4p44城市轨道交通行车组织轨道与信号系统课件

1、四 城市轨道交通轨道与信号系统2014.9第1页，共72页。轨道一般由钢轨、扣件、轨枕、道床、道岔及附属设施等组成。轨道以连接件和扣件固定在轨枕上，轨枕埋设在道床内，道床直接铺设在路基上。轨道承受列车传递的复杂多变的静、动力荷载。城市轨道交通轨道第2页，共72页。 城市轨道交通线路在城市地域内，在设计轨道结构时，比城市之间的大铁路需要更多地考虑以下问题： 1、轨道结构应采取减振措施，最大限度地减轻振动和噪声的不良影响。 2、一般应采用较强的轨道结构，以减少维修。 3、钢轨与轨下基础要有较高的绝缘性能，以减少轨道电路的电流漏泄。 4、受空间位置限制，城市轨道交通线路中曲线区段占很大比例，曲线钢轨

2、的磨耗相对较大，故应采用耐磨性能好的钢轨，运营时钢轨还应涂抹润滑油，以减少钢轨的磨耗。第3页，共72页。轨道基本组成结构第4页，共72页。一、钢轨我国国家铁路的钢轨主要有43 kg、50 kg、60kg和75 kg四种类型。我国地铁和轻轨目前一般采用60 kg/m的重型钢轨，而车场线供空车运行，速度又低，所以选用仅50 kg/m或者43 kg/m的轻型钢轨。香港轨道交通采用45.60 kg/m的钢轨。 第5页，共72页。二、轨枕轨枕是轨道的基础部件，其功能是支撑钢轨，保持轨距和方向，并将钢轨对它的各向压力传递到道床上。使用扣件把轨枕和钢轨连在一起形成“轨道框架”。第6页，共72页。地下铁道正线

3、隧道内线路一般采用短轨枕或无轨枕的整体钢筋混凝土道床，车场线采用普通钢筋预应力混凝土轨枕，在道岔范围内少数区段采用木枕。高架轻轨线宜采用以混凝土道床为主的构造形式，如上海明珠轻轨高架线采用承轨台、支撑块整体式道床。因为轻轨车辆轴重小，可以直接采用常规铁路强度最低的预应力混凝土枕，如91型或J1型轨枕。第7页，共72页。扣件扣件是联结钢轨与轨枕间的零件，其作用是将钢轨固定在轨枕上，保持轨距并阻止钢轨的横向和纵向移动，防止钢轨倾斜，并能提供适当的弹性，将钢轨承受的力传递给轨枕或道床承轨台。扣件必须具有足够的强度、耐久性和良好的弹性，能有效地保持钢轨与轨枕的可靠联结；结构力求简单，便于安装及拆卸；应

4、具有良好的绝缘性能，以减少迷流。第8页，共72页。城市轨道交通使用的扣件有很多，各有特点。我国地铁线路使用的扣件为DT系列，其中主要有DT、DT、DT、DT、DT、DT和DT等型号；轻轨线路常用扣件可分为轻轨型扣件和轻轨型扣件。第9页，共72页。第10页，共72页。道床是指路基之上、轨枕之下的部分，一般分为碎石道床和整体道床两大类。1碎石轨枕道床碎石道床的优点是结构简单，容易施工，减振、减噪性能较好，造价低。但其轨道建筑高度大，由此造成结构底板下降，隧道的净空加大，排水设施复杂，养护工作频繁，更换轨枕困难等缺点；为此，城市轨道交通的隧道内不采用碎石道床，而采用整体道床。高架混凝土桥面上的轻轨线

5、也不采用碎石轨枕道床，而采用新型的道床形式以减轻桥面荷载，减少维修工作量，同时还可避免列车运行时的偶然石子飞落桥面伤害行人等事故的发生。只有地面线及车场线道岔才采用木枕或钢筋混凝土枕的碎石道床。道床第11页，共72页。2整体式道床 整体式道床是无碴轨道的一种结构形式，它不设传统的道碴层，而是在坚实的基础之上用混凝土或者钢筋混凝土浇筑形成整体道床。整体式道床的优点是整体性好，坚固、稳定、耐久；轨道建筑高度小，由此减少隧道净空，节省投资；轨道维修量小，适应城市轨道交通运营时间长、维修时间短的特点。 第12页，共72页。第13页，共72页。一、线路爬行因列车运行时纵向的作用，使钢轨甚至带动轨枕产生纵

6、向移动，这种现象叫线路爬行。二、危 害轨缝不均，轨枕歪斜，对轨道造成极大破坏，危及行车安全。三、防爬措施安装防爬器和防爬撑。防爬设备第14页，共72页。道岔及转辙机道岔：是列车由一条线路转到另一条线路的轨道连结设备，它是铁路线路中最关键的特殊设备，是铁路信号的主要控制对象之一。由于道岔数量多、限制列车速度、行车安全性低，与曲线、接头并称为轨道的三大薄弱环节。第15页，共72页。道岔的组成1尖轨；2基本轨；3直合拢轨；4弯合拢轨；5翼轨；6辙岔心；7护轮轨。 有害空间第16页，共72页。道岔的辙叉号 由岔心所形成的角，叫辙叉角，它有大有小。道岔号码（N）是代表道岔各部主要尺寸的。通常用辙叉角的余

7、切来表示。N=ctg= 辙叉角越小，N值越大，导曲线半径也就越大，道岔全长越长，侧线过岔速度越高。第17页，共72页。各种道岔尖轨长度及通过速度表60Kg道岔类型尖轨长度岔心通过速度、直股弯股(Km/h)过渡型12号7.7m固定110Km/50Km弹性尖轨12号11.27m固定120Km/50Km弹性尖轨12号11.27m活动140Km/50Km提速12号13.88m固定140Km/50Km提速12号13.88m活动160Km/50Km提速18号15.68m活动160Km/80Km提速30号27.98m活动160Km/140Km第18页，共72页。 固定辙叉与可动心轨第19页，共72页。对向道

8、岔和顺向道岔 道岔本身并无顺向和对向之分。它只是根据列车运行方向而言的。列车迎着道岔尖轨运行时，该道岔就叫对向道岔。反之，列车顺着道岔尖轨运行时，就叫顺向道岔。 四开挤岔第20页，共72页。道岔按功能和用途分类：单开道岔、对称道岔、三开道岔、交叉渡线、复式交分道岔5种标准类型。其中单开道岔是最常用的类型。道岔按钢轨轨型分有43、50、60、75kg/m钢轨道岔。道岔按号数分类有6、7、8、9、12、18以及大号码（如30、38、42号道岔）等，主要运营铁路干线常用的单开道岔有9号、12号、18号，大号码道岔主要用于要求侧线通过速度较高的联络线。客运专线以18号道岔为主。6号、7号和8号等道岔主

9、要用于工矿企业专用线或货运站场。道岔的分类第21页，共72页。道岔的分类单开道岔对称道岔第22页，共72页。道岔的分类三开道岔交叉渡线第23页，共72页。道岔的分类复式交分道岔第24页，共72页。 转换道岔的位置，根据需要转换至定位或反位 道岔转换到所需的位置并密贴后，实现锁闭，防止外力转换道岔转辙机的作用第25页，共72页。转辙机的作用正确反映道岔的实际位置，道岔尖轨密贴于基本轨后，给出相应的表示第26页，共72页。转辙机的作用道岔被挤或因故处于“四开”位置时，及时给出报警和表示。1234第27页，共72页。足够的拉力，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

10、回复原位。作为锁闭装置，当尖轨与基本轨不密贴时，不应进行锁闭，一旦锁闭，应保证道岔不因列车通过的震动而错误解锁。作为监督装置，应正确反映道岔的状。道岔被挤后，在未修复之前不应再使道岔转换。对转辙机的基本要求第28页，共72页。转辙机的分类按动作能源分类：电动转辙机电动液压转辙机电空转辙机 名称动力提供传动方式典型的型号电动转辙机电动机机械转动ZD6系列S700K型电动液压转辙机电动机液力传动ZY系列电空转辙机压缩空气电磁换向阀ZK系列第29页，共72页。按供电电源种类直流转辙机 ZD6,ZY系列直流电220V； 电空转辙机直流24v 由于存在换向器和电刷，易损坏，故障率高交流转辙机 S700k

11、型、ZYJ7型电液压转辙机 故障率低并控制隔离区转辙机的分类第30页，共72页。按动作速度分类：普通动作转辙机：3.8S以上快动转辙机：0.8S以下（ZD7型电动转辙机、ZK系列电空转辙机）转辙机的分类第31页，共72页。转辙机的分类按照锁闭道岔的方式内锁闭转辙机 外锁闭转辙机 按照是否可挤的方式可挤转辙机 不可挤转辙机第32页，共72页。钢轨是导体，左右两根钢轨可以用来形成回路，组成电路，用来检查列车占用钢轨线路状态，这就是轨道电路。作用：检测列车是否占用区段；通过轨道电路向列车传递实时信息。它的出现代表铁路自动信号的诞生。美国人鲁宾逊1870年发明了开路式轨道电路，1872年研制成功了闭路

12、式轨道电路。但真正实际应用于轨道交通中是二十世纪三十年代的事。分为有绝缘接头的轨道电路和无绝缘轨道电路轨道电路的出现轨道电路第33页，共72页。一、轨道电路的工作原理轨道电路是以钢轨为导体，两端加上机械绝缘（或电气绝缘），接上送电和受电设备所构成的电路。？轨道电路第34页，共72页。一、轨道电路的工作原理轨道电路是由导体（钢轨）、钢轨绝缘、送电设备、受电设备、限流电阻组成的轨道电路？1.轨道电路的组成钢轨绝缘轨道电阻轨道继电器轨道电源第35页，共72页。一、轨道电路的工作原理导体：钢轨、连接线（减少接触电阻）轨道电路钢轨绝缘：安装在相邻两个轨道电路衔接处送电设备：电源或电子设备（能够发送一定信

13、息）受电设备：轨道继电器、电子设备（能够接收并鉴别电流特性）限流电阻：可调电阻器（调整轨道电路的电压）轨道电路第36页，共72页。监督列车占用：监督线路的占用状态，为开放信号，建立进路提供依据。传输行车信息：实现对追踪列车的控制。二、轨道电路的作用第37页，共72页。三、轨道电路的分类工频连续式轨道电路音频轨道电路1.按传输电流特性分只用于监督轨道占用，不能传输列车控制信息可传输更多信息模拟式音频轨道电路数字编码式轨道电路可传输较多信息第38页，共72页。二、继电器的分类有绝缘轨道电路无绝缘轨道电路轨道电路2.按绝缘性质分钢轨绝缘（增加乘客不舒适感，不利于牵引回流），多用于车辆段谐振式电气隔离

14、，正线线路上得到广泛应用第39页，共72页。三、轨道电路的分类区间轨道电路车辆段内轨道电路3.按使用处所分钢轨无分支，结构简单结构复杂无岔区段轨道电路道岔区段轨道电路4.按是否包含道岔分第40页，共72页。轨道交通的安全问题是至关重要的。确定列车在线路的确切位置是保证安全的关键。最简单的方法是划分一定长度的“区段”，在此区段内只容许一列车占有（运行、停放）。这就是“闭塞”概念为保证行车安全，而将列车正在运行、停放的线路区段予以“封闭”，不允许其他列车进入此区段，以防止对向列车、后续列车的正面冲突或追尾事故的发生。 2、闭塞概念的提出第41页，共72页。早期阶段，闭塞区段均以车站作为划分依据；以

15、车站值班员“眼见为实” 作为判断标准；以站间电报、电话多次确定作为允许列车通行的先决条件；以各种形式的信号指挥列车运行。人工闭塞随着轨道电路的发展、完善，闭塞区段逐渐改为以轨道电路作为闭塞区段。城市轨道交通的闭塞则开始取消固定“闭塞区段”的概念，从固定闭塞向移动闭塞方向发展。 （1）闭塞区段的划分第42页，共72页。人工闭塞的实现 采用路签或路牌作为列车占用区段的凭证，由接车站值班员检查区间是否空闲。单路签闭塞是早期使用的一种人工闭塞方式，后来发展为电话、电报人工闭塞。 第43页，共72页。人工闭塞人工开启信号，关闭信号，依靠路签、路牌、路票或电话、电报使用线路第44页，共72页。半自动闭塞人

16、工开启信号，列车经过后，自动关闭信号的闭塞方式在进站和出站处各安装一个轨道电路，就可实现半自动闭塞。第45页，共72页。如果全线分段都铺设轨道电路，每段轨道电路前都架设信号机，在列车占有该轨道电路线路，信号自动显示红灯；前一段线路信号自动显示黄灯；再前一段线路信号自动显示绿灯。闭塞区段则突破了“车站”的限制，1.3 km一段轨道电路，理论上可以同时有三列车。自动闭塞第46页，共72页。自动闭塞第47页，共72页。联锁的概念是在线路中引进了道岔、线路平面由“一维”变为“两维”后产生的。为了确定车辆在线路平面中的位置，必须首先确定列车走那条线路，既确定“进路”；要让列车可以进入这条线路，则必须扳动

17、相关的道岔；扳动道岔后，不能让其他人再扳动这组道岔，则必须“锁定”道岔。要让司机知道走这条道，则相应给出明确的信号；3、联锁的概念第48页，共72页。联锁示意-走直道时的信号显示第49页，共72页。“联锁” 是指为保证行车安全，而将轨道交通线路中的所有信号机、轨道电路及道岔等相对独立的信号设备构成一种相互制约、互为控制的连带环扣关系，即“联锁”关系。 联锁定义第50页，共72页。 利用微型电子计算机对车站值班员的操作命令及现场设备表示信息进行逻辑计算，以实现对信号机、轨道电路及道岔转辙机等设备进行集中控制的车站联锁设备。 微机联锁第51页，共72页。1、用于指挥和控制列车运行，保证行车安全。尽

18、管其投资额在整个工程中所占的比例甚低（通常在3 以下），但对于提高列车通过能力、提高运能、保证行车安全却有着至关重要的作用。 一、城市轨道交通信号的作用信号系统第52页，共72页。2、提高运行效率单线自动闭塞系统，在组织追踪运行的条件下，可提高通过能力25%-30%；复线自动闭塞系统，可提高通过能力1-2倍；采用ATS（自动监控）子系统，在不增加车站到发线的情况下，可提高通过能力12%-24%；3、是现代化信息技术综合应用的集中体现自动控制技术车载信号、超速防护、定位停车计算机技术数据通信技术数字编码轨道电路、无线通信第53页，共72页。1、车载信号是“主体信号”城市轨道交通线路短、站间距小、

19、运营密度大、运营线路条件差（隧道、弯道多），不能完全套用大铁路信号的概念、设施和手段；信号系统要根据这些特点加以改进、更新和发展。除正线道岔外，一般不设地面信号机。2、车载信号的内容是具体的目标速度或目标距离目标速度：列车进入某一区段时，接受到列车离开该区段时的控制速度；速度等级根据与先行列车之间的距离来设定。目标距离：该区段的长度。二、城市轨道交通信号的特点第54页，共72页。3、自动调整列车运行间隔，实现超速防护正线列车运行的最小时间间隔，可达到1.5-2min；如果列车“晚点”，ATC系统可通过缩短列车在站时间或提高列车在区间的运行速度等级来自动完成调整。CBTC（基于无线通信的列车运行

20、自动控制系统）可实现车地信息交换不间断进行。当列车速度超过目标速度时，车载ATP子系统自动启动超速防护，确保列车安全、高速运行。第55页，共72页。一、轨道交通信号的组成轨道交通信号是 “信号（显示）、联锁、闭塞”的总称。是由各类信号显示、轨道电路、道岔转辙装置等主体设备及其他有关附属设施构成的一个完整的体系。信号子系统的轨旁基础设备第56页，共72页。信号的起源也来源于英国。最早的列车指挥是由一位带绅士礼帽、穿黑大衣和白裤子的铁路员工骑马在前引导运行的，他边跑边以各种手势发出信号指挥列车的前进和停止。显而见之，随着列车数量的增加和列车速度超过马速度的情况下，这种信号就不起作用了。 1、信号（

21、显示）（1）早期信号第57页，共72页。为了确保安全，人们开始研究固定的信号设备：用一块长方形的板子，横向线路是停车信号，顺向线路是进行信号。可是顺向线路的板子实际上很难看见，所以又在顶端加块圆板。当必须在晚间开车时，就以红色灯光表示停车信号，白色灯光表示进行信号。1841年英国人戈里高利提出用长方形臂板作为信号显示，装设在伦敦桥车站，这是铁路上首次使用的臂板式信号机。 a、臂板信号的出现第58页，共72页。臂板信号机第59页，共72页。巴黎地铁的壁板信号第60页，共72页。b、色灯信号机：二显示和三显示 第61页，共72页。如果有办法可以将地面信号传递给机车，在司机操作台上显示，这就是车载信

22、号。对于线路条件不好、气候条件不好的情况下机车信号的作用是不可估量的。在轨道交通线路中，由于站间距小、运营线路条件差，仅仅靠车载信号显示、由司机来控制机车是很难做到大密度运营的。较为先进的轨道交通系统已摈弃“用信号显示来指挥列车”的旧有概念了，引进了系统，操作台上显示的是反映列车运营的状态。（2）车载信号第62页，共72页。一、系统组成 列车自动控制（ATC）系统。 Automatic Train Control列车自动防护（ATP）子系统 Automatic Train Protection;列车自动监控（ATS）子系统Automatic Train Supervision ;列车自动运行（

23、ATO）子系统 Automatic Train Operation:ATC系统结构和基本功能第63页，共72页。 根据与先行列车之间的距离和进路条件，在车内连续地显示出容许的速度信息，或按设定的运行条件达到该容许速度的距离信息，根据上述信息，列车自动地控制运行速度，进行超速防护，以达到自动调整行车间隔的目的，并实现列车在车站的程序定位停车。二、ATC系统的定义第64页，共72页。 ATC系统的设备分布于控制中心（central control ）、车站信号 设备室及轨旁（wayside）、车载（Vehicle）。指挥列车运行的控制中心，设有作为ATC系统中枢的系统控制服务器及其用于调度控制的工

24、作站；现场的列车在线信息，车次号信息以及道岔、信号状态信息等，传送至控制中心，通过显示屏及调度员工作站的CRT显示。列车上车载设备，接收并解译地面送来的调度指令和ATP速度命令或距离信息，实现列车的自动运行；并将列车的运行状态和设备状态信息，经车站服务器传送给控制中心。三、ATC系统的设备第65页，共72页。ATO子系统主要用于实现“地对车控制”，即用地面信息实现对列车驱动、制动的控制。由于使用ATO子系统后，可以使列车经常处于最佳运行状态，避免了不必要的、过于剧烈的加速和减速，因此明显提高了旅客的舒适度，提高列车准点率及减少轮轨磨损，与列车的再生制动相配合，可以节省电能的消耗。 四、ATO第66页，共72页。ATS子系统主要是实现对列车运行的监督和控制，辅助