有軌電車專用地埋式電液轉轍機的設計與實現

康愛偉，周 苗，李金海，朱軒逸，宋微微

（通號萬全信號設備有限公司，杭州 310000）

1 概述

近年來，國內城市軌道交通獲得長足發展，中國已經成為世界上最大的城市軌道交通建設市場。經濟的穩定發展以及政府的大力支持，使得國內城市軌道交通建設逐步擴大。目前，城市建設用地狹小、人口高度密集是國內許多大城市的一個顯著特點，因此城市有軌交通運輸線設施在城市道路上，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轍機的設計出發點要考慮地埋式的安裝環境，防塵防水、外殼防護等級需達到IP67要求。

現有的國內地埋式轉轍機多為電動驅動，一般采用多級齒輪傳動，傳動件多，慣性大，需另外設置緩沖和鎖閉機構來克服慣性，從而導致元器件繁多，結構復雜，使得整臺設備可靠性降低，且由于零件數量多，增加了維護工作量。而電機需較大啟動轉矩，使得電機功率較大。

現有的國內地埋式轉轍機一般為固定行程，每個工程項目都需非標設計桿件的空動行程來使轉轍機匹配不同的道岔，定制連接桿件費時費力，效率低下。

針對現有產品存在的上述問題，介紹一種地埋式電液轉轍機，該轉轍機體積小、占用空間少、結構簡單、鎖閉可靠、密封好、防護等級高、故障少、動程可調、安裝調試方便、維護工作量小、穩定性好和可靠性高。

2 整體結構創新

如圖1所示，有軌電車專用地埋式電液轉轍機整體采用模塊化設計，具體分為以下6個模塊：轉轍機機殼、EHA電液執行器、動作桿機構、自動開閉器系統、表示桿機構、手動操作系統。以下對主要創新部分EHA電液執行器以及自動開閉器系統結構詳細介紹。

圖1 電液轉轍機整體結構Fig.1 Overall structure diagram of an electro-hydraulic switch machine

2.1 電液執行器

EHA電液執行器由一體式電液動力單元、液壓缸、連接固定板和油壓監測傳感器組成，如圖2所示。該一體式電液動力單元，相較傳統的電液執行器結構有以下特點。

圖2 EHA電液執行器結構Fig.2 Structure diagram of electro-hydraulic actuator (EHA)

1）此單元采用油浸式電機驅動，電機浸入油箱內部。

2）采用泵閥一體式的結構，減少了油管連接，整體密封好、無泄漏、故障點少、高集成、體積小。

3）系統包含液控卸荷閥。當電機停機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）在手動操作狀態時，EHA此時自身的阻力降為最小。達到減小手動操作力度，保護電液執行器的作用。EHA電液執行器液壓器原理如圖3所示。

圖3 電液轉轍機液壓系統原理Fig.3 Hydraulic system principle diagram of an electro-hydraulic switch machine

2.2 自動開閉器結構

自動開閉器系統由左開閉器、右開閉器、調節螺桿、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節螺桿連接，調節螺桿固定在螺桿座上。開閉器調節螺桿呈對稱式結構，左側為左旋螺紋，右側為右旋螺紋，可以實現左、右開閉器的同步調整，中間外六角結構方便使用工具進行調整操作。

圖4 自動開閉器系統結構Fig.4 Structure diagram of automatic switch shutter system

轉轍機動程調整示意如圖5所示。現以將動程從80 mm調整為40 mm舉例，調整步驟如下：1）松開T型螺栓螺母；2）按圖5所示方向轉動調節螺桿，左、右兩開閉器即同步向圖示箭頭方向動作；3）讀取刻度尺數值，當數值顯示為40 mm時停止旋轉調節螺桿；4）鎖緊T型螺栓螺母。至此完成轉轍機動程調整操作。

圖5 轉轍機動程調整Fig.5 The adjustment of action rod stroke of switch machine

該自動開閉器系統有以下優點。

1）行程可調，通過調節開閉器的調節螺桿，可實現轉轍機在40～80 mm的范圍內行程可調，使轉轍機與道岔的連接桿件為通用部件，零部件通用性提高。

2）調節螺桿與左開閉器通過左旋螺紋連接，調節螺桿與右開閉器通過右旋螺紋連接，可以實現兩個開閉器的同步調節，確保調節的方便及可操作性。

3）在左開閉器的左鎖閉塊上有40～80 mm的刻度顯示，可以準確反饋行程調節量，更加直觀地看到行程調節量，保證調節結果的準確。

2.3 其余創新點

對于整體結構的改進使得該轉轍機相對于傳統地埋式轉轍機更為緊湊，較傳統轉轍機高度降低了60 mm。同時對于零部件以及關鍵部位的桿件和轉軸強度要求進一步提高，該轉轍機采用最新的QPQ氧化滲氮復合工藝，極大地提高了表面的耐腐蝕、耐磨性、光潔度、硬度，使產品更為可靠耐用。

3 機械動作原理

3.1 轉換鎖閉機構動作原理

在通電狀態下，電機帶著油泵旋轉時， 油泵從油缸腔內吸入油，油泵泵出的高壓油使油缸其中一腔為高壓， 此時油缸移動，從而推動推板運動，如圖6（a）所示，推板將帶動鎖閉塊1從正位鎖閉狀態脫離，當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。油缸繼續通過推板和鎖閉塊2帶動動作桿向右移動，如圖6（b）所示；當動作桿繼續移動到鎖閉塊2與右鎖閉鐵的鎖閉面將要作用時，開始進入鎖閉過程。繼續向右移動將鎖閉塊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。當尖軌密貼于基本軌后，油缸繼續向右移動， 動作桿不動作，油缸側面的推板進入反位鎖塊的鎖閉面，進入鎖閉狀態，如圖6（c）所示。

圖6 轉轍機解鎖、轉換、鎖閉過程Fig.6 The process of unlocking, switching, and locking of switch machine

3.2 表示機構動作原理

初始狀態，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，如圖7（a）所示。在通電情況下油缸移動，推動啟動片運動，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構橫移，表示桿上的表示缺口將移動到相應待表示位置，如圖7（c）所示。當道岔開口方向完成轉換后，啟動片將拉動速動片繼續移動，當右檢查柱與速動片缺口重合，到達位置后開閉器機構的右檢查柱經內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，開閉器內的節點開關完成換向，做出道岔開口改變完成的準確表示并控制系統斷電，從而實現道岔得到狀態檢查，如圖7（d）所示。

圖7 轉轍機給出表示過程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

當轉轍機的鎖閉塊在鎖閉狀態時，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確性。當有外力沖擊動作桿時，由于擠脫機構壓在動作桿的錐形槽內，擠脫機構有一定的預壓力，可以吸收一部分沖擊力，提高了鎖閉單元抗沖擊能力。當外力超過設定的壓力時，擠脫機構內部的擠脫銷會從動作桿內擠脫，從而使動作桿成為自由狀態，配合表示桿機構以及開閉器系統，可以實現道岔擠岔斷表。

在斷電狀態下，將專用撬棍插入轉轍機手動操作系統中手動轉軸組件的專用接口內。之后通過扳動撬棍，手動轉軸組件通過帶動水平推塊組件平移，帶動撥叉做擺動動作，從而推動動作桿機構的啟動機構運動， 實現轉轍機的手動操作功能。

轉轍機內部有液位傳感器與溫、濕度傳感器，可以對轉轍機是否進水做出實時監測。EHA電液執行器上裝有油壓傳感器，并且可通過控制系統監測工作電流、工作電壓、工作時間，從而實時監測轉轍機使用過程中的各項關鍵數據。

4 功能特點

綜上該地埋式電液轉轍機的結構與國內轉轍機相比，有以下優點。

1）動力單元采用高集成度的一體式電液執行器，使轉轍機結構緊湊、體積小，較電動驅動的轉轍機有安裝調試方便、維護工作量小、故障率低、整體密封好、無泄漏等優點。

2）該地埋式電液轉轍機動程可調，通過調節表示桿機構內表示桿位置以及調節自動開閉器系統的自動開閉器調節桿，可實現該地埋式電液轉轍機動程40～80 mm可調，使該轉轍機與道岔的連接桿件為通用部件，零部件通用性提高。

3）該地埋式電液轉轍機含有監測功能，設備內部有油壓監測傳感器、水位傳感器等監測系統，可實時監測轉轍機內部狀態。

5 結語

目前，已研制出有軌電車專用地埋式電液轉轍機原型樣機。在試制和安裝調試過程中，工作量明顯低于同類產品。并且轉換與表示機構巧妙、可靠，故障率低。經驗證動程調節機構方便、好用，提高了道岔連接桿件的互換性。為后期的工程化應用提供了極大的便利。