鐵路沙盤轉(zhuǎn)轍機的設(shè)計與實現(xiàn)

趙德生

（南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院 講師，江蘇 南京 210031）

1 概述

鐵路沙盤可以實現(xiàn)軌道交通信號、交通運輸以及供電接觸網(wǎng)等專業(yè)的演示與培訓(xùn)要求。鐵路沙盤上主要有模型機車、鋼軌、道岔、轉(zhuǎn)轍機等部件，其中轉(zhuǎn)轍機質(zhì)量的好壞直接影響到“接發(fā)車作業(yè)”、“聯(lián)鎖試驗”等專業(yè)知識點的實訓(xùn)教學(xué)效果，現(xiàn)有部分鐵路沙盤轉(zhuǎn)轍機或存在以下問題：

1）沙盤轉(zhuǎn)轍機采用步進電機作為動力源，但因轉(zhuǎn)轍機體積有限，設(shè)計時，步進電機選型較小，故動力輸出小，道岔轉(zhuǎn)換慢、道岔易卡阻。

2）部分沙盤轉(zhuǎn)轍機設(shè)計時，采用了電源線和道岔表示線等多根控制線，布線凌亂且應(yīng)用單片機程序控制，加之電路板體積小元件多，故障點難查找，給日常的實訓(xùn)室設(shè)備維護工作帶來諸多不便。

3）對于四線制道岔表示電路，不僅使分線盤凌亂，還可能誤導(dǎo)初學(xué)者。

本文旨設(shè)計一種可靠性高、成本低、輸出動力強、結(jié)構(gòu)簡單、便于維護的沙盤動轉(zhuǎn)轍機。

2 沙盤轉(zhuǎn)轍機的結(jié)構(gòu)設(shè)計

設(shè)計采用DC12 V的雙向自保持電磁鐵作為動力源，推拉行程為5 mm，可以良好滿足沙盤道岔拉入、伸出位置的轉(zhuǎn)換，采用三個松下繼電器（型號分別為TQ2-12V、TQ2-12V、TQ2-L-12V，TQ2-12V繼電器特性類似于鐵路信號系統(tǒng)當中應(yīng)用的無極繼電器，而TQ2-L-12V相當于有極繼電器）實現(xiàn)ZD6轉(zhuǎn)轍機中自動開閉器功能的模擬，PCB如圖1所示。

圖1 沙盤轉(zhuǎn)轍機PCB圖

該轉(zhuǎn)轍機采用4根控制線，與ZD6的實際控制相吻合，同時采用2個整流二極管用于定、反位表示電路中。

3 道岔電路的設(shè)計及原理分析

1）道岔電路的設(shè)計。每組道岔設(shè)置一套繼電道岔控制電路，由啟動和表示兩部分電路構(gòu)成［1］。啟動電路在原定型電路的基礎(chǔ)上，將1DQJ的1、2線圈短接，利用其3、4線圈從勵磁吸起轉(zhuǎn)為落下的緩放時間內(nèi)，使道岔轉(zhuǎn)換到位。由于1DQJ的3、4線圈緩放時間大于0.4 s，雙向自保持電磁鐵的動作時間小于0.2 s，故可滿足道岔轉(zhuǎn)換的要求以保證道岔可靠轉(zhuǎn)換到位。電路如圖2所示。

圖2 道岔控制電路（組合架部分）

轉(zhuǎn)轍機的啟動電源由原來的DC220V改成DC12 V，并將電磁鐵并接在 X1、X2、X4上，利用組合電路中2DQJ的前后接點切換來實現(xiàn)道岔的定、反位轉(zhuǎn)換；繼電器1和繼電器2用來與道岔組合配合完成道岔的轉(zhuǎn)換控制，繼電器3與電磁鐵并聯(lián)實現(xiàn)道岔表示電路的控制，具體電路設(shè)計見圖3。

圖3 道岔控制電路圖（轉(zhuǎn)轍機部分）

2）道岔電路原理分析

（1）定位表示電路。沙盤道岔平時處于定位狀態(tài)，組合中DBJ吸起，其勵磁電路如下：

BBⅡ3—R1-2—側(cè)面端子05-17—X3—繼電器3-11—繼電器3-12—二極管1-2—繼電器2-13—繼電器2-11—X1—分線盤端子—側(cè)面端子05-15—2DQJ 112-111—1DQJ11-13—2DQJ131-132—DBJ1-4線圈—BBⅡ4。

（2）啟動電路（定到反）。當?shù)啦碛啥ㄎ幌蚍次晦D(zhuǎn)換（單獨操縱）時，在控制臺上同時按下總反按鈕和道岔操縱按鈕后，分別是1DQJ勵磁、斷開DBJ電路、2DQJ轉(zhuǎn)極、電磁鐵動作，從而帶動道岔轉(zhuǎn)換，勵磁電路為：

1DQJ勵磁：KZ—CA61-63—6502控制臺背部控制端子—側(cè)面端子05-9—SJ81-82—1DQJ3-4—2DQJ141-142—CAJ11-12—KF-ZFJ。

2DQJ轉(zhuǎn) 極 ：KZ—1DQJ41-42—2DQJ2-1—CAJ11-12—KF-ZFJ。

電機（電磁鐵）電路a：DZ12—RD31-2—1DQJ1-2短接線—1DQJ12-11—2DQJ111-113—側(cè)面端子05-16—分線盤端子—X2—繼電器1線圈—X4—分線盤端子—側(cè)面端子05-18—1DQJ21-22—2DQJ121-123—RD21-2—DF12。

電路 b：DZ12—RD31-2—1DQJ1-2短接線—1DQJ12-11—2DQJ111-113—側(cè)面端子05-16—分線盤端子—X2—繼電器1-11—繼電器1-12—電磁鐵—X4—分線盤端子—側(cè)面端子05-18—1DQJ21-22—2DQJ121-123—RD21-2—DF12。

（3）反位表示電路。如圖2所示，繼電器3與電磁鐵并聯(lián)，DC12 V電壓動作電磁鐵時，也同時使繼電器3動作，當電磁鐵動作且1DQJ緩放落下后，電磁鐵動作電路斷開，接通X2與X3半波整流電路，從而構(gòu)成FBJ勵磁電路，具體分析如下：

BBⅡ 4—FBJ1-4線 圈 —2DQJ 133-131—1DQJ13-11—2DQJ 111-113—側(cè)面端子05-16—分線盤端子—X2—繼電器1-11—繼電器1-13—二極管1-2—繼電器3-13—繼電器3-11—X3—分線盤端子—側(cè)面端子05-17—R2-1—BBⅡ3。

（4）啟動電路（反到定）。當?shù)啦碛煞次幌蚨ㄎ晦D(zhuǎn)換（進路式操縱）時，在控制臺上辦理經(jīng)由某組道岔定位的進路后（前提：該組道岔處于反位），分別是1DQJ勵磁、斷開FBJ電路、2DQJ轉(zhuǎn)極、電磁鐵動作，從而帶動道岔轉(zhuǎn)換，勵磁電路為：

1DQJ勵磁：KZ—CA61-63—6502控制臺背部控制端子—側(cè)面端子05-9—SJ81-82—1DQJ3-4—2DQJ141-143—CAJ11-13—DCJ61-62—KF。

2DQJ轉(zhuǎn) 極 ：KZ—1DQJ31-32—2DQJ3-4—CAJ11-13—DCJ61-62—KF。

電機（電磁鐵）電路a：DZ12—RD31-2—1DQJ1-2短接線—1DQJ12-11—2DQJ111-112—側(cè)面端子05-15—分線盤端子—X1—繼電器2線圈—X4—分線盤端子—側(cè)面端子05-18—1DQJ21-22—2DQJ121-122—RD11-2—DF12。

電機（電磁鐵）電路 b：DZ12—RD31-2—1DQJ1-2短接線—1DQJ12-11—2DQJ111-112—側(cè)面端子05-15—分線盤端子—X1—繼電器2-11—繼電器2-12—繼電器1-22—電磁鐵—繼電器2-22—繼電器2-21—X4—分線盤端子—側(cè)面端子05-18—1DQJ21-22—2DQJ121-122—RD11-2—DF12。

4 結(jié)論

本文設(shè)計的沙盤轉(zhuǎn)轍機具有可靠性高、轉(zhuǎn)換力強、結(jié)構(gòu)簡單、便于維護、控制線數(shù)量及二極管位置與現(xiàn)場實際相同等特點，已經(jīng)應(yīng)用在國內(nèi)多家院校的鐵路沙盤中，能夠很好地滿足實訓(xùn)教學(xué)需要。