铁路道岔偶发故障分析及防范

汪张晶

【摘  要】铁路道岔及转辙机在轨道交通中有着广泛的应用。论文以ZD6系列转辙机为例，通过道岔的启动电路和表示电路对道岔可能发生的故障进行分析，并针对偶发故障从其结构及电路原理入手逐一进行排查分析，重点论述了故障原因及防范措施，目的在于当未发生故障时，能够及时防范;当故障产生时，能够及时做出故障判断及排查。

【Abstract】Railway turnout and switch machine are widely used in rail transit. Taking the ZD6 series switch machine as an example， the paper analyzes the possible faults of the turnout through the starting circuit and the expressing circuit of the turnout， and investigates and analyzes them one by one according to their structure and circuit principle， discusses the causes of the faults and the preventive measures， aiming at preventing the faults in time when they do not occur， and judging and checking the faults in time when they occur.

【关键词】道岔;ZD6系列转辙机;故障;防范措施

【Keywords】turnout; ZD6 series switch machine; fault; preventive measures

【中图分类号】U216.42+5                                             【文献标志码】A                                                 【文章编号】1673-1069（2021）10-0188-03

1 引言

随着铁路运营量日益增多，作为联结轨道分支的重要设备道岔，动作更加频繁，其故障概率加大，所带来的影响范围也较广，一直以来是铁路维护的重点设备。根据铁路维护部门反映，部分车站偶尔发生多机牵引的交流道岔中途停止转换的故障问题，由于是偶发故障，且是瞬时，因此问题查找和故障分析的难度非常大。

首先，调阅信号集中监测系统记录道岔电气参数，其他时间道岔曲线均正常，仅在停转时有异常，过后道岔启动电路再动作，曲线又恢复正常，故不足以判断道岔故障原因。

其次，检查道岔室外设备和连接钢轨，没有卡阻和钢轨“肥边”问题，初步判定偶发瞬时故障的主因在室内。故此，本研究从铁路道岔偶发故障分析及防范进行分析，分析道岔动作时序，结合测试结果，深入查找偶发故障原因，为排除道岔故障隐患，提升维修效率奠定基础。

2 铁路道岔现状概述

如今人民生活水平提高，不论是客运或是货运，铁路运输已成为人们生活的刚需。而道岔转辙设备作为铁路信号室外三大基础设备之一，在铁路的运行中具有至关重要的作用。如若道岔发生故障，对于货运，运输效率会降低;对于客运，乘客的乘坐体验会下降，甚至会影响到乘客的生命安全。我国对于道岔故障检测的方式主要有故障维修和定期维护2种。但有时在道岔的运行过程中会出现偶发故障，没有任何警告，这使得信号人对于偶发故障问题的解决变得更加困难。

3 铁路道岔结构及工作原理

道岔是使列車从一条线路转向另外一条线路的转辙设施，道岔的开通方向决定了列车的走向。道岔由基本轨、尖轨、合拢轨和辙叉组成。其中，合拢轨由2个直合拢轨和2根弯合拢轨构成，辙叉由2根翼轨、2根护轮轨和辙叉心构成。基本轨、合拢轨和辙叉都是固定在轨道上的，不可以移动。尖轨是道岔的可动部分，尖轨的动作由道岔转辙机控制，2根尖轨随转辙机的推拉杆一起动作从而使道岔开通不同的方向。由辙叉心所形成的角，叫作辙叉角，用辙叉角的余切值来表示道岔号数N，道岔号数反映了道岔各部分的主要尺寸，号数越大，辙叉角的角度越小，则列车通过道岔的速度越快，如图1所示。

道岔主要分为定位和反位2种状态，偶尔会出现四开的情况。一般讲道岔经常所处的位置称为定位，另一位置称为反位。同时，道岔定位位置的确定需要根据2条原则：考虑站内行车和调车作业的安全;提高作业效率，减少搬动道岔的次数。

4 以ZD6转辙机为例针对道岔故障进行分析

4.1 ZD6转辙机的主要组成及工作原理

转辙机是道岔控制系统的执行机构，用于道岔转辙和锁定道岔，并监督道岔的位置和状态。转辙机是转接装置的核心和主体。

ZD6系列电动转辙机采用内锁闭方式，主要用于非提速区段能力以及经济提速区段的侧线上。它主要由电动机、减速器、摩擦联结器、主轴、动作杆、表示杆、移位接触器、外壳等组成，如图2所示。

直流电动机是ZD6的动力源，配用断续工作制直流220V电压，同时，必须具有足够的功率，才能够产生必要的转矩和转速，从而克服导轨和滑板之间的静摩擦。

减速器分为2级，主要作用为减小转速，增加转矩。

摩擦连接器的主要作用在于调节摩擦电流，其值在2.3～2.9A。如果摩擦电流值太小会使转辙机无法正常转换或锁闭，如果摩擦电流值过大会使对电动机的保护作用失效。

4.2 道岔主要故障分类及理论分析

在道岔运行过程中，常见故障主要分为机械故障和电路故障2类。其中，机械故障一般又分为：解锁不良、道岔转换过程中阻力异常、转换过程中卡阻空转、卡缺口。电路故障一般分为：室外二极管短路和表示电路断路。机械故障在职能科室检查以及设计等时都可以被解决。而电路故障则是可能会在运行过程中可能出现的偶发故障情况。因此，以ZD6道岔转辙机为例，对其继电接口电路进行理论分析。

道岔继电接口电路实现了道岔转辙机的转换控制和道岔位置的状态监视，主要是由启动电路和表示电路2部分组成。ZD6直流转辙机通常采用四线制控制电路，道岔启动电路使用分级控制来控制道岔的转换。

为确保行车的安全，道岔启动电路通常需要满足6个技术条件：

①对道岔实行区段锁闭，当道岔区段出现有车占用或者所在道岔发生区段轨道电路故障时，道岔不可以转动。

②对道岔实行进路锁闭，当进路在锁闭状态下，进路上的道岔不可以再转换。

③道岔启动后，如若随后有列车或调车车列驶入该道岔区段，则需保证道岔可以继续转到底而不受第一技术条件限制而发生停转的现象。如若使道岔停转或允许车站值班员控制其回转，都将造成脱轨等严重事故。

④在接通道岔启动电路后，如若电路发生故障使道岔没有成功启动，如自动开闭器接触不良、电机碳刷与换向片不密贴等，使得道岔未能转动，则启动电路应自动切断。防止因邻线行车震动等而使接触不良故障自动消除，从而造成道岔自行转换，此时若有车进入则会造成道岔中途转换事故。

⑤保证当道岔不能转换到底的情况下，通过车站值班员的操作，随时都可以将其返回原位。

⑥道岔转换完毕且密贴后，应自动切断启动电路使电机停转。

同时，道岔表示电路是否正常工作直接影响到行车的安全，因此，为坚持故障导向安全的原则，道岔表示电路也需要满足3个技术条件：

①为实现断线保护，道岔的工作状态只能用继电器的吸起状态表示，而继电器的落下状态只能反映道岔处于非工作状态。所以，每组道岔通常需要设置2个表示继电器，用定位表示继电器的吸起表示道岔在定位，用反位表示继电器的吸起表示道岔在反位。

②若外线发生混线或混入其他电源时，必须保证定位表示继电器和反位表示继电器不会错误地励磁。

③在道岔转换过程中，如若发生四开，即发生挤岔、停电、断线等故障时，应保证定位表示继电器和反位表示继电器都落下。

一级控制：在启动电路中，由第一道岔启动时间继电器1DQJ检查联锁技术条件可以满足后才能励磁。当道岔处于定位状态，进行定位转反位状态时联锁系统控制FCJ吸起，由FCJ第六组前接点将1DQJ的3-4线圈励磁电路解控，1DQJ的励磁电路接通公式如下：

KZ→SJ81-82→1DQJ3-4→2DQJ141-142→FCJ61-62→KF

二级控制：由第二道岔起动机动气2DQJ控制电动机的转动方向，以决定使电动机将道岔转向定位还是转向反位。1DQJ励磁后，用其前接点接通2DQJ的转极电路接通公式如下：

KZ→1DQJ41-42→2DQJ2-1→FCJ61-62→KF

三级控制：由1DQJ自闭电路接通直流电动机动作电路以转换道岔，道岔到底后由转辙机自动开闭器接点断开动作电路。2DQJ转极后用第四组节点切断1DQJ的3-4线圈励磁电路。由于1DQJ的吸合和2DQJ的转极，连通1DQJ的1-2线圈自闭电路向室外电机送电，使转辙机的DC电机转动，将开关从定位转到反转位置。在此过程中，在电机旋转过程中保持1DQJ自闭和吸气电机供电电路的接通公式如下：

DZ220→RD3→1DQJ1-2→1DQJ12-11→2DQJ111-113→外线X2→ 自动开闭器接点11-12→电动机定子线圈2-3→电动机转子线圈3-4→遮断器05-06→外线X4→1DQJ21-22→2DQJ121-123→RD2→DF220

依据以上道岔启动电路的接通公式可以看出，其中关键的几个继电器有：1DQJ、2DQJ、FCJ，它们的工作状态影响了整个道岔的动作狀态。

道岔表示电路技术实现的定位接通公式如下：

BBⅡ3→R1-2→X3→移位接触器04-03→自动开闭器14-13→自动开闭器34-33→Z1-2→自动开闭器32-31→X1→2DQJ112-111→1DQJ11-13→2DQJ131-132→DBJ1-4→BBⅡ4

依据以上接通公式能够看出，当由于障碍物原因，道岔尖轨使电动机产生空转时，1DQJ就会落下，表示系统电路设计不可以通过接通或道岔被挤，自动控制开闭器2组动接点，被表示杆移位将检查柱抬起处于中间状态而断开表示电路。

如若存在故障，则转辙机不可正常工作，并且在ATS自动控制系统装置的显示终端发出报警。正在值班的调度员收到报警之后会根据报警情况及时联系所在的值班员等进行及时的抢救，同时告知列车驾驶员故障区段，改变运行模式和区段。

4.3 铁路道岔故障的防范措施

铁路道岔的频繁运行，在运行过程中不可避免地会遇到很多故障，我们只要及时地处理好故障，利用故障导向安全原则，就能够避免很多灾难的发生。作为信号人，首先最基本的要求是熟悉室内外设备，熟练掌握其原理、使用方法和运行特点，并且当出现故障时，及时并准确地记录下产生的一些故障参数，为下一次可能出现的故障提供参考。

当出现机械故障时，根据具体情况具体分析采用不同的方法进行故障处理，如果道岔不能够正常解锁，检测员可以拆下主轴的堵孔板，将2根螺栓拧紧;调整动作杆表示杆，使之满足转辙机运转的原则要求等。如果道岔能够正常解锁并转换，但尖轨与基本轨不密贴且不能正常锁闭，则需要更换及切削、清理道床等。

当出现电路故障时，如果启动电路出现断线故障时，先用万用表测量第一道启动继电器前后接点的电压是否正确。如果电压为0V，则万用表的黑表笔不动，红表笔逐一排查，当电压表发现改变时，即为故障出现点。如果电压为220V，应用万用表的电阻档，对第一道启动继电器前后接点进行逐一排查，如果电阻出现无穷大的情况，则是一启动继电器与分线盘之间出现了断线故障。

如果道岔在转换过程中，电压不稳定造成非正常落下，则会产生偶发故障，由此，相关电力部门需要加强供电检测并且实时监测道岔曲线，避免道岔中途停转。此外，在道岔的转换过程中，定位表示继电器在短时间内发生断电，使保护继电器在落下后又瞬间恢复吸起状态，此时也会导致道岔中途停止运转，因此，可以在保护继电器上串联一个稳压二极管，保证吸起状态，就能够防止偶发故障。此外，除去道岔设备本身的故障问题，还要加强对值班人员的岗位培训，加强执行力度，进行每隔半个小时的检查监测制度，以及每月对设备质量进行检查，停止使用老旧及存在安全隐患的设备，在故障发生前做好防范工作，以及故障发生时确保能够得到及时的解决。

由于当道岔偶发故障时，很多故障都没有表现出来，基本都在表示电路中出现问题，因此，在职能科室将养护和检修工作做好的情况下，出现偶发故障时，调度员、车站值班员以及驾驶员要默契配合，观察控制面板，测量出相应的电压值，判断故障的原因及性质，才能准确地解决好故障问题。

5 结语

铁路视频监控系統经过十多年的发展，经历了从模拟视频监控、数字视频监控、网络视频监控到高清视频监控的发展过程，从默默无闻的安防视频监控，发展到能满足客运、调度、车务、机务、工务、电务、车辆、供电、公安等业务部门及灾害监测、救援抢险和应急管理等多种需求的综合视频监控。铁路运输已广泛运用于生活的方方面面，而道岔作为其核心部分，在未得到防范的情况下偶发故障或多或少都会影响到铁路运输业的发展。以ZD6系列转辙机为例，对直流单动道岔的四线制控制电路的道岔启动电路和道岔表示电路进行分析，得出可能出现的故障情况，对已出现的故障进行针对性的分析，对未出现的故障加以防范。

【参考文献】

【1】刘志平.高速铁路道岔偶发故障分析及处理[J].铁道标准设计，2017（09）：150-151.

【2】白冰.ZD6型转辙机的故障检测与故障处理[J].科技创新与应用，2015（17）：3-4.

【3】段龙华，卢伟，魏宏波.ZD6型电动转辙机道岔控制电路工作原理及故障处理[J].石家庄铁路职业技术学院学报，2018，17（02）：103-107.