用光的折射和反射原理，将光源发出的光线集中射向所需要的方向，即增强该方向的光强。这样，就能满足信号显示距离远而且具有很好的方向性的要求。信号机构的颜色取决于有色透镜，可根据需要选用。

3）遮檐与背板

遮檐用来防止阳光等光线直射时产生错误的幻影显示。

背板是黑色的，构成较暗的背景，可衬托信号灯光的亮度，改善瞭望条件。只有高柱信号机才有背板，一般信号机采用圆形背板，复示信号机采用方形背板，以与主体信号机区别。

4）点灯单元（带灯丝报警及切换）

透镜式色灯信号机的点灯单元一般由信号变压器和灯丝转换继电器组成，目前城市轨道交通使用的主要有DDXL型点灯单元和XDZ-B型多功能信号点灯装置两种，这两种点灯单元都将点灯和灯丝转换结合为一体，从而减少体积。

①DDXL型点灯单元

DDXL型插接式防雷信号点灯转换单元的点灯变压器采用带防雷装置的BX2-34信号变压器，灯丝继电器采用JZSJC型继电器。DDXL的定义为D（单元），D（点灯），X（信号），L（防雷）。

A．DDXL型点灯单元工作原理

来自信号设备房的220 V电源从变压器T1的1，2端子输入后，经变压器T1后分5路输出，可以通过调整变压器T1次级的不同端子为主副电路提供不同的电压。刚接通电路时，主副电路会有瞬间同时点灯的过程，但随着主灯电路中的JZSJC型继电器得电，其第一组后接点（接在副灯回路）断开，从而切断副灯电路，使副灯丝熄灭。当主灯丝断丝灭灯时，主灯回路中的JZSJC型继电器失电落下，其第一组后接点（接在副灯回路）闭合，从而接通副灯电路，使副灯丝点亮并通过BD表示灯给出表示。同时，JZSJC型继电器的第二组前接点也断开，通过4，6端子给出主灯丝报警信息，如图2．3．5所示。

图2．3．5

B．DDXL型点灯单元功能和特点

DDXL型点灯单元由变压器、继电器、九位插接件3大部分组成，其中变压器端子板上装有表示灯，配线简单，施工方便。

在正常情况下点亮主灯丝，当主灯丝断路时，通过灯丝转换继电器JZSJC的后接点闭合点亮副灯丝，同时端子板上的表示灯被点亮。如果要检查主、副灯丝转换功能时，可用任何导体将表示灯下边1，2两个螺钉短路，则JZSJC继电器线圈被短路而落下，点亮表示灯，则表示副灯丝回路及继电器转换功能良好。

C．DDXL型点灯单元技术参数

a．变压器部分：

变压器空载及负载特性：当初级Ⅰ1-Ⅰ3接交流电压220 V时，次级空载电压误差不大于额定电压值的+5%，变压器在满载时其次级电压不小于额定电压值的85%。

DDXL型点灯单元变压器主要参数如表2．3．1所示。

表2．3．1　DDXL型点灯单元变压器主要参数

绝缘电阻：在正常的试验大气条件下，变压器各绕组之间及各绕组对铁芯之间，初级绕组对屏蔽层间的绝缘电阻应不小于1 000 MΩ，次级绕组对屏蔽层间的绝缘电阻应不小于600 MΩ。

绝缘耐压：在正常的试验条件下，变压器的初级绕组与次级绕组、初级绕组与屏蔽层间，应能承受交流50 Hz有效值3 000 V的试验电压，历时1 s应无击穿或闪络，次级绕组与屏蔽层间应能承受交流50 Hz有效电压值为2 000 V的试验电压，历时1 s应无击穿或闪络现象。

雷电冲击耐压：初、次级绕组对铁芯，初、次级绕组之间，施加电压波形为1．2／50 μ s，幅值为15 kV，间隔为1 min的冲击电压，进行正负极性5次试验不发生击穿或闪络。

电压转移系数：在变压器线路侧施加波形为1．2／50 μ s，幅值为1，5，10 kV各一次，变压器设备侧测试所得的电压转移系数符合铁道部标准。

b．交流灯丝转换继电器部分：

机械部分：接点间隙不小于0．8 mm，前后接点压力不小于150 m・N。

电气特性：工作值不大于1．5 A（交流）。释放值不小于0．35 A。在温度为+15～35℃、相对湿度为45%～75%环境中，绝缘电阻应不小于100 MΩ，绝缘耐压应能承受交流正弦50 Hz 1 500 V，历时1 min的试验电压，无击穿或闪络现象。

c．插接部分：单片的插入力为2～11 N，接触电阻小于0．03 Ω。

②XDZ-B型多功能信号点灯装置

XDZ-B型多功能信号点灯装置将信号灯泡的点灯和灯丝的转换结合成为一体，取代了变压器和灯丝转换继电器，采用软启动方式，延长灯泡使用寿命。XDZ-B的定义为X（信号），D（点灯），Z（装置），B（产品序号）。

A．XDZ-B型点灯装置工作原理

XDZ-B型点灯装置工作原理如图2．3．6所示。

图2．3．6

来自信号设备房的电源由“输入”端输入变压器T1后分两路，主路以自耦合方式由绕组W2提供交流DC-DC变换器转为直流供主灯丝点灯。DC-DC变换器输出的直流电压Voz具有稳压和软启动功能。由于主灯丝点亮时，副灯丝虽不工作，但仍在点亮主灯丝的高温烘烤下氧化严重，因此，从可靠性出发，副路以变压器降压方式由绕组W3提供交流，经桥式整流器整流为全波直流电压Vof，供副灯丝点灯，此副灯丝电压较低且没有经过任何处理。副灯丝为全波整流电压，在纯正弦波下其有效值为平均值（数字表直流挡测值）的1．11倍，考虑到波形等因素，为方便起见，实际副灯丝电压可由表测值加1．0 V计算。

主灯丝电路中的灯丝转换继电器JZ为电流型继电器，与主灯丝串联，主灯丝断丝时失电，其后接点JZ-1闭合接通副灯丝电路，完成灯丝转换。副灯丝电路中的告警继电器JG为电压型继电器，与副灯丝串联，副灯丝断丝时失电，由此提供副灯丝断丝告警。如上所述，在副灯丝完好仅主灯丝断丝时，灯丝转换继电器JZ失电，通过JZ-1闭合完成灯丝转换，同时短路了告警继电器JG使之失电，所以主灯丝与副灯丝两者任一断丝，JG都及时失电告警。JG的一组接点组被引接在单元的3个接线柱上，用于组成断丝报警，为区别起见，告警端子比其他端子短5 mm以示区别。

如果共端断路时，信号机灭灯。由于此时Vof与Vol方向相反，使JZ，JG以及信号设备房内的灯丝继电器均落下，故障导向安全。

B．XDZ-B型多功能信号点灯装置端子编号

XDZ-B型多功能信号点灯装置其端子编号排列如下：

C．XDZ-B型点灯装置功能和特点

a．把点灯与灯丝转换结合在一起的一体化结构，配线简单，施工方便。

b．采用插入式安装方式，便于检修和更换，并且不需要现场调整。

c．采用新型高集成化开关稳压电源作为点灯电源，该电源具有许多线性电路无法比拟的优点，体积小、质量轻、稳压范围宽，同时设计中考虑了电源初次级之间的隔离，确保用户的安全。

d．电路中具有软启动功能，当主灯丝和副灯丝刚点亮时，使冷丝冲击电流限制在6 A以下，从而大大延长了灯丝的寿命。

e．具有主、副灯丝断丝告警接口，点灯装置增设了副灯丝断丝监测，当主灯丝完好，而副灯丝断丝时，点灯装置也能发出告警。因此，不论主灯丝或副灯丝两者任一断丝都能及时发出告警。

f．增设了防浪涌的保护功能。

D．XDZ-B型点灯装置主要技术参数

定义：

a．冷丝冲击电流：点灯开始瞬间，灯丝处于冷态时所经过的电流。信号机灯丝冷态电阻约0．5 Ω，如开启时输出电压瞬间全额加在灯丝上，此时的冷丝冲击电流在10 A以上，影响灯丝寿命。

b．软启动：在灯丝点亮瞬间加在灯丝上的电压远低于额定电压（本装置仅为3 V），然后经过0．05～0．2 s上升至额定值。此时间称为软启动时间。

主要技术参数：

a．工作电压：220 V（+15%／20%）（176～253 V）单相交流50 Hz。

b．额定负载：25 W／12 V双灯丝信号灯泡。

c．灯丝输出电压：在额定负载情况下为DC10．7～11．9 V。

d．空载电流：在最高输入电压下，≤16 mA。

e．主灯丝冷丝冲击电流：≤6 A。

f．主灯丝软启动时间：0．05～0．2 s。

g．灯丝转换时间：＜0．1 s。

h．环境温度：-25～+60℃（TB1433-821室外电子产品规定）。生产时按-40～+85℃考核。

i．相对湿度：小于90%（25℃）。

j．电阻：输入、输出端子对地的缘电阻，≥25 MΩ。

（2）LED色灯信号机

LED色灯信号机的机构由铝合金材料构成，质量轻，便于进行施工安装，信号点灯单元由LED发光二极管构成，使用寿命长，免维护。LED色灯控制系统，在与现有点灯控制电路兼容、LED驱动电路与二极管供电方式的设计方面取得突破，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信号显示系统作为一种节能、免维护的新型光源在城市轨道交通信号系统中得到广泛运用。

LED色灯信号机主要由点灯变压器、超高亮度发光二极管矩阵（发光盘）、光学透镜、固定框架等组成。

1）铝合金信号机构

铝合金信号机构分为高柱机构和矮型机构。

高柱信号机构由背板总成、箱体总成、遮檐和悬挂装置4部分组成。

矮型机构分为二灯位矮型机构和三灯位矮型机构两种，其安装方法与透镜式信号机构相同，厂家按二灯位或三灯位组装成一个整体。

2）点灯变压器和发光盘

LED色灯信号机室外电路原理如图2．3．7所示。

图2．3．7

因为LED发光管是低能耗的高效发光器件，在满足相关光学指标的前提下，LED信号光源的功率不足25 W双灯丝灯泡的1／4，仅6 W左右，如果直接采用交流220 V向点灯变压器和发光盘供电，则会造成点灯回路中的电流过小而无法满足JZXC-H18等型号灯丝继电器工作的要求，因此，供电电路一般会采用低压供电方式，即将信号点灯电源输出由交流220 V降低为交流110 V向点灯变压器和发光盘供电。但有些城市轨道交通系统直接为220 V交流供给室外，依靠室外点灯单元降压并供给发光盘电压。

点灯变压器可起到电隔离作用，同时为发光盘提供合适的电源电压。

发光盘分为高柱发光盘、矮型发光盘和表示器发光盘。

高柱发光盘适用于高柱透镜式色灯信号机构。矮型发光盘适用于矮型透镜式色灯信号机构、引导信号机构、矮型复示信号机构，表示器发光盘适用于发车线路表示器机构。

图2．3．8

发光盘为圆形盘状结构，如图2．3．8所示。发光盘前罩上有鉴别销，以确认该灯位的颜色。只有发光盘的灯光颜色与该灯位灯箱玻璃卡圈上的鉴别槽相吻合，才能安装。

发光盘（含整流门限电路）的内部电路为串并联结构，每条支路由若干个LED发光二极管和电阻R组成，LED发光二极管均匀地分布在发光盘圆面内，构成发光点阵。支路中的电阻R起限流作用，限定电流在规定范围之内。为提高LED信号光源的抗干扰能力，在LED信号光源内均设有抗干扰门限电路。门限设定为线路输入电压60 V，如果输入电压低于门限值，门限关闭，光源灭灯。当外部接上正向直流电源时，LED发光二极管点阵便发出相应颜色光，经光学集光透镜后产生由多个光轴组成近似于平行的信号灯光。

3）LED色灯信号机的主要特点

①寿命长。发光二极管理论寿命超过100 000 h，是信号灯泡的100倍，可免除经常更换灯泡的麻烦，且有利于实现免维修，降低运营成本。

②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。

③节省能源。单灯LED光源功率小于8 W，不到传统25 W信号灯泡的1／3。

④聚焦稳定。发光盘的聚焦状态在产品设计与生产中已经确定，并能始终保持良好的聚焦状态，现场安装与使用不再需调整。

⑤显示效果好。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之外以及近光显示效果。

⑥无冲击电流，有利于延长供电装置的使用寿命。点灯时没有类似传统25 W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。

4）LED色灯信号机主要技术参数

①LED发光管额定工作电流：20 mA。

②光源额定输入电流：160 mA。

③光源额定输入电压：DC39．5 V。

④光源额定功率：＜8 W。

⑤光源供电电源调压范围：AC：43～52 V。

⑥电快速瞬变脉冲群抗扰：3级。

⑦静电放电抗扰度：3级。

⑧光源发光强度符合：TB／T 2353—1993。

⑨光谱符合：TB／T 2081—1989铁路灯光信号颜色。

⑩环境温度：-40～+70℃。

相对湿度：＜90%（25℃）。

【任务考评】

以学生自评互评为主，教师综合评定。

任务实施过程考核评价表

【场景设计】

1．现场参观城市轨道交通系统中的轨道电路和计轴设备进行教学，或利用多媒体展示城轨系统中轨道电路和计轴设备的实际应用。

2．将学生每6～8人分为1组，选出小组长。

3．考评所需的记录、评价表。

【知识准备】

（1）轨道电路

1）轨道电路的定义

轨道电路是铁路信号自动控制的基础设备。利用轨道电路可以自动检测列车、车辆的位置，控制信号机的显示；通过轨道电路可以将地面信号传递给机车，从而可以控制列车运行。

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，并接上送电和受电设备构成的电路。最简单的轨道电路如图2．4．1所示。

图2．4．1

轨道电路的送电端由轨道电源E和限流器Rx组成。限流器Rx的作用有两个：其一是保护电源不致因电流过大而损坏，使电压大部分降在Rx上，以保护电源；其二同时也保证列车占用本区段时，轨道继电器能可靠落下。受电端一般采用轨道继电器GJ，由它来接收轨道电路的信号电流。钢轨是轨道电路的传输导体，为减小钢轨接头的接触电阻，增设了轨端接续线，一般用镀锌铁线。钢轨绝缘是为分隔相邻轨道电路而装设的。钢轨引接线一般采用钢丝绳，其将送电端和受电端直接接向钢轨。

2）轨道电路的原理

如图2．4．1所示，当两根钢轨完整，且无车占用，即轨道电路空闲时，电流通过两根钢轨和轨道继电器，使轨道继电器吸起，前接点闭合，信号开放。当列车占用轨道电路时，电流通过机车车辆轮对，轨道电路被分路。由于轮对电阻比轨道继电器电阻小得多，使电源输出电流显著加大，限流电阻上的压降随之增加，两根钢轨间的电压降低，流经轨道继电器的电流减少到它的落下值，使轨道继电器落下，后接点闭合，信号关闭。同时，当轨道电路发生断轨、断线时，同样会使轨道继电器落下。

3）轨道电路的作用

①可以检查和监督区段是否占用，防止错误地办理进路。

②可以检查和监督道岔区段有无机车车辆通过，锁闭占用道岔区段的道岔，防止在机车车辆经过道岔时扳动道岔。

③检查和监督轨道上的钢轨是否完好，当某一轨道电路区段的钢轨折断时轨道继电器也将因无电而释放衔铁，防护这一段轨道的信号机也就不能开放等。

④传输不同的信息，使信号机根据所防护区段及前方邻近区段被占用的情况变化而变换显示。

4）轨道电路的分类

轨道电路有多种分类方法。

①按结构分类

按结构可分为闭路式轨道电路、开路式轨道电路。

A．闭路式轨道电路

闭路式轨道电路由轨道电路一端的发送设备、限流装置及连接导线和另一端的接收设备组成，如图2．4．1所示。在轨道电路区段空闲时，从轨道电源发送一定强度的信号电流，经钢轨线路送至轨道电路的接收端。接收设备的继电器励磁，使接收设备的前接点闭合，后接点断开，即发出轨道电路区段空闲的信息。在轨道电路被机车车辆占用时，从轨道电路电源发出来的信号电流因机车车辆车轴的分流，而只有很少一部分送至轨道电路的接收设备。接收设备的继电器因电流不足而不能励磁，使其前接点断开，后接点闭合，即发出轨道被占用的信息。闭路式轨道电路的特点是电路任何部分出现故障时，接收设备的继电器都不能励磁，反映区段被占用，符合铁路信号“故障-安全”原则。目前，铁路基本都采用闭路式轨道电路。

B．开路式轨道电路

图2．4．2

开路式轨道电路平时呈开路状态，这种电路的接收设备（继电器）等串接在发送端的电源电路内，如图2．4．2所示。在区段内没有列车占用时，轨道继电器处于失磁状态；在有列车占用时，轨道继电器处于励磁状态，并发出本区段被占用的信息。开路式轨道电路的特点是动作反应快，但不能自动检查出轨道电路各个组成部分的故障，如遇有断轨或断线等故障时，无法发现，若此时有车进入，轨道继电器仍处于落下，极不安全。这种轨道电路只在部分铁路上，用于驼峰编组场和道口。

②按信号电源的种类分类

按信号电流的种类分为直流轨道电路、交流轨道电路和脉冲轨道电路。

A．直流轨道电路

采用一次电池或蓄电池作为电源的轨道电路，如图2．4．1所示。这种轨道电路的特点是电源可靠，电路和元件结构简单，但电源维护工作量大，抗迷流干扰的能力差，受轨道电路电容性蓄电效应的影响时分流感受不好。因此，应用较少。

B．交流轨道电路

采用交流电作为电源的轨道电路。这种轨道电路的特点是电源波动的调整性能好，能在各种不同和复杂的条件下工作，应用广泛。交流轨道电路按轨道电流的频率可分为工频轨道电路和非工频轨道电路。

a．工频轨道电路。采用工业电流频率作为轨道电路的电流频率。这种电路可由工业电网供电，广泛应用在蒸汽、内燃和直流电力牵引区段。中国铁路车站轨道电路主要采用工频轨道电路，如整流式轨道电路和50 Hz二元型相敏轨道电路均属这种类型。

b．非工频轨道电路。采用同工业电流频率不同的交流电源供电的轨道电路。这种电路抗干扰能力强，但需要专用的电源设备。因此，一般在交流电力牵引区段的车站采用，如75 Hz交流轨道电路，25 Hz相敏轨道电路，移频轨道电路和亚音频轨道电路均属这种类型。

C．脉冲轨道电路

向钢轨中发送按规定频率和编码的断续电流，接收端只有在收到这种规定的脉冲电流时，轨道继电器才动作的电路。这种轨道电路具有长度大、分路灵敏度高和能防止迷流干扰等优点。编码的脉冲轨道电路又称电码轨道电路，如高压脉冲轨道电路。部分器件如图2．4．3所示。

图2．4．3

③按轨道电路内有无道岔分类

按轨道电路内有无道岔分为无岔区段轨道电路和道岔区段轨道电路。

A．无岔区段轨道电路

无岔区段轨道电路区段内无分支，一般用于两差置调车信号机之间、尽头式调车信号机前方接近区段以及停车线和检车线。

B．道岔区段轨道电路

道岔区段的轨道电路内有分支。按分支轨道电路接受电端的多少，分为一送一受轨道电路和一送多受轨道电路。

a．一送一受轨道电路：在车站内有分支的钢轨线路上，只设有一个接收设备。

图2．4．4

b．一送多受轨道电路：在车站内，钢轨有分支的线路上，钢轨线路的每个分支端都设有接收设备。如图2．4．4所示为一送两受轨道电路。这种电路同一送一受轨道电路比较，在线路的分支端有较高的分路灵敏度。由于使用的设备较多，一般只在衔接到发线的道岔区段轨道电路采用。

④按照相邻钢轨线路的分割方法分类

按照相邻钢轨线路的分割方法可分为有绝缘轨道电路和无绝缘轨道电路。

A．有绝缘轨道电路

有绝缘轨道电路就是在轨道区段的分界点，加装机械绝缘进行物理隔离的轨道电路，一般的轨道电路均为有绝缘轨道电路。因钢轨绝缘在外力作用下很容易损坏，使轨道电路的故障率较高。另外在无缝线路上机械绝缘的安装需要锯轨，线路维护也不方便。因此，目前无缝线路和电气化线路基本采用无绝缘轨道电路。

B．无绝缘轨道电路

无绝缘轨道电路具有明显的优点。由于采用电气绝缘，取消了机械绝缘节和钢轨接头，车辆轮对与钢轨接缝之间的碰撞减轻，轮对和钢轨的磨损降低，列车过缝时乘客舒适感提高，更加提高了轨道电路工作的可靠性。

⑤按照钢轨作为传输通道的方式分类

按照钢轨作为传输通道的方式可分为双轨条轨道电路和单轨条轨道电路。

A．双轨条轨道电路

一般的轨道电路均为双轨条轨道电路，轨道电路利用同一线路的两根钢轨作为传输通道，双轨条返回牵引电流。

B．单轨条轨道电路

单轨条轨道电路是利用单轨条返回牵引电流的轨道电路。这种电路以一根斜拉的电缆连接钢轨，使返回的牵引电流能够绕过钢轨绝缘。它的优点是可节省轭流变压器；缺点是返回的牵引电流因只在钢轨线路的一条钢轨里流过，干扰电压比较大。

5）轨道电路的工作状态

轨道电路的主要工作状态有调整状态、分路状态、断轨状态。

①调整状态

调整状态是轨道电路空闲、线路完整，受电端正常工作时的轨道电路状态。

其最不利条件：参数的变化使通过轨道继电器的电流最小，即电源电压最小、钢轨阻抗最大、道砟电阻最小。

②分路状态

分路状态是两条钢轨间被列车车轮对或其他导体连接，使轨道电路受电端设备能反映轨道被占用的轨道电路状态。

其最不利条件：参数的变化使通过轨道继电器的电流最大，即电源电压最大、钢轨阻抗最小、道砟电阻最大。

③断轨状态

断轨状态是轨道电路的钢轨被折断时，轨道电路受电端设备能反映钢轨断轨的轨道电路状态。

其最不利条件：参数的变化使通过轨道继电器的电流最大。除了与电源电压最大、钢轨阻抗最小有关系外，还与断轨地点和道砟电阻大小有关。

（2）计轴设备

1）计轴工作原理

计轴器是以安装在钢轨轨腰上的轨道传感器为探测手段，直接计取和检查通过列车的轴数，并通过运算比较器判别计轴轨道区段是否有车占用的信号基础设备。

列车从所检测区间的一端出发，驶入区间，经过计轴点时，运算单元对传感器产生的轴信号进行处理、判别及计数，此时轨道继电器落下，与此同时向所检测区间的另一端发送“占用”信号，使接车点控制的轨道继电器落下。发车端不断将“计轴数”及“驶入状态”等信息编码传给接车端。当列车驶出区间，经过接车端计轴点时，接车端计数，接车端将“计轴数”及“驶出状态”传给发车端。当两端对“计轴数”及“驶入、驶出状态”校核无误后方可使两端轨道继电器吸起，给出所检测区间的空闲信号，如图2．4．5所示。

图2．4．5

2）计轴设备的特点

与轨道电路相比，计轴设备具有以下特点：

①区段的长度几乎没有限制。

②不需要设置绝缘节。

③在钢轨表面生锈、污染时，仍能可靠安全地工作。

④不受道床电阻的影响。

⑤对电气化区段牵引回流的连接及接地线无限制。

⑥站间自动闭塞时，需与机车信号发送设备配套使用。

⑦不能检测断轨，目前已采用超声波检测。

【任务实施】

任务提出：

本任务的实施以50 Hz单轨条相敏轨道电路Ⅰ型和Ⅱ型、AzLM型计轴系统和AzS（M）350U型计轴系统为例，介绍列车检测设备的作用、组成及工作原理。

（1）WXJ50型微电子相敏轨道电路

单轨条轨道电路主要用在有几条轨道同时返回牵引电流的车站，此外在地铁车辆段多采用单轨条轨道电路。地铁和轻轨交通车辆段内的列车为无机车信号显示，因此其轨道电路的功能仅为列车占用检查。由于其电力机车为直流牵引，且牵引的钢轨回流为单条钢轨，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，故轨道电路应采用单轨条回流方式的50 Hz相敏轨道电路。

1）WXJ50型微电子相敏轨道电路的组成

WXJ50型微电子相敏轨道电路由送电端、受电端、钢轨绝缘、钢轨引接线、钢轨接续线、回流线以及钢轨组成，如图2．4．6所示。

图2．4．6

送电端包括BG5-B型轨道变压器、JNQ-B节能器、R-2．2／220型变阻器以及断路器（或熔断器），安装在室外的变压器箱内，如图2．4．7所示。

受电端包括BZ-B型中继变压器、R-2．2／220型变阻器、断路器（或熔断器），安装在室外的变压器箱内；轨道继电器、调相防雷器（TFQ-B）、轨道接收器（电子接受盒）等，安装在室内的组合架上，如图2．4．8所示。

图2．4．7

图2．4．8

2）WXJ50型微电子相敏轨道电路应符合的要求

①钢轨引接线采用截面不小于15 mm2（19×1．2 mm）钢绞线，长度为1 620 mm和3 600 mm两种。引接线塞钉孔距固定鱼尾板临近固定螺钉孔竖向中心线的距离不得小于150 mm。塞钉打入深度露出钢轨1～4 mm，不得打弯。塞钉与塞孔接触紧密。引接线沿轨枕平直敷设，距钢轨底面不得小于30 mm。变压器箱至钢轨引接线的配线应符合双线轨道电路图的极性要求。

②车场的横向连接线应采用两根截面不小于95 mm2（37×7×0．68 mm）多股铜芯电缆，严禁无故断开通路或阻塞畅通。

③本制式的电路系统能适应最大直流牵引电流为3 000 A（可根据具体情况设计）。

④WXJ50型微电子相敏轨道电路，具有两重选择性，即可靠的频率选择性和相位选择性。

⑤轨道电路室外箱盒必须具有防雨、防尘、防潮的设施；电路还应具有过电流防护及防雷措施。

⑥轨道电路的标准分路电阻为0．15 Ω。

⑦轨道电路的极限设计长度为300 m。

⑧在钢轨阻抗为0．8∠60°Ω／km、道砟电阻大于1．5 Ω／km、50 Hz电源为220 V±3%时，在极限长度内，该轨道电路能可靠地满足调整和分路检查的要求，并能实现一次调整。

⑨微电子轨道电路接收器的返还系数不小于85%。电路电源24 VDC±10%、交流分量≤1 V轨道电路应可靠工作。

⑩每段轨道电路用电量为45 VA。

3）WXJ-50型微电子相敏轨道电路工作原理

单轨条式50 Hz相敏轨道电路的轨道接收器采用WXJ50型微电子相敏接收器，该接收器具有两种选择性，即频率选择特性和相位选择特性。

频率选择性保证了轨道继电器在接收到直流牵引电流的干扰时不会使其错误动作；只有在其接收端的WXJ50型微电子相敏接收器局部输入端加上50 Hz交流电压，而该接收器的轨道接收端又接收到由钢轨传送来的轨道信息，其频率也为50 Hz，且相位合适时，才能正常工作。本制式的轨道变压器能够适用在直流磁化电流的条件下，确保轨道电路系统正常工作。因此，轨道变压器在其满载电流和直流磁化电流的共同作用下，50 Hz特性不能发生过大的变化，即不能饱和。

相位选择特性，即轨道电路的接收器对该信号的相位有一定要求，只有当接收器收到合适的相位时，才能正常工作，一般称其为具有“相敏”特性。因此，该制式轨道电路的核心部分是WXJ50型微电子相敏接收器。因为该制式轨道电路不仅具有频率选择性，也具有相位选择性，所以，其能较好地对来自牵引电流的各类谐波干扰进行防护。

本制式轨道电路在室外的主要设备为送电端轨道电源变压器和受电端轨道中继变压器等，它们分别置于室外的轨道电路送、受电端变压器箱内；室内需要设置相应的50 Hz电源设备，分别为轨道电路送电端供给电源和为受电端的WXJ50型微电子相敏接收器供给局部电源，WXJ50型微电子相敏接收器的工作电源为DC24 V，一般由电源屏供给。

50 Hz相敏轨道电路系统安全可靠、制式简单、使用方便、维修周期长、易学好懂、便于设计、施工和维修。

4）WXJ50型微电子相敏轨道电路部件介绍

①WXJ50型微电子相敏轨道电路接收器

WXJ50型微电子相敏轨道电路接收器可以单套设备使用，为提高系统的可靠性、方便维修，也可以双套并联使用，所采用的WXJ50型微电子相敏轨道电路接收器（简称电子盒）完全一样，调相防雷变压器（TFQ）有所不同，分为TFQ-B1型和TFQ-B2型两种，组合配线也不同，分别称为WXJ50-Ⅰ型微电子相敏轨道电路（单套设备）和WXJ50-Ⅱ型微电子相敏轨道电路（双套设备）。

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。其端子分配如图2．4．9所示。

图2．4．9

a．WXJ50型微电子相敏轨道电路接收器工作电源为直流24 V±15%，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100 mA。

b．WXJ50型微电子相敏轨道电路接收器局部电源为110 V／50 Hz，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30 kΩ，输入电流3．7 mA。

c．WXJ50型微电子相敏轨道电路接收器的最后执行继电器为JWXC1-1700安全型继电器。

d．轨道接收阻抗：Z =（500±20）Ω，θ=160°±8°。

e．轨道接收信号与局部电源为理想相位-90°时，工作值为（12．5±1）V，返还系数大于85%。

f．轨道输入采用隔离变压器，具有较强的抗雷电干扰能力。

g．具有可靠的防护绝缘破损能力。

②轨道变压器

BG型轨道变压器主要用于轨道电路供电，其一次侧为220 V，频率为50 Hz，功率5 W；二次侧最大输出电压12 V，允许电流10 A。依据所连接的端子不同，可获得各种不同的电压值，如图2．4．10所示。

图2．4．10

③中继变压器

用于轨道电路的受电端，与轨道继电器配合使用，可以使钢轨阻抗和轨道变压器的阻抗相匹配。一次侧输入电压220 V，频率50 Hz，功率5 W；二次侧最大输出电压12 V，允许电流10 A。通过连接不同端子可获得不同电压。

④调相防雷器

调相防雷变压器（TFQ）也安装在安全型继电器罩内，每个继电器罩安装两套设备，供两段轨道电路使用，其电路图及接线端子如图2．4．11所示。其中“轨道输入+”和“轨道输入-”接轨道电路，“轨道输出+”和“轨道输出-”接WXJ50接收器的“73”“83”端子。

5）WXJ50型微电子相敏轨道电路维护

WXJ50型微电子相敏轨道电路参数调整表如表2．4．1所示。

图2．4．11

表2．4．1　WXJ50型微电子相敏轨道电路参数调整表

①WXJ50型微电子相敏轨道电路室外调试测试标准

a．送电端电缆允许压降不大于60 V，即≥154 V。

b．送电端限流电阻和受电端防护电阻的数值不小于1．6 Ω。

c．BG5-B二次侧电压：6．3～10．7 V（此项指标参考调整表调整）。

②WXJ50型微电子相敏轨道电路室内调试测试标准

a．轨道电源电压：（220±6）V AC。

b．局部电源电压：110 V AC。

c．WXJ电源电压：（24±3．6）V DC。

d．WXJ电源杂音：≤1 V AC。

e．WXJ输入电压：13．5～16 V AC。

f．轨道信号失调角：≤30°。

g．轨道分路时：WXJ输入残压≤10 V。

（2）WXJ50-Ⅱ型微电子相敏轨道电路

WXJ50-Ⅱ型微电子相敏轨道电路是WXJ50-Ⅰ型的双套化产品，其两套设备中只要有一套正常工作，就能保障系统正常运行，进一步提高了系统的可靠性；如果其中一套发生故障，能及时报警，通知维修人员进行维修，而且对其中单套维修时，不影响系统使用，大大方便了现场维修。

WXJ50-Ⅱ型微电子相敏轨道电路采用TFQ-B2型调相防雷变压器，每个组合安装4段轨道电路设备和一个报警盒（BJH），如图2．4．12所示。报警盒上有报警表示灯，能明确显示哪个设备发生故障，并驱动报警继电器（BJJ），报警盒的“报警+”接KZ24 V，本车站所有报警盒的“报警-”并联，接报警继电器（JWXC1-1700）的输入线圈“1”，线圈“4”接KF24 V，如图2．4．13所示。

图2．4．12

图2．4．13

（3）AzLM型计轴系统

AzLM系统是阿尔卡特公司（现泰雷兹）近几年在世界最新计算机技术、通信技术和传感器技术基础上开发的新型计轴系统，其技术和工艺引领世界先进水平，如图2．4．14所示。

1）AzLM计轴系统的主要特点

①主机采用2取2的冗余方式，硬件开发符合TAS平台标准。

②适应列车速度最高440 km／h的线路条件。

③可根据现场实际情况和需要灵活选择3种不同配置的设备，以降低造价。

图2．4．14

④简单的电缆连接（WAGO端子）。

⑤符合最新的欧洲安全标准和电磁兼容标准，达到SIL4级。

⑥系统容量有了很大扩展（每台主机最多可以检测32个计轴点、监控32个区段）。

⑦室内主机与检测点设备之间采用容错的ISDN通信方式。

⑧主机与各接口板之间采用工业标准的CAN总线。

⑨可通过软件逻辑来灵活设置任意两个室外计轴点的逻辑关系（每个计轴点可被4个不同区段共用），使该系统既可用于站内，也可用于站间。

⑩主机具有一个以太网接口和一个串行接口，用来进行ACE和所连接检测点的诊断。

室外计轴点采用直流供电，可与通道信号共线传输（也可分设），室内外采用星形连接。

兼容涡流制动。

2）AzLM型计轴系统组成

AzLM系统由室内ACE主机和室外轨旁计轴点设备组成。轨旁计轴点设备包括SK30H轨道磁头传感器和ZP30H电子盒。室内主机与室外计轴点之间采用ISDN数据线进行通信，且电源与通信可以共线传输。每台主机最多可以检测32个计轴点、监控32个区段，适用于一般区段和复杂站场，如图2．4．15所示。

图2．4．15

①轨旁计轴点（ZP30H）

轨旁计轴点由轨道磁头、电子单元E-Es及密闭安装盒组成。如图2．4．16所示，图2．4．16 （a）为磁头（SK30H），图2．4．16（b）为电子盒（E-Es30H），图2．4．16（c）为安装盒（黄帽子）。

图2．4．16

A．轨道磁头

轨道磁头由两个物理偏移线圈装置SK1和SK2组成，它们安装在同一根轨道上。轨道外侧是两个Tx线圈，轨道内侧为两个Rx线圈，产生约为30 kHz的不同频率的两种信号，在轨道附近形成电磁场。这些装置提供了两个时间偏移的感应电压，利用这些装置就可以在电子单元中确定是否通过轮轴以及轮轴的行驶方向。基于可靠性原因，磁头中除线圈外不存在其他电子部件。

轨道磁头安装在轨道上，轨道外侧圆柱形磁头能够发送电磁场，轨道内侧方形磁头负责接收该电磁场信号。当车轮经过磁头的时候，如图2．4．17所示，磁力线由于金属的介入而改变，接收端磁头接受到的磁场强度会发生变化。随着接收到的磁场强度变化，接收磁头发送回EAK箱的电压会跟着变化。每个计轴点有相邻的两对磁头共4个，每个磁头都有电缆同EAK箱的底板连接。

图2．4．17

（a）没有车轮时　（b）车轮渐渐靠近　（c）车轮处于磁头正上方

同一计轴点的两对磁头在电气特性方面也存在差别，通常用所朝方向决定SK1和SK2来区分这两对磁头，SK1的电压变化幅度要比SK2略小。之所以两对磁头有细微的差别是为了确定列车的运行方向。

B．车轮电子检测盒（EAK）

箱内有接地板，接地板上有EAK电子单元，电子单元里有底板、模拟板以及评估板各一块。电子单元E-Es30H为Tx磁头供电，检测并计算轮轴脉冲，监控磁头，进行自检并向ACE发送包含计数和监控信息的报文。计数、监控和报文生成功能由两个受计轴主机安全模块监控的独立微控制器执行。一般计轴点的EAK箱下共有6条电缆，其中4条电缆连接计轴磁头，一条电缆连接室内CTF分线盘，还有一条地线电缆，如图2．4．18所示。

图2．4．18

（a）EAK外观　（b）EAK内部

整个EAK内部设备可从中间分为基本对称的两半，每一半对应一对计轴磁头。两半的工作原理相同。

C．底板

电子单元的底板类似于电脑的主板，整个电子单元的供电由此接入，评估板（核算器）和模拟板插在底板的插槽中。底板边缘还有一个测试插座，可连接测试工具用来查看电路板的工作电压以及磁头发送回来的电信号等，如图2．4．19所示。

图2．4．19

底板的线缆终端上连接的是沟通室内外的电缆，电缆另一头通过室内分线盘连接ACE机架内对应的PDCU，整个电子单元的120 V供电就是由PDCU提供的。普通计轴点的线缆终端3和13两个端子上有接线，供电输出和数据回送都是在这两根配线上实现的，用电压表测量可以测到接近120 V的交流电压。共享计轴点的4和14端子也有配线，这两根线连接的是另一个集中站的对应PDCU，由于只需要将数据共享，所以4和14端子的接线没有电源输入。WAGO终端连接的是计轴磁头。计轴磁头所需要的5 V电源和板卡的24 V工作电源都由底板供电。

因为所有的评估板、模拟板和PDCU都不需要特别编程，更换新的就能立即投入使用，为了区分不同计轴点的数据就必须给每个数据加上地址。底板上的地址开关就是起这个作用的。

D．模拟板

在车轮靠近和远离的过程中，计轴磁头的磁场变化是一个渐进的过程，所导致的接收端电压变化自然也是渐变的。模拟板的功能就是把这种渐变的信号转变成评估板能读懂的电脉冲信号。

模拟板卡灯位和电位器功能如图2．4．20所示。

图2．4．20

参考电压和调整电压是模拟板工作的两个重要数据，将测试工具箱连接到底板的测试工具插头上，通过相应的挡位就可以读出SK1和SK2的这两个数值。

调整电压（MESSAB）就是磁头发送回EAK的电压。当车轮靠近磁头上方，该电压会急剧变小，当车轮在磁头正上方时，电压值最小。调整电压的最大值和最小值之间的差距基本恒定，绝对数值约为400 mV。旋转电位器R2／R4，调整电压波形会在纵轴上发生平移，通过放上和取下模拟车轮，将最大值和最小值调整为绝对值相等的相反数。只要记录有车轮和无车轮的电压绝对值，将它们相加除以2即可得到需要的值。测试工具箱的10挡用来测试SK1的调整电压，12挡测试SK2的调整电压。

参考电压（PEGUE）是一个定值，其作用就是作为一个参考值。参考电压的调整一般在完成调整电压后。改变测试工具挡位测量参考电压，旋转电位器R1／R3，使参考电压值等于没有车轮时的调整电压值。这样平时调整电压值在正常范围内时，模拟板持续送出高电平信号，当调整电压值达到负的参考电压时，模拟板送出低电平信号。测试工具箱的11挡用来测试SK1的参考电压，13挡测试SK2的参考电压。

E．评估板

评估板的功能就是计数和向室内发送数据。核算器板有自检功能，一旦发现本身CPU有故障就会停止向室内发送错误数据。

评估板灯位信息如图2．4．21所示。

图2．4．21

②ACE主机

ACE主机是室内计轴设备的核心，一个ACE子架分为3层，每层有16个板卡位。第一层两块电源板和两块CPU板占掉6个板卡位，其余板卡位则是并行和串行I／O板，没有板卡的位置用盖板盖住，如图2．4．22所示。

图2．4．42

计轴评估器ACE-2-42背面连接面板如图2．4．23所示。

图2．4．43

ACE子架的串行I／O接收到来自PDCU的计轴点数据输入，将数据送到CPU板，CPU通过各个计轴点之间的逻辑关系，将来自计轴点的数据经过运算转化为各区段的状态信息后送到并口板，并口板将区段状态数据输出给联锁系统作为联锁条件。

计轴区段有3种状态：空闲、占用和受扰。空闲区段即区段内轮对数为零的区段。当该区段两头任何一个计轴磁头上有车轮滑向区段内，区段内轮对数变成正数就会成为占用状态。当该区段两头任何一个计轴磁头上有车轮滑出去段，区段内轮对数变成负数就成为受扰状态。占用区段内有多少轮对记录在室内ACE机架的CPU板内，如果有相同数量的车轮滑出该区段，区段就会恢复空闲。一旦区段受扰，并口板会自动锁死，除非经过复位处理，否则只会向联锁系统发送受扰信号。

A．电源板

电源板从电源屏获得60 V交流电输入，然后分配给串行和并行I／O板使用，如图2．4．24所示。如表2．4．2所示为电源板面板表示灯的含义。

图2．4．24

表2．4．2　电源板面板表示灯含义

续表

B．串口板和并口板

一块串口板负责两个计轴点的输入，如图2．4．25所示。一块并口板负责一个区段状态的输出，如图2．4．26所示。

图2．4．25

图2．4．26

并口板有许多LED灯位，可以通过这些LED看出计轴区段的一些简单情况。上面一组4 个LED显示板卡的连接信息，如果两个数据通道都完好，这4个绿灯都是点亮的。下面一组8 个LED分为3部分，最上面两个绿色灯位在区段占用时点亮，空闲和受扰时熄灭。中间4个橙色LED是一些输入信息，根据配线的不同会有不同的显示状态。目前的4个灯位配置能显示空闲、占用、受扰、正在复位和待清扫5种状态。最下面两个绿色LED闪烁点亮，这表示CPU正在检查这块板卡运行状态，检查完这块板卡CPU会接着检查下一块，一直不停地循环。

区段受扰后如果确认故障已经排除，则需要复位并口板，操作要求按下复位按钮的同时转动复位钥匙，保持2～6 s。复位成功可从4个橙色LED的变化看出来。

C．CPU板

CPU板是整个计轴系统的神经中枢，它的程序里烧录着计轴点和计轴区段之间的关系，它控制着系统并行I／O的输出，与联锁系统的安全密切相关，如图2．4．27所示。本着故障导向安全的原则，如果CPU模块发生故障或者失电，与该CPU有关的所有计轴区段将全部受扰。

图2．4．27

CPU板上有两种用于诊断的接口，可以根据分析设备的不同自由选择。正常运行的CPU板的字母数字显示屏上是一条旋转的直线，CPU板死机直线停止旋转，这时就要按重置按钮重启CPU模块。但是要注意的是，按下重置按钮会消除CPU记录的所有运营日志。

③PDCU电源／数据调谐单元

PDCU是电源／数据调谐单元（Power／Data Coupling Unit）的简称，安装在室内ACE机架背面，一头通过CTF分线盘连接轨旁设备，另一头连接着机架内的串口板。正如设备名所述，PDCU就是起到一个将电源和数据的通道进行合理分配的作用，对室外的120 V供电和EAK发回的数据走的是同一对线。PDCU的1号、2号端口接的是电源屏的120 V电源输入，如果1号、2号口没有电源配线，你可以很容易地确定这个PDCU对应的是一个共享计轴点。

3）AzLM型计轴系统提供的复零方式

AzLM型计轴系统支持以下4种类型的复零方式：

●有条件直接复零。

●预复零。

●需要确认的预复零。

●无条件直接复零。

①预复零

执行复零前，调度员必须确保区间内无车辆，预复零命令后区间不会立刻变空闲。

列车需要通过区间，ACE检查检测点的正确运行，只有当进入和离开该区间的计数相同时，ACE才会使区间空闲。

②需要确认的预复零

执行复零前，调度员必须确保区间内无车辆。

与预复零不同的是，列车通过区间后，还需要值班员进行人工确认，区间才会空闲。

③有条件直接复零

执行复零前，调度员必须确保区间内无车辆。

当区间确实处于被占用状态时，只有在最后一个计数动作为离开区间的计数时，才能执行复零（有条件复零）。

当区间处于“受干扰”状态，不用考虑最后一个计数动作就可执行复零。有条件复零生效后使区间立刻空闲。

④无条件直接复零

执行复零前，调度员必须确保区间内无车辆。无条件复零后使区间立刻空闲。

根据用户的需求，一般提供预复零和直接复零两种方式就可满足现场需求。

4）计轴设备与联锁设备的接口

计轴设备与联锁设备接口采用继电器接口方式。每个区段设有一个区段轨道继电器。

计轴设备与联锁设备结合原理图如图2．4．28所示。

图2．4．28

5）计轴参考方向

计轴参考方向（ABR）必须根据整体布局情况确定，与线路上的列车运行方向、道岔和渡线等无关。ABR确保在一系列的检测点中计入和计出区段的正确顺序。如果没有ABR，就无法正确配置系统。

建议选择里程的增长方向作为计轴参考方向（ABR）。

6）关于电缆配置说明

①室内主机至室外各计轴点采用星形连接。

②当室外计轴点距室内主机小于4．28 km时，电源与通信通道合用，采用计轴电缆中通信四芯组（φ 0．9 mm）中的一组线对直线沟通。建议每个室外计轴点单用一根四芯φ 0．9 mm通信计轴电缆至室内。

③当室外计轴点距离室内主机大于4．28 km时，可采用以下两个方案解决：

A．改变电缆线径

采用计轴电缆通信四芯组线径为φ 1．4 mm时，电源与通信通道合用，室外计轴点至室内主机的距离可达10．43 km。

B．室外计轴点的电源及通信线分设

电源线：

室外计轴点采用由室内的直流120 V供电，允许最大电缆电阻为280 Ω。室外电子盒功耗为9 W。以计轴电缆中信号四芯组（φ 1．0 mm）、环阻47 Ω为例：

供电芯线单去单回，室外计轴点距室内主机的距离不大于5．9 km。

供电芯线二去二回，室外计轴点距室内主机的距离不大于11．9 km。

供电芯线三去三回，室外计轴点距室内主机的距离不大于17．8 km。

通信线：

室外计轴点至室内主机采用计轴电缆中通信四芯组（φ 0．9 mm）中的一组线对直接沟通，其传输距离不大于9．23 km。当传输距离大于9．23 km，采用有源增音设备可延长一倍距离。中继处所可根据需要设置。

④站间分界点处计轴点，电源可由一端站提供，但是其通道必须与二端站分别连接。

⑤电缆要求：采用经铁道部鉴定的低烟无卤阻燃综合屏蔽铝护套计轴电缆WDZGJZL23型。

7）可靠性指标

所提供的计轴设备满足以下要求：

①设备已达到EN 50129的最高的安全完整性水平（SIL4）。

②计轴设备的可靠性指标：

平均无差错计轴数≥1×109轴。

平均无故障工作时间MTBF=14．6年。

平均修复时间MTTR=0．5 h。

③所提供的计轴设备可满足本工程25年寿命周期要求。

④列车进入区间时，设备表示占用，设备在任何故障状态下，均表示占用，满足“故障-安全”的原则。

⑤设备能区分列车运行方向，适用列车各种正常作业。

⑥设备能向维修子系统提供工作状态、故障信息等信息。

8）电源要求

AzLM系统需要以下3种电源，由电源屏直接供出：

①直流120 V电源10 A给室外电子单元EAK供电。

②直流60 V电源10 A给室内主机ACE供电。

③直流24 V电源5 A给复零继电器、区间轨道继电器供电。

9）系统反应时间

①占用反应时间：最小为220 ms，最大为1 000 ms，平均为400 ms。

②出清反应时间：最小为420 ms，最大为1 200 ms，平均为600 ms。

10）系统接地要求

①室外每个计轴点的设备屏蔽地和防雷地可合用，接地电阻要求小于1 Ω。

②室内设备地与防雷地的接地电阻要求小于1 Ω。

11）AzLM计轴维护测试设备

室外维护测试设备如图2．4．29所示为计轴测试箱，建议配备扭力扳手一把。

图2．4．29

测试箱内面板如图2．4．30所示。

图2．4．30

（4）AzS（M）350U计轴系统

1）AzS（M）350U计轴系统的功能

用于自动监控区间线路和车站线路，给出线路、道岔、股道区段的“空闲”／“占用”指示。

2）AzS（M）350U计轴系统的原理

计轴系统基于统计车轴数的原理。在需要检测的区段两端分别设置计轴点，该计轴点被连接到室内的计轴主机，计轴主机处理来自磁头点的信息，如果进入区间的轴数和离开区间的轴数相匹配，计轴主机给出该区段空闲指示。原理如图2．4．31、图2．4．32所示。

图2．4．31

图2．4．32

DEK43车轮检测设备和连接电缆（长度5～10 m）。

①轨道箱（TCB）（铸铝结构、塑料结构）

轨道箱如图2．4．33所示。

②室内设备

●运算单元。

●机柜。

●计轴主机。

●UPS电源。

图2．4．33

●调制解调器。

运算单元组成如图2．4．34所示。

图2．4．34

3）系统的功能

SIRIUS2板（串行数据输入输出板）：用于计轴主机之间的连接以及系统的状态监测，每块SIRIUS2板提供两个双向串行接口来传输数据。

BLEA12（闭塞信息输入输出板）：计轴系统和联锁之间的数据接口板，所有进出联锁的信息都要经过该电路板。

STEU板（控制诊断板）：主要用于分析所接收到的车轮传感器的信号。缓存来自磁头点的信息。

VAU板（数据处理和监视板）：是中央处理单元，它以SIMIS-C计算机为核心构成了“故障-安全”型微机系统。提供双通道的监控和比较功能。

每一个直接连接的车轮传感器都需要一个与之相对应的VESBA板（放大触发和带通滤波板），它将室内和室外设备从电气上进行隔离。VESBA板将信号f1和f2分离并传送到两个独立的通道中进行带通滤波、放大、整形和触发。

SVK2150电源板为计轴主机（5 V）和车轴检测器（70 V）供电。

①数据处理板

数据处理板面板如图2．4．35所示。

图2．4．35

两个VAU板上的LED“VGL”都稳定点亮，计轴主机正处于运行状态。

LED“SPW”点亮，则说明供电电压过高或低于5 V DC，系统必须复位。

LED“PAB”点亮，则表明程序控制紧急切断。比如，如果比较器检测到两个通道不同步或者在连续检测过程中检查到一个涉及安全的错误，则系统由硬件或由软件控制切断输出，计轴主机转换到占用状态。此时，系统必须复位。导致系统故障的原因可以通过STEU板上的LED灯的点亮组合来判断（LED 0闪烁）。

计轴主机启动的过程中，LED“ANL”点亮约3 s。系统故障后，为使计轴主机同步启动，则必须同时按下两个VAU板上的红色复位按钮并持续1 s。

②控制诊断板

控制诊断板如图2．4．36所示。

图2．4．36

正常显示：显示4个轨道空闲检测区段的工作状态。

第一区段：

“0”“5”灯点亮：系统处于“开机状态”，区段“占用”，必须操作复零按钮，才可给出区段“空闲”指示。

“4”灯点亮：区段“空闲”。

“4”“5”灯点亮：有车正在进入区段或者已经进入区段。

“5”灯点亮：区段占用。

“1”“5”灯点亮：负轴或干扰导致区段“占用”。

图2．4．37

“2”“5”灯点亮：计数监视导致区段“占用”。

“3”“5”灯点亮：通信故障导致区段占用。

紧急关闭后的显示：显示紧急关闭状态，两个控制诊断板面板指示灯“0”闪烁，通过指示灯“1”到“7”的不同组合，根据故障代码表判断故障。

③闭塞信息输入输出板

闭塞信息输入输出板如图2．4．37所示。

BLEA12组件由从联锁电路中输入信息或向联锁电路输出信息的功能单元组成。该组件具有一个MES80总线接口，通过它，该组件可以与VAU板交换数据。

BLEA12板完成以下功能：

所检测区段的空闲／占用表示输出（CI和-CI）。

所检测区段的复位输入。

辅助复位（AzGrH）输入。

复位确认（RA）的输出。

④放大、触发、带通滤波板

VESBA放大、触发、带通滤波板的功能如下：

为WDE供电（从SVK2150），VESBA组件实现了室内设备和室外设备（车轮传感器）之间的电气隔离。它把从车轮传感器传来的信号f1和f2分离并送入两个独立的通道，然后通过带通滤波、放大、整形，最后计数（触发）。

VESBA组件面板如图2．4．38所示。面板上安装了用于故障诊断的测量孔及LED灯，LED灯用于显示列车通过时的状态。如果两个LED中的一个常亮，则有可能是一个车轮停在了车轮传感器上。如果不是这样，则有可能是故障。未连接车轮传感器或供给车轮传感器的电源电压不准确、失调（＜1．3 V；车轮传感器连接错误）的情况下，LED灯也会点亮。进入计轴点的电压必须在60 V／70 V DC左右。如果没有电压，则检查保险。

图2．4．38

⑤电源板功能

图2．4．39

SVK2150板将联锁系统来的电源电压转换成所需的电压（5 V DC供给计轴主机，70 V DC供给车轴检测器）。所有的电压均由电压控制器监控。输入／输出电压进行电气隔离。面板如图2．4．39所示。

如果在连接的输入端上有电压时，则SVK2150处于运行准备状态，用黄色LED（Vin）指示。当面板上开关位于“1”时，“5 V”“12 V”（未用）“70 V”的黄色LED点亮，指示已有电压输出。

欠压时，输出电压被切断；过压时，0．1 A保险丝（快动）熔断，切断输出。只有在更换保险丝后才能继续投入使用。

如果根本没有电压，则检查印刷电路板上的保险（8A；慢动）。

⑥车轴电子检测器（见图2．4．40）

图2．4．40

“1”：测试仪适配器安装位置；调试或维护使用。

“2”：防雷板：防止雷电或过电压对设备的损坏。

“3”：信号发生板：由信号发生器和接收器组成，在面板上有两个调节标记，用以调整信号频率。

“4”：带通滤波板：由带通滤波器以及供电等器件组成，在面板上装有0．1 A的保险，确保为车轮检测器不间断地供电。

“5”：预留复用板插槽。

⑦车轴传感器

图2．4．41

车轴传感器如图2．4．41所示。每套传感器包含两个发送器和两个接收器。

发送器位于钢轨外侧、接收器位于钢轨内侧。

当一个车轮通过双置传感器时，接收器的接收电压改变，由传感器接收电压的幅度改变和改变的时间顺序即能检测轮轴数和列车运行的方向。

⑧调制解调器

调制解调器用于站间信息传输，调制解调器面板指示灯含义如表2．4．3所示。

表2．4．3　调制解调器面板指示灯含义

⑨轨道箱

轨道箱如图2．4．42所示。

图2．4．42

4）AzS（M）350U计轴系统的特点

①检测区间长度可达42 km。

②不受枕木类型和道床电阻的影响。

③适用所有类型的机车和车辆。

④通过采用模块化设计和免维修的双置轮对传感器运算单元使其具有较高的可用性。

⑤通过在运算单元中采用标准化的电路板以达到低成本的库存。

⑥在计轴柜中可采用OEM产品或独立安装于一框架上。

【任务考评】

以学生自评互评为主，教师综合评定。

任务实施过程考核评价表

续表

【场景设计】

1．现场参观城市轨道交通系统中的应答器进行教学，或利用多媒体展示城轨系统中应答器的实际应用。

2．将学生每6～8人分为1组，确定每小组的组长。

3．考评所需的记录、评价表。

【知识准备】

（1）应答器的概述

应答器也称信标。应答器是欧洲标准的称谓，而信标则是北美标准的称谓。目前在城市轨道交通信号控制系统中的应答器主要应用的是欧洲标准的Eurobalise产品和Amtech公司的美国标准TAG产品两种。

应答器系统是一种采用电磁感应原理构成的高速点式数据传输设备，用于在特定地点实现地面与机车间的相互通信。本书主要以欧式阿尔斯通应答器为例进行讲解。

（2）应答器的功能

①接收电能信号：探测、解调远程能量信号。

②上行链路信号产生，该功能是应答器通过接口向车传载传送报文。

③启动时的方式选择，是发送自身存储的报文还是发送接口来的报文。

④串音防护：对上行链路的限制。

⑤操作／编程模式的管理。

⑥接收来自接口的数据。

⑦I／O接口特性的控制。

⑧产生“列车通过”信号。

（3）应答器的分类

根据应答器传输信息可分为固定信息（无源）应答器和可变信息（有源）应答器两种。

1）固定信息（无源）应答器

如图2．5．1所示为美式信标，如图2．5．2所示为欧式应答器。

图2．5．1

图2．5．2

特点：密封元件，免维护，便于安装，可重复编程（无接触）。

无源应答器（组），用于发送固定不变的数据，用于提供线路固定参数，如线路坡度、线路允许速度、轨道电路参数、链接信息、列控等级切换等。当列车经过无源应答器上方时，无源应答器接收到车载天线发射的电磁能量后，将其转换成电能，使地面应答器中的电子电路工作，把存储在地面应答器中的数据循环发送出去，直至电能消失（即车载天线已经离去），平常处于休眠状态。通过报文读写工具BEPT可改写无源应答器的数据报文。通过BEPT可以对无源应答器存储的数据报文进行读出、校核。

2）可变信息（有源）应答器

如图2．5．3所示为美式信标，如图2．5．4所示为欧式应答器。

图2．5．3

图2．5．4

其特点是：到LEU的标准化接口相同的外形加电缆。

有源应答器：传输可变信息。必须通过专用的应答器电缆与LEU设备连接，可以根据LEU设备所发送的报文，变化地向列车传送应答器报文信息。与LEU（地面电子单元）连接，用于发送来自于LEU的报文，在既有线提速区段，有源应答器设置在车站进站端和出站段，主要发送进路信息和临时限速信息。有源应答器通过电缆与地面电子单元（LEU）连接，可实时发送LEU传送的数据报文。当列车经过有源应答器上方时，有源应答器接收到车载天线发射的电磁能量后，将其转换成电能，使地面应答器中发射电路工作，将LEU传输给有源应答器的数据循环实时发送出去，直至电能消失（即车载天线已经离去）。平常处于休眠状态。当与LEU通信故障时，有源应答器变为无源应答器工作模式，发送存储固定信息（缺省报文）。

【任务实施】

任务提出：

本任务的实施以应答器的组成以及工作原理为准备，介绍了应答器在城市轨道交通中的应用。

（1）应答器系统的组成

应答器系统设备主要由两部分组成（见图2．5．5）。

图2．5．5

1）地面设备

①地面应答器

安装于两根钢轨中心枕木上的地面应答器不要求外加电源，平时处于休眠状态，仅靠瞬时接收车载天线的功率而工作，并能在接收到车载天线功率的同时向车载天线发送大量的编码信息。安装于机车底部的车载天线不断向地面发送功率并在机车通过地面应答器时接收来自应答器的编码信息。由壳体（黄盒子）、电路板、灌封材料构成。壳体是玻璃纤维类材料热压而成；电路板厚度为3．2 mm，安装在壳体内，它包含了用于发送和接收的电磁感应耦合线圈。

②轨旁电子单元LEU

有源应答器通过与LEU的连接，可实时改变传送的数据报文。当与LEU通信故障时（接口故障），有源应答器可以自动切换到无源应答器工作模式，发送缺省报文。

阿尔斯通的有源应答器和无源应答器完全相同，通过电缆及插接件与LEU连接，就作为有源应答器使用。

2）车载设备

①查询主机。车载查询主机主要用于传送、检查、校验和解码接收到的报文，使位于列车两端的天线开始工作，与系统进行数据通信，并具有自诊断功能。具体车载查询主机主要完成以下功能：

●提供列车前方一定距离内的线路参数信息。

●提供电子里程标信息。

●提供地面信号状态信息。

●提供车次号信息发送至地面有源应答器。

②车载天线。车载天线安装于距轨道180～300 mm的列车底部，一方面接收来自地面应答器发送的数据信息；另一方面连续向地面发送电磁能量，使地面应答器开始工作。为防止异物的撞击损坏，车载天线的外部由硬塑料壳进行保护，如图2．5．6所示。

③天线电缆。

图2．5．6

图2．5．7

（2）应答器的工作原理

电磁感应的基本原理：车载天线与应答器之间是按电感耦合的原理进行工作的，天线与应答器之间的作用原理图如图2．5．7所示，当能量频率≤30 MHz时，磁场起着主导作用，电场起着次要作用。

如果被测线圈沿x轴方向运动，那么场强H随着距离x的增加不断减弱。当被测线圈沿线圈x轴方向移动距离超过圆半径R时，场强急剧下降，为60 dB／10倍距离；当移动距离超过圆半径3R时，场强的衰减变得比较平缓约为20 dB／10倍距离。

（3）无线编程

此功能允许对应答器进行无线编程和维护。执行这个过程不需要任何电缆的插拔，这就保证了安全等级。

1）无线编程具有的功能

①应答器报文的读写

编写的报文长度可以是1 023或341位，报文可以改写。

②应答器制造商数据的读出

包括制造日期、制造商认证、序列号等数据，电路板原理框图如图2．5．8所示。

图2．5．8

2）无线编程的工作过程

当车载天线靠近应答器时，应答器的耦合线圈感应到27 MHz的磁场，能量接收电路将其转化为电能，应答器获得工作电源开始工作。当电源工作后，它首先判断由C接口来的数据是否有效，若该数据无效或无数据，应答器控制模块使用存储在报文存储器中的数据，将其进行FSK调制后，输出到数据收发模块，经功率放大后，由耦合线圈发送。只要电源正常工作，控制模块就不间断地发送。

当控制模块上电时，判断出C接口的数据有效，则控制模块将发送C接口传来的数据。一旦控制模块作出选择判断是存储的数据还是C接口传来的数据，在这次上电的工作周期内，无论C接口数据有效与否，应答器都不会改变发送的数据。当车载天线离开应答器上方后，应答器失去了电源，便停止数据发送。

C接口工作电源仅用于该接口电路部分，不给控制模块和数据收发供电。因此，有源应答器也只有在车载天线出现时才发送数据。

（4）应答器在城市轨道交通中的应用

应答器在不同的信号系统制式中，所起的作用并不完全相同，下面仅列举两个通用的应用实例。

1）在点式ATC系统中的应用

在点式ATC系统中应答器作为车地通信的主要通道，当列车驶过地面应答器，且车载查询应答器与地面应答器对准时，车载查询应答器以一定的频率，通过电磁感应的方式将能量传递给地面应答器，地面应答器的内部电路在接收到来自车上的能量后开始工作，将所存数据以某种调制方式传送到车上。

2）在车站定位停车中的应用

对于车站定位停车，是依靠一组地面应答器（也称信标）提供至停车点的距离信息，以实现精确停车。地面应答器设置于离站台的确定距离内，当列车查询应答器天线置于地面应答器作用范围时，使列车接受地面应答器传来的信息，每个应答器距站台的距离不同，接收到的位置信息不同。

【任务考评】

以学生自评互评为主，教师综合评定。

任务实施过程考核评价表

【场景设计】

1．在城市轨道交通通号车间或现场教学，或用多媒体展示信号电源屏照片及文字说明，体现信号电源屏与UPS的作用与功能。

2．考评所需的记录、评价表。

【知识准备】

（1）信号电源屏介绍

信号设备对电源的基本要求是可靠、稳定和安全。可靠的电源是能保证昼夜不间断供电的独立电源。稳定的电源其供电电压和频率的波动都在允许范围内。供电安全是指电源设备采取保证设备和人身安全的措施。

信号电源屏是信号系统设备的供电装置，它将变压器、稳压器、整流器等组合起来，由工厂生产，以简化施工和维修。它要满足可靠、稳定、安全3大基本要求，供给信号设备所需的各种电源。电源屏必须保证不间断供电，并且不受电网电压波动和负载变化的影响，保证安全供电。城市轨道交通系统为了保证电源不间断供电，一般和UPS配套使用。

（2）信号电源屏的分类

1）电源屏按照用途分类

电源屏按照用途可分为继电联锁电源屏、计算机联锁电源屏、驼峰电源屏、区间电源屏、三相交流电动转辙机电源屏等。

①继电联锁电源屏是最早出现的电源屏，是电气集中联锁的供电装置，按容量分为小站电源屏、中站电源屏和大站电源屏。小站电源屏引入两路单相电源，采用稳压变压器稳压，屏内两套设备自动转换。中站电源屏引入两路单相电源，主要采用单相感应调压器稳压，主备用屏之间手动转换。大站电源屏引入两路三相电源，主要采用三相感应调压器稳压，主备用屏之间手动转换。

②计算机联锁电源屏有小站用、中站用和大站用不同的容量，分为感应调压器和自动补偿交流稳压器两类。稳压性能与继电联锁电源屏基本相同，在原供电电压的基础上增加了计算机所用的电压。

③驼峰电源屏是根据驼峰信号设备的供电要求而设计的，有电动、电空两种类型，分别适用于使用电动转辙机和电空转辙机的驼峰调车场。其主要特点是设置直流备用电源，且能浮充供电，在两路引入电源转接时不断电，保证转辙机正常转换。

④区间电源屏是为城市轨道线路正线区间设计的，可分别提供信号点灯、站间联系、灯丝报警、区间轨道、电码化检测、电友化和继电器等电源。

⑤三相交流电动转辙机电源屏。在城市轨道线路上S700K，ZYJ7型转辙机均采用交流供电，为此设计了专供交流转辙机用的三相交流转辙机电源屏，屏内可进行两路三相电源的自动、手动转换。设相序报警器监督三相电源的相序，反相序时报警，并自动转换至另一路电源供电。

2）电源屏按照制造原理分类

电源屏按照制造原理可分为机械电源屏和智能电源屏两类。

进入20世纪90年代后，出现了众多现代先进信号技术，而作为现代信号系统的供电设备，智能电源屏应运而生，智能电源屏系统采用全高频电力电子技术，对输入电源集中进行AC／DC，DC／DC变换，满足交流直流负荷的用电要求。智能电源屏有多种制式，最主要的技术特征是有监测模块，具有自动检测功能，实现了电源系统的实时状态和故障监测及远程监控管理，在城轨交通系统中，信号电源屏一般采用智能电源屏，所以后边的讲解均以智能电源屏为例。

（3）智能电源屏

智能电源屏是指采用模块化电力电子技术，具有实时监测、报警、记录和故障定位功能。其主要特点就是设有监测单元，具有检测功能，实现了电源系统的实时状态和故障监测及远程监控和管理。

1）智能信号电源屏的作用

智能信号电源屏是专门为信号设备供电的装置，信号负载电源类型主要有信号点灯电源、道岔表示电源、轨道电路电源、局部电源、直流转辙机电源、继电器电源、微机监测电源、交流转辙机电源、计算机联锁电源、闭塞电源／半自动闭塞电源、熔丝报警电源、灯丝报警电源、CBTC电源、表示灯电源、闪光灯电源、电码化电源等。

智能信号电源的常见功耗及供电负载如表2．6．1所示。

表2．6．1

2）举例说明

下面以北京鼎汉PZG系列智能电源屏为例进行介绍，如图2．6．1、图2．6．2所示。

图2．6．1

图2．6．2

①PZG系列信号电源屏命名规则

②电源屏单板介绍

A．交流切换控制单元

交流切换控制单元包括交流切换控制板和电源板，如图2．6．3所示。

图2．6．3

a．交流切换电源板主要功能：给交流切换控制板提供12，16 V DC电源。

b．交流切换控制板主要功能：通过对两路外电网电压、相序的检测，实现交流接触器的自动切换。

c．注意：出厂默认设置为无优先，相序检测！

电源屏输入电源相序错，对应交流接触器不能吸合！

B．24 V辅助电源组件

24 V辅助电源组件主要功能：为监控系统提供24 V DC工作电源，可提供三路，如图2．6．4所示。

③配电监控板

配电监控板主要功能：对空开检测板、空开告警节点、C级和D级防雷告警节点等提供的开关量，系统输入的电压电流等模拟量进行处理，将信号送给监控单元，如图2．6．5所示。

图2．6．4

图2．6．5

④电流采样板

电流采样板主要功能：实现对输入电源的电流采样，如图2．6．6所示。

图2．6．6

⑤空开检测板

空开检测板主要功能：对电源屏输出空开进行采样，如图2．6．7、图2．6．8所示。

图2．6．7

图2．6．8

⑥同步时钟板

同步时钟板主要功能：给电源模块（如SC1，SC2，SH1等）提供25 Hz或50 Hz同步时钟信号，如图2．6．9所示。

图2．6．9

⑦短路切除板

短路切除板主要功能：对SC1＼SC2模块提供的25 Hz轨道电源进行分束，实现一路电源短路切除一路，保证其他的轨道电源不受影响，如图2．6．10所示。

图2．6．10

（4）UPS不间断电源

UPS（Uninterruptible Power System），即不间断电源，如图2．6．11所示为一种含有储能装置，以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源。主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其他电力电子设备提供不间断的电力供应。当市电输入正常时，UPS将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS就是一台交流市电稳压器，同时它还向机内电池充电；当市电中断（事故停电）时，UPS立即将机内电池的电能，通过逆变转换的方法向负载继续供应220 V交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。UPS设备通常对电压过大和电压低都提供保护。

图2．6．11

1）UPS电源系组成

UPS电源系统由4部分组成：整流、储能、逆变和开关控制。其系统的稳压功能通常是由整流器完成的，整流器件采用可控硅或高频开关整流器，本身具有可根据外电的变化控制输出幅度的功能，从而当外电发生变化时（该变化应满足系统要求），输出幅度基本不变的整流电压。净化功能由储能电池来完成，由于整流器对瞬时脉冲干扰不能消除，整流后的电压仍存在干扰脉冲。储能电池除可存储直流电能的功能外，对整流器来说就像接了一只大容量电容器，其等效电容量的大小，与储能电池容量大小成正比。由于电容两端的电压是不能突变的，即利用了电容器对脉冲的平滑特性消除了脉冲干扰，起到了净化功能，也称对干扰的屏蔽。频率的稳定则由变换器来完成，频率稳定度取决于变换器的振荡频率的稳定程度。为方便UPS电源系统的日常操作与维护，设计了系统工作开关。主机自检故障后的自动旁路开关，检修旁路开关等开关控制。

2）UPS电源系种类

UPS按工作原理分为后备式、在线式与在线互动式3大类。

在线式UPS结构较复杂，但性能完善，能够持续零中断地输出纯净正弦波交流电，能够解决尖峰、浪涌、频率漂移等全部的电源问题，所以广泛用于城市轨道交通系统。

3）蓄电池（见图2．6．12）

图2．6．12

UPS一般都用全密封的免维护铅酸蓄电池作为储能装置，电池容量的大小由“安时数（AH）”这个指标反映，其含义是按规定的电流进行放电的时间。相同电压的电池，安时数大的容量大；相同安时数的电池，电压高的容量大，通常以电压和安时数共同表示电池的容量，如12 V／17 AH，12 V／24 AH，12 V／65 AH，12 V／100 AH。

蓄电池是UPS的重要组成部分，占有很大的价值比重，并且其质量的好坏直接关系到UPS的正常使用，应慎重选择有质量保证的正牌蓄电池。

4）UPS使用注意事项

①UPS的使用环境应注意通风良好，利于散热，并保持环境的清洁。

②切勿带感性负载，如点钞机、日光灯、空调等，以免造成损坏。

③UPS的输出负载控制在60%左右为最佳，可靠性最高。

④UPS带载过轻（如1 000 VA的UPS带100 VA负载）有可能造成电池的深度放电，会降低电池的使用寿命，应尽量避免。

⑤适当的放电，有助于电池的激活，如长期不停市电，每隔3个月应人为断掉市电用UPS带负载放电一次，这样可以延长电池的使用寿命。

⑥UPS放电后应及时充电，避免电池因过度自放电而损坏。

5）艾默生UL33 UPS系列产品

下面主要以艾默生UPS电源为例作一简单介绍。

①UL33 UPS系列产品产品特性

a．模块归一化技术。

b．简洁高效的并机技术。

c．双DSP控制的全数字解决方案。

d．简洁友好的人机界面。

②UL33 UPS原理框图（见图2．6．13）

图2．6．13

各开关的状态如下：

a．主路输入开关Q1：给整流器提供电源。工作时一直闭合。

b．旁路输入开关Q2：控制旁路电源。工作时也一直闭合。通常先合Q2。

c．维修旁路开关Q3BP：只有在维修UPS时，或逆变器停止工作时，才能合。

d．输出开关Q5：控制UPS的输出，但在维修旁路方式不起作用。

③UL33 UPS工作状态

a．在线：正常工作，市电经过整流变成直流，再经过逆变，变成交流输出。

b．旁路：市电故障或逆变器故障时，UPS转旁路，逆变器不工作。

c．电池：直接连接到直流母线，主路停电或整流器故障时，电池向逆变器提供能量。

d．维修旁路：维修UPS时使用。

e．ECO模式：正常时旁路供电，异常时逆变供电。

f．同步：在旁路正常情况下，逆变器输出始终跟踪旁路；在旁路异常时，逆变器不跟踪旁路，自振工作。

（5）城市轨道交通信号电源系统组成（见图2．6．14）

从功能上划分，城市轨道交通信号电源系统可分为配电、模块、防雷及监控4部分。配电又分为输入配电单元、输出配电单元两部分。输入配电将外电网电能引入电源屏并进行监测和切换控制；输出配电主要用途是将接触器直接输送来的电能输送级下一级电源柜或是将经模块变换后的电能输送给负载；输入输出都采用了比较完善的防雷系统，同时考虑信号设备复杂的工作环境，系统给室外设备供电的输出也设有一级输出防雷，保证系统在恶劣的环境下可靠工作；监控系统采用多级集散式监控体系，下级监控保证在上级监控故障或不存在时能独立工作，产生告警信息；上级监控可对下级监控的工作状态和数据进行汇总处理。最后一级监控为远程监控，是对全线电源的信息汇总。控制中心集中监测系统工作站对全线智能电源屏的工作情况进行远程实时动态监测和管理。

图2．6．14

【任务实施】

任务提出：

完成PZG系列智能信号电源的使用与操作。

（1）正常工作时系统各部件状态

正常工作时系统各部体状态如图2．6．15所示。具体说明如下：

图2．6．15

①系统报警蜂鸣器开关及软消音开关闭合。

②系统输入开关全部闭合。

③各模块输入开关全部闭合。

④所有的防雷开关闭合，包括输入防雷开关、输出防雷开关。

⑤系统输出开关全部闭合。

⑥系统各开关只对应系统中相应的电路及电器元件，开、断开关无绝对关系。

（2）系统正常／直供转换操作方法

系统正常供电和紧急直供供电状态间切换操作步骤指示图示，正常转直供时按由左向右的顺序进行操作，由直供转正常状态时按由右向左的顺序进行操作（见图2．6．16）。

图2．6．16

（3）系统直供时外电网Ⅰ／Ⅱ路供电选择操作方法

外电网Ⅰ／Ⅱ路供电状态间切换操作步骤参照上方的正常工作／紧急直供切换步骤，Ⅰ路转Ⅱ路直供供电时按由左向右的顺序进行操作，由Ⅱ路转Ⅰ路直供供电时按由右向左的顺序进行操作（见图2．6．17）。

图2．6．17

（4）系统正常工作时各监控显示状态（见图2．6．18）

图2．6．18

模块数码表头正确显示。

模块绿色电源指示灯亮。

黄色保护指示灯灭。

红色故障指示灯灭。

报警蜂鸣器没有发出报警音。

（5）监控单元的使用

①液晶屏：显示各种信息。

②指示灯：电源指示灯显示监控单元电源情况；故障灯显示监控单元和系统工作状态。

③方向键：用来选择在主屏幕时，左右键用来调整液晶屏亮度。

④数字键：用来设置数据和按数字选择。

⑤确认键：单项数据设置完成后通过确认键来确认数据的更改。

⑥复位键：进行重新设置后，按复位键执行新设置。

【任务考评】

以学生自评互评为主，教师综合评定。

任务实施过程考核评价表

【场景设计】

1．在城市轨道交通正线站台层现场教学，或用多媒体展示发车表示器照片，视频及文字说明，体现发车表示器的作用与功能。

2．考评所需的记录、评价表。

【知识准备】

在正线车站站台的相应位置设置正向发车指示器（PDI），该设备用于指示列车在车站的发车时刻和进入正线的时刻。由于系统不同，发车指示器结构等也不尽相同，本书以USSI的CBTC系统为例介绍。

（1）发车指示器命名规则

发车计时器命名规则：以站为单位，分上下行站台进行编号，上行站台为双号，下行站台为单号。

发车计时器命名举例：PDI0402，“PDI”代表该设备为发车计时器，“04”代表其所在车站的编号，“02”代表其所在车站内的序号，表明该发车计时器位于上行站台。

（2）设备组成

发车指示器系统由车站引导控制计算机（SCC）和站台发车指示器组成。

1）车站引导控制计算机

车站引导控制计算机有两种显示控制模式：自动生成显示内容控制和人工置入显示内容控制；软件平常工作在自动生成显示内容控制模式，在此工作模式下，车站引导控制计算机通过串口从ATS系统接收列车运行信息和调度信息，并根据列车的运行时间和进出站控制信息，自动生成显示地址和显示内容，再根据显示地址选择显示对象；同时接收显示对象送出的应答信息，应答信息包括显示屏的工作状态、故障信息等内容。

人工置入显示内容控制通过车站引导控制计算机完成，通过子屏选择显示对象，通过下拉菜单选择预置的显示内容，也可编制新的显示内容，并将新编制的内容纳入预置显示菜单，预置显示菜单可存储30条以上的显示信息。

SCC从ATS系统接收有关发车显示器显示的内容信息，经处理后将数据在相应的发车显示器上显示，同时将相应的发车显示器的故障报警信息通过网络发送给维修子系统。

2）站台发车指示器

发车指示器采用像素点间距为6 mm的1R+1G+1B表贴三合一LED矩阵来制作，设计为单面显示，显示部分像素为48×32；显示尺寸及结构外形尺寸如图2．7．1所示。

图2．7．1

（3）系统结构

在各站，车站引导控制计算机通过串口经过终端服务器（TS）与ATS系统接口，实现与ATS系统的信息交换。车站引导控制计算机通过RS485串口与发车指示器接口，可对该控制区域内最多16套发车指示器进行控制。系统配置如图2．7．2所示。

车站引导控制计算机（SCC）与ATS为双冗余串行接口，这样在一条链路故障时，另外一条链路可以无扰切换工作。如图2．7．2所示，A，B为双冗余串行接口。

同一时间段里，如果A，B通道收到的数据不一样，且两个通道启停位及和校验不正确时，说明两个通道都出现故障，需人工排除。

图2．7．2

（4）PDI系统功能

PDI系统中SCC从ATS系统接收相关发车指示器显示的内容信息，经PDI专用控制软件处理后将数据在相应的发车指示器显示。

其中，发车指示器分为两大功能显示区：站停计时区和发车指示区，即列车停站时间显示和发车信号显示，这两大功能显示区可单独显示或组合显示。

【任务实施】

任务提出：

或在图书馆查阅资料，了解一种发车指示器的显示内容和主要技术指标，在城市轨道交通站台现场参与或观察人工置入显示内容控制操作。

下面以西安地铁2号线PDI为例讲解。

（1）发车指示器显示功能

最大可显示3位数字和相应的信号显示发车指示器显示功能。

1）在前列车出发后至下列车到站停稳前

在前列车出发后至下列车到站停稳前发车指示器处于熄灭（无显示）状态。

2）当列车进站并停稳时

当列车进站并停稳时，PDI系统从ATS（TS）系统接收到当前进站列车的站停时间（0～999 s）并以红色于站停计时区显示该站停时间，同时以秒为单位开始倒计时。在倒计时期间，发车指示区无显示。

①在倒计时到“00”时，发车指示区以白色显示“发车”字符信息。

②在倒计时到“00”时，如果列车未出发，站停计时区开始以绿色显示正计时时间。同时发车指示区以白色显示“发车”字符信息。

③当正计时到“999”时，如果仍未接到“关闭显示／列车出发”信息，站停计时区继续以绿色显示从“0”开始正计时时间。同时发车指示区以白色显示“发车”字符信息。

④当列车出发即PDI系统接到“关闭显示／列车出发”信息，发车指示器全部关闭显示。

⑤发车指示器还可以对“扣车”“提前发车”“跳停”信息进行相应显示，具体如下：

a．PDI系统接收到“扣车”信息，发车指示器站停计时区以白色显示“扣车”字符信息。

b．PDI系统接收到“取消扣车”信息，发车指示器站停计时区显示“0”，同时发车指示区以白色显示“发车”字符信息。

c．PDI系统在任意时刻接收到“提前发车”信息，发车指示器站停计时区显示“0”，同时发车指示区以白色显示“发车”字符信息。

d．PDI系统接收到“跳停”信息，发车指示器站停计时区显示“0”，同时发车指示区以白色显示“跳停”字符信息。

e．PDI系统在任意时刻接收到“关闭显示／列车出发”信息，发车指示器全部关闭显示。

（2）发车表示器主要技术参数

供电：AC220 V±15%　47～63 Hz。

功耗：≤45 W。

接地：接地电阻≤4 Ω。

像素点间距：6 mm。

显示颜色：红色、绿色（全彩色）。

亮度：≥100 cd／m2。

设备可靠性：MTBF≥10 000 h，引用标准SJ／T11141—1997。

环境温度：-40～70℃。

湿度：≤95%（25℃）。

振动振频：≤100 Hz，加速度≤20 m／s2。

冲击：持续时间（ms）≤200 ms，加速度≤100 m／s2。

（3）人工置入显示内容控制操作

人工置入显示内容控制操作具体操作说明参考《城市轨道交通信号设备终端操作与行车》。

【任务考评】

以学生自评互评为主，教师综合评定。

任务实施过程考核评价表

【场景设计】

1．在城市轨道交通现场教学，或用多媒体展示无人自动折返按钮及紧急停车按钮照片及文字说明，体现无人自动折返按钮及紧急停车按钮功能与使用。

2．考评所需的记录、评价表。

【知识准备】

（1）无人驾驶自动折返按钮

无人驾驶自动折返即在ATO驾驶模式下，列车可在无人驾驶的情况下以较高的速度（紧贴ATP最大允许速度），从到达站台自动驾驶进入和驶出折返线，最后进入发车股道。在整个折返过程中无须司机在车上对列车进行操作。

1）无人驾驶自动折返过程

①列车到达折返站，在规定的停站时间结束及旅客下车完毕后，使列车处于ATO折返状态。

②司机下车并按压设在站台上的“无人自动折返”按钮，列车以ATO自动驾驶方式启动进入折返线并停车。

③车载信号设备自动关闭本驾驶端信号设备，启动反向驾驶端信号设备，自动改变列车运行方向。

④自动反向启动列车，列车按ATO自动驾驶方式进入发车股道并停车，自动打开车门、屏蔽门。

2）无人自动折返按钮的设置及功能

在两端办理列车折返功能的车站设置自动折返按钮箱，一般设置在站台一端。当列车在折返站将进行无人自动折返时，由列车驾驶员下车按压无人自动折返按钮，通知系统。当系统检查到无人自动折返条件满足时，即开始进行无人自动折返。

3）无人自动折返按钮命名规则

以站为单位，分上下行站台进行编号，上行站台为双号，下行站台为单号。

命名举例：TB0401

“TB”代表该设备为无人自动折返按钮，“04”代表其所在车站的编号，“01”代表其所在车站内的序号，表明该无人自动折返按钮位于下行站台。

4）无人自动折返按钮箱组成

无人自动折返按钮箱由双自复式按钮、万可端子、箱锁、箱体组成，其箱体由不锈钢制成（至少2 mm）或其他被认可的材料制成，其外形及颜色应与所依附的建筑物相协调。

（2）紧急停车按钮

当有紧急情况发生需要紧急停车时，按下紧急停车按钮箱的箱体玻璃，按动按钮，或直接按压IBP上的紧急停车按钮。联锁系统采集各站紧急停车按钮状态，一旦按压紧急停车按钮，联锁子系统设备立即通知ATP子系统，由ATP子系统向接近站台、站台和离去站台区域的相关列车发送紧急停车ATP信息，并经人工确认后才能恢复，如有地面信号机，还应切断信号开放电路。

1）紧急停车按钮设置

①在车站站台适当位置设置紧急停车按钮，每侧站台设置两个（见图2．8．1）。

②在室内IBP上，对应每侧站台设置一个自复按钮（见图2．8．2），作为紧急停车按钮。

图2．8．1

图2．8．2

当按下室外或室内紧急停车按钮后，应防止列车进入站台或在站台内移动，并须经人工确认后才能恢复。

2）紧急停车按钮命名规则

以站为单位，分上下行站台进行编号，上行站台为双号，下行站台为单号。

命名举例：EB0403

“EB”代表该设备为紧急停车按钮，“04”代表其所在车站的编号，“03”代表其所在车站内的序号，表明该紧急停车按钮位于下行站台。

3）紧急停车按钮组成

紧急停车按钮箱的外罩须由不锈钢制成（至少厚2 mm）或其他被认可的材料制成，内部设有自复式按钮和接线端子。

【任务实施】

任务提出：

在城市轨道交通站台现场观察或在图书馆查阅资料，了解自动折返按钮和紧急停车按钮性能及具体要求，在实验室模拟操作。

（1）无人自动折返按钮的要求

①无人自动折返按钮采用双自复式按钮，当按钮被按下后，按钮指示灯点亮，提示司机按钮已被按下。

②无人自动折返按钮的工作电压为24 V，工作电流1 A，接点电气寿命为10万次，按钮机械寿命为100万次。

③自动折返按钮选用按钮的触点保证在长期不使用的情况下仍保持良好的电气性能。

（2）紧急停车按钮性能及具体要求

①紧急关闭按钮采用自复按钮，当按钮被按下后，按钮指示灯点亮，直至人工恢复。

②紧急停车按钮为自复式的，工作电压为24 V，工作电流1 A，接点电气寿命为10万次，按钮机械寿命为100万次。

③紧急停车按钮所选用按钮的触点保证在长期不使用的情况下仍保持良好的电气性能。

④紧急停车按钮的工作电路和检测电路应符合“故障-安全”原则，即正常状态下其工作电路和检测电路处于闭路状态。

⑤箱体宽度为200 mm、高度为200 mm、深度为70 mm。

⑥紧急停车按钮箱易于识别，外形与所依附的建筑物相协调。

⑦紧急停车按钮本身有醒目的谨慎使用的提示标记。

（3）LCP对紧急停车的操作

紧急停车的有效范围是相应的站台区段及其相邻的区段。

1）紧急停车的操作步骤及现象

①在盘上按压相应的紧急停车按钮。

②IBP盘上相应的紧急停车指示灯亮红灯，并发出电铃报警声音，同时在车站级操作工作站上相应的站台区段出现提示。

③执行切除报警操作，按压相应的切除报警按钮，消除报警声音。

2）放行时的操作步骤及现象

①在LCP盘上按压相应的取消紧停按钮。

②LCP盘上相应的紧急停车指示灯灭，并发出电铃报警声音，同时在LOW上相应的站台区段的红色蘑菇消失。

③此时应执行切除报警操作，按压相应的切除报警按钮。

【任务考评】

以学生自评互评为主，教师综合评定。

任务实施过程考核评价表

【场景设计】

1．在城市轨道交通现场教学，或用多媒体展示IBP信号控制盘照片及文字说明，体现无人自动折返按钮及紧急停车按钮功能与操作流程。

2．考评所需的记录、评价表。

【知识准备】

（1）IBP简介

在城市轨道交通监控系统中，车站监控室内的综合后备控制盘（Integrated Backup Panel，IBP）在越来越多线路中得到了应用，它集中显示火灾自动报警系统（FAS）、环境与设备监控系统（BAS）、供电系统（PSCADA）、安全门系统（PSD）、自动售检票系统（AFC）、信号系统（ATS）、广播系统（PA）、闭路电视监控系统（CCTV）等主要设备运行状态，并在紧急状态下对车站内相应的系统设备进行紧急操作。IBP盘上涉及安全的操作按钮带有铅封。

（2）IBP盘的构成

IBP盘一般由上下两部分组成，上层部分为IBP盘面，主要设置指示灯和按钮，用于显示设备运行状态和控制操作，下层部分为设备操作台，主要放置各专业系统的设备，如显示器、调度电话、监视器等以及相关的辅助设备。车站监控室IBP盘与各专业系统通过电缆采用硬节点方式进行连接，其构成主要有工作电源、盘面布置的各专业操作。

IBP盘面上设置按钮有紧急停车按钮，取消紧停按钮，扣车按钮，终止扣车按钮，紧停报警（蜂鸣器），报警切除按钮，这些在所有车站车控室都设置。计轴复位按钮，计轴总预复零按钮以及ATS／LCW切换开关只在集中站设置。基本设置如图2．9．1所示。

图2．9．1

1）IBP盘面板及按钮设置

①非集中站IBP盘面板及按钮设置

非集中站IBP盘面板及按钮设置如图2．9．2所示。

图2．9．2

IBP盘上设置站台扣车、站台终止扣车、紧急停车、取消紧停采用带铅封的自复式按钮，声音报警切除采用非自复式按钮。

②集中站IBP盘面板及按钮设置

集中站IBP盘面板及按钮设置如图2．9．3所示。

图2．9．3

设备集中站的IBP盘，除了具备非集中站的按钮布置，还设有每个区段的计轴复位按钮、计轴总预复零带铅封按钮及ATS／LCW切换开关，如图2．9．4所示。

图2．9．4

2）IBP盘设备操作台功能介绍

正常情况下，由控制中心调度人员指挥全线路的运行，在特殊情况下，如控制中心失去功能时，则整个地铁线路可降级运行，由各车站直接完成运行管理，此时IBP盘就起到了一定的作用。

①紧急停车功能

所有车站的站台和车站控制室都设有紧急停车按钮。这些按钮一经按下，本站和这个区域内的上下行轨道的信号将立刻被关闭，并且这些区域内的移动授权也应该被取消。

当紧急停车按钮按下时，如果CBTC列车已经进入站台区域，则列车将立即紧急制动并停车；如果CBTC列车正在接近站台，ZC会将MAL更新到站台的前沿为了防止列车进入站台区域，列车将会根据与站台的距离来决定施加全常用制动或紧急制动。

②站台扣车功能

图2．9．5

车站值班人员通过IBP盘设置了站台扣车，出站信号机关闭（点红灯），对于CBTC列车信号机依旧保持灭灯，移动授权收回，列车施加常用制动，如果此时ATS系统工作正常，DTI将显示扣车信息。

列车到站停稳后，从ATS系统给定的停站时间开始，用红色LED矩阵显示在计时显示区上。站台扣车的复位只能通过按压站台扣车复位按钮来完成。

在IBP盘上，对应上下行线路，分别设置站台扣车按钮、站台终止扣车按钮和相应的表示灯。

上行扣车按钮继电器（SKCAJ）、上行扣车按钮（SKCA）、上行终止扣车按钮（SZZKCA），扣车按钮在IBP盘上设置如图2．9．5所示。

③计轴复零功能

计轴复零的目的是计轴区段受到干扰，且区段内无列车占用，但计轴区段显示占用。使用计轴复位按钮对该区段进行复位。

在对应每个区段设置计轴预复零按钮（白色），每个联锁区设置一个总预复零按钮（红色），按钮为铅封自复式按钮，如图2．9．6所示。

图2．9．6

【任务实施】

任务提出：

在实训室模拟操作IBP盘。

（1）紧急停车功能操作

当发生紧急情况，车站值班员破除铅封后按压紧急停车按钮，同时紧急停车表示灯点亮，显示红色的灯光，紧急停车报警（蜂鸣器）响起。

当车站值班员确认紧急情况解除后，按压取消紧急停车按钮，使紧急停车按钮继电器复原吸起，报警蜂鸣器停止报警，紧急停车表示灯熄灭。

当按下紧急停车按钮后，在蜂鸣器报警时，值班员确认紧急停车按钮按下后，可通过按压报警切除按钮停止蜂鸣器报警。在这种情况下，当按压取消紧急停车按钮后，会使报警蜂鸣器再次响起，需要值班员拉出按压过的报警切除按钮，使蜂鸣器停止鸣响。

（2）扣车功能操作

当车站值班员确认站台扣车命令后，按压站台扣车按钮，同时站台扣车表示灯点亮，显示红色的灯光。发车信号机此时显示红色。

当车站值班员需要解除站台扣车命令时，按压终止站台扣车按钮，使扣车按钮继电器复原吸起，站台扣车表示灯熄灭。

（3）计轴复零操作方式

IBP盘上提供预复零操作方式。执行复零前，调度员必须确保区间内无车辆。

车站值班员操作时须破铅封将计轴总预复零按钮按下，同时按下相应区段的计轴预复零按钮。

注意：

①操作员按压计轴复位按钮时，需要保持按压时间在0．5～5 s。

②如有受到干扰的区段，在完成计轴预复零操作后，区段空闲但继电器（GJ）不会马上吸起，随后须完整通过列车后，室内计轴主机才完成复零，红光带消失。

IBP信号操作盘在各个地铁或者不同制式的信号系统下不完全一样，这里仅做基本的介绍，供大家参考学习。

【任务考评】

以学生自评互评为主，教师综合评定。

任务实施过程考核评价表

【场景设计】

1．在城市轨道交通现场教学，或用多媒体展示车站级信号操作工作站照片及文字说明，体现功能与操作流程。

2．考评所需的记录、评价表。

【知识准备】

（1）车站现地控制方式

在车站现地控制方式下，OCC行调人员应通过无线电通信系统与列车驾驶员保持联系，并通过调度电话与车站值班员通信以了解列车运营情况及设备状况。

在车站现地控制方式下，车站值班员可以直接对其控制区域内的联锁设备进行控制。车站值班员在车站现地工作站上选用人工进路模式，通过鼠标、键盘等设备进行进路设置，并可对联锁设备控制范围内的信号机、道岔和轨道区段作特殊的设置或操纵。

在人工控制的模式下，车站值班员可对常用的正向进路设定为自动追踪状态，当列车进入防护该进路的信号机所定义的接近区段时，将会自动排出一条固定的列车进路。

（2）车站级信号操作工作站

车站级信号操作工作站主要是指联锁集中站的操作和显示终端，在权限问题上，车站级操作要优先于中央级操作。我们下面以USSI信号系统为例介绍车站级工作站。

1）车站级信号操作工作站的设置

远程ATS车站工作站和打印机放置于车站。这些工作站提供列车运行的本地显示，对于设备集中站的ATS车站工作站，取得授权后，实现对本地联锁区域的控制功能。设备集中站的ATS工作站与联锁设备的操作工作站合用，在显示和操作界面上联锁和ATS分开设置，由两个显示屏组成。显示界面如图2．10．1所示。

图2．10．1　车站级信号操作工作站

2）车站级操作站的显示意义

①车站状态图例及其意义（见图2．10．2）

车站状态各种符号的显示意义如表2．10．1所示。

图2．10．2

表2．10．1　车站状态符号的显示意义

续表

②站台及屏蔽门状态图例及其意义（见图2．10．3）

图2．10．3

站台及屏蔽门符号的显示意义如表2．10．2所示。

表2．10．2　站台及屏蔽门符号的显示意义

续表

③轨道区段的显示意义

a．稳定灰色：默认状态（即区段未被占用，未被封锁，也同时不是进路的一部分）。

b．稳定黄色：轨道在进路中，并且始端信号未开放。

c．稳定绿色：轨道处于有效进路或移动授权（MAL）范围中，并且始端信号开放或CBTC下获得授权。

d．稳定青色：轨道被封锁。

e．稳定红色：有车占用。

f．闪烁青色（颜色同d）：请求轨道被封锁或解封。

g．围有红色的方框：轨道有一个附加的设备标签。

h．围有闪烁的红色方框（颜色同5）：正请求添加一个设备标签。

④信号机的显示意义

A．信号机柱的显示意义

a．稳定的白色：默认状态。

b．稳定的绿色：自动开放信号启动。

c．闪烁的绿色（颜色同b）：请求启动或关闭自动开放信号。

d．闪烁的粉红色三角形：信号机为可选终端信号，信号机柱的形状变为三角形。

B．非CBTC下，信号机灯位的显示

a．稳定的红色：信号关闭。

b．稳定的绿色：信号开放。

c．稳定的黄色：信号开放，并且进路中有道岔为反位。

d．红圈中间带稳定的黄色：信号开放引导。

e．红圈中间带闪烁的黄色（图例类似于c）：信号机正在请求引导。

f．闪烁红色（图例类似于a）：信号机正在请求关闭。

g．闪烁绿色（图例类似于b）：信号机正在请求开放。

C．CBTC下，信号机灯位的显示

CBTC下，信号机灯位的图标是一个稳定灰色中含有一个三角，根据三角颜色和是否闪烁的不同分为以下7种情况：

a．稳定绿色三角框：信号机获得授权。

b．稳定绿色三角块：信号开放。

c．稳定红色三角块：信号关闭。

d．闪烁绿色三角块（图例类似于b）：信号机正在开放。

e．闪烁红色三角块（图例类似于c）：信号机正在关闭。

f．稳定的红色信号机灯位及其下面稳定的黄色停止标识：要求停车，站台扣车有效。

g．稳定的红色信号机灯位和稳定的黑色“T”：信号关闭并开始计时。

在城市轨道交通信号系统中，各种制式的工作站都不完全一样，功能实现的方式、界面显示的意义等均不相同。本书仅以USSI系统界面为例简要介绍了工作站实现的基本操作功能以及界面常用符号的含义，还有很多具体操作功能在这里不作深述，可参见终端操作的另一本书。

【任务实施】

任务提出：

在实训室模拟操作车站级信号操作工作站完成相关操作。

在车站级操作站可完成以下操作功能。在联锁界面和ATS界面操作一致。具体操作说明参考我社另行出版的《城市轨道交通信号设备终端操作与行车》。

（1）道岔功能操作

①道岔定、反位转换单操功能。

②道岔单锁、单解功能操作。

（2）信号机的功能操作

①排列进路的始端／终端操作选择。

②关闭信号操作。

③自动通过信号设置及自动通过信号取消功能操作。

④终端信号封锁／解封功能操作。

⑤引导信号操作。

（3）轨道区段的功能操作

①轨道封锁功能操作。

②轨道封锁解除功能操作。

（4）监控联锁区车站显示

【任务考评】

以学生自评互评为主，教师综合评定。

任务实施过程考核评价表

【项目小结】

本项目主要介绍了城市轨道交通车站及轨道的基础设备，包括基本控制元件继电器、信号设备的三大件以及传输设备应答器，还介绍了一些其他信号设备，有供电的信号电源屏与UPS、发车指示器、无人自动折返按钮及紧急停车按钮、IBP信号控制盘及车站级信号操作工作站。

通过本项目的学习，重点应对继电器的开关特性深入理解，并能够正确分析继电器的电路。通过对转辙机控制电路的分析，应加强对转辙机4方面的作用（转换、锁闭、表示、防护）的理解。转辙机类型较多，但对ZD6系列电动转辙机的结构应作为基础，对S700K型电动转辙机及外锁闭装置拓展学习。对轨道电路和计轴设备、应答器的内容，重点掌握各自的作用、结构和工作原理。此外，对无人自动折返按钮及紧急停车按钮的使用应有所了解，熟悉车站级信号操作工作站的图例显示含义。

【思考与练习】

1．简述继电器的基本原理。何谓继电特性？

2．信号继电器如何分类？

3．简述常见AX系列安全型继电器型号。

4．简述无极继电器的结构和工作原理。它由哪些主要部件组成？各起什么作用？

5．偏极继电器的磁路结构有何特点？简述其工作原理。

6．有极继电器的磁路结构有何特点？简述其工作原理。

7．AX系列安全型继电器的电气特性主要包括哪些？各有什么含义？

8．电路中选择继电器有哪些原则？

9．继电器线圈有哪些使用方法？各用于何种场合？

10．何谓自闭电路？有何作用？

11．分析继电器电路应采用哪些方法？

12．对转辙机有何基本要求？其作用是什么？它是如何分类的？

13．试说明ZD6型电动转辙机的结构和各部件作用。

14．试说明ZD6型电动转辙机的传动原理。

15．ZD6型电动转辙机的自动开闭器由什么构成？其接点如何编号？并说明其动作原理。

16．ZD6型电动转辙机的挤切装置是如何起到挤岔保护的？它所牵引的道岔当发生挤岔时如何动作？它是如何切断表示的？

17．ZD6型电动转辙机的摩擦连接器有何作用？

18．试说明ZD6型电动转辙机的机械锁闭原理。并说明它是如何实现解锁、转换和锁闭的。

19．试说明ZD6型电动转辙机的整体传动过程。

20．ZD（J）9型电动转辙机有什么特点？

21．ZD（J）9型电动转辙机由什么组成？其各部件的作用是什么？

22．S700K型电动转辙机由什么组成？其各部件的作用是什么？

23．试说明S700K型电动转辙机的整体传动过程。

24．钩式外锁闭装置由什么组成？

25．试说明钩式外锁闭装置的动作原理。

26．试分析四线制道岔控制电路的工作原理。

27．简述信号机的作用。

28．城市轨道交通中色灯信号机的设置有哪些原则要求？

29．简述城市轨道交通信号机的分类。

30．简述城市轨道交通色灯信号机的命名方法。

31．透镜式色灯信号机由哪些部件组成？各起什么作用？

32．LED色灯信号机由哪些部件组成？有何优点？

33．色灯信号机的灯光配列有哪些规定？

34．简述城市轨道交通信号机的显示意义。

35．简述XDZ-B型点灯单元工作原理。

36．城市轨道交通信号显示距离有哪些规定？

37．简述轨道电路的基本原理。它有哪两个作用？

38．轨道电路如何分类？各种轨道电路在城轨信号中有哪些应用？

39．何谓轨道电路的3种基本工作状态？各种最不利工作状态是什么？

40．WXJ50型微电子相敏轨道电路如何组成？并简述其工作原理。

41．简述计轴系统进行列车检测的原理。

42．简述AzLM计轴设备的组成。

43．试比较计轴设备与轨道电路的优缺点。

44．简述应答器的作用及分类。

45．简述信号电源屏的作用及分类。

46．简述发车指示器系统由哪几部分组成？

47．简述紧急停车按钮的设置。