道岔終端位置檢測裝置

道岔終端位置檢測裝置是道岔安全系統(tǒng)的重要組成部分。道岔安全系統(tǒng)由牽引裝置（用于控制）、鎖閉裝置（用于機(jī)械固定）、檢測系統(tǒng)（用于位置檢測）和信號系統(tǒng)（用于位置報(bào)告）組成。此外，還有其他簡單裝置（如帶有旋轉(zhuǎn)信號機(jī)的轉(zhuǎn)轍機(jī)座），以及用于高速鐵路、可配備各種附加設(shè)備（如診斷系統(tǒng)）、可進(jìn)行加密數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝阅芟到y(tǒng)作為輔助。其中，檢測系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)轍器尖軌或活動(dòng)轍叉位置檢測裝置，以及道岔活動(dòng)部件后部區(qū)域（至固定點(diǎn)）檢測裝置。道岔活動(dòng)部件后部區(qū)域的檢測裝置稱為道岔終端位置檢測裝置，其主要任務(wù)是在轉(zhuǎn)轍期間識別異物;而尖軌的關(guān)鍵區(qū)域通常由轉(zhuǎn)轍機(jī)的尖軌鎖閉檢查觸頭來檢查，這些觸頭與轉(zhuǎn)轍機(jī)鎖閉裝置協(xié)同工作，并通過安全電路與道岔終端位置檢測裝置配合使用。如果道岔上未裝配帶有集成式尖軌鎖閉檢查觸頭的轉(zhuǎn)轍機(jī)，則由道岔終端位置檢測裝置執(zhí)行此任務(wù)。在這種特殊情況下，道岔終端位置檢測裝置必須滿足道岔活動(dòng)部件尖端處更精確的檢測要求。

1 發(fā)展背景

20世紀(jì)80年代，奧地利要求將列車最大允許運(yùn)行速度提高到160 km/h;同時(shí)，也要求提高道岔曲股處的最大允許運(yùn)行速度。為此，從1988年起，奧地利聯(lián)邦鐵路公司下屬基礎(chǔ)設(shè)施子公司（?BB-Infrastruktur AG）開始使用60E1鋼軌型材制成的道岔。這些道岔由voestalpine Weichensysteme GmbH公司開發(fā)和交付，最初采用剛性轍叉，最大允許速度為200 km/h。

為滿足當(dāng)時(shí)的安全要求，在具有較大曲股半徑的道岔上，?BB-Infrastruktur AG將牽引點(diǎn)（尖軌中部鎖閉裝置）的數(shù)量增加到最多3個(gè)，并通過1個(gè)安裝在第1牽引點(diǎn)（尖軌尖端鎖閉裝置）的轉(zhuǎn)轍機(jī)操作該道岔上的所有轉(zhuǎn)轍機(jī)。轉(zhuǎn)轍機(jī)一般都設(shè)計(jì)有集成式尖軌密貼檢查裝置，以此檢查道岔尖軌尖端部的關(guān)鍵區(qū)域。但由于各種影響因素，如各牽引點(diǎn)之間的距離、轉(zhuǎn)轍機(jī)施加的牽引力，以及道岔尖軌的材料質(zhì)量、橫截面和截面模量，必須使用道岔終端位置檢測裝置在各個(gè)牽引點(diǎn)之間的區(qū)域中檢查道岔尖軌的正確位置。由于道岔終端位置檢測裝置接入了四線制道岔電路中，因此其開關(guān)狀態(tài)可以傳輸?shù)降啦戆踩到y(tǒng)中。

1991年，?BB-Infrastruktur AG試用了第1批帶有活動(dòng)轍叉的道岔，并隨后將正線的最大運(yùn)行速度提高到250 km/h。無論道岔的安全系統(tǒng)配置如何，都需要使用各種型號的道岔終端位置檢測裝置對道岔尖軌位置進(jìn)行附加檢查。

2 道岔終端位置檢測裝置簡介

為確保道岔活動(dòng)部件處于安全位置，必須使尖軌或轍叉上的每個(gè)點(diǎn)與基本軌之間都保持精確定義的距離。道岔終端位置檢測裝置則用于檢測此距離，以使道岔部件處于其應(yīng)在的位置，并安全、經(jīng)濟(jì)、高效地發(fā)揮作用。由于采用的技術(shù)不同，道岔終端位置檢測裝置一般分為以下2類：①帶機(jī)械觸頭（慢動(dòng)作觸頭和速動(dòng)開關(guān)）的檢測裝置;②帶感應(yīng)式接近開關(guān)的檢測裝置。

在一年中溫度變化大、振動(dòng)負(fù)荷大且有灰塵、濕氣、雪、冰等多種影響因素的環(huán)境中，帶機(jī)械觸頭的檢測裝置仍是目前最簡單、最成熟的技術(shù)裝置（圖1）。雖然帶感應(yīng)式接近開關(guān)的檢測裝置正在不斷發(fā)展，但在這種極端環(huán)境下仍無法取得令人滿意的效果。

影響安全檢測準(zhǔn)確性的因素，除了檢測裝置類型之外，還有檢測裝置在道岔區(qū)域內(nèi)的安裝位置，以及檢測裝置的觸頭設(shè)置（是否設(shè)置到最佳開關(guān)位置）。

由于本文主要介紹EPD 4.0的屬性和功能，因此下面僅對帶機(jī)械觸頭的檢測裝置原理進(jìn)行說明。這種道岔終端位置檢測裝置一般由連接活動(dòng)道岔部件的機(jī)械裝置以及連接檢測觸頭的機(jī)械傳動(dòng)鏈組成。檢測觸頭的作用是在預(yù)定位置形成監(jiān)控電路，而觸頭設(shè)計(jì)對于整個(gè)系統(tǒng)和監(jiān)控電路極為重要。如上文所述，可將觸頭設(shè)計(jì)為慢動(dòng)作觸頭或者速動(dòng)開關(guān)。為確保電路安全，觸頭的設(shè)計(jì)必須能夠清楚地反映所需的開關(guān)狀態(tài)或故障狀態(tài)。動(dòng)作電流開關(guān)（如四線技術(shù)中）需要采用具有強(qiáng)制斷開觸頭的速動(dòng)開關(guān)。

每種觸頭設(shè)計(jì)都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。比如，已發(fā)展成熟的電氣轉(zhuǎn)換開關(guān)具有斷開時(shí)燃燒損失低的優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)是開關(guān)滯后。開關(guān)滯后會(huì)影響開關(guān)觸頭閉合及斷開的精度。當(dāng)在道岔活動(dòng)部件尖端處使用此類開關(guān)時(shí)，這種影響尤其顯著，因此，電氣轉(zhuǎn)換開關(guān)在此處不能滿足安全斷開時(shí)的極高精度要求。

在監(jiān)控電路中，并非每種產(chǎn)品組合都能產(chǎn)生良好的整體效果。因此，設(shè)計(jì)者的任務(wù)是根據(jù)鐵路管理部門的規(guī)定、現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施及管理流程現(xiàn)狀，對道岔終端位置檢測裝置及其觸頭的使用作出調(diào)整和優(yōu)化。

3 EPD 4.0 檢測器

EPD 4.0是voestalpine Signaling Zeftweg GmbH開發(fā)出的、用于檢測道岔活動(dòng)部件的獨(dú)立道岔終端位置檢測裝置。該檢測裝置采用了模塊化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。其觸頭的設(shè)計(jì)方式使其可用于許多高可用性的監(jiān)控系統(tǒng)中，成為這些系統(tǒng)的重要組成部分。

EPD 4.0非常小巧，總質(zhì)量約為7 kg;由于質(zhì)量小，因此對緊固件幾乎沒有動(dòng)態(tài)影響。該檢測裝置可安裝在軌枕端部、相鄰軌枕之間或者基本軌的軌腰上，不會(huì)超過現(xiàn)有常規(guī)軌枕的長度范圍。這使其非常適合于“預(yù)裝道岔”或作為加裝設(shè)備。圖2為其在非常狹窄空間中進(jìn)行的加裝。

該檢測裝置易于操作，僅通過幾個(gè)檢測步驟，即可確定緊固件是否處于良好狀態(tài)。如果由于鋼軌狀態(tài)變化而需要矯正開關(guān)點(diǎn)，也只需要簡單的幾步。而且2 個(gè)開關(guān)點(diǎn)均能夠通過可外部調(diào)節(jié)的螺紋無限調(diào)節(jié)。

EPD 4.0的另一個(gè)特點(diǎn)是蓋板上有檢視孔，因此無須卸下檢測裝置蓋板，便可通過檢視孔查看開關(guān)執(zhí)行器的狀態(tài)和開關(guān)觸頭的位置。

此外，EPD 4.0還可以配置連接其他檢測儀的插頭，以便通過該設(shè)備查詢開關(guān)位置（圖3）。

所有型號的EPD 4.0檢測裝置都具備這些基本屬性。該檢測裝置由于具有較小的質(zhì)量和特殊的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，非常便于安裝和維修人員使用。

4 EPD 4.0 的開關(guān)觸頭

EPD 4.0有4種型號，即EPD 4.0基本版、Ⅱ型、Ⅲ型和Ⅳ型，其系統(tǒng)模塊如圖4所示。EPD 4.0的基本版和Ⅱ型版本基于鐵路行業(yè)常用的速動(dòng)開關(guān)，特別適用于四線技術(shù)。而Ⅲ型和Ⅳ型則與之不同。為了能夠?qū)PD 4.0應(yīng)用在岔尖上，voestalpine Signaling Zeftweg GmbH為 Ⅲ 型和 Ⅳ 型開發(fā)了特殊的轉(zhuǎn)換觸頭，以確保其能夠強(qiáng)制斷開。觸頭由彈簧開關(guān)和觸橋組成，彈簧開關(guān)是外殼上觸頭支架的一部分，觸橋通過形狀配合連接與道岔活動(dòng)部件連接（圖5）。道岔部件的異常活動(dòng)就會(huì)使觸頭斷開。

慢動(dòng)作觸頭的優(yōu)點(diǎn)在于可以非常精確地強(qiáng)制斷開，但缺點(diǎn)是只能長時(shí)間開關(guān)較低功率電路，因此不適用于長期開關(guān)動(dòng)作電路。由此可知，該觸頭最好用于與動(dòng)作電路分開的監(jiān)控電路。

由于采用模塊化、多樣化設(shè)計(jì)，EPD 4.0可在多種情景中應(yīng)用。下面展示2個(gè)應(yīng)用示例。

（1）示例 1。列車將按規(guī)定以約10km/h的速度駛過道岔，而道岔尖軌與基本軌之間的間隙可能≥7mm，而不是規(guī)定的4mm。當(dāng)列車駛過時(shí)，尖軌尖端可能受損;這種損傷非常危險(xiǎn)，因此必須立即對此種狀態(tài)進(jìn)行矯正。通過安裝 Ⅲ 型或 Ⅳ 型檢測裝置，并與信號機(jī)形成1個(gè)簡易安全電路，便可以確保尖軌位置在規(guī)定范圍內(nèi)，并排除>5mm的間隙。因此，列車可以40km/h及以上的速度通過道岔，而且不會(huì)發(fā)生尖軌損壞的危險(xiǎn)。

（2）示例2。操作員想延長檢查時(shí)間間隔。檢查間隔短可確保盡早發(fā)現(xiàn)問題。延長檢查間隔會(huì)增加道岔發(fā)生較嚴(yán)重?fù)p壞的風(fēng)險(xiǎn)。通過將檢測裝置安裝在正確位置，并正確使用它們，可以創(chuàng)建1個(gè)安全系統(tǒng)，從而達(dá)到延長檢查間隔的目的。

EPD 4.0的開發(fā)目標(biāo)是為盡可能多的用戶提供解決方案以滿足其需求，并在基本模塊的基礎(chǔ)上盡可能全面地利用所需接口（圖6）。

5 應(yīng)用實(shí)例

自2015年8月起，道岔終端位置檢測裝置EPD 4.0已應(yīng)用在?BB的線路網(wǎng)絡(luò)中。隨著應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的積累，公司對EPD 4.0做出了一些優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了高可用性和高穩(wěn)定性的目標(biāo)。自2018年9月以來，該檢測裝置也安裝到因斯布魯克（Innsbruck）的多家公共交通公司的線路上（圖7）。在澳大利亞、土耳其和美國也進(jìn)行著多項(xiàng)測試（圖8）。

實(shí)踐證明，EPD 4.0是一個(gè)簡單而強(qiáng)大的系統(tǒng)。

6 結(jié)論

道岔終端位置檢測裝置是整個(gè)安全系統(tǒng)必不可少的重要組成部分。列車運(yùn)行速度的提高以及由此出現(xiàn)的更大道岔，要求在多個(gè)牽引點(diǎn)上對道岔活動(dòng)部件（尖軌、尖端細(xì)長的活動(dòng)轍叉）進(jìn)行全面檢查，除了檢查其形狀配合連接的緊固性之外，還要密切監(jiān)控其位置。

目前，鐵路行業(yè)對室外設(shè)施提出了安全、可用性高和節(jié)約資源的要求。為此，必須對其進(jìn)行周密的規(guī)劃，考慮到各種基本細(xì)節(jié)，并確保需長期使用的部件具有非常高的質(zhì)量。EPD 4.0 模塊化系統(tǒng)可以成為這樣的室外設(shè)施的組成部分，其應(yīng)用范圍非常廣泛，從最簡單的信號系統(tǒng)到最先進(jìn)的控制系統(tǒng)。測試和應(yīng)用實(shí)例證明了該系統(tǒng)的可靠性。其優(yōu)點(diǎn)可總結(jié)為：①結(jié)構(gòu)簡單;②規(guī)劃時(shí)的可變性;③質(zhì)量小;④安裝簡單;⑤檢查方便。

參考文獻(xiàn)

[1]Christian Langschwert， Herbert Achleitner. Endlagenprüfersysteme –

Sicher auf richtiger Spur[J]. Signal+

Draht，2019（9）：50-58.

蘇靖棋 編譯

收稿日期 2020-01-06