基于SolidWorks的S700K型轉轍機三維建模與仿真研究

謝正媛 唐婭 吳文英

摘? 要：文章主要研究3D技術在軌道交通行業的應用，基于SolidWorks平臺，以S700K型轉轍機控制系統為原型，以明晰其室內外設備間關系為目的，構建S700K型轉轍機控制系統三維數字模型，仿真控制過程，展示轉轍機工作原理，演示轉轍機拆裝過程，并設計轉轍機拆裝的互動式操作。開發了S700K型轉轍機控制系統3虛擬仿真教學軟件，為后期基于數字孿生技術的轉轍機狀態診斷系統的研發打下基礎。為軌道交通信號專業學生的實驗教學提供便利。

關鍵詞：S700K型轉轍機;虛擬仿真;SolidWorks;3D技術

中圖分類號：U284? ? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）33-0038-03

Abstract： This paper mainly studies the application of 3D technology in the rail transit industry. Based on the SolidWorks platform， the S700K point machine control system is used as a prototype to clarify the relationship between the indoor and outdoor equipment， and a 3D digital model of the S700K point machine control system is constructedto simulate the control process， show the working principle of the point machine， demonstrate the disassembly and assembly process of the point machine， and design the interactive operation of the point machine disassembly and assembly. Thus， we developed S700K point machine control system 3 virtual simulation teaching software， which laid the foundation for the later development of the point machine state diagnosis system based on digital twin technology， so as to provide convenience for the experimental teaching of rail transit signal major students.

Keywords： S700K point machine; virtual simulation; SolidWorks; 3D technology

1 緒論

隨著計算機仿真技術、BIM技術等高新信息技術的飛速發展，軌道交通信號基礎設備的三維虛擬仿真成為智能運維的重要發展方向之一。三維數字模型通過數字孿生技術精準映射物理空間的真實狀態、行為和規則，減少工程管理過程中，因二維信息傳遞不精確導致的遺漏缺失、人為操作失誤等可能性。此外，維修作業人員對設備故障點定位時，三維孿生模型能降低二維設計圖紙與信號設備實體錯誤對應，引起的定位誤差。虛擬仿真平臺也能應用于軌道交通信號設備課程的教學實驗中，避免因實訓場地限制、實訓設備不足造成的學生動手能力不強，知識理解不徹底的現象。目前市面上轉轍機的仿真研究和學習培訓系統的開發主要針對ZD6、ZDJ9等型號設備，關于S700K型轉轍機的建模仿真系統研究比較少。本論文利用SolidWorks軟件對S700K型轉轍機控制系統的虛擬仿真平臺進行開發研究。

2 S700K型轉轍機控制設備

2.1 轉轍機控制系統室內設備

計算機聯鎖系統可以實現對軌旁信號基礎設備的遠程實時控制[1]，按照功能劃分為四層：室外設備層（包括信號機、轉轍機、軌道電路）、I/O接口層、聯鎖控制層、人機交互層。每層之間兩兩實時通信，形成一個四層次的實時系統控制。其硬件設備主要放置在車站信號設備室內，包括控制臺、聯鎖計算機、監視器、I/O柜、接口架、電源屏、安全繼電組合架、分線柜等室內設備。

2.2 轉轍機控制系統室外設備

（1）道岔。道岔是列車從一條軌道轉向另一股道的連接設備。轉轍機是驅動道岔完成位置轉換的重要設施。道岔分為轉轍部分、連接部分以及轍叉部分，主要包括尖軌、基本軌、合攏軌、轍岔心、翼軌和護輪軌[1]。

（2）外鎖閉裝置。外鎖閉裝置通常裝在尖軌和基本軌上形成道岔鎖閉的器材。外鎖閉裝置有燕尾鎖和鉤鎖式兩種，鉤式外鎖閉對道岔進行垂直鎖閉，鎖閉力由鎖閉鐵、鎖閉框直接傳導給基本軌，實踐證明鉤鎖外鎖閉優于燕尾鎖外鎖閉被廣泛采用[1]。

2.3 S700K型轉轍機特點分析

S700K型電動轉轍機采用了交流三相電動機。主要由機殼、機蓋、動作桿、電動機與齒輪組、摩擦聯結器與滾珠絲杠、保持聯結器、鎖閉塊、檢測桿、遮斷開關鎖、插接件、等組成。其傳動過程為電動機將動力通過減速齒輪組，傳遞給摩擦聯結器，摩擦聯結器帶動滾珠絲杠轉動，滾珠絲杠的轉動帶動絲杠上的螺母水平移動，螺母通過保持聯結器經動作桿、鎖閉桿帶動道岔轉換，道岔的尖軌或可動心軌經外表示桿帶動檢測桿移動[1]。

3 虛擬仿真系統的開發