有軌電車專用地埋式電液轉(zhuǎn)轍機(jī)的設(shè)計與實現(xiàn)

康愛偉，周 苗，李金海，朱軒逸，宋微微

（通號萬全信號設(shè)備有限公司，杭州 310000）

1 概述

近年來，國內(nèi)城市軌道交通獲得長足發(fā)展，中國已經(jīng)成為世界上最大的城市軌道交通建設(shè)市場。經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展以及政府的大力支持，使得國內(nèi)城市軌道交通建設(shè)逐步擴(kuò)大。目前，城市建設(shè)用地狹小、人口高度密集是國內(nèi)許多大城市的一個顯著特點(diǎn)，因此城市有軌交通運(yùn)輸線設(shè)施在城市道路上，不可避免地要與行人和其他車輛交叉共用道路。故其所采用的有軌電車專用轉(zhuǎn)轍機(jī)的設(shè)計出發(fā)點(diǎn)要考慮地埋式的安裝環(huán)境，防塵防水、外殼防護(hù)等級需達(dá)到IP67要求。

現(xiàn)有的國內(nèi)地埋式轉(zhuǎn)轍機(jī)多為電動驅(qū)動，一般采用多級齒輪傳動，傳動件多，慣性大，需另外設(shè)置緩沖和鎖閉機(jī)構(gòu)來克服慣性，從而導(dǎo)致元器件繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使得整臺設(shè)備可靠性降低，且由于零件數(shù)量多，增加了維護(hù)工作量。而電機(jī)需較大啟動轉(zhuǎn)矩，使得電機(jī)功率較大。

現(xiàn)有的國內(nèi)地埋式轉(zhuǎn)轍機(jī)一般為固定行程，每個工程項目都需非標(biāo)設(shè)計桿件的空動行程來使轉(zhuǎn)轍機(jī)匹配不同的道岔，定制連接桿件費(fèi)時費(fèi)力，效率低下。

針對現(xiàn)有產(chǎn)品存在的上述問題，介紹一種地埋式電液轉(zhuǎn)轍機(jī)，該轉(zhuǎn)轍機(jī)體積小、占用空間少、結(jié)構(gòu)簡單、鎖閉可靠、密封好、防護(hù)等級高、故障少、動程可調(diào)、安裝調(diào)試方便、維護(hù)工作量小、穩(wěn)定性好和可靠性高。

2 整體結(jié)構(gòu)創(chuàng)新

如圖1所示，有軌電車專用地埋式電液轉(zhuǎn)轍機(jī)整體采用模塊化設(shè)計，具體分為以下6個模塊：轉(zhuǎn)轍機(jī)機(jī)殼、EHA電液執(zhí)行器、動作桿機(jī)構(gòu)、自動開閉器系統(tǒng)、表示桿機(jī)構(gòu)、手動操作系統(tǒng)。以下對主要創(chuàng)新部分EHA電液執(zhí)行器以及自動開閉器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)詳細(xì)介紹。

圖1 電液轉(zhuǎn)轍機(jī)整體結(jié)構(gòu)Fig.1 Overall structure diagram of an electro-hydraulic switch machine

2.1 電液執(zhí)行器

EHA電液執(zhí)行器由一體式電液動力單元、液壓缸、連接固定板和油壓監(jiān)測傳感器組成，如圖2所示。該一體式電液動力單元，相較傳統(tǒng)的電液執(zhí)行器結(jié)構(gòu)有以下特點(diǎn)。

圖2 EHA電液執(zhí)行器結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure diagram of electro-hydraulic actuator (EHA)

1）此單元采用油浸式電機(jī)驅(qū)動，電機(jī)浸入油箱內(nèi)部。

2）采用泵閥一體式的結(jié)構(gòu)，減少了油管連接，整體密封好、無泄漏、故障點(diǎn)少、高集成、體積小。

3）系統(tǒng)包含液控卸荷閥。當(dāng)電機(jī)停機(jī)后油缸的壓力會自動泄壓，此時油缸的壓力下降至近似為零。

4）在手動操作狀態(tài)時，EHA此時自身的阻力降為最小。達(dá)到減小手動操作力度，保護(hù)電液執(zhí)行器的作用。EHA電液執(zhí)行器液壓器原理如圖3所示。

圖3 電液轉(zhuǎn)轍機(jī)液壓系統(tǒng)原理Fig.3 Hydraulic system principle diagram of an electro-hydraulic switch machine

2.2 自動開閉器結(jié)構(gòu)

自動開閉器系統(tǒng)由左開閉器、右開閉器、調(diào)節(jié)螺桿、開閉器固定板、螺桿座、T型螺栓組成，如圖4所示。左開閉器、右開閉器由T型螺栓固定在開閉器固定板上，同時左開閉器、右開閉器通過本體的螺紋與調(diào)節(jié)螺桿連接，調(diào)節(jié)螺桿固定在螺桿座上。開閉器調(diào)節(jié)螺桿呈對稱式結(jié)構(gòu)，左側(cè)為左旋螺紋，右側(cè)為右旋螺紋，可以實現(xiàn)左、右開閉器的同步調(diào)整，中間外六角結(jié)構(gòu)方便使用工具進(jìn)行調(diào)整操作。

圖4 自動開閉器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.4 Structure diagram of automatic switch shutter system

轉(zhuǎn)轍機(jī)動程調(diào)整示意如圖5所示?，F(xiàn)以將動程從80 mm調(diào)整為40 mm舉例，調(diào)整步驟如下：1）松開T型螺栓螺母；2）按圖5所示方向轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)螺桿，左、右兩開閉器即同步向圖示箭頭方向動作；3）讀取刻度尺數(shù)值，當(dāng)數(shù)值顯示為40 mm時停止旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺桿；4）鎖緊T型螺栓螺母。至此完成轉(zhuǎn)轍機(jī)動程調(diào)整操作。

圖5 轉(zhuǎn)轍機(jī)動程調(diào)整Fig.5 The adjustment of action rod stroke of switch machine

該自動開閉器系統(tǒng)有以下優(yōu)點(diǎn)。

1）行程可調(diào)，通過調(diào)節(jié)開閉器的調(diào)節(jié)螺桿，可實現(xiàn)轉(zhuǎn)轍機(jī)在40～80 mm的范圍內(nèi)行程可調(diào)，使轉(zhuǎn)轍機(jī)與道岔的連接桿件為通用部件，零部件通用性提高。

2）調(diào)節(jié)螺桿與左開閉器通過左旋螺紋連接，調(diào)節(jié)螺桿與右開閉器通過右旋螺紋連接，可以實現(xiàn)兩個開閉器的同步調(diào)節(jié)，確保調(diào)節(jié)的方便及可操作性。

3）在左開閉器的左鎖閉塊上有40～80 mm的刻度顯示，可以準(zhǔn)確反饋行程調(diào)節(jié)量，更加直觀地看到行程調(diào)節(jié)量，保證調(diào)節(jié)結(jié)果的準(zhǔn)確。

2.3 其余創(chuàng)新點(diǎn)

對于整體結(jié)構(gòu)的改進(jìn)使得該轉(zhuǎn)轍機(jī)相對于傳統(tǒng)地埋式轉(zhuǎn)轍機(jī)更為緊湊，較傳統(tǒng)轉(zhuǎn)轍機(jī)高度降低了60 mm。同時對于零部件以及關(guān)鍵部位的桿件和轉(zhuǎn)軸強(qiáng)度要求進(jìn)一步提高，該轉(zhuǎn)轍機(jī)采用最新的QPQ氧化滲氮復(fù)合工藝，極大地提高了表面的耐腐蝕、耐磨性、光潔度、硬度，使產(chǎn)品更為可靠耐用。

3 機(jī)械動作原理

3.1 轉(zhuǎn)換鎖閉機(jī)構(gòu)動作原理

在通電狀態(tài)下，電機(jī)帶著油泵旋轉(zhuǎn)時， 油泵從油缸腔內(nèi)吸入油，油泵泵出的高壓油使油缸其中一腔為高壓， 此時油缸移動，從而推動推板運(yùn)動，如圖6（a）所示，推板將帶動鎖閉塊1從正位鎖閉狀態(tài)脫離，當(dāng)油缸走完解鎖動程后，鎖閉塊1和鎖閉塊2處于鎖閉鐵和推板的間隙內(nèi)。油缸繼續(xù)通過推板和鎖閉塊2帶動動作桿向右移動，如圖6（b）所示；當(dāng)動作桿繼續(xù)移動到鎖閉塊2與右鎖閉鐵的鎖閉面將要作用時，開始進(jìn)入鎖閉過程。繼續(xù)向右移動將鎖閉塊2推入右鎖閉鐵的反位鎖閉面，此時反位尖軌密貼于基本軌。當(dāng)尖軌密貼于基本軌后，油缸繼續(xù)向右移動， 動作桿不動作，油缸側(cè)面的推板進(jìn)入反位鎖塊的鎖閉面，進(jìn)入鎖閉狀態(tài)，如圖6（c）所示。

圖6 轉(zhuǎn)轍機(jī)解鎖、轉(zhuǎn)換、鎖閉過程Fig.6 The process of unlocking, switching, and locking of switch machine

3.2 表示機(jī)構(gòu)動作原理

初始狀態(tài)，左表示柱與左檢查柱分別在表示桿的缺口與速動片的缺口內(nèi)，如圖7（a）所示。在通電情況下油缸移動，推動啟動片運(yùn)動，從而啟動片將左檢查柱頂出（左表示柱同步頂出），如圖7（b）所示。此時啟動片已走完空動行程，從而帶動速動片向右移動。這時動作桿拉動道岔尖軌將道岔開口方向改變時，尖軌將帶動表示桿機(jī)構(gòu)橫移，表示桿上的表示缺口將移動到相應(yīng)待表示位置，如圖7（c）所示。當(dāng)?shù)啦黹_口方向完成轉(zhuǎn)換后，啟動片將拉動速動片繼續(xù)移動，當(dāng)右檢查柱與速動片缺口重合，到達(dá)位置后開閉器機(jī)構(gòu)的右檢查柱經(jīng)內(nèi)部彈簧快速彈出如圖8所示，右表示柱與右檢查柱分別打入表示桿的缺口與速動片的缺口內(nèi)，開閉器內(nèi)的節(jié)點(diǎn)開關(guān)完成換向，做出道岔開口改變完成的準(zhǔn)確表示并控制系統(tǒng)斷電，從而實現(xiàn)道岔得到狀態(tài)檢查，如圖7（d）所示。

圖7 轉(zhuǎn)轍機(jī)給出表示過程Fig.7 The process of reflecting the state of tongue rail by switch machine

圖8 自動開閉器動作過程Fig.8 Action process of automatic switch shutter

3.3 擠岔斷表與手動控制

當(dāng)轉(zhuǎn)轍機(jī)的鎖閉塊在鎖閉狀態(tài)時，動作桿無法移動，從而保證道岔密貼的可靠性以及表示的準(zhǔn)確性。當(dāng)有外力沖擊動作桿時，由于擠脫機(jī)構(gòu)壓在動作桿的錐形槽內(nèi)，擠脫機(jī)構(gòu)有一定的預(yù)壓力，可以吸收一部分沖擊力，提高了鎖閉單元抗沖擊能力。當(dāng)外力超過設(shè)定的壓力時，擠脫機(jī)構(gòu)內(nèi)部的擠脫銷會從動作桿內(nèi)擠脫，從而使動作桿成為自由狀態(tài)，配合表示桿機(jī)構(gòu)以及開閉器系統(tǒng)，可以實現(xiàn)道岔擠岔斷表。

在斷電狀態(tài)下，將專用撬棍插入轉(zhuǎn)轍機(jī)手動操作系統(tǒng)中手動轉(zhuǎn)軸組件的專用接口內(nèi)。之后通過扳動撬棍，手動轉(zhuǎn)軸組件通過帶動水平推塊組件平移，帶動撥叉做擺動動作，從而推動動作桿機(jī)構(gòu)的啟動機(jī)構(gòu)運(yùn)動， 實現(xiàn)轉(zhuǎn)轍機(jī)的手動操作功能。

轉(zhuǎn)轍機(jī)內(nèi)部有液位傳感器與溫、濕度傳感器，可以對轉(zhuǎn)轍機(jī)是否進(jìn)水做出實時監(jiān)測。EHA電液執(zhí)行器上裝有油壓傳感器，并且可通過控制系統(tǒng)監(jiān)測工作電流、工作電壓、工作時間，從而實時監(jiān)測轉(zhuǎn)轍機(jī)使用過程中的各項關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

4 功能特點(diǎn)

綜上該地埋式電液轉(zhuǎn)轍機(jī)的結(jié)構(gòu)與國內(nèi)轉(zhuǎn)轍機(jī)相比，有以下優(yōu)點(diǎn)。

1）動力單元采用高集成度的一體式電液執(zhí)行器，使轉(zhuǎn)轍機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，較電動驅(qū)動的轉(zhuǎn)轍機(jī)有安裝調(diào)試方便、維護(hù)工作量小、故障率低、整體密封好、無泄漏等優(yōu)點(diǎn)。

2）該地埋式電液轉(zhuǎn)轍機(jī)動程可調(diào)，通過調(diào)節(jié)表示桿機(jī)構(gòu)內(nèi)表示桿位置以及調(diào)節(jié)自動開閉器系統(tǒng)的自動開閉器調(diào)節(jié)桿，可實現(xiàn)該地埋式電液轉(zhuǎn)轍機(jī)動程40～80 mm可調(diào)，使該轉(zhuǎn)轍機(jī)與道岔的連接桿件為通用部件，零部件通用性提高。

3）該地埋式電液轉(zhuǎn)轍機(jī)含有監(jiān)測功能，設(shè)備內(nèi)部有油壓監(jiān)測傳感器、水位傳感器等監(jiān)測系統(tǒng)，可實時監(jiān)測轉(zhuǎn)轍機(jī)內(nèi)部狀態(tài)。

5 結(jié)語

目前，已研制出有軌電車專用地埋式電液轉(zhuǎn)轍機(jī)原型樣機(jī)。在試制和安裝調(diào)試過程中，工作量明顯低于同類產(chǎn)品。并且轉(zhuǎn)換與表示機(jī)構(gòu)巧妙、可靠，故障率低。經(jīng)驗證動程調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)方便、好用，提高了道岔連接桿件的互換性。為后期的工程化應(yīng)用提供了極大的便利。