軌道交通信號基礎(chǔ)設(shè)備概述

作者 |劉艷青上海控安安全測評中心安全測評部測試經(jīng)理

版塊 |鑒源論壇· 觀通

引語：上一篇對軌交信號系統(tǒng)從鐵路系統(tǒng)分類和組成、城市軌交系統(tǒng)分類和組成、城市軌交系統(tǒng)功能、城市軌交系統(tǒng)發(fā)展方面做了介紹。本文將從信號基礎(chǔ)設(shè)備方面進一步展開講述，具體分為以下幾個部分：

1.信號機（指引列車前進停止的信號）；

2.道岔轉(zhuǎn)轍轉(zhuǎn)換設(shè)備（變化股道或方向）；

3.檢查區(qū)段占用、空閑的設(shè)備（軌道電路、計軸設(shè)備）；

4. 繼電器（故障導向安全側(cè)的器件）；

5. 應答器（LEU、信標）等。

01

信號機

圖 1

1.1信號機位置設(shè)置原則

（1）地面信號盡可能設(shè)置在直線線段上；

（2）在曲線處信號機必須并排設(shè)置；

（3）信號機設(shè)在啟動坡度小的坡道上；

（4）信號機禁止設(shè)置在有凹形坡度的坡道上；

（5）進路始端應設(shè)信號機對進路進行防護；

（6）調(diào)車進路和列車進路沖突時，需要設(shè)置調(diào)車信號機防護進路；

（7）咽喉區(qū)的始端也設(shè)置調(diào)車時，以防護專用線往咽喉區(qū)調(diào)車，專用線一般有：牽出線、調(diào)車場、貨場等；

（8）可提高咽喉區(qū)作業(yè)效率的位置，應設(shè)阻擋信號機；

（9）能縮短機車走行距離的位置，可設(shè)置折返信號機；

（10）顯示距離不符合要求的位置，可設(shè)置復示信號機。

1.2大鐵信號機的顯示含義

鐵路信號的基本顏色有紅色、黃色和綠色；輔助顏色有藍色和月白色等。各種燈光顯示含義如下：

·紅色：停車，禁止前行，絕對信號；

·黃色：注意或減速行駛；

·綠色：按規(guī)定速度運行；

·雙黃：準許列車側(cè)線進站停車；

·月白色：有兩種含義，一種為列車信號（進站或進路信號機）中的引導信號（也叫引導白），紅白燈同時顯示表示允許列車以較低速度（不超過15KM/h）進站，并隨時檢查前方情況，做好停車準備；另一種為調(diào)車信號的準許信號（也叫調(diào)車白），允許調(diào)車進入調(diào)車信號機內(nèi)方調(diào)車；

·藍色：作為列車信號的容許信號時（區(qū)間通過信號機）），可不停車，以低于20km/h速度運行到下一禁止信號，并做好隨時遇到危險停車的準備；作為調(diào)車信號時，調(diào)車不能進入信號機內(nèi)方。

根據(jù)顯示含義，也可以有如下分類：

絕對信號是指列車根據(jù)停車信號停車后，即應無條件遵守的信號顯示，在該信號機前方停車，也可以叫做禁止信號。例如，紅色是列車的絕對信號，藍色是調(diào)車的絕對信號。

容許信號是指接收到停車信號后可不立即停車，或接受停車信號停車2分鐘后低速繼續(xù)運行，并可隨時停車。容許信號是停止信號和輔助信號一起使用。例如，引導信號（紅色+白色）是列車的容許信號。

1.3地鐵信號機的顯示含義

· 紅色：停車，禁止前行；

· 黃色：表示在后備模式下，準許列車按規(guī)定的限制速度越過該架信號機，彎股進站側(cè)線停車，進路開通到出站信號機為止；

· 綠色：表示系統(tǒng)在后備模式下，準許列車按規(guī)定的速度越過該架信號機，直股進站，即進路中的道岔均開通直向位置，列車經(jīng)過直股通過不停車，進路開通到對向進站信號機為止；

· 紅色+黃色：引導信號顯示，準許列車以不大于限制速度（如25km/h速度）越過該架信號機繼續(xù)運行，并隨時準備停車；

· 滅燈：后備模式下等同于禁止信號，CBTC模式下以車載信號為主體。

02

道 岔

圖 2

2.1道岔組成部件

道岔的部件有：尖軌（在轉(zhuǎn)轍機的動作桿帶動下可以移動）、基本軌（尖軌外側(cè)固定不動）、合攏軌（導曲線軌）、翼軌、轍叉心、護輪軌。

圖3道岔組成部件示意圖

2.2 道岔的定義

把一條軌道分為兩條及以上線路的設(shè)備稱為道岔，線路上道岔的開向決定了列車的后方走向。

2.3 道岔的分類

道岔根據(jù)結(jié)構(gòu)可以分為：單開、對稱、菱形交叉、復式交分和可動轍叉道岔等類型。

操作臺上按壓一個按鈕可以控制單個和多個道岔，根據(jù)道岔數(shù)量可分為：單動道岔、雙動道岔和多動道岔。

轉(zhuǎn)轍機牽引道岔轉(zhuǎn)動，道岔按轉(zhuǎn)轍機個數(shù)可分為：單機牽引、雙機牽引和多機牽引道岔。

道岔根據(jù)列車運行的方向可分為：對向道岔和順向道岔。一組道岔根據(jù)列車方向不同，可以為順向道岔，也可以為對向道岔。

道岔常態(tài)位置是定位，根據(jù)需要改變的位置是反位。除有規(guī)定外，道岔的位置僅與使用方式有關(guān)。

一般把經(jīng)道岔直向的進路稱為直路，經(jīng)道岔側(cè)向的進路為彎路。進路中不經(jīng)過的道岔，但是仍與進路有聯(lián)鎖防護關(guān)系的道岔是防護道岔；進路中不經(jīng)過（但和經(jīng)過道岔在同一道岔區(qū)段），且與進路無聯(lián)鎖關(guān)系的道岔，一般為效率考慮需帶動的進路外道岔叫帶動道岔。

2.4轉(zhuǎn)轍機的分類

轉(zhuǎn)換裝置控制道岔的走向，應具備如下功能：

·轉(zhuǎn)換裝置應根據(jù)實際列車運行需要，轉(zhuǎn)換道岔到定位或反位；

·轉(zhuǎn)換裝置應及時正確反映道岔狀態(tài)，道岔有表示的前提是尖軌密貼基本軌；

·轉(zhuǎn)換裝置在把道岔轉(zhuǎn)到規(guī)定位置后，對道岔進行機械鎖閉，防止外力誤操作道岔；

·道岔在擠岔和四開時，應及時并正確報警表示。

道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備中，最常用的是轉(zhuǎn)轍機、轉(zhuǎn)轍機動作桿以及表示桿，用來操作道岔、鎖閉道岔和采集道岔狀態(tài)。

轉(zhuǎn)轍機按動能可分為：電動轉(zhuǎn)轍機、電液轉(zhuǎn)轍機和電空轉(zhuǎn)轍機；

轉(zhuǎn)轍機按動作電源可分為：直流電動轉(zhuǎn)轍機和交流電動轉(zhuǎn)轍機；

轉(zhuǎn)轍機的被擠狀態(tài)可分為：可擠型轉(zhuǎn)轍機和不可擠型轉(zhuǎn)轍機；

轉(zhuǎn)轍機按鎖閉的位置可分為：內(nèi)鎖閉轉(zhuǎn)轍機和外鎖閉轉(zhuǎn)轍機；

常用的ZD型電動轉(zhuǎn)轍機的構(gòu)造部件有電動機、減速器、摩擦聯(lián)接器、自動開閉器、轉(zhuǎn)動方向變換器和尖軌鎖閉器、密貼檢查和擠岔保護部件等。道岔轉(zhuǎn)換時應有足夠的牽引力拉動尖軌，當尖軌被阻時，應通過操作能恢復原位；道岔不密貼時，不得進行鎖閉；道岔鎖閉后，不得因振動及其它原因而造成道岔的解鎖。

圖4ZD型電動轉(zhuǎn)轍機結(jié)構(gòu)圖

03

軌道電路

圖 5

3.1軌道電路的定義

軌道電路是利用鋼軌作導體，檢查列車輪對是否在當前區(qū)段占用空閑的狀態(tài)，并可以在地面與列車間傳遞信息的電路。用絕緣節(jié)把鋼軌分割為一段一段的軌道區(qū)段，用以形成信號采集或者傳遞的最小單元。

3.2軌道電路狀態(tài)的定義

軌道電路狀態(tài)具體有如下4種：

（1）調(diào)整狀態(tài)，指軌道電路無車占用時的工作狀態(tài)；

（2）分路狀態(tài)，指軌道電路有車占用時的工作狀態(tài)；

（3）斷軌狀態(tài)，指軌道電路中斷時的開路狀態(tài)；

（4）移軌狀態(tài)，指導線缺損時的開路狀態(tài)。

軌道電路需要監(jiān)督和反映軌道區(qū)段上的設(shè)備是否完好，并且能反映區(qū)段占用、出清狀態(tài)，以及列車運行的實時狀態(tài)，此外軌道電路還需向列車傳遞有關(guān)行車的信息。

3.3 軌道電路的分類

軌道電路有如下幾種分類：

按工作電源可分為：交流軌道電路或直流軌道電路；

按電流傳遞特性可分為：交流連續(xù)式、移頻式和數(shù)字編碼式軌道電路；

按軌道區(qū)段間有無絕緣可分為：有絕緣軌道電路或無絕緣軌道電路。無絕緣軌道電路又分為高頻衰耗式和電氣隔離式軌道電路；

按使用位置可分為：站內(nèi)軌道電路和區(qū)間軌道電路；

按區(qū)段內(nèi)有無道岔可分為：無岔區(qū)段和道岔區(qū)段，道岔區(qū)段又分為一送一受和一送多受；

按適用范圍可分為：電化區(qū)段軌道電路和非電化區(qū)段軌道電路；

按軌道電路傳輸軌條個數(shù)可分為：單軌條軌道電路和雙軌條軌道電路。

3.4 絕緣節(jié)

把軌道區(qū)段分割為一個一個軌道區(qū)段的設(shè)備是絕緣節(jié)，絕緣節(jié)的設(shè)置應滿足以下幾點原則：

·主體信號機前后（遮斷信號機除外）應劃分成不同的區(qū)段；

·互不影響的進路，設(shè)置絕緣獨立隔開；

·在一個區(qū)段內(nèi)，一般不宜超過三組道岔；

·大站為提高咽喉區(qū)作業(yè)效率，應適當縮短軌道區(qū)段的長度（但應保證站內(nèi)電碼化的可靠使用）；

·地理條件滿足時軌端絕緣不能設(shè)置為侵限絕緣。

圖6 軌道電路工作原理

3.5 計軸

計軸是利用軌道傳感器、計數(shù)器記錄駛?cè)胲壍绤^(qū)段和駛出軌道區(qū)段的軸數(shù)，經(jīng)對比后來確定軌道區(qū)段狀態(tài)（占用或空閑）的一種信號設(shè)備。

計軸的工作原理為，軌道區(qū)段的兩端監(jiān)測點安裝車輪傳感器，檢測點根據(jù)經(jīng)過傳感器的先后順序判斷列車的走向。經(jīng)過始端時，計數(shù)器檢測輪對數(shù)量遞增；經(jīng)過終端時，計數(shù)器檢測輪對數(shù)量遞減。計數(shù)器的數(shù)量為零時，認為軌道區(qū)段無車或出清狀態(tài)。

圖7計軸設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸

04

繼電器

圖 8

4.1 繼電器的定義

繼電器是鐵路信號電路中的用小電流控制大電流的開關(guān)，組成邏輯電路或控制列車運行。

4.2繼電器的作用

繼電器在控制電路中用于接通或斷開電路，并具備發(fā)布控制命令、反映設(shè)備狀態(tài)、實現(xiàn)電路的自動控制和遠程控制等功能。同時，用繼電器接點構(gòu)成邏輯電路，可對設(shè)備進行程序控制；用繼電器接點作為邏輯運算器件，可對電氣集中進行邏輯運算。此外，繼電器還可同時控制多個對象實現(xiàn)復雜邏輯關(guān)系，并以小的電信號來控制電路中大功率的對象，實現(xiàn)電路的遠程控制。

4.3 繼電器的要求

繼電器失磁時不受殘磁影響，前接點一定斷開；

繼電器失磁時不受機械影響，前接點一定斷開；

接點斷開瞬間即使產(chǎn)生火花或電弧，也不致造成中接點與其它接點粘連。

05

應答器、信標

圖 9

應答器是一種可以發(fā)送數(shù)據(jù)報文的高速數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，其作用是向車載設(shè)備發(fā)送點式信息。

無源應答器發(fā)送固定信息（線路中對應的里程，功能相當于一個里程標）。

有源應答器發(fā)送實時變化以及固定的信息（有源信標可以兼作無源信標，除了無源信標功能外，能發(fā)送信號機狀態(tài)、道岔狀態(tài)）。

圖10無線和信標兩種傳輸信息方式

06

總 結(jié)

鐵路信號系統(tǒng)根據(jù)以上道岔、信號機、軌道電路之間聯(lián)動的聯(lián)鎖關(guān)系組成，實現(xiàn)進路鎖閉，根據(jù)進路已處于鎖閉的狀態(tài)和信號開放，列車才可以進入進路內(nèi)。道岔、信號機、軌道電路是最基礎(chǔ)的信號設(shè)備，除此之外，信標、應答器、計軸設(shè)備等也是根據(jù)線路等級需要采用的基礎(chǔ)設(shè)備。軌交系統(tǒng)還有緊急停車按鈕、防淹門、人防門等設(shè)備，用以進行緊急停車或軍事人防作用。

參考文獻：

[1] 道岔轉(zhuǎn)換與鎖閉設(shè)備_鐵路信號基礎(chǔ)

[2] 單開道岔的構(gòu)造

[3] 城市軌道交通信號系統(tǒng)

[4] 計算機聯(lián)鎖-特殊聯(lián)鎖測試指導書

[5] 軌道電路基本知識

[6] 第五章軌道電路_鐵路信號基礎(chǔ)

審核編輯 黃昊宇