鐵路道岔轉轍機接點維護裝置研究

陳 磊，謝明軍，何建峰

（西安鐵路信號有限責任公司，西安 710100）

1 概述

國內高速鐵路的發展，快速、便捷、高效、準時成為了高鐵的代名詞，人們對高鐵出行的需求量不斷增加，乘坐高鐵出行逐漸成為主要的交通方式。但是隨著高鐵運行速度的提升，對鐵路信號設備的可靠性提出更高的要求。

道岔轉換設備是鐵路運行的重要設備，是保障行車安全、提高運輸效率的關鍵設施，是實現信號聯鎖關系的基礎設備。轉轍機作為道岔轉換系統中最為關鍵的安全設備，其可靠性直接影響到鐵路運輸的安全和效率。

轉轍機內部的表示機構是實現鐵路道岔轉換過程中確認道岔是否按要求轉換到位并給出道岔狀態表示信息的核心機構。接點作為表示機構的重要組成部分，既是表示電路通斷的開關，又是給出表示信號的關鍵環節。因此，轉轍機接點通斷的可靠性對保障列車運營有重要的作用。

2 轉轍機接點常見故障及原因

2.1 轉轍機接點常見故障

目前，國內高鐵主用的電動、電液轉轍機均采用排布式接點。該接點常見故障主要有兩個：一個是接點的緩動和卡阻故障，主要表現為轉轍機動接點轉換時，動作緩慢或不動作的現象；另一個是接點信號失表示故障，主要表現為接點表示電路不通或者閃斷的現象。

2.2 轉轍機接點常見故障原因

轉轍機接點主要由靜接點片、動接點環和動接點塊組成。由于接點無法密封，空氣中的沙土、灰塵、化學物質及機車運行時的機械振動和沖擊等外部環境都會對接點的工作狀態帶來較大的影響。而靜接點與動接點環之間為點線接觸，接觸面積小、不均勻磨損快以及工作狀態下的電腐蝕和拉弧氧化等內部因素的存在導致接點故障原因非常復雜。由于接點環轉動導致接點接觸的位置不斷變化，造成故障復現困難，甚至無法復現，且測試數據出現波動大隨機性強的特點，這也是接點故障長期存在偶發但無法徹底消除的主要原因。

隨著對轉轍機接點故障的不斷研究發現，雖然接點故障原因非常復雜，但通常在擦拭清潔接點后，接點緩動、卡阻和接點斷路等故障現象立即消失。這就表明轉轍機緩動或卡阻故障主要與動接點和靜動接點接觸區域電腐蝕、氧化物堆積（CuO、NiO）、磨損顆粒的生成等因素引起的摩擦系數增加、阻力增大直接相關，如圖1所示。而接點電路斷路或閃斷故障則主要與轉轍機的動靜接點接觸區域夾雜如NiO顆粒、灰塵、油脂等弱導電介質引起的電阻增大直接相關。

圖1 轉轍機接點環表面狀態分析Fig.1 Surface state analysis of contact ring of switch machine

從上述分析可以看出，無論是轉轍機接點緩動、卡阻故障還是接點斷路、閃斷故障均主要是動接點和靜接點接觸區域夾雜的異物引起的，因此，如何對轉轍機接點組件進行清潔，對減少轉轍機接點故障有重要意義。

3 轉轍機接點維護裝置設計

3.1 轉轍機接點維護現狀與需求

目前對轉轍機接點的維護主要是在天窗點定期維修時進行人為清潔，方法主要是電務維護人員將轉轍機機蓋打開，斷開轉轍機安全開關及機內電路，用清潔布進行擦拭。由于現場維護時間短、任務重，現場操作經常會出現掰、捏接點片的現象，反而造成接觸壓力及轉換阻力增大，轉轍機接點緩動或卡阻故障概率增加。同時人工清潔轉轍機接點也給維護人員產生較大的工作量，因此如何通過高效的清潔接點來減少維護工作量是未來的研究發展趨勢。

3.2 接點維護裝置設計與實現

通過大量的試驗發現動靜接點之間的污染物主要附著于動接點環的電腐蝕區上，所以清潔接點組主要工作是對動接點環的電腐蝕區進行清潔。因此，本文以ZDJ9轉轍機為例，結合排布式接點的工作原理，設計并制作了針對轉轍機動接點的維護裝置，如圖2所示，該裝置主要由調節器、接點罩、刷頭組成。其工作原理是當接點罩固定在自動開閉器上時，刷頭與動接點組、靜接點組的位置相對固定，轉轍機轉換過程中動接點擺動掃程覆蓋刷頭部分區域，這樣使每次動接點環觸碰刷頭即是對動接點環的一次清潔，將動接點環上吸附的污染物掃落，實現動接點環的自動清潔。

圖2 接點維護裝置Fig.2 Contact maintenance device

4 轉轍機接點維護裝置實驗與驗證

4.1 清潔能力實驗

為驗證轉轍機接點維護裝置對油脂、灰塵及顆粒物的清潔能力，人為將動接點環上均勻涂抹混合沙土、磨損物的TR-1油脂如圖3所示，將動接點組安裝在接點壽命試驗臺上快速動作試驗。在經歷600次接點動作后，接點環表面清潔效果如圖4所示，接點環露出金屬光澤，清潔效果明顯。

圖3 實驗前Fig.3 Before experiment

圖4 實驗后Fig.4 After experiment

4.2 接觸電阻對比實驗

隨機對1臺已經完成13萬次壽命實驗，且實驗期間沒有進行任何維護的ZDJ9轉轍機進行接點接觸電阻測試。初始狀態下的接觸電阻如表1所示，3-4排接點的接觸電阻值相對較大。雖然31-32排點仍然導通，但是31-32接點的接觸電阻值已經出現異常，接點故障隱患風險增加。因此，選擇在接點接觸電阻較大的一側（3-4排接點）安裝接點維護裝置（如圖5所示），另外一側（1-2排接點）不安裝接點維護裝置，繼續進行壽命實驗至23萬次，實驗期間對所有接點不進行任何的擦拭維護，每隔約1萬次壽命實驗測試記錄一次各接點的接觸電阻值。測試10次的結果如表1所示。

表1 接觸電阻對比實驗結果Tab. 1 Comparison experiment results of contact resistance電阻/Ω

圖5 接觸電阻對比實驗Fig.5 Comparison experiment of contact resistance

由接點接觸電阻測試結果可以看出，接點接觸電阻在壽命實驗過程中呈現不穩定的波動現象。接點接觸電阻的這種波動現象主要是由于動接點與靜接點的線接觸、污染物的生成和脫落以及動接點環的轉動接觸共同作用造成的結果。對比1、2排和3、4排接點接觸電阻值的標準偏差曲線如圖6所示，安裝接點維護裝置可以穩定接點接觸電阻值在較小的區間內波動。

圖6 接觸電阻標準偏差曲線Fig.6 Standard deviation curve of contact resistance

通過實驗數據對比可以看出，沒有安裝接點維護裝置的1排和2排接點在壽命實驗過程中，接點接觸電阻出現較大范圍波動現象，最大接觸電阻達到7.68 Ω，而安裝接點維護裝置的3排和4排接點在壽命實驗過程中，波動范圍較小，最大接觸電阻為0.555 Ω。

4.3 接點脫出力實驗

由于轉轍機接點緩動和卡阻只發生在1排和4排動接點分別向2排和3排轉化的過程中，因此本次接點脫出力也只測1排和4排接點。方法是在ZDJ9轉轍機進行轉轍機壽命實驗23萬次，即對比實驗完成10萬次動作后進行1排和4排的接點脫出力測試。首先，去除自動開閉器拉簧；其次，利用專用工具從拉簧接頭處水平施加外力并通過數顯拉力計自動記錄峰值，每排接點測試3次；最后，從動接點柱處直接用數顯拉力計將動接點拉出并自動記錄峰值，每排接點測試3次。測試結果如表2所示。

表2 轉轍機脫出力測試數據Tab. 2 Test data of switch machine release force脫出力/N

由表2可以看出，轉轍機動接點脫出力第1次較大，而后逐漸減小，最終趨于相對穩定。安裝接點維護裝置的動接點脫出力（第4排接點脫出力從拉簧接頭處測量）比沒有安裝接點維護裝置的動接點脫出力（第1排接點脫出力從拉簧接頭處測量）平均值小15.1 N，占1排脫出力的28%；安裝接點維護裝置的動接點脫出力（第4排接點脫出力從動接點柱處測量）比沒有安裝接點維護裝置的動接點脫出力（第4排接點脫出力從動接點柱測量）平均值小1.2 N，占1排脫出力的9.4%。由此可見，安裝接點維護裝置的動接點脫出力比不安裝接點維護裝置的動接點脫出力小，更有利于減少接點轉換時的阻力，降低動接點緩動和卡阻風險。

5 結論

本文介紹了轉轍機排布式接點的常見故障，分析故障原因和現場維護工作的難點，并對轉轍機排布式接點的現場維護方式進行研究。設計和制作針對動接點環的清潔維護裝置，并進行了10萬次的壽命實驗，掌握了安裝接點維護裝置與不安裝該裝置的接點接觸電阻以及轉換阻力數據。通過數據對比與分析發現接點維護裝置能夠有效降低接點的接觸電阻值及其波動范圍，并一定程度減少接點轉換阻力，為實現排布式轉轍機接點少維護、免維護目標提供了可行、有效的解決方案。