適用于四線制雙機(jī)牽引控制電路的ZD9直流電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)

張 輝

（天津鐵路信號(hào)有限責(zé)任公司，天津 300399）

1 概述

為適應(yīng)鐵路提速的發(fā)展需要，既有單機(jī)牽引道岔（如50 kg/m 鋼軌9#道岔）在大修改造時(shí)，更 換 為60 kg/m 鋼 軌9#、12#道 岔（如CZ577、SC330 等），道岔由一個(gè)牽引點(diǎn)改為兩個(gè)牽引點(diǎn)。為減少現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)工作量，用戶希望在道岔單機(jī)改兩機(jī)牽引時(shí)采用長(zhǎng)壽命、少維護(hù)的ZD9 型轉(zhuǎn)轍機(jī)。為滿足現(xiàn)場(chǎng)需求，開展適用于四線制雙機(jī)牽引控制電路的ZD9 型直流電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)研制工作。

2 直流四線制雙電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)應(yīng)用情況

直流雙電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)電路包括四線制和六線制。為了解直流四線制雙電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況，筆者對(duì)某鐵路局新下陸站進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研。新下陸站是武九鐵路貨運(yùn)車站，自20 世紀(jì)90 年代改造為6502 電氣集中聯(lián)鎖系統(tǒng)時(shí)，即一直采用四線制直流雙電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)控制電路，室外道岔由ZD6-E/J 型電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)牽引。

現(xiàn)場(chǎng)道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)使用狀態(tài)良好，現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)測(cè)試電流時(shí)分別測(cè)試每臺(tái)轉(zhuǎn)轍機(jī)的電流，室內(nèi)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)顯示兩臺(tái)轉(zhuǎn)轍機(jī)的總電流?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試尖軌第一牽引點(diǎn)的ZD6-E 型轉(zhuǎn)轍機(jī)動(dòng)作電流約0.7 A，摩擦電流約2.2 A；尖軌第二牽引點(diǎn)的ZD6-J 型轉(zhuǎn)轍機(jī)動(dòng)作電流約0.9 A，摩擦電流約2.1 A。室內(nèi)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)顯示兩臺(tái)轉(zhuǎn)轍機(jī)同時(shí)工作的總電流為1.7 A，打摩擦?xí)r的摩擦電流約4.2 A。

3 ZD9型直流電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)適配方案

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，采用ZD6 型電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)配套四線制雙電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)控制電路可以滿足現(xiàn)場(chǎng)道岔轉(zhuǎn)換要求。當(dāng)采用現(xiàn)有ZD9 型直流電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)配套四線制雙電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)控制電路時(shí)，在額定負(fù)載條件下總工作電流3 A 以上。采用ZD9 型直流電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)配套直流雙電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)控制電路時(shí)，兩臺(tái)轉(zhuǎn)轍機(jī)的總工作電流應(yīng)≤2.0 A，具體方案如下。

3.1 設(shè)計(jì)要求

按照《鐵路道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備安裝技術(shù)條件》（TB/T 3508-2018）中7.4 的要求，兩點(diǎn)及三點(diǎn)牽引內(nèi)鎖閉單開道岔，尖軌第一牽引點(diǎn)應(yīng)采用190 ～220 mm動(dòng)程的轉(zhuǎn)轍機(jī)，轉(zhuǎn)轍機(jī)牽引力應(yīng)為1 800 ～4 500 N；其余牽引點(diǎn)轉(zhuǎn)轍機(jī)應(yīng)滿足空動(dòng)10 ～90 mm，轉(zhuǎn)轍機(jī)的牽引力應(yīng)為4 500 N 和6 000 N 兩種。

按照《ZD9/ZDJ9 系列電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)》（TB/T 3113-2015）中4.3 的要求，ZD9 型轉(zhuǎn)轍機(jī)動(dòng)作時(shí)間≤10 s，工作電流≤2.0 A。

3.2 技術(shù)參數(shù)

根據(jù)上述技術(shù)要求，ZD9 型直流電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)配套四線制雙電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)控制電路時(shí)，轉(zhuǎn)轍機(jī)參數(shù)如表1 所示。

表1 ZD9-G型直流電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)技術(shù)參數(shù)Tab.1 Technical parameters of ZD9-G DC electrical switch machine

為與現(xiàn)有ZD9 型直流電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)區(qū)分，適用于四線制雙電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)控制電路的ZD9 型直流電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)在對(duì)應(yīng)型號(hào)后增加“/（G）”，例如，現(xiàn)有雙機(jī)牽引道岔常用直流轉(zhuǎn)轍機(jī)型號(hào)ZD9-220/2.5、ZD9-150/4.5，適用于四線制雙電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)控制電路的ZD9型直流電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)在對(duì)應(yīng)型號(hào)為ZD9-220/2.5/（G）、ZD9-150/4.5/（G）。為方便概括所有直流系列轉(zhuǎn)轍機(jī)，簡(jiǎn)稱為ZD9-G 型直流電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)。

3.3 技術(shù)方案

根據(jù)上述確定的技術(shù)參數(shù)，轉(zhuǎn)轍機(jī)的動(dòng)程、負(fù)載力、接口尺寸均與現(xiàn)有ZD9 型直流電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)保持一致，只需降低兩牽引點(diǎn)轉(zhuǎn)轍機(jī)的工作電流，從而達(dá)到降低雙機(jī)牽引總工作電流的目的，使其滿足≤2.0 A 的要求。

ZD9 系列電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)主要由直流電動(dòng)機(jī)、電機(jī)減速齒輪箱、摩擦聯(lián)結(jié)器、滾珠絲杠組和推板套構(gòu)成，如圖1 所示。在額定負(fù)載條件下，保持現(xiàn)有直流電動(dòng)機(jī)負(fù)載特性不變的前提下，工作電流主要與傳動(dòng)系統(tǒng)的總傳動(dòng)比有關(guān)。因此可以通過調(diào)整齒輪箱和絲杠構(gòu)成的傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)比來實(shí)現(xiàn)ZD9 轉(zhuǎn)轍機(jī)轉(zhuǎn)換時(shí)間、工作電流滿足技術(shù)要求。

圖1 ZD9系列電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)原理Fig.1 Principles of transmission system of ZD9 series DC electrical switch machines

ZD9 系列電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)可視為由三級(jí)傳動(dòng)構(gòu)成：其中第一級(jí)為齒輪1（電機(jī)齒輪）和齒輪2 構(gòu)成的圓柱齒輪減速，第二級(jí)為齒輪3 和帶槽齒輪構(gòu)成的圓柱齒輪減速，第三級(jí)為絲杠和絲母構(gòu)成的滾珠絲杠副。

結(jié)合現(xiàn)有ZD9 系列電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)減速齒輪箱配置及滾珠絲杠組型號(hào)，配套四線制雙電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)控制電路的ZD9-G 型直流電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)方案如下。

尖1、尖2 轉(zhuǎn)轍機(jī)均采用5 mm 導(dǎo)程絲杠，5 mm 導(dǎo)程絲杠成熟應(yīng)用于ZD9-S 型雙桿轉(zhuǎn)轍機(jī)，已上道應(yīng)用多年。

尖1 轉(zhuǎn)轍機(jī)采用現(xiàn)有ZD9-170/4.0 型轉(zhuǎn)轍機(jī)的齒輪箱，尖2 轉(zhuǎn)轍機(jī)采用現(xiàn)有ZDJ9-120/4.5 型轉(zhuǎn)轍機(jī)的齒輪箱。

齒輪箱詳細(xì)配置方案如表2 所示。

表2 ZD9-G型直流轉(zhuǎn)轍機(jī)齒輪箱配置Tab.2 Conf igurations of gear box of ZD9-G DC electrical switch machine

4 樣機(jī)測(cè)試

根據(jù)上述技術(shù)方案，開展了樣機(jī)試制，并按照《鐵路道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)第2 部分：試驗(yàn)方法》（GB/T 25338.2-2019）中的測(cè)試要求對(duì)轉(zhuǎn)轍機(jī)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試情況如下。

4.1 ZD9-G型直流電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)單機(jī)測(cè)試

適用于四線制雙電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)控制電路的ZD9-220/2.5/(G)、ZD9-150/4.5/(G)型電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)，在額定電壓DC 160 V、額定轉(zhuǎn)換力條件下的電氣特性均滿足技術(shù)要求，如表3 所示。

表3 ZD9-G型直流電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)單機(jī)電氣特性測(cè)試數(shù)據(jù)Tab.3 Test data of single-machine electrical characteristics of ZD9-G DC electrical switch machine

4.2 ZD9-G型直流電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)雙機(jī)測(cè)試

在額定電壓DC 160 V、額定轉(zhuǎn)換力條件下，測(cè)試適用于四線制雙電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)控制電路的ZD9-G型直流電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)電氣特性，總工作電流≤2.0 A，動(dòng)作時(shí)間≤10 s，測(cè)試數(shù)據(jù)如表4 所示。測(cè)試曲線如圖2 所示。

圖2 ZD9-G型直流電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)雙機(jī)均轉(zhuǎn)換額定負(fù)載測(cè)試曲線Fig.2 Test curve of double-machine driving under rated load of ZD9-G DC electrical switch machine

表4 ZD9-G型直流電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)雙機(jī)轉(zhuǎn)換額定負(fù)載測(cè)試數(shù)據(jù)Tab.4 Test data of double-machine driving under rated load of ZD9-G DC electrical switch machine

在打摩擦條件下，適用于四線制雙電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)控制電路的ZD9-G 型直流電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)雙機(jī)同時(shí)打摩擦?xí)r總摩擦電流＜3 A，測(cè)試數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 ZD9-G型電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)雙機(jī)打摩擦測(cè)試數(shù)據(jù)Tab.5 Test data of double-machine friction of ZD9-G DC electrical switch machine

在額定電壓DC 160 V、雙機(jī)均在空載條件下，對(duì)適用于四線制雙電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)控制電路的ZD9-G 型直流電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)電氣特性進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)如表6所示。測(cè)試曲線如圖3 所示。

圖3 ZD9-G型電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)雙機(jī)空載測(cè)試曲線Fig.3 Test curve of double machines in no-load state of ZD9-G electrical switch machine

4.3 模擬道岔負(fù)載變化測(cè)試

為模擬雙機(jī)牽引道岔負(fù)載變化對(duì)轉(zhuǎn)轍機(jī)同步性的影響，進(jìn)行模擬道岔負(fù)載變化測(cè)試，測(cè)試如下。

1）A 機(jī)帶額定負(fù)載，B 機(jī)帶空載，測(cè)試轉(zhuǎn)轍機(jī)的電氣特性，測(cè)試數(shù)據(jù)如表7 所示。

表7 A機(jī)帶額定負(fù)載B機(jī)帶空載測(cè)試數(shù)據(jù)Tab.7 Test data of machine A in rated-load state and machine B in no-load state

2）A 機(jī)帶空載，B 機(jī)帶額定負(fù)載，測(cè)試轉(zhuǎn)轍機(jī)的電氣特性，測(cè)試數(shù)據(jù)如表8 所示。

表8 A機(jī)帶空載B機(jī)帶額定負(fù)載測(cè)試數(shù)據(jù)Tab.8 Test data of machine A in no-load state and machine B in rated-load state

通過模擬道岔負(fù)載變化測(cè)試數(shù)據(jù)，ZD9-G 型直流電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)配套四線制雙電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)控制電路，模擬負(fù)載變化時(shí)，同步性良好。

4.4 道岔安裝測(cè)試

在某道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備試驗(yàn)基地進(jìn)行道岔安裝測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)如表9 所示。

表9 ZD9-G型電動(dòng)轉(zhuǎn)轍廠內(nèi)道岔安裝測(cè)試數(shù)據(jù)Tab.9 Test data of ZD9-G DC electrical switch machine installed at infactory switches

4.5 測(cè)試結(jié)論

通過上述測(cè)試，得出適用于四線制雙電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)控制電路的ZD9-G 型直流電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)具有以下性能指標(biāo)。

1）在額定負(fù)載條件下單機(jī)測(cè)試時(shí)，單臺(tái)轉(zhuǎn)轍機(jī)工作電流≤2.0 A，動(dòng)作時(shí)間≤10 s，均符合《ZD9/ZDJ9 系列電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)》（TB/T 3113-2015）的要求。

2）在額定負(fù)載條件下雙機(jī)測(cè)試時(shí)，雙機(jī)總電流≤2.0 A。

3）雙機(jī)均空載測(cè)試時(shí)，總工作電流約為0.7 A，可以滿足道岔小負(fù)載情況下道岔控制電路正常轉(zhuǎn)換的要求。

4）雙機(jī)牽引道岔時(shí)，道岔轉(zhuǎn)換過程平穩(wěn)，宏觀同步。

5 日常維護(hù)建議

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研情況，四線制雙電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)控制電路道岔日常使用和維護(hù)與現(xiàn)有ZD9 型直流電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)配套六線制雙電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)控制電路道岔基本一致，日常維護(hù)項(xiàng)目和測(cè)試方法如下。

5.1 工作電流測(cè)試

工作電流依據(jù)室內(nèi)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖監(jiān)測(cè)，測(cè)試的是線路總電流，也可以在現(xiàn)場(chǎng)分別測(cè)試各個(gè)牽引點(diǎn)轉(zhuǎn)轍機(jī)的工作電流。采用指針電流表，斷開安全開關(guān)，將紅黑表筆串聯(lián)在轉(zhuǎn)轍機(jī)安全開關(guān)（K01、K02）中，測(cè)試方法與現(xiàn)有ZD9 型直流電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)配套六線制雙電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)控制電路道岔完全一致。

5.2 摩擦力測(cè)試和調(diào)整

現(xiàn)場(chǎng)摩擦力調(diào)整范圍:A 機(jī)（3.8 ～6）kN，B機(jī)（6 ～8.5）kN，與現(xiàn)有ZD9 型直流電動(dòng)轉(zhuǎn)轍一致，摩擦力調(diào)整時(shí)兩牽引點(diǎn)轉(zhuǎn)轍機(jī)可單獨(dú)調(diào)整，互不影響。

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試轉(zhuǎn)轍機(jī)摩擦電流時(shí)兩個(gè)牽引點(diǎn)的轉(zhuǎn)轍機(jī)分別測(cè)試，采用指針電流表，斷開安全開關(guān)，將紅黑表筆串聯(lián)在轉(zhuǎn)轍機(jī)安全開關(guān)（K01、K02）中，測(cè)試方法與六線制雙電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)控制電路道岔一致。與六線制雙電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)控制電路道岔不同的是，測(cè)試任一牽引點(diǎn)摩擦電流時(shí)，另一牽引點(diǎn)轉(zhuǎn)轍機(jī)打摩擦，不影響其他牽引點(diǎn)的測(cè)試結(jié)果。

5.3 4/6 mm障礙物測(cè)試

4/6 mm 障礙物測(cè)試與六線制雙電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)控制電路道岔方法和要求相同，各牽引點(diǎn)分別測(cè)試和調(diào)整。

6 總結(jié)

為滿足現(xiàn)場(chǎng)需求，開展適用于四線制雙機(jī)牽引控制電路的ZD9-G 型直流電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)的研究。采用選配齒輪箱和絲杠構(gòu)成的傳動(dòng)系統(tǒng)速比的技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)動(dòng)作時(shí)間、工作電流滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，與原有ZD9 轉(zhuǎn)轍機(jī)安裝接口一致，配套安裝裝置通用。進(jìn)行樣機(jī)測(cè)試，在額定負(fù)載條件下單機(jī)測(cè)試時(shí)，單臺(tái)轉(zhuǎn)轍機(jī)動(dòng)作電流≤2.0 A，動(dòng)作時(shí)間≤10 s，均符合《ZD9/ZDJ9 系列電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)》的要求。雙機(jī)在額定負(fù)載條件下測(cè)試時(shí)，雙機(jī)總電流≤2.0 A，雙機(jī)在空載測(cè)試時(shí)，總工作電流約為0.7 A，可以滿足四線制雙電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)控制電路要求。雙機(jī)牽引道岔時(shí)，道岔轉(zhuǎn)換過程平穩(wěn)，宏觀同步。進(jìn)行了高低溫、壽命、振動(dòng)和交變濕熱等型式試驗(yàn)，均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。2023 年7 月21 日，適用于四線制直流雙電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)控制電路的ZD9 電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)通過了技術(shù)評(píng)審。