铁路沙盘转辙机的设计与实现

赵德生

（南京铁道职业技术学院 讲师，江苏 南京 210031）

1 概述

铁路沙盘可以实现轨道交通信号、交通运输以及供电接触网等专业的演示与培训要求。铁路沙盘上主要有模型机车、钢轨、道岔、转辙机等部件，其中转辙机质量的好坏直接影响到“接发车作业”、“联锁试验”等专业知识点的实训教学效果，现有部分铁路沙盘转辙机或存在以下问题：

1）沙盘转辙机采用步进电机作为动力源，但因转辙机体积有限，设计时，步进电机选型较小，故动力输出小，道岔转换慢、道岔易卡阻。

2）部分沙盘转辙机设计时，采用了电源线和道岔表示线等多根控制线，布线凌乱且应用单片机程序控制，加之电路板体积小元件多，故障点难查找，给日常的实训室设备维护工作带来诸多不便。

3）对于四线制道岔表示电路，不仅使分线盘凌乱，还可能误导初学者。

本文旨设计一种可靠性高、成本低、输出动力强、结构简单、便于维护的沙盘动转辙机。

2 沙盘转辙机的结构设计

设计采用DC12 V的双向自保持电磁铁作为动力源，推拉行程为5 mm，可以良好满足沙盘道岔拉入、伸出位置的转换，采用三个松下继电器（型号分别为TQ2-12V、TQ2-12V、TQ2-L-12V，TQ2-12V继电器特性类似于铁路信号系统当中应用的无极继电器，而TQ2-L-12V相当于有极继电器）实现ZD6转辙机中自动开闭器功能的模拟，PCB如图1所示。

图1 沙盘转辙机PCB图

该转辙机采用4根控制线，与ZD6的实际控制相吻合，同时采用2个整流二极管用于定、反位表示电路中。

3 道岔电路的设计及原理分析

1）道岔电路的设计。每组道岔设置一套继电道岔控制电路，由启动和表示两部分电路构成［1］。启动电路在原定型电路的基础上，将1DQJ的1、2线圈短接，利用其3、4线圈从励磁吸起转为落下的缓放时间内，使道岔转换到位。由于1DQJ的3、4线圈缓放时间大于0.4 s，双向自保持电磁铁的动作时间小于0.2 s，故可满足道岔转换的要求以保证道岔可靠转换到位。电路如图2所示。

图2 道岔控制电路（组合架部分）

转辙机的启动电源由原来的DC220V改成DC12 V，并将电磁铁并接在 X1、X2、X4上，利用组合电路中2DQJ的前后接点切换来实现道岔的定、反位转换；继电器1和继电器2用来与道岔组合配合完成道岔的转换控制，继电器3与电磁铁并联实现道岔表示电路的控制，具体电路设计见图3。

图3 道岔控制电路图（转辙机部分）

2）道岔电路原理分析

（1）定位表示电路。沙盘道岔平时处于定位状态，组合中DBJ吸起，其励磁电路如下：

BBⅡ3—R1-2—侧面端子05-17—X3—继电器3-11—继电器3-12—二极管1-2—继电器2-13—继电器2-11—X1—分线盘端子—侧面端子05-15—2DQJ 112-111—1DQJ11-13—2DQJ131-132—DBJ1-4线圈—BBⅡ4。

（2）启动电路（定到反）。当道岔由定位向反位转换（单独操纵）时，在控制台上同时按下总反按钮和道岔操纵按钮后，分别是1DQJ励磁、断开DBJ电路、2DQJ转极、电磁铁动作，从而带动道岔转换，励磁电路为：

1DQJ励磁：KZ—CA61-63—6502控制台背部控制端子—侧面端子05-9—SJ81-82—1DQJ3-4—2DQJ141-142—CAJ11-12—KF-ZFJ。

2DQJ转 极 ：KZ—1DQJ41-42—2DQJ2-1—CAJ11-12—KF-ZFJ。

电机（电磁铁）电路a：DZ12—RD31-2—1DQJ1-2短接线—1DQJ12-11—2DQJ111-113—侧面端子05-16—分线盘端子—X2—继电器1线圈—X4—分线盘端子—侧面端子05-18—1DQJ21-22—2DQJ121-123—RD21-2—DF12。

电路 b：DZ12—RD31-2—1DQJ1-2短接线—1DQJ12-11—2DQJ111-113—侧面端子05-16—分线盘端子—X2—继电器1-11—继电器1-12—电磁铁—X4—分线盘端子—侧面端子05-18—1DQJ21-22—2DQJ121-123—RD21-2—DF12。

（3）反位表示电路。如图2所示，继电器3与电磁铁并联，DC12 V电压动作电磁铁时，也同时使继电器3动作，当电磁铁动作且1DQJ缓放落下后，电磁铁动作电路断开，接通X2与X3半波整流电路，从而构成FBJ励磁电路，具体分析如下：

BBⅡ 4—FBJ1-4线 圈 —2DQJ 133-131—1DQJ13-11—2DQJ 111-113—侧面端子05-16—分线盘端子—X2—继电器1-11—继电器1-13—二极管1-2—继电器3-13—继电器3-11—X3—分线盘端子—侧面端子05-17—R2-1—BBⅡ3。

（4）启动电路（反到定）。当道岔由反位向定位转换（进路式操纵）时，在控制台上办理经由某组道岔定位的进路后（前提：该组道岔处于反位），分别是1DQJ励磁、断开FBJ电路、2DQJ转极、电磁铁动作，从而带动道岔转换，励磁电路为：

1DQJ励磁：KZ—CA61-63—6502控制台背部控制端子—侧面端子05-9—SJ81-82—1DQJ3-4—2DQJ141-143—CAJ11-13—DCJ61-62—KF。

2DQJ转 极 ：KZ—1DQJ31-32—2DQJ3-4—CAJ11-13—DCJ61-62—KF。

电机（电磁铁）电路a：DZ12—RD31-2—1DQJ1-2短接线—1DQJ12-11—2DQJ111-112—侧面端子05-15—分线盘端子—X1—继电器2线圈—X4—分线盘端子—侧面端子05-18—1DQJ21-22—2DQJ121-122—RD11-2—DF12。

电机（电磁铁）电路 b：DZ12—RD31-2—1DQJ1-2短接线—1DQJ12-11—2DQJ111-112—侧面端子05-15—分线盘端子—X1—继电器2-11—继电器2-12—继电器1-22—电磁铁—继电器2-22—继电器2-21—X4—分线盘端子—侧面端子05-18—1DQJ21-22—2DQJ121-122—RD11-2—DF12。

4 结论

本文设计的沙盘转辙机具有可靠性高、转换力强、结构简单、便于维护、控制线数量及二极管位置与现场实际相同等特点，已经应用在国内多家院校的铁路沙盘中，能够很好地满足实训教学需要。