第02章 城市轨道交通基础信号设备

第2章城市轨道交通基础信号设备 城市轨道交通基础信号设备包括信号机 转辙机 轨道电路 计轴器 应答器等 它们是城市轨道交通信号系统的重要基础设备 它们的运用质量和可靠性 是信号系统正常运行和充分发挥效能的保证 城市轨道交通信号基础设备沿袭铁路信号基础设备 但是有的基础设备 例如信号机的设置和显示 轨道电路的制式等 又不同于铁路 知识点1 城市轨道交通信号的种类 2 转辙机的作用和要求 3 轨道电路的作用 4 计轴器的作用 5 查询应答器的功能 技能目标1 掌握城市轨道交通信号的使用和显示含义 2 了解转辙机的作用及组成 3 掌握S型连接式音频轨道电路的工作原理 4 掌握计轴器的工作原理 5 掌握查询应答器的工作原理 2 1各种信号及显示设备 2 1 1固定信号及显示设备固定信号是将信号机固定在一个位置上 用颜色的变化显示信号指示列车运行 高柱信号机安装在钢筋混凝土信号机柱上 主要用于显示距离远 观察位置明显的地方 如车辆段的进段 出段 矮柱信号机安装在信号机水泥地基上 一般使用在信号显示距离近及隧道等安装空间有限的地方 固定信号机设置原则 城市轨道交通采用右行车制 地面信号机设于列车运行方向的右侧 地下部分一般装在隧道壁上 特殊情况下 可设于列车运行方向的左侧或其他位置 我国对城市轨道交通信号显示未作统一规定 一般固定信号机显示的基本颜色为红 黄 绿三种 再辅以蓝色 月白色构成信号的基本显示系统 因为人眼对红光最敏感 更能引起人的注意 所以以红色灯光作为停车信号 红色信号表示危险 列车须在红色灯光信号机前停车 2 1 2车载信号及显示设备 2 1 3轨旁指示标志和手信号手信号多在信号设备故障或者是特殊的运营时段等情况下使用 手信号员必须手持信号旗或手提信号灯发出手信号 手信号不得固定在地面或其他地方 驾驶员看到任何错误展示的手信号 看不见或看不清楚控制行车的手信号时必须停车 手信号员撤销停车信号后 并可让列车安全行进时 必须展示前进或减速手信号 2 1 4信号显示制式信号显示定位 信号机经常显示的状态为信号机定位 其定位的选择一般考虑行车安全 行车效率等 除进出站信号机和通过信号机以绿色为定位 其他信号机器以禁止信号为定位 信号机关闭时机 调车信号机在调车车列全部通过该信号机后自动关闭 其他信号机都在列车第一轮对越过该信号机后自动关闭 停车信号 固定信号机点亮红色信号或固定信号机灭灯 显示不明或不正确 均视为停车信号 车载信号显示屏的目标速度显示为0状态 既是停车信号 手信号员使用红色手信号来展示停车信号 任何人高举双手或任何物仵用力摇动都是停车信号 2 2道岔控制设备 动力转辙机 2 2 1动力转辙机的作用和要求1 转辙机的作用 转换道岔的位置 根据需要转换至定位或反位 道岔转至所需位置而且密贴后 实现锁闭 防止外力转换道岔 正确地反映道岔的实际位置 道岔的尖轨密贴于基本轨后 给出相应的表示 道岔被挤或因故处于 四开 两侧尖轨均不密贴 位置时 及时给出报警及表示 2 对转辙机的基本要求 作为转换装置 应具有足够大的拉力 以带动尖轨作直线往返运动 当尖轨受阻不能运动到底时 应随时通过操纵使尖轨回复原位 作为锁闭装置 当尖轨和基本轨不密贴时 不应进行锁闭 一旦锁闭 应保证不致因车通过道岔时的震动而错误解锁 作为监督装置 应能正确地反映道岔的状态 道岔被挤后 在未修复前不应再使道岔转换 2 2 2电动转辙机的基本组成 1 电动机电动机为电动转辙机提供动力 采用直流串激电动机 当电枢绕组和励磁绕组通过电流时 励磁绕组在所产生的磁场中将受到力的作用 产生转矩 驱动电枢旋转 2 减速器转辙机用的电动机 其功率选定后总是不变的 其转速一般在2000r min以上 3 转换器 锁闭器主要由锁闭齿轮 齿条块和动作杆组成 4 自动开闭器由静接点 动接点 速动片 速动爪 检查柱组成 是自动开闭电动机电路和自动开闭道岔表示电路的接点系统 用来表示道岔尖轨所在位置 5 摩擦连接器构成输出轴与主轴之间的摩擦连接 消除电动机的转动惯性 防止尖轨受阻时损坏机件 6 挤岔装置由移位接触器 挤切销等组成 移位接触器用来监督挤切销的受损状态 在道岔被挤或挤切销折断时 断开道岔表示电路 7 表示装置表示杆由前 后表示杆吸两个检查块组成 表示杆随尖轨移动 只有当尖轨密贴且锁闭后 自动开闭器的检查柱才能落人表示杆缺口 接通道岔锁闭表示电路 挤岔时 表示杆被推动 顶起检查柱 从而断开道岔表示电路 以示挤岔 2 3轨道电路 轨道电路是由钢轨线路和钢轨绝缘构成的电路 轨道电路的作用是监督列车的占用状态 反映线路的空闲状况 为开放信号 建立进路或构成闭塞提供依据 传递行车信息 ATP信息 决定通过信号机的显示或决定列车运行的目标速度 从而控制列车运行 轨道电路是信号的重要基础设备之一 它的性能直接影响行车安全和运输效率 2 3 1轨道电路的基本构成及原理轨道电路是以铁路线路轨道作为导体 两端加以机械绝缘 或电气绝缘 接上送电和受电端设备构成的电路 轨道电路的送电设备设在送电端 由轨道电源E和限流电阻Rx组成 接收设备设在受电端 一般采用继电器 称为轨道继电器 如图2 7 由它来接收轨道电路的信号电流 当轨道继电器中有电流时 轨道继电器吸起 继电器前接点和中接点闭合 当轨道继电器没有电流时 轨道继电器落下 后接点和中接点闭合 当轨道电路内钢轨完整 没有列车占用轨道时 轨道继电器吸起 表示轨道电路空闲 这时轨道电路处于调整状态 如图2 8所示 当轨道电路被列车占用时 轨道电路被轮对分路 轮对电阻远小于轨道继电器线圈的电阻 流经轨道继电器的电流太大减小 轨道继电器落下 表示轨道电路被占用 这时轨道电路处于分路状态 如图2 9所示 当轨道电路的钢轨被折断 轨道电路受电端轨道继电器中无电流通过 轨道继电器落下 反映钢轨断轨 如图2 10所示 2 3 2道岔区段轨道电路按轨道电路内有无道岔分类 轨道电路可分为无岔区段轨道电路和道岔区段轨道电路 无岔区段轨道电路内钢轨线路无分支 构成较简单 在车辆段的道岔区段 钢轨线路有分支 道岔区段的轨道电路也称为分支轨道电路或分歧轨道电路 道岔区段轨道电路主要有串联式和并联式两种连接方式 2 3 3有绝缘轨道电路的极性交叉按轨道电路分割方式分类 轨道电路可分为有绝缘轨道电路和无绝缘轨道电路 有绝缘轨道电路用钢轨绝缘将本轨道电路与相邻的轨道电路互相电气隔离 无绝缘轨道电路在其分界处不设钢轨绝缘 而采用电气隔离的方法予以隔离 对于有钢轨绝缘的轨道电路 为了实现对钢轨绝缘破损的防护 要使绝缘节两侧的轨面电压具有不同的极性或相反的相位 这就是轨道电路的极性交叉 粗线表示接电源正极 细线表示接电源负极 2 3 4音频轨道电路轨道电路按所传送的电流特性分类 可分为工频和音频两种轨道电路 工频轨道电路中传送连续的是工频交流电流 轨道电路的唯一功能是监督轨道的占用与否 不能传送更多信息 音频轨道电路除监督轨道的占用情况外 还可以传输较多信息 城市轨道交通的轨道电路不仅用来检测列车的占用 更重要的是传输列车的行车信息 所以城市轨道交通正线区段多采用音频轨道电路 1 音频轨道电路的基本构成及原理谐振式电气隔离音频轨道电路 是在轨道电路分界处 采用电容和钢轨构成的电感组成谐振回路 相邻轨道电路采用不同频率的信号电流 使谐振回路对不同频率信号呈现不同阻抗 实现轨道电路的无绝缘电气隔离 2 音频无绝缘轨道电路的分类1 按信息处理技术分类可分为模拟轨道电路和数字编码轨道电路 模拟式音频轨道电路用代表不同速度信息的低频对载频进行调制 该调制信号是模拟量 以实现对列车速度的控制 它只能传输速度信息 不能传输更多的ATP信息 因此只能实现阶梯式控制模式的固定闭塞 数字编码式音频轨道电路则用报文形式 通过数字编码对载频进行数字调频 该调制信号是数字量 以实现列车控制用各种信息的传输 包括目标速度 目标距离 线路坡度 区间限制 轨道电路长度等信息 通过这种轨道电路可实现目标曲线式控制模式的准移动闭塞 2 按调制方式分类可分为调幅轨道电路和调频轨道电路 调幅式音频轨道电路采用调幅的方式将低频信号调制在载频上予以传送 调频轨道电路是采用调频和数字调频的方式将低频信号或报文加载在载频上 多数音频轨道电路均采用此种方式 3 按功能分类可分为检测列车占用与传输ATP信息分开和检测列车占用与传输ATP信息合一两种方式 检测列车占用与传送ATP信息分开的方式是检测列车占用采用一种方式 而传送ATP信息采用另一种方式 检测列车占用与传送ATP信息合一的方式是检测列车占用和传送ATP信息由同一种方式实现 3 音频轨道电路电气绝缘节的类型音频轨道电路一般由电气绝缘节分隔 电气绝缘节由钢轨间的导线棒 Bond 和调谐单元组成 导线棒主要有 S棒 短路棒 终端棒 调整型短路棒等种类 S棒主要在正线区间采用 相邻的轨道电路通过S棒隔离 如图2 17 a 所示 它是镜像对称的 以S棒的中心线作为轨道区段的物理划分 S棒长7 8m左右 模糊区段长度小于或等于3 9m 指车压在S棒的1 4至3 4范围内 两边的区段都显示 轨道占用 S棒还起平衡两个走行轨牵引电流的作用 2 4计轴器 计轴器是用于完成计算车辆进出区段的轮轴数 监督列车占用轨道区段的一种技术设备 它不受轨道线路 道床状况的影响 对采用CBTC 基于无线通信的列车运行控制系统 的城市轨道线路 当无线传输设备发生故障时 可用计轴器设备检查列车位置 构成 降级 信号 2 4 1计轴器的基本组成计轴器由室内设备和室外设备两部分组成 室外设备有轮轴传感器和电子连接箱 包括发送器及接收器的电子单元EAK 室内设备有计数比较器 运算器 和继电器等 或采用微型计算机构成的计轴核算器 ACE 装置 轮轴传感器是计轴器的基础设备 其作用是将机车 车辆通过的车轴数转换成电脉冲信号 一般采用电磁式 电磁式传感器由K 和K2两组磁头组成 每组磁头又由1个发送线圈 TX 和一个接收线圈 RX 组成 分别装在钢轨的两侧 在无车轮经过传感器磁头时 发送线圈 TX 接收EAK发送器馈送的高频电流 使其周围产生交变磁场 并通过电磁感应作用 在接收线圈 RX 中感应出一定的交流电压 2 4 2计轴器的基本工作原理在区间始端和末端各有一传感器 当车轮进入始端轨道传感器作用区时 传感器发出电脉冲信号给计数器 开始计轴进行加轴运算 当车轮进入末端轨道传感器作用区时 传感器同样发出电脉冲给计数器 进行减轴运算 计数器显示如为0 表明此时区间无车占用 如不为0 则表明此时区间有车占用 2 5查询应答器 2 5 1查询应答器的功能查询应答器是一种采用电磁感应原理构成的高速点式数据采集 传输设备 并已成为实现现代轨道交通地面与列车间相互通信的重要设备 查询应答器技术在铁路上的应用比较广泛 例如进行车辆的测速和定位时 在地面固定地点道床上设置应答器 列车上安装查询器 列车经过应答器时通过向地面无源应答器发射能源 通过短程无线电波 使查询器立即从应答器反馈获得列车自身精确定位数值 如在轨道道床上按给定距离敷设多个应答器 则列车从它们可以连续定点地获得定位信息 从获得两个定位信息的间隙时间长短经过处理后 则可以进一步判断求得列车实际运行的速度 2 5 2查询应答器的分类根据应答器所传输报文是否可变 应答器可分为固定信息应答器 也称为无源应答器 和可变信息应答器 也称为有源应答器 两大类 2 5 3查询应答器的工作原理1 无源查询应答器工作原理无源查询应答器的电路构成如下图所示 车载查询器由能量发送线路 信息接收线路和车载信息接收处理器三部分组成 地面应答器则由能源接收器 应答器控制模块 数据存储器和谐振发射线路构成 地面应答器平时无能源 要靠车载查询器来传递给它足够能源 车载查询器与地面应答器两者之间通过短距离无线电波实现信息传递功能 2 有源查询应答器工作原理有源查询应答器的工