有轨电车专用地埋式电液转辙机的设计与实现

康爱伟，周 苗，李金海，朱轩逸，宋微微

（通号万全信号设备有限公司，杭州 310000）

1 概述

近年来，国内城市轨道交通获得长足发展，中国已经成为世界上最大的城市轨道交通建设市场。经济的稳定发展以及政府的大力支持，使得国内城市轨道交通建设逐步扩大。目前，城市建设用地狭小、人口高度密集是国内许多大城市的一个显著特点，因此城市有轨交通运输线设施在城市道路上，不可避免地要与行人和其他车辆交叉共用道路。故其所采用的有轨电车专用转辙机的设计出发点要考虑地埋式的安装环境，防尘防水、外壳防护等级需达到IP67要求。

现有的国内地埋式转辙机多为电动驱动，一般采用多级齿轮传动，传动件多，惯性大，需另外设置缓冲和锁闭机构来克服惯性，从而导致元器件繁多，结构复杂，使得整台设备可靠性降低，且由于零件数量多，增加了维护工作量。而电机需较大启动转矩，使得电机功率较大。

现有的国内地埋式转辙机一般为固定行程，每个工程项目都需非标设计杆件的空动行程来使转辙机匹配不同的道岔，定制连接杆件费时费力，效率低下。

针对现有产品存在的上述问题，介绍一种地埋式电液转辙机，该转辙机体积小、占用空间少、结构简单、锁闭可靠、密封好、防护等级高、故障少、动程可调、安装调试方便、维护工作量小、稳定性好和可靠性高。

2 整体结构创新

如图1所示，有轨电车专用地埋式电液转辙机整体采用模块化设计，具体分为以下6个模块：转辙机机壳、EHA电液执行器、动作杆机构、自动开闭器系统、表示杆机构、手动操作系统。以下对主要创新部分EHA电液执行器以及自动开闭器系统结构详细介绍。

图1 电液转辙机整体结构Fig.1 Overall structure diagram of an electro-hydraulic switch machine

2.1 电液执行器

EHA电液执行器由一体式电液动力单元、液压缸、连接固定板和油压监测传感器组成，如图2所示。该一体式电液动力单元，相较传统的电液执行器结构有以下特点。

图2 EHA电液执行器结构Fig.2 Structure diagram of electro-hydraulic actuator (EHA)

1）此单元采用油浸式电机驱动，电机浸入油箱内部。

2）采用泵阀一体式的结构，减少了油管连接，整体密封好、无泄漏、故障点少、高集成、体积小。

3）系统包含液控卸荷阀。当电机停机后油缸的压力会自动泄压，此时油缸的压力下降至近似为零。

4）在手动操作状态时，EHA此时自身的阻力降为最小。达到减小手动操作力度，保护电液执行器的作用。EHA电液执行器液压器原理如图3所示。

图3 电液转辙机液压系统原理Fig.3 Hydraulic system principle diagram of an electro-hydraulic switch machine

2.2 自动开闭器结构

自动开闭器系统由左开闭器、右开闭器、调节螺杆、开闭器固定板、螺杆座、T型螺栓组成，如图4所示。左开闭器、右开闭器由T型螺栓固定在开闭器固定板上，同时左开闭器、右开闭器通过本体的螺纹与调节螺杆连接，调节螺杆固定在螺杆座上。开闭器调节螺杆呈对称式结构，左侧为左旋螺纹，右侧为右旋螺纹，可以实现左、右开闭器的同步调整，中间外六角结构方便使用工具进行调整操作。

图4 自动开闭器系统结构Fig.4 Structure diagram of automatic switch shutter system

转辙机动程调整示意如图5所示。现以将动程从80 mm调整为40 mm举例，调整步骤如下：1）松开T型螺栓螺母；2）按图5所示方向转动调节螺杆，左、右两开闭器即同步向图示箭头方向动作；3）读取刻度尺数值，当数值显示为40 mm时停止旋转调节螺杆；4）锁紧T型螺栓螺母。至此完成转辙机动程调整操作。

图5 转辙机动程调整Fig.5 The adjustment of action rod stroke of switch machine

该自动开闭器系统有以下优点。

1）行程可调，通过调节开闭器的调节螺杆，可实现转辙机在40～80 mm的范围内行程可调，使转辙机与道岔的连接杆件为通用部件，零部件通用性提高。

2）调节螺杆与左开闭器通过左旋螺纹连接，调节螺杆与右开闭器通过右旋螺纹连接，可以实现两个开闭器的同步调节，确保调节的方便及可操作性。

3）在左开闭器的左锁闭块上有40～80 mm的刻度显示，可以准确反馈行程调节量，更加直观地看到行程调节量，保证调节结果的准确。

2.3 其余创新点

对于整体结构的改进使得该转辙机相对于传统地埋式转辙机更为紧凑，较传统转辙机高度降低了60 mm。同时对于零部件以及关键部位的杆件和转轴强度要求进一步提高，该转辙机采用最新的QPQ氧化渗氮复合工艺，极大地提高了表面的耐腐蚀、耐磨性、光洁度、硬度，使产品更为可靠耐用。

3 机械动作原理

3.1 转换锁闭机构动作原理

在通电状态下，电机带着油泵旋转时， 油泵从油缸腔内吸入油，油泵泵出的高压油使油缸其中一腔为高压， 此时油缸移动，从而推动推板运动，如图6（a）所示，推板将带动锁闭块1从正位锁闭状态脱离，当油缸走完解锁动程后，锁闭块1和锁闭块2处于锁闭铁和推板的间隙内。油缸继续通过推板和锁闭块2带动动作杆向右移动，如图6（b）所示；当动作杆继续移动到锁闭块2与右锁闭铁的锁闭面将要作用时，开始进入锁闭过程。继续向右移动将锁闭块2推入右锁闭铁的反位锁闭面，此时反位尖轨密贴于基本轨。当尖轨密贴于基本轨后，油缸继续向右移动， 动作杆不动作，油缸侧面的推板进入反位锁块的锁闭面，进入锁闭状态，如图6（c）所示。

图6 转辙机解锁、转换、锁闭过程Fig.6 The process of unlocking, switching, and locking of switch machine

3.2 表示机构动作原理

初始状态，左表示柱与左检查柱分别在表示杆的缺口与速动片的缺口内，如图7（a）所示。在通电情况下油缸移动，推动启动片运动，从而启动片将左检查柱顶出（左表示柱同步顶出），如图7（b）所示。此时启动片已走完空动行程，从而带动速动片向右移动。这时动作杆拉动道岔尖轨将道岔开口方向改变时，尖轨将带动表示杆机构横移，表示杆上的表示缺口将移动到相应待表示位置，如图7（c）所示。当道岔开口方向完成转换后，启动片将拉动速动片继续移动，当右检查柱与速动片缺口重合，到达位置后开闭器机构的右检查柱经内部弹簧快速弹出如图8所示，右表示柱与右检查柱分别打入表示杆的缺口与速动片的缺口内，开闭器内的节点开关完成换向，做出道岔开口改变完成的准确表示并控制系统断电，从而实现道岔得到状态检查，如图7（d）所示。

图7 转辙机给出表示过程Fig.7 The process of reflecting the state of tongue rail by switch machine

图8 自动开闭器动作过程Fig.8 Action process of automatic switch shutter

3.3 挤岔断表与手动控制

当转辙机的锁闭块在锁闭状态时，动作杆无法移动，从而保证道岔密贴的可靠性以及表示的准确性。当有外力冲击动作杆时，由于挤脱机构压在动作杆的锥形槽内，挤脱机构有一定的预压力，可以吸收一部分冲击力，提高了锁闭单元抗冲击能力。当外力超过设定的压力时，挤脱机构内部的挤脱销会从动作杆内挤脱，从而使动作杆成为自由状态，配合表示杆机构以及开闭器系统，可以实现道岔挤岔断表。

在断电状态下，将专用撬棍插入转辙机手动操作系统中手动转轴组件的专用接口内。之后通过扳动撬棍，手动转轴组件通过带动水平推块组件平移，带动拨叉做摆动动作，从而推动动作杆机构的启动机构运动， 实现转辙机的手动操作功能。

转辙机内部有液位传感器与温、湿度传感器，可以对转辙机是否进水做出实时监测。EHA电液执行器上装有油压传感器，并且可通过控制系统监测工作电流、工作电压、工作时间，从而实时监测转辙机使用过程中的各项关键数据。

4 功能特点

综上该地埋式电液转辙机的结构与国内转辙机相比，有以下优点。

1）动力单元采用高集成度的一体式电液执行器，使转辙机结构紧凑、体积小，较电动驱动的转辙机有安装调试方便、维护工作量小、故障率低、整体密封好、无泄漏等优点。

2）该地埋式电液转辙机动程可调，通过调节表示杆机构内表示杆位置以及调节自动开闭器系统的自动开闭器调节杆，可实现该地埋式电液转辙机动程40～80 mm可调，使该转辙机与道岔的连接杆件为通用部件，零部件通用性提高。

3）该地埋式电液转辙机含有监测功能，设备内部有油压监测传感器、水位传感器等监测系统，可实时监测转辙机内部状态。

5 结语

目前，已研制出有轨电车专用地埋式电液转辙机原型样机。在试制和安装调试过程中，工作量明显低于同类产品。并且转换与表示机构巧妙、可靠，故障率低。经验证动程调节机构方便、好用，提高了道岔连接杆件的互换性。为后期的工程化应用提供了极大的便利。