周俊偉 寧 洪 施俊明

目前我國鐵路道岔轉(zhuǎn)換設備主要有電動轉(zhuǎn)轍機和電液轉(zhuǎn)轍機，電動轉(zhuǎn)轍機大量使用的是ZD6、ZD （J）9、S700K等型號；電液轉(zhuǎn)轍機主要有ZY（J）4、ZY （J）6、ZY （J）7等型號。隨著鐵路提速、重載和客運專線大號碼道岔的發(fā)展，對道岔轉(zhuǎn)換同步的要求越來越高。為提高客車過岔速度、平穩(wěn)性和舒適度，客運專線道岔已經(jīng)發(fā)展到60kg／m鋼軌62號道岔，需要12個牽引點實現(xiàn)道岔轉(zhuǎn)換的同步動作，其中僅尖軌就需要8個牽引點；而且鐵路運行的速度將進一步提高，更大號碼道岔將不斷研發(fā)應用，所以在保持既有控制電路不變、節(jié)省電纜控制器材、節(jié)約能源需求、降低工程投資的條件下，采用新技術(shù)滿足道岔發(fā)展和實現(xiàn)多點牽引道岔轉(zhuǎn)換的同步非常必要。

1 既有多點牽引道岔同步轉(zhuǎn)換的現(xiàn)狀

目前，在實現(xiàn)多點牽引道岔轉(zhuǎn)換同步技術(shù)上，電動轉(zhuǎn)轍機是采用不同的動程和順序啟動，以及多機分路控制技術(shù)，實現(xiàn)錯峰啟動和同步轉(zhuǎn)換，需要改變控制電路或增加控制器材，投資較大；電液轉(zhuǎn)轍機則采用流量調(diào)節(jié)閥，通過調(diào)整道岔轉(zhuǎn)換阻力，實現(xiàn)同步轉(zhuǎn)換。但由于受外界因素和氣候變化的影響，道岔阻力始終處于動態(tài)變化之中，不易達到同步轉(zhuǎn)換的要求，且調(diào)整難度大，僅能實現(xiàn)轉(zhuǎn)換過程宏觀同步。為此，作為電液轉(zhuǎn)轍機的生產(chǎn)研制單位，研究液壓轉(zhuǎn)轍機同步轉(zhuǎn)換技術(shù)，進一步適應大號碼道岔發(fā)展和滿足多點牽引道岔轉(zhuǎn)換同步的要求迫在眉睫。

2 串聯(lián)油路系統(tǒng)實現(xiàn)轉(zhuǎn)換同步的設計原理

為充分發(fā)揮電動液壓轉(zhuǎn)轍機運行穩(wěn)定、機械磨損小、壽命長、維護工作量少、控制簡單、整體工程投資小的特點，利用既有控制電路原理，采用油路系統(tǒng)串聯(lián)技術(shù)，可以實現(xiàn)多點牽引道岔轉(zhuǎn)換的同步。

從理論上分析，只要有足夠的動力，一組道岔采用1臺液壓動力單元，就可滿足多點牽引道岔同步轉(zhuǎn)換的需要。但考慮到在滿足既有成熟控制電路方式不變、動作電流不變的前提下，實現(xiàn)站場信號設備大修、更新和新線建設的無縫銜接，需著重對1臺液壓動力單元驅(qū)動3個牽引點的液壓轉(zhuǎn)換設備的同步設計原理進行分析。

2．1 既有并聯(lián)油路技術(shù)實現(xiàn)同步轉(zhuǎn)換的難點

目前國內(nèi)外既有電液轉(zhuǎn)轍機主要有L700H、美國SPX公司生產(chǎn)的液壓轉(zhuǎn)轍機和我國自主研發(fā)的ZY系列等。L700H轉(zhuǎn)轍機采用一臺主機，通過導桿牽引實現(xiàn)多點道岔轉(zhuǎn)換同步。該方案由于導桿傳動系統(tǒng)的磨損和調(diào)整維護的困難，在國內(nèi)無論是電液轉(zhuǎn)轍機，還是電動轉(zhuǎn)轍機，基本上已經(jīng)逐步淘汰；SPX公司生產(chǎn)的液壓轉(zhuǎn)轍機和我國的ZY系列電液轉(zhuǎn)轍機是采用流量調(diào)節(jié)閥技術(shù)，實現(xiàn)道岔宏觀同步轉(zhuǎn)換。

以ZY （J）7型電動液壓轉(zhuǎn)轍機為例，油路系統(tǒng)圖見圖1。它是采用一套控制電路，驅(qū)動一套油泵電機組，既可實現(xiàn)多個牽引點動作，亦可實現(xiàn)單點道岔的轉(zhuǎn)換。其液壓動力部分是利用溢流閥調(diào)整系統(tǒng)工作壓力，以及各個牽引點的油缸組動程、轉(zhuǎn)換力等，通過活塞桿與缸筒之間的截面積與油路系統(tǒng)的壓力、參數(shù)匹配，以滿足道岔轉(zhuǎn)換的需要。各個牽引點采用油路系統(tǒng)的并聯(lián)方案，理論上可以根據(jù)道岔設計或制造單位提出的轉(zhuǎn)換力要求，設計相應轉(zhuǎn)換力的轉(zhuǎn)換設備。

圖1 ZY （J）7型電動液壓轉(zhuǎn)轍機油路系統(tǒng)圖

而道岔在實際使用中，受制造工藝、使用環(huán)境、日常養(yǎng)護水平的限制，每個牽引點的轉(zhuǎn)換阻力不能保持理論設計阻力不變。當通過流量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)各個牽引點的轉(zhuǎn)換同步后，由于受上述因素影響，很難保持道岔轉(zhuǎn)換始終做到嚴格同步，現(xiàn)場道岔在轉(zhuǎn)換過程中會出現(xiàn)蛇形運動。

2．2 串聯(lián)油路系統(tǒng)實現(xiàn)同步轉(zhuǎn)換

為了達到在不改變現(xiàn)有控制電路模式，不增加工作電流的前提下，滿足道岔轉(zhuǎn)換同步的要求，在分析探討油路原理時，借鑒油路系統(tǒng)與電路工作原理有相似之處，設計了串聯(lián)油路系統(tǒng)電液轉(zhuǎn)轍機。

串聯(lián)油路電液轉(zhuǎn)轍機的油路系統(tǒng)見圖2（以3個牽引點為例），其工作原理為：液壓動力單元采用開式油路，在吸油口設置濾芯，保證進入油泵油液的清潔度；泵出的高壓油打開控制閥，使油路系統(tǒng)的出、入口處于正常工作狀態(tài)；在進出油路上設置溢流閥，用于設定動力單元的系統(tǒng)工作壓力。

動力單元與各個轉(zhuǎn)轍機的油路連接方式為：動力單元的油路輸出口與第1牽引點轉(zhuǎn)轍機的油缸輸入口連接，該油缸的出口與第2牽引點轉(zhuǎn)轍機的油缸入口連接，其出口與第3牽引點轉(zhuǎn)轍機的油缸入口連接，第3牽引點轉(zhuǎn)轍機的油缸出口與動力單元的回油口連接，形成了串聯(lián)油路系統(tǒng)。串聯(lián)油路電液轉(zhuǎn)轍機每個牽引點油缸的容積相等，所以高壓油能驅(qū)動各牽引點轉(zhuǎn)轍機的油缸同時啟動、同步動作、同時到位。根據(jù)每個牽引點轉(zhuǎn)換設備的轉(zhuǎn)換力和動程不同，選擇合理的參數(shù)、壓力匹配，就能從理論上做到各個點的嚴格同步動作，徹底解決電液轉(zhuǎn)轍機在多點牽引道岔中存在蛇形運動，即同步不良的問題。

2．3 串聯(lián)油路系統(tǒng)電液轉(zhuǎn)轍機的參數(shù)設計

考慮到道岔號碼大小不同，為了盡量減少轉(zhuǎn)換設備的品種、規(guī)格，方便現(xiàn)場管理、維護和減少備機備品數(shù)量，設計了2種規(guī)格的不同壓力和排量的動力單元，分別用于單點和2個牽引點的轉(zhuǎn)換設備，及3個牽引點的轉(zhuǎn)換設備。動力單元設有系統(tǒng)溢流閥，既保證有足夠的輸出壓力，又考慮過載保護。這2種規(guī)格的動力液壓單元油路系統(tǒng)工作原理完全一致，僅是排量和壓力有所不同。各牽引點的轉(zhuǎn)轍機除了根據(jù)每個牽引點動程、轉(zhuǎn)換力和功能要求有所不同外，油路工作原理均為一致。這樣的設計理念既便于工廠生產(chǎn)制造，也方便現(xiàn)場使用維護。串聯(lián)油路系統(tǒng)電液轉(zhuǎn)轍機的參數(shù)設計見表1。

圖2 串聯(lián)油路系統(tǒng)電動液壓轉(zhuǎn)轍機 （3個牽引點）油路系統(tǒng)圖

表1 3點牽引電液轉(zhuǎn)轍機的設計參數(shù)表

該串聯(lián)油路系統(tǒng)電液轉(zhuǎn)轍機，油泵、電機的參數(shù)選擇分別為：油泵排量1．4ml／r，電機轉(zhuǎn)速1440r／min相當于24r／s，根據(jù)表1參數(shù)，計算各點的轉(zhuǎn)換時間分別為：

第1牽引點：t1＝油缸容積／（排量×轉(zhuǎn)速）＝286．96／ （1．4×24）＝8．54s

第2 牽引點：t2＝278．83／ （1．4×24）＝8．30s

第3 牽引點：t3＝ 286．23／ （1．4×24）＝8．52s

由此可知，3個牽引點之間油缸到位的轉(zhuǎn)換時間之差，最大為第1牽引點和第2牽引點之差：

t1－t2＝8．54－8．30＝0．24 s

換算為動程之差為：

轉(zhuǎn)換時間之差× （轉(zhuǎn)數(shù)／秒）× （排量／轉(zhuǎn)）／截面積＝0．24×24×1．4／12．56＝8．064／12．56＝6．42mm。

從以上分析可知，采用串聯(lián)油路系統(tǒng)電液轉(zhuǎn)轍機，牽引3點道岔的轉(zhuǎn)換時間之差最大為0．24s，動程之差為6．42mm，滿足多點牽引道岔轉(zhuǎn)換同步要求。如果對表1中的參數(shù)進行精細設計，理論上可以達到嚴格同步。

3 采用油路串聯(lián)技術(shù)的特點和優(yōu)勢

1．各牽引點液壓油缸組采用等容積設計，通過拉力、動程、參數(shù)的匹配，可以滿足不同規(guī)格、型號道岔同步轉(zhuǎn)換的要求。

2．采用開式油路系統(tǒng)，在油泵的入口和系統(tǒng)的回油通道設計了濾芯，有利于達到系統(tǒng)凈化要求。同時油液是從油箱吸油又回到油箱系統(tǒng)中，能得到交替更換，保持油路系統(tǒng)的清潔。

3．設計有帶彈簧自復位功能的液壓控制閥，在動作時保持油路正常開放，動作結(jié)束后控制閥自動關閉并切斷進出油路，防止油缸反彈。

4．每個牽引點轉(zhuǎn)轍機油路上并聯(lián)有啟動油缸，在鎖閉狀態(tài)下，達到改善電機啟動性能和平衡轉(zhuǎn)轍機油缸兩側(cè)壓力波動的作用。

5．動力單元中設計了手動泵，方便現(xiàn)場安裝調(diào)試，滿足電路故障或油泵失效時，快速手動操作道岔的要求。對多點牽引道岔 （3點）僅需一人操作，而不會發(fā)生轉(zhuǎn)換過程的不同步現(xiàn)象。

6．每個牽引點的轉(zhuǎn)轍機內(nèi)設計有機械手扳裝置，便于各點的施工、安裝調(diào)整，同時在油路故障時能快速轉(zhuǎn)換道岔，壓縮故障延時。

7．每臺轉(zhuǎn)轍機內(nèi)油缸兩側(cè)分別設計有帶壓力標識、限定工作壓力上限的溢流閥，實現(xiàn)每個牽引點轉(zhuǎn)轍機的定、反位拉力分別調(diào)整，簡單、方便、直觀，能更好適應現(xiàn)場需要。

8．動作桿、表示桿采用圓形截面設計，各外部連接處增加密封圈、密封墊，提高整機的防塵、防水性能。

9．油路系統(tǒng)設計有油位傳感器、壓力傳感器、電流傳感器、缺口監(jiān)測裝置等，既可自成體系，也可與相關監(jiān)測設備接口，滿足轉(zhuǎn)轍機智能監(jiān)測工廠化生產(chǎn)要求，為現(xiàn)場逐步實現(xiàn)狀態(tài)維護提供參考。

4 串聯(lián)油路系統(tǒng)電液轉(zhuǎn)轍機的試驗效果

應用串聯(lián)油路系統(tǒng)研制的ZYJ9型電液轉(zhuǎn)轍機，在廠內(nèi)進行了試驗，在每個牽引點牽引額定轉(zhuǎn)換力范圍內(nèi)，對于不同的負載，均能達到同步轉(zhuǎn)換要求，3個點的轉(zhuǎn)換到位時間誤差實測均小于0．3s。在道岔廠配合60kg／m 42號道岔進行試驗同步效果良好。通過在石太客專陽泉北站客專60kg／m 18號道岔和京哈線虎石臺站提速60kg／m 18號道岔5年來的實際運用，道岔轉(zhuǎn)換過程動作平穩(wěn)、同步到位，有效解決了道岔轉(zhuǎn)換過程中的扭曲和蛇形運動現(xiàn)象。

5 結(jié)束語

采用串聯(lián)油路系統(tǒng)的電液轉(zhuǎn)換設備，可以在不改變原有控制電路的條件下，實現(xiàn)各種道岔轉(zhuǎn)換同步的要求。尤其每個牽引點的轉(zhuǎn)換力可分別調(diào)整，能更好適應道岔的要求。該系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠、借鑒了成熟的液壓轉(zhuǎn)轍機技術(shù)，有利于設計、施工和維護，與現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝、施工維護模式、檢測試驗設施，具有較強的通用性，便于生產(chǎn)制造和現(xiàn)場的推廣使用。

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