色灯信号机介绍

1、铁路信号概述色灯信号机信号光源LED色灯信号机信号机的设置信号显示第二章第二章 信号机和信号表示器信号机和信号表示器12021/3/14第二节第二节 色灯信号机色灯信号机 色灯信号机色灯信号机以其灯光的颜色、数目和亮灯状态以其灯光的颜色、数目和亮灯状态来来表示表示信号。现多采用信号。现多采用透镜式色灯信号机透镜式色灯信号机, ,因因其结构其结构简单简单, ,安全方便安全方便, ,控制电路控制电路所需电缆芯线所需电缆芯线少少, ,所以所以得到广泛采用。得到广泛采用。组合式色灯信号机则是为提高在曲线上的显示距离而研组合式色灯信号机则是为提高在曲线上的显示距离而研制的新型信号机。制的新型信号机。 2

2、2021/3/14一、一、 透镜是色灯信号机透镜是色灯信号机 透镜式色灯信号机透镜式色灯信号机有高柱和矮型两有高柱和矮型两类型类型, ,高柱信号机高柱信号机的机构安装在钢筋混凝土信号机柱的机构安装在钢筋混凝土信号机柱上上, ,矮型信号机矮型信号机的机的机构安装在信号机水泥基础上。构安装在信号机水泥基础上。 高高柱柱透镜式色灯信号机由透镜式色灯信号机由机柱、机构、托架、梯子等机柱、机构、托架、梯子等部分组成。机柱用于安装机构和梯子。机构的每个灯位部分组成。机柱用于安装机构和梯子。机构的每个灯位配备有相应的透镜组和单独点亮的配备有相应的透镜组和单独点亮的灯泡灯泡, ,给给出信号显示。出信号显示。托

3、架用来将机构固定在机柱托架用来将机构固定在机柱上上, ,每每一机构需上、下托架一机构需上、下托架各一个。梯子用于给信号维修人员攀登及作业。各一个。梯子用于给信号维修人员攀登及作业。32021/3/14 矮型透镜式色灯信号机用矮型透镜式色灯信号机用螺栓固定在信号机基础螺栓固定在信号机基础上上, ,没有没有托架更不需要梯子。托架更不需要梯子。 42021/3/1452021/3/1462021/3/14 高高柱和矮型透镜式色灯信号机又各有单机构和双机构柱和矮型透镜式色灯信号机又各有单机构和双机构之分。单机构只有一个之分。单机构只有一个机构机构, ,可构成可构成二显示、三显示和二显示、三显示和单显示

4、单显示信号机。信号机。双机构色灯信号机可构成四显示、五双机构色灯信号机可构成四显示、五显显示。示。各种信号机根据需要还可以分别带引导信号机构、各种信号机根据需要还可以分别带引导信号机构、容许信号机构或进路表示器。容许信号机构或进路表示器。72021/3/142 2 透镜式色灯信号机透镜式色灯信号机的的机构机构 透镜式色灯信号机透镜式色灯信号机的每个灯位由灯泡、灯座、透镜组、的每个灯位由灯泡、灯座、透镜组、遮檐和背板等遮檐和背板等组成。如图所组成。如图所示示。 灯泡灯泡是色灯信号机的是色灯信号机的光源光源, ,采用采用直丝双丝铁路信号灯直丝双丝铁路信号灯泡泡。灯座。灯座用来安放用来安放灯泡灯泡,

5、 ,采用采用定焦盘式定焦盘式灯座灯座, ,在在调整好透调整好透镜组焦点后固定镜组焦点后固定灯座灯座, ,更换更换灯泡时无需再调整。灯泡时无需再调整。 82021/3/14 透镜透镜组装在镜架框组装在镜架框上上, ,由由两块带棱的凸透镜两块带棱的凸透镜组成组成, ,里里面面是有色带棱外凸是有色带棱外凸透镜透镜, ,可可有红、黄、绿、蓝、月白、有红、黄、绿、蓝、月白、无色六种颜色无色六种颜色) ), ,外面外面是无色带棱内凸透镜。之所以采用是无色带棱内凸透镜。之所以采用两块透镜组成光学两块透镜组成光学系统系统, ,是是利用光的折射和反射原理利用光的折射和反射原理 将将光源发出的光线集中射向所需要的

6、光源发出的光线集中射向所需要的方向方向, ,即即增强该方增强该方向的光强。向的光强。这样就这样就能满足信号显示距离远而且具有很好能满足信号显示距离远而且具有很好的方向性的要求。信号机构的颜色取决于有色的方向性的要求。信号机构的颜色取决于有色透镜透镜, ,可可根据需要选用。根据需要选用。 92021/3/14102021/3/14 遮遮檐用来防止阳光等光线直射时产生错误的幻影显檐用来防止阳光等光线直射时产生错误的幻影显示示。 背板背板是黑色是黑色的的, ,构成构成较暗的较暗的背景背景, ,可可衬托信号灯光的衬托信号灯光的亮度亮度, ,改善改善瞭望条件。只有高柱信号机才有背板。一般瞭望条件。只有高

7、柱信号机才有背板。一般信号机采用圆形背板。各种复示信号机、遮断信号机及信号机采用圆形背板。各种复示信号机、遮断信号机及其预告信号机、容许信号则采用方形其预告信号机、容许信号则采用方形背板背板, ,以示以示区别。区别。112021/3/14122021/3/14132021/3/143 3 透镜式色灯信号机透镜式色灯信号机构构分类分类 透镜式色灯信号机透镜式色灯信号机构分为高柱、矮型两大类。高柱、构分为高柱、矮型两大类。高柱、矮型信号机构按结构又分为二显示、三显示两种。二显矮型信号机构按结构又分为二显示、三显示两种。二显示机构有两个灯室。三显示机构有三个灯室。每个灯室示机构有两个灯室。三显示机构

8、有三个灯室。每个灯室内有一组透镜、一副灯座、一个灯泡和遮檐。灯座间用内有一组透镜、一副灯座、一个灯泡和遮檐。灯座间用隔板分开以防止相互串光保证信号显示的正确。背隔板分开以防止相互串光保证信号显示的正确。背板是一个机构共用的。各种信号机可根据信号显示的需板是一个机构共用的。各种信号机可根据信号显示的需要选用要选用机构机构, ,再再按灯光配列对信号灯位颜色的规定安装按灯光配列对信号灯位颜色的规定安装各灯位的有色内透镜。另有单显示的复示信号机构、灯各灯位的有色内透镜。另有单显示的复示信号机构、灯列式进站复示信号机构、遮断信号及其预告信号机构以列式进站复示信号机构、遮断信号及其预告信号机构以及引导信号

9、机构和容许信号机构。及引导信号机构和容许信号机构。 142021/3/14 透镜式色灯信号机透镜式色灯信号机构的型号含义构的型号含义如下如下: :152021/3/144 4 透镜式色灯信号机的光系统透镜式色灯信号机的光系统1 1）透镜成像的原理）透镜成像的原理 透镜式色灯信号机所使用的是凸透镜透镜式色灯信号机所使用的是凸透镜, ,其中心厚其中心厚, ,边缘边缘薄。根据透镜成像原理薄。根据透镜成像原理, ,物体在凸透镜前不同的位置物体在凸透镜前不同的位置, ,通通过透镜的折射作用过透镜的折射作用, ,在透镜的另一侧会得到物体的像。在透镜的另一侧会得到物体的像。 如果光源在焦点如果光源在焦点,

10、,根据光的可逆性原理根据光的可逆性原理, ,镜头经折射后镜头经折射后, ,就会成为平行光就会成为平行光, ,即成像成无穷远处即成像成无穷远处, ,光源在焦点上凸透光源在焦点上凸透镜的成像如图镜的成像如图2-52-5所示。所示。162021/3/142 2）球面像差）球面像差 透镜的球面像差如图透镜的球面像差如图2-62-6所示所示, ,阳光射到凸透镜上时阳光射到凸透镜上时, ,经经透镜折射会聚于焦点。但是严格地说透镜折射会聚于焦点。但是严格地说, ,由于入射光进入由于入射光进入透镜球面的入射角不同透镜球面的入射角不同, ,距光轴远一些的入射角较大。距光轴远一些的入射角较大。如如ABAB; ;距

11、光轴近些的入射角较小距光轴近些的入射角较小, ,如如CDCD。它们折射后的。它们折射后的光线并不都聚于一点。实际情况是光线并不都聚于一点。实际情况是, ,距光轴远些的入射距光轴远些的入射光在距离透镜较近的地方与光在距离透镜较近的地方与光轴光轴相交（如图中相交（如图中F1F1称为远称为远轴焦点）轴焦点）, ,距光轴远近的入射光在距离透镜较远的地方距光轴远近的入射光在距离透镜较远的地方与光轴相交（如图中与光轴相交（如图中F2F2称为近轴焦点称为近轴焦点）。）。172021/3/14182021/3/143 3）球面像差与信号显示）球面像差与信号显示 光源在不同的位置透镜的聚光情况如图光源在不同的位

12、置透镜的聚光情况如图2-72-7所示所示, ,可以可以分析球面像差对信号显示的影响。分析球面像差对信号显示的影响。 （a a）所所示示, ,当光源当光源S S在远轴焦点上在远轴焦点上, ,根据光的可逆性原根据光的可逆性原理理, ,从透镜边缘射出的、离光轴较远的光是平行的。但从透镜边缘射出的、离光轴较远的光是平行的。但对于近轴焦点来说对于近轴焦点来说, ,S S在近轴焦距内在近轴焦距内, ,所以从透镜中心射出所以从透镜中心射出的、接近光轴的、接近光轴 的光是发散的。如果将这样的光束投到的光是发散的。如果将这样的光束投到白幕上白幕上, ,看起来中心暗看起来中心暗, ,外围亮。这样的光束外围亮。这样

13、的光束, ,由于它的最由于它的最强处不在光轴上强处不在光轴上, ,不符合信号显示的要求。不符合信号显示的要求。192021/3/14（b b）所所示示, ,当光源当光源S S在在近近轴焦点上轴焦点上, ,根据光的可逆性原理根据光的可逆性原理, ,从透镜中心射出的光是平行的。但对于远轴焦点来说从透镜中心射出的光是平行的。但对于远轴焦点来说, ,S S在远轴焦距外在远轴焦距外, ,所以从透镜边缘射出的、离光轴所以从透镜边缘射出的、离光轴 较远的较远的光是汇聚的。如果将这样的光束投到白幕上光是汇聚的。如果将这样的光束投到白幕上, ,看起来中看起来中心很亮心很亮, ,但亮圈范围小。这样的光束不符合信号

14、显示的但亮圈范围小。这样的光束不符合信号显示的要求。要求。202021/3/14（c c）所所示示, ,当光源当光源S S在远、近轴焦点之间在远、近轴焦点之间, ,一方面一方面, ,对于远对于远轴焦点轴焦点, ,S S在远轴焦距以外在远轴焦距以外, ,所以从透镜边缘射出的光是汇所以从透镜边缘射出的光是汇聚的聚的; ;另一方面另一方面, ,对于近轴焦点来说对于近轴焦点来说, ,S S在近轴焦距内在近轴焦距内, ,所以所以从透镜中心射出的光是发散的。如果将这样的光束投到从透镜中心射出的光是发散的。如果将这样的光束投到白幕上白幕上, ,看起来中心亮而大看起来中心亮而大, ,而且从中心到边缘而且从中心

15、到边缘, ,明暗的变明暗的变化比较均匀化比较均匀, ,即显示广而远。这样的光束符合信号显示即显示广而远。这样的光束符合信号显示的要求。的要求。212021/3/14 实际上实际上, ,信号信号光源并非点光源光源并非点光源, ,有一定的体积。如果光有一定的体积。如果光源的发光中心正处于（源的发光中心正处于（C C）所示位置）所示位置, ,则上述三种情况都则上述三种情况都有可能出现。它不能使平行光汇聚成一点有可能出现。它不能使平行光汇聚成一点, ,而是汇聚成而是汇聚成一个焦散圆。一个焦散圆。222021/3/14232021/3/14（4 4）透镜是色灯信号机的光学系统）透镜是色灯信号机的光学系统

16、 光学系统的增强率光学系统的增强率 如果直接采用向周围空间以相同光强发射光线如果直接采用向周围空间以相同光强发射光线, ,那样那样光不集中光不集中, ,大部分光线被散射掉大部分光线被散射掉, ,还会造成其他方向误认还会造成其他方向误认信号信号, ,不适用于铁路信号。因为铁路信号显示要求远且不适用于铁路信号。因为铁路信号显示要求远且具有方向性具有方向性, ,还要显示角度较小。为此还要显示角度较小。为此, ,必须选用适当的必须选用适当的光学系统光学系统, ,利用光的折射和光的反射原理利用光的折射和光的反射原理, ,将光源发出的将光源发出的光线集中射向所需要的方向光线集中射向所需要的方向, ,以增强

17、所需要方向上的光以增强所需要方向上的光强。强。242021/3/14 光线增强的倍数叫做增强率光线增强的倍数叫做增强率Kz,Kz,是指射出的信号光束是指射出的信号光束以平均球面光强以平均球面光强I2I2与光源射入平均球面光强与光源射入平均球面光强I1I1之比。之比。 采用采用光学光学系统的目的系统的目的, ,就是要把光源散射的光集中到就是要把光源散射的光集中到所需要方向上去所需要方向上去, ,使增强率大于使增强率大于1 1, ,提高光的利用率。提高光的利用率。 如果没有光学系统如果没有光学系统, ,信号灯泡的光向四面八方辐射信号灯泡的光向四面八方辐射, ,只只能将很小角度的张角的光束射向所需要

18、的方向能将很小角度的张角的光束射向所需要的方向, ,大部分大部分光不能被利用光不能被利用, ,显示范围大、距离近、效果差。显示范围大、距离近、效果差。252021/3/14 透镜成的光学系统透镜成的光学系统 如果如果在信号灯在信号灯上加装一透镜上加装一透镜, ,所组成的光学系统如图所组成的光学系统如图2- 2-8 8所示。张角所示。张角 内的光经过透镜折射后可集中到所需要的内的光经过透镜折射后可集中到所需要的方向上去方向上去, ,次长角比不加透镜时的张角次长角比不加透镜时的张角 大的多。光的利大的多。光的利用率高的多。射出的信号光束比较集中用率高的多。射出的信号光束比较集中, ,显示距离较远显

19、示距离较远, ,但显示效果不能很好符合要求。但显示效果不能很好符合要求。 用用两两块透镜组成的光学系统的增强率比单透镜系统大。块透镜组成的光学系统的增强率比单透镜系统大。所以色灯信号机一般采用透镜组所以色灯信号机一般采用透镜组, ,透镜式色灯信号机的透镜式色灯信号机的光学系统如图光学系统如图2-92-9所示。所示。262021/3/14 图中图中,w1,w1称为光学系统的含角称为光学系统的含角, ,w2w2称为散角。称为散角。 要提高光学系统的增强率要提高光学系统的增强率, ,必须加大光学系统的含角必须加大光学系统的含角和减小它的散角和减小它的散角, ,以及增大透过系数。以及增大透过系数。 从

20、从另一另一个方面考虑个方面考虑, ,要得到较大的增强率要得到较大的增强率, ,必须加大透必须加大透镜的孔径镜的孔径, ,缩小光源的直径缩小光源的直径, ,增大透过系数。当然增大透过系数。当然, ,孔径不孔径不宜太大宜太大, ,否则过于笨重且不经济。否则过于笨重且不经济。272021/3/14 内梯透镜和外梯透镜内梯透镜和外梯透镜 透镜式色灯信号机的信号透镜主要有透镜式色灯信号机的信号透镜主要有3 3类类:139:139外梯有外梯有色透镜（红、黄、绿、蓝、月白、无色六种）、色透镜（红、黄、绿、蓝、月白、无色六种）、163163和和212212内梯无色透镜内梯无色透镜, ,透镜式色灯信号机用玻璃如

21、图透镜式色灯信号机用玻璃如图2-10.2-10.282021/3/14其中其中,139,139和和212212组合组合, ,用于高柱信号机。用于高柱信号机。139139和和163163组合组合, ,用用于矮型信号机。于矮型信号机。139139外梯有色透镜是通用的外梯有色透镜是通用的, ,以减少品种。以减少品种。高柱和矮型透镜式色灯信号机的光学系统分别如图高柱和矮型透镜式色灯信号机的光学系统分别如图2-112-11和和2-122-12292021/3/14 信号光学系统之所以采用梯形透镜信号光学系统之所以采用梯形透镜, ,是因为带棱透镜是因为带棱透镜比不带棱的整块凸透镜比不带棱的整块凸透镜, ,

22、重量轻重量轻, ,而且球面相差小。而且球面相差小。 139 139外梯有色棱镜有外梯有色棱镜有7 7个棱个棱, ,163163内梯无色透镜只有内梯无色透镜只有5 5个棱个棱, ,这样这样139139的第的第6,76,7两个棱在矮型色灯信号机的光学系统里两个棱在矮型色灯信号机的光学系统里就没有多大作用就没有多大作用, ,其余其余5 5个棱与个棱与163163的的5 5个棱一一对应。个棱一一对应。302021/3/14优点优点: :结构简单结构简单, ,维修容易维修容易, ,昼夜显示一致昼夜显示一致, ,使用方便使用方便, ,因而因而广泛使用。广泛使用。缺点缺点: :光源照向阶梯的侧面光被损失掉光

23、源照向阶梯的侧面光被损失掉, ,形成暗圈形成暗圈, ,光通量光通量未得到充分利用。更重要的是未得到充分利用。更重要的是, ,在阳光等的直接照射下在阳光等的直接照射下会形成不该亮的等位也呈现出色光的幻觉会形成不该亮的等位也呈现出色光的幻觉, ,干扰对信号干扰对信号显示的辨认显示的辨认, ,为此不得不降背板涂成黑色为此不得不降背板涂成黑色, ,以减小背板的以减小背板的反射反射, ,且每一个凸透镜组都带遮檐。且每一个凸透镜组都带遮檐。312021/3/14二、二、 组合式组合式色灯信号机色灯信号机 透镜式色灯信号机透镜式色灯信号机构的光系统射出的平行构的光系统射出的平行光线光线, ,两两侧侧分别只有

24、的分别只有的2 2散角散角, ,覆盖面很窄覆盖面很窄, ,在曲线线段上只能在在曲线线段上只能在局部范围内能看到局部范围内能看到, ,即使加了偏光镜也很难在整个曲线即使加了偏光镜也很难在整个曲线范围内得到连续显示。为保证曲线区段信号显示的连范围内得到连续显示。为保证曲线区段信号显示的连续续, ,2020世纪世纪8080年代从德国引进年代从德国引进V136V136型信号机构型信号机构, ,并据此研并据此研制了适合我国铁路需要的新型组合式信号机构制了适合我国铁路需要的新型组合式信号机构, ,作为透作为透镜式信号机构的换代产品。镜式信号机构的换代产品。322021/3/14 组合式组合式色灯信号机适用

25、于瞭望困难的色灯信号机适用于瞭望困难的线路线路, ,适用于适用于曲线半径曲线半径300-20 300-20 000 m000 m的各种曲线和直线轨道的各种曲线和直线轨道上上, ,在在距信距信号机号机5-1 5-1 000 m000 m距离内得到连续信号显示。该信号机光系距离内得到连续信号显示。该信号机光系统设计统设计合理合理, ,光能利用率高光能利用率高, ,显示距离远显示距离远, ,主主光源显示距离光源显示距离可达可达1 1 000m000m, ,如如不加偏散镜可不加偏散镜可达达1 1500m500m。曲线折射性能。曲线折射性能强强, ,偏偏散角度散角度大大, ,可见光可见光分布分布均匀均匀

26、, ,能见度高能见度高, ,有利于有利于司机瞭望。司机瞭望。 组合式信号机每个机构只有一个灯室使用时根据信号组合式信号机每个机构只有一个灯室使用时根据信号显示要求分别组装成二显示、三显示及单显示机构故显示要求分别组装成二显示、三显示及单显示机构故称为组合式。灯室间无串光的可能。称为组合式。灯室间无串光的可能。332021/3/14342021/3/14 1 1 组合式色灯信号机的结构组合式色灯信号机的结构 组合式信号机构组合式信号机构由光系统、机构壳体、遮檐、瞄准由光系统、机构壳体、遮檐、瞄准镜插孔五部分镜插孔五部分组成组成, ,如图所如图所示。示。352021/3/14 1 1） 光系统光系

27、统 组合式信号机构组合式信号机构的光系统由反光镜、灯泡、色片、的光系统由反光镜、灯泡、色片、非球面镜、偏散镜及前表面玻璃组成。非球面镜、偏散镜及前表面玻璃组成。 2 2）机构壳体）机构壳体 机构机构外壳用硅铝合金压铸而成。内外表面均涂无光外壳用硅铝合金压铸而成。内外表面均涂无光黑黑漆漆, ,可可防止光反射。结构防止光反射。结构合理合理, ,密封密封性能性能好好, ,且且体积体积小小, ,重重量轻量轻, ,每个每个机构包括遮檐约机构包括遮檐约7kg7kg, ,便于便于携带安装。携带安装。 362021/3/14 3 3） 遮遮檐檐 机构机构的遮檐采用玻璃纤维增强的遮檐采用玻璃纤维增强不饱和聚酯不饱和聚酯, ,俗称玻俗称玻璃钢制造璃钢制造。重量轻、耐腐蚀性能好。强度高。其几何形。重量轻、耐腐蚀性能好。强度高。其几何