S700K提速道岔的结构原理及安全性分析

ⅢⅢ 第第1章S700k提速道岔的组成及原理1.1S700k电动转辙机主要由以下三大部分以及外壳和配线接口部分组成。在这里，外壳部分和配线接口部分不做重点介绍。1.1.1动力传动机构(1)三相交流电动机主要动力装置，绕组为呈星形接法。通过跨界片进行跨接。所以，以往转辙机因直流电机必须设置整流子而发生的枢间混线，碳刷与整流子接触不良、电机电枢断线等惯性故障都可以从根本上得到解决。(2)齿轮组是由四个齿轮组成的。这四个齿轮中的电机齿轮和摇把齿轮是属于用一个组合。作用是能够让操作人员通过摇把摇动道岔。另外，将电机的旋转力传递到摩擦连接器并且降低电机的高速旋转以增大驱动使之适应道岔转换的传递系统是由电机齿轮、中间齿轮以及摩擦连接器组成的，这也称之为转辙机的第一级减速器。(3)摩擦连接器是一种装置在外壳和滚珠丝杠上的软联结构，能够调整在摩擦片上方的若个压力弹簧来使得主副用摩擦片相互的摩擦联系力发生一定的变动。如果电动机的电路被切断，电动机由于转动的惯性还会继续转动，就需要摩擦连接器把这个剩余的动力消耗掉。并且，如果尖轨在转换过程受到一个使其无法继续运动的阻力，摩擦连接器也可以保证电动机不会因为这个而烧毁。所以，摩擦连接器是保证三相交流电机和转辙机之间不是硬链接的重要组成部件。(4)滚珠丝杠相当于一个直径为32mm的螺母和螺栓，当它由电动带动正转或者反转360度时。螺母前进或者后退一个螺纹。其作用为使得电动机的转动变为直线的平动；能够使得电动机的旋转有一定的降速效果，降速的程度是由丝杠的螺纹距离决定的。(5)保持连接器分为可挤型和不可挤型两种，根据现场情况而定，可挤型保持连接器是将滚珠丝杠和动作杆通过内部弹簧的压力连接在一起。其挤岔阻力可以设定为9、16、24、30（KN）。当道岔发生挤岔时，挤岔阻力大于弹簧承受阻力，动作杆就会因此脱落，保护整机不受挤岔的损坏。非可挤型即将内部的弹簧取消改为硬性链接，一般设定为90（KN）的挤岔阻力，超过设定时，影响链接被破坏，需要重新送回工厂修理。(6)动作杆滚珠丝杠将动力转化为直线运动后动作杆拉动道岔转换到达该达到的位置。并且带动锁闭机构运转。1.1.2检测和锁闭机构（1）检测杆尖轨或者心轨的转换动作会带动检测杆运动，这样，当道岔转换到位或者停止时，就能通过检测杆给出的表示出来道岔的状态。（2）叉形接头用于内外检测杆的链接。（3）速度开关组又称自动开闭器，它的动作是由尖轨（或心轨）的运动决定的，根据轨道运动情况自动断开闭合电动机动作电路和自动断开闭合道岔表示电路（原为沙尔特堡接点，现在多用TS-1接点）。（4）锁闭块和锁舌锁闭块在伸出和缩入时，可以使得速冻开关关闭和断开表示电路。锁舌在弹出和缩入时，可以实现内锁和完成转辙机的解锁。（5）指示标指示给检测杆动作到位的一个目标点。1.1.3安全装置（1）开关锁和遮断开关遮断开关是在进行对道岔的检查修理或者工作人员通过手摇把对道岔进行转换时的安全保护装置。开关锁是能够通过打开或者关闭它来控制遮断开关接通和切断的装置。（2）连杆（3）摇把孔挡板：遮挡摇把孔的挡板。1.1.4转辙机的动作原理S700k转辙机的原理总的来说就是电动机将其旋转力通过传递动力的装置将道岔尖轨转换到位，其动力传动装置的工作原理为：电动机旋转，并由齿轮组减速，然后由摩擦连接器获得由齿轮组传来的动力。摩擦连接器带动滚珠丝杠旋转。滚珠丝杠的旋转带动丝杠上的螺母发生平动。螺母平移的动力传递到保持连接器，然后传递至动作杆，使得锁闭杆挪动以此来带动道岔运动。检测杆由经过外表示杆的尖轨或者心轨带动。大部分转辙机的运行程序几乎都是相同的，即断开道岔表示，解锁，转换，锁定，给出另一个道岔位置表示。以220毫米动程的为例，其具体行动流程为：电动机转动中间齿轮传递摩擦连接器将滚珠丝杠旋转，螺母移动锁闭块被操作板顶入，原本的转辙机表示被断开锁舌缩入，解锁滚珠丝杠螺母带动保持连接器移动外锁闭开始解锁当动作杆挪动约60mm时，外锁闭解锁终了道岔开始进行转换当表示杆缺口刚好瞄准锁闭块时，也就是动作杆的动程达到了220毫米时，锁闭块弹入到表示缺口，锁舌伸出。切断启动电路，接通表示S700k转辙机的原理总的来说就是电动机将其旋转力通过传递动力的装置将道岔尖轨转换到位，其动力传动装置的工作原理为：电动机旋转，并由齿轮组减速，然后由摩擦连接器获得由齿轮组传来的动力。摩擦连接器带动滚珠丝杠旋转。滚珠丝杠的旋转带动丝杠上的螺母发生平动。螺母平移的动力传递到保持连接器，然后传递至动作杆，使得锁闭杆挪动以此来带动道岔运动。检测杆由经过外表示杆的尖轨或者心轨带动。大部分转辙机的运行程序几乎都是相同的，即断开道岔表示，解锁，转换，锁定，给出另一个道岔位置表示。1.2分动外锁闭装置外锁闭装置分为联动和分动，然而提速道岔的外锁闭道岔的两根尖轨之间没有连接杆，所以提速道岔使用的大多为分动外锁闭装置。并且，在现在使用的分动外锁闭装置大致分为分动钩型外锁闭和分动燕尾式外锁闭。1.2.1分动钩型外锁闭分动钩型外锁闭属于垂直锁闭，在道岔尖轨和可动心轨处分别设有牵引点，道岔尖轨的牵引点由锁闭杆组件：锁闭杆、限位铁、连板、绝缘垫板、紧固件；锁钩组件：锁钩、注油孔及螺栓、毛毡；锁闭框组件：调整片、固定螺栓、锁闭铁、锁闭框、导向螺栓；尖轨连接铁组件：开口销、连接尖轨的紧固件、销轴、尖轨连接铁。组成。可动心轨处的由锁闭杆、锁闭铁、锁钩、调整片、锁闭框组成。其拥有锁闭方式的改进、结构紧凑，易于调整和改善，而材料的受力情况和材料的材质也因为由铸铁改为45号钢锻造获得了改善，增加了可靠性。道岔动作原理为：道岔解锁：锁闭杆带动着锁钩向斥离轨那一边移动，并且因为尖轨连接铁的作用斥离尖轨循序向密贴的那边平移，当锁钩的缺口有密贴尖轨那的锁闭杆凸台滑进时，落下钩锁，解锁。道岔转换：两侧尖轨已经解锁，之后就向原来斥离轨的方向移动，原斥离轨与基本轨密贴，斥离轨就变为密贴轨，至此，锁钩的头部就会抬起。这样锁钩缺口内的锁闭杆凸台就会画出来。原来的密贴尖轨继续运动直到标准开口位置。它就变为了斥离轨。道岔锁闭原斥离尖轨在道岔转换锁钩缺口滑出来时就开始锁闭了。当密贴尖轨变为斥离轨后，斥离轨在锁闭杆继续运动的作用下，到达标准的锁闭位置。1.2.2分动燕尾式外锁闭分动燕尾式外锁闭属于平面锁闭，目前使用的有分动尖轨型和可动心轨型两种。本文重点写分动尖轨型。其固定组成有：锁闭铁锁闭铁时装设在基本轨上的，外锁闭装置和基本轨可以由它连接，道岔的一系列动作，也是由它，外锁闭杆和燕尾锁块的相互作用实现的。其方孔底部有一条滑槽，用于固定外锁闭杆的滑动位置。连接铁活动的联系，促进燕尾锁块的正常移动。滑块销轴燕尾锁块外锁闭杆锁钩为了防止燕尾锁块滑离过远，在燕尾锁块的一侧焊有锁钩，锁住锁闭杆。燕尾式外锁闭装置的道岔解锁和道岔锁闭过程两个尖轨是分别动作的，只有在道岔转换过程两个尖轨才一起动作，以下为道岔转换的具体过程：道岔解锁：道岔收到解锁命令，电动机转动，通过动力传动动作杆开始动作，外锁闭杆逐渐由动作杆的作用向左侧移动；右边的燕尾锁和外锁闭杆的锁闭量和左边的尖轨（斥离轨）与基本轨的开程都在逐渐变小。左侧尖轨和基本轨的开程与转辙机动作杆动作的距离是有一定关系的，动作杆动作60毫米，其也动作60毫米。当锁闭杆的燕尾槽内有右边的燕尾锁块完全滑入时，右边尖轨基本不动，道岔处于解锁状态。道岔转换：此时，外锁闭杆也开始动作。并且，两边的尖轨也由它的动作迅速向左侧运动。当两尖轨和外锁闭杆运动了100毫米时，道岔转换到位，燕尾锁闭块逐渐被挤出燕尾槽。道岔锁闭：转换到位后，锁闭开始。外锁闭杆向左移动60毫米。同时左侧尖轨已经转换到位，所以不需要再进行动作。道岔右边的锁闭只需要外锁闭杆继续的移动使其锁闭量符合道岔锁闭的标准即可。1.3电源系统三相交流电源屏是S700k提速道岔的主要供电电源，提供了提速道岔控制电路的主要动作电源。其主要技术指标为：输入电源：电路三相交流电源380v/50Hz输出电源：三相交流电源380v/50Hz输出功率：PSD1-5为5KVA、PSD1-10为10KVA，PSD1-15为15KVA。两路输入电源设有断相监测，可以自己主动的转换到副电源供电（输入电源缺相）任一输入电源错相时，应能自己主动切换相位，使得输出相位不变。输出电源主被两套、冷机备用，可以经过认为地可靠切换。三相交流电源屏工作原理：三相交流电源屏需要完成其为供电和监督的正常性能。由此，就需要一个两路电的互切电路来完成。而构成这个电路的即为电源屏中的交流接触器。三相交流电源屏的监督即为电路可以在电路故障或者人工切换时顺利进行自主或者人工切换到其他路的电源进行供电。两个三相交流变压器控制供电电源的输出，各自的断路器则用来判定各个变压器的供电与否。并且可以通过手动切换至备用变压器来防止因正在使用中的变压器故障而引起的供电故障。每个输入电源分别设置有一个相序继电器，当使用的电源是发生了故障的电源相时，相序继电器失磁，转换到其他电源并发出声音和光的警报。第2章S700K提速道岔机械安全性2.1道岔转辙机内三相电机的选用S700k提速道岔使用的转辙机为S700k电动转辙机，它与其他直流转辙机最大的区别就是使用了三相交流电动机作为它的动力。因此，就可以延长转辙机的使用寿命，当然也可以大大减小维修量。2.2转辙机内滚珠丝杠的选用S700k电动转辙机采用了32毫米的滚珠丝杠作为驱动，来传递其动力。滚珠丝杠运动效率高、制作精度高且具有较高的刚性。这样，转辙机就能够使用更长的时间。2.3轮轨之间关系的改善改善了轮轨之间的关系，导曲线采用了半径为R1大于R2的复圆曲线，并且采用了我国独有的相离式的切割线型，对R1做半切线。这样一来，尖轨的轨头就可以得以加粗。加粗程度为提高百分之零点五至百分之十左右。因此，尖轨的抗摩擦性就得到了很大的提升，增加了尖轨的寿命。轮轨关系的调整，不仅可以增长尖轨的使用寿命，而且，因为导曲线半径的改变，使得车轮运行轨迹也得到了调整，列车在过道岔的时候对轨道的冲击力大大降低，增加了过岔时的平稳性。2.4外锁闭方式对道岔运动的优势S700k提速道岔采用的是分动外锁闭的形式，尖轨之间的连接杆被去掉了。所以，当两个尖轨分别动作的时候，其转换的阻力有了一定程度上的减少。2.5国产减磨滚轮的问世当道岔转换的时候，心轨与尖轨在道床板上滑动有一定的阻力，阻力如果过大就会发生道岔转换不到位的现象，降低道岔的安全性。所以，S700k提速道岔采用减磨滚轮，将转换时道床板对尖轨和心轨的摩擦变为滚动。大大减少了转换时的阻力。2.6轨道刚性的调整轨道在刚使用的铺设时并没有考虑到轨道刚性的调整，当科技进步、铁路运输加速之后，通过一系列理论分析，确定提速道岔各部位轨道刚度。并且通过改变沟槽数量等方式，使得道岔各个部位的轨道刚度均匀合理。让列车通过道岔时变得更为平稳。2.7轧制翼轨的问世当S700k提速道岔刚引进国内的时候，当时的炼铁炼钢技术还没有达到现有的程度，所以翼轨采用模锻出的特殊截面的模锻翼轨。而现如今的炼钢技术获得长足进步，就可以使用轧制的翼轨来替代模锻翼轨。相比而言，末端翼轨的垂直抗弯度和水平抗弯度分别低于翼轨百分之十一和百分之四十。就锁闭可靠性来看，轧制翼轨的锁闭处的安装空间较大，这样，因为加工安装时的误差而产生的锁钩卡阻和锁闭失效的情况就会得以改善，大大增加了其道岔安全性。2.8岔枕结构的调整岔枕处的螺栓在转换和列车过岔时受到的冲击力会使得螺纹破损，从而影响道岔转换以及其安全性。所以，国内采用了新型的复合缓冲圈和缓冲偏心套的螺栓紧固机构，这种机构可以减少百分之三十螺栓所受到的应力，从而减少螺纹破损的几率。2.9道岔新型电热融雪装置的加入道岔在高寒或者多雪的地区使用时容易在道岔处发生积雪，人工除雪和原有除雪设施无法除雪彻底容易使得道岔尖轨处密贴不到位，使得车辆无法正常运行。影响到对人身安全造成一定的危害。由此，我国就在道岔处增加了新型的铁路电热融雪装置。融雪装置由室内部分和室外部分组成，室内部分主要负责监督（另外还负责对室外设施供给融雪需要的电热源），室外部分负责融雪的具体实施。2.10垫板材料的改进我国原有的S700k提速道岔的采用的垫板和滑床板时由一块块的垫板焊接而成，在道岔使用过程中，焊接处容易断裂，埋下安全隐患。随着我国铸钢技术的提高，铸造和锻造的垫板开始用来替代焊接的垫板。其中，锻造垫板要优于铸造垫板，材料刚性极好。可以用来增强垫板的结构强度，加强道岔的可靠性。第3章S700k提速道岔电路安全性S700k提速道岔是引进于德国的道岔系统，其欧洲的电路设计风格在初步使用时并不符合我国国情，安全性和可靠性都不够高。所以，在使用过程中，我国对其电路进行了一系列完善与改进，增强了其可靠性。3.1相序防护器的选用为了保证主控电路长期、连续工作的安全和稳定，S700k提速道岔采用了舍弃原来小型密封式继电器改用了JWXC-1700的安全继电器的JX-2相序防护器。它交流输入变压器降压采用R型变压器、二次滤波、双稳压。使得集成电路工作更加稳定可靠。并且，相序防护器的电子电路为两套，同时工作。分别动作安全性继电器的两个线圈。这样，即使有一套发生了故障，另一套也可以继续进行工作。不会对整体造成影响。保证了工作的安全可靠。而且电子控制部分任何一个电器元件故障都会使得单套无输出使得人员警觉，做到了故障导向安全。还设置了三相表示灯和故障报警灯。其工作原理为：JX-2型相序保护器从原理上分为相序保护继电器和电子控制两个部分。相序防护器的核心是电子控制部分。当三相电源正常输入时，相序防护器供给继电器直流电压使之励磁。反之，当三相电源输入故障时，没有供电，继电器落下。相序防护期也由三个部分组成，分别是电源部分、判断部分、执行部分。3.2转辙机保护继电器线圈的并串联改进至2015年份，电务段的保护继电器线圈有串联并联两种方式。以串联方式接入保护继电器线圈的电务段，容易发生因断相保护器性能不稳定而产生的转辙机在动作零点八秒左右停止转动的故障。原因分析：串联或并联保护继电器的线圈会影响其工作技术特性。JWXC-1700继电器线圈在并联和串联电路中的工作值为：7.2、14.6（V）在统一的24V电压工作下，JWXC-1700继电器线圈在并联和串联电路的接点吸起时间为：0.184、0.016（S）在提速道岔的1DQJ中，JWXC-1700继电器线圈在并联和串联电路的电路保持后剩余时间为：0.135、0.016（s）由此可见，当提速道岔的保护继电器线圈采用并联的方式接入电路时，其工作值比串联时的保护继电器线圈低，更为适应断相保护器电路。使得工作电路更加稳定、可靠。断相保护器的主要作用：当三相电动机缺相或者有一相电压不够时，三相电阻不平衡电动机就容易烧毁，所以在电源系统中就加入了断相保护器，当其中一相电缺失时，断相保护器就会将电源切断，保护电动机不被烧毁，增加提速道岔的可靠性。具体工作原理为：因为道岔一般不使用，所以断相保护器的输入线圈中没有电流通过，所以BHJ一般处于落下状态。如果三相负载并没有发生故障或异常，在道岔发生动作的时，输入线圈将有一个正常的电流通过二次侧的变压器得到的感应电压，随后经过串联叠加，桥式整流器的交流输入端被送往桥式整流器，蒸馏后可获得直流电源。即BHJ励磁吸起。当发生断相时，这一相的变压器Ⅰ次侧即为断路，其阻值为∞，另外两相电源由于缺少一相，然后负载电流的幅值也会变小，其相位也会发生了变化，与其相对应的变压器Ⅱ次侧的感应电压的幅值与相位也发生变化，这样三个变压器Ⅱ次侧的感应电压的幅值以及相位也会发生变化，使得三个变压器的Ⅱ次侧串联叠加输出电压基本为0，所以桥式整流堆得直流输出电压也为0，即BHJ落下。3.3沙尔特堡接点组的改进我国S700k提速道岔在引进的时候采用的接点组时沙尔特堡的接点组，但是沙尔特堡接点组经过一系列的使用发现并不适合我国的情况。它的体积较小，所以略显得单薄，结构刚性强度不够，导致没有较好的抗震能力。并且，接点接触不良、螺丝松动、虚焊等故障也是经常出现的。而且，沙尔特堡接点的接点组时全封闭式的，和国产的接点组有着较大的不同，维护起来很麻烦。所以，就采用了我国自主研制的ST-1型接点组来进行替代。ST-1型的接点组将原来沙尔特堡接点组的上下接触改为了左右接触。这样接触点受到的力就会减小；原接点组的冻冰粘接故障在增加了扫程ST-1型接点这儿也获得了很好的改善。针对原接点组接触不良，ST-1型接点组也对接点组的触点压力做出了增加。并且改良后接点组的维护排除故障也有了较大的改变。进一步提高了道岔的可靠性。沙尔特堡接点组与ST-1接点组的室内接线完全一致，室内接线有所不同。结束语S700k提速道岔正在普遍使用，其本身安全、便捷的优点增加了铁路运作的安全系数，减轻了铁路养护人员的工作强度。使得我国的铁路发展越发迅速。当然其本身也在不断发展。以适应新时代的铁路运行需求。其在减少故障率或者是故障导向安全的方面，无论是在三相交流电机、转换设备还是电源设备都有其独特的体现。并且，由文中可以看出，S700k提速道岔在设备的使用寿命、过岔的平稳度、转换时道岔阻力的减小、道岔的可靠性以及为了保护其工作性能的技术指标、维护规程中，处处体现了其注重安全，以人为本的思想。这是需要我们努力去学习的。我们需要不断学习提速道岔的现有知识以及不断摸索未来的发展趋势来使得我们的知识面和业务水平越来越高越来越广。为铁路安全快捷贡献出一份力量。参考文献致谢这篇论文的完成首先要感谢谢刚老师的细心指导，论文在初次写出的第一稿时十分不成熟，结构框架不正确、主次分段不清楚并且论文中大多都是网上普遍适用的文段，没有自己的见解和分析在里面。谢刚老师的细心指导让我知道了论文的大概