齒軌岔區(qū)可動齒條轉換方案探討

王堅強，盧劍鋒，陳志輝，楊吉忠

(中鐵二院工程集團有限責任公司，成都 610031)

齒軌鐵路主要服務于山區(qū)鐵路、以觀光旅游為主的鐵路客運或煤礦井下輔助設備運輸鐵路[1-2]，是一種在傳統(tǒng)輪軌的基礎上增加齒條，車輛配置齒盤，通過齒條和齒盤嚙合行走的軌道交通制式，爬坡能力強，相對于我國山地非常廣的特點，具有廣泛的應用前景[3]。而齒軌道岔是一種使齒軌列車從一股道轉入另一股道的線路連接設備，也是齒軌軌道的薄弱環(huán)節(jié)之一，相對于傳統(tǒng)的輪軌道岔，齒軌道岔結構相對比較復雜，而齒軌道岔能否可靠地轉動到位，會直接影響到齒軌列車的行車效率和安全，因此，齒軌道岔轉換方案的可靠性、安全性及可維護性等，也直接關系著齒軌制式的應用與推廣。

1 齒軌岔區(qū)結構及原理

齒軌岔區(qū)如圖1所示，主要包括傳統(tǒng)輪軌道岔和岔區(qū)齒條，而岔區(qū)齒條又由岔區(qū)固定齒條和岔區(qū)可動齒條（含聯(lián)接桿）組成，岔區(qū)可動齒條包含4根可動齒條（可動齒條1、可動齒條2、可動齒條3和可動齒條4）、一根長聯(lián)接桿和一根短聯(lián)接桿，可動齒條1和4通過長聯(lián)接桿連接，動作方向一致，可動齒條2和3通過短聯(lián)接桿連接，動作方向一致，可動齒條1和4與可動齒條2和3動作方向相反，齒軌岔區(qū)狀態(tài)與傳統(tǒng)輪軌道岔、可動齒條狀態(tài)關系，如表1所示。

表1 齒軌道岔關系表Tab.1 Rack rail turnout relationship table

圖1 齒軌岔區(qū)Fig.1 Rack rail turnout section

2 國外現(xiàn)狀

山地（齒軌）軌道交通在國外有著較為廣泛的應用。早在1869年，美國在新罕布什州華盛頓山建成了世界上第一條齒軌鐵路，至今已安全運營了140余年。目前，以瑞士、德國及美國為代表，世界范圍現(xiàn)已有20多個國家建成齒軌鐵路線路180余條[4]。國外齒軌岔區(qū)轉換結構主要包括一臺轉轍設備和連接桿件構成。其轉轍設備與國內(nèi)標準轉轍機結構完全不一樣，采用雙動作桿且無表示桿，雙動作桿動作方向相反，一根動作桿與可動齒條1連接，通過長聯(lián)接桿帶動可動齒條4動作；一根動作桿與齒條2連接，通過短聯(lián)接桿帶動可動齒條3動作，具有以下特點：結構簡單，方便維護；轉轍器采用雙動作桿，兩動作桿作用方向相反，且兩動作桿作用線存在一定夾角，可動齒條到位情況通過動作桿位置確定；轉轍器無表示桿，無法實現(xiàn)可動齒條是否轉動到位的閉環(huán)監(jiān)測。

目前此道岔轉換方案在國內(nèi)并未應用，同時，在國內(nèi)軌道交通道岔轉換系統(tǒng)中，其轉換設備應具備相應的安全認證，國外的齒軌道岔轉換方案并不適應國內(nèi)現(xiàn)狀。因此，針對國內(nèi)轉換系統(tǒng)的現(xiàn)狀，本文提出了以下兩種齒軌岔區(qū)轉換方案。

3 齒軌岔區(qū)轉換方案

3.1 三點牽引方案

1）轉換方案

齒軌道岔區(qū)牽引道岔采用三機三點牽引，其中傳統(tǒng)輪軌道岔處采用一臺轉轍機牽引，岔區(qū)齒條處采用兩臺轉轍機對兩組可動軌條單獨牽引。本文對傳統(tǒng)輪軌道岔的轉換方案不再描述，僅對岔區(qū)齒條處轉換方案進行詳細介紹。

三點牽引齒軌岔區(qū)可動齒條轉換方案如圖2所示，齒軌道岔兩側各設置一臺轉轍機，一臺轉轍機的動作桿與臨近的外側齒條（可動齒條1或4）連接，表示桿與另一側的外側齒條連接，若采用雙表示桿，則兩根表示桿分別與兩側的外側齒條連接；另一臺轉轍機的動作桿與臨近的內(nèi)側齒條（可動齒條2或3）連接，表示桿與另一側的內(nèi)側齒條連接，若采用雙表示桿，則兩根表示桿分別與兩側的內(nèi)側齒條連接。三點牽引齒軌岔區(qū)可動齒條動作原理采用兩套閉環(huán)動力傳遞方式，轉轍機1通過動作桿帶動可動齒條1，可動齒條1通過長聯(lián)接桿帶動可動齒條4，可動齒條4通過表示桿將位置信息反饋至轉轍機1；同時，轉轍機2通過動作桿帶動可動齒條2，可動齒條2通過短聯(lián)接桿帶動可動齒條3，可動齒條4通過表示桿將位置信息反饋至轉轍機2。

圖2 三點牽引轉換方案Fig.2 Three-point traction conversion scheme

2） 設計方案

道岔轉換采用輪軌、齒軌同時開始轉換方式。其中，輪軌、齒軌采用轉轍機順序啟動，以錯開電機啟動電流峰值[5]。3臺轉轍機在控制距離允許的情況下，由5芯電纜芯線控制，芯線數(shù)不包括監(jiān)測和電話芯線。除滿足《鐵路信號設計規(guī)范》中的有關要求外，還應滿足下列要求[6]：室外控制、表示電路采用五線制設計；在三相電源缺相的情況下，具有自動切斷電動機控制電路的功能；多機牽引的道岔控制電路，其中任一臺轉轍機不啟動時，應切斷該道岔的控制電路[7]；多機牽引一組道岔時，轉轍機應按順序錯峰啟動；在30 s內(nèi)道岔未轉換到位時，自動切斷控制電路，此條可根據(jù)實際需要考慮設置與否；電路采用組合化設計。

3）特點

采用軌道交通轉換設備，技術成熟；兩臺轉轍機分動控制，可靠性高；每臺轉轍機采用閉環(huán)控制，安全性高。可動齒條處需要在線路雙側安裝兩臺轉轍機，對岔區(qū)工程條件要求高。

3.2 兩點牽引方案

1）轉換方案

齒軌道岔區(qū)牽引道岔采用雙機兩點牽引，其中傳統(tǒng)輪軌道岔和岔區(qū)齒條處各采用一臺轉轍機牽引，并在岔區(qū)齒條設置一臺轉換裝置[8]。

兩點牽引齒軌道岔區(qū)可動齒條轉換方案如圖3所示。齒軌道岔一側設置一臺轉轍機，轉轍機的動作桿和表示桿同時與臨近的外側齒條（可動齒條1或4）連接。轉換裝置設置于道岔另一側，與另一側的外側齒條和內(nèi)側齒條連接。密貼檢查器與轉轍機設置于同側，其表示桿與就近的內(nèi)側齒條連接。兩點牽引齒軌岔區(qū)可動齒條動作原理采用一套閉環(huán)動力傳遞方式，轉轍機通過動作桿帶動可動齒條1，同時通過表示桿實時反饋可動齒條1位置。可動齒條1通過長聯(lián)接桿帶動可動齒條4，可動齒條4通過外側聯(lián)接桿帶動轉換裝置，轉換裝置通過內(nèi)部結構將作用力反向，再通過內(nèi)側聯(lián)接桿帶動可動齒條3，可動齒條3通過短聯(lián)接桿帶動可動齒條2，可動齒條2通過密貼檢查器表示桿將位置信息反饋至密貼檢查器，密貼檢查器通過電氣接口將可動齒條2的位置信息實時反饋至轉轍機。

圖3 兩點牽引轉換方案示意Fig.3 Two-point traction conversion scheme

2）設計方案

道岔轉換采用輪軌、齒軌同時開始轉換方式。其中，輪軌、齒軌采用轉轍機順序啟動，以錯開電機啟動電流峰值。兩臺轉轍機在控制距離允許的情況下，由5芯電纜芯線控制，芯線數(shù)不包括監(jiān)測和電話芯線。除滿足《鐵路信號設計規(guī)范》中的有關要求外，還應滿足下列要求。

室外控制、表示電路采用五線制設計；在三相電源缺相的情況下，具有自動切斷電動機控制電路的功能；多機牽引的道岔控制電路，其中任一臺轉轍機不啟動時，應切斷該道岔的控制電路；多機牽引一組道岔時，轉轍機應按順序錯峰啟動；電路采用組合化設計。

3）特點

轉撤機、密貼檢查器和轉換裝置機箱分別設于軌道的兩側，便于維護；轉換裝置無成熟產(chǎn)品，需要創(chuàng)新研發(fā)；串聯(lián)的形式相連接，作用力逐級傳遞，若某一可動齒條發(fā)生斷裂或變形，作用力不會繼續(xù)傳遞下去；轉轍機、密貼檢查器表示桿分別反饋第一級和最后一級所述可動齒軌位置，實現(xiàn)了位置狀態(tài)的閉環(huán)反饋，提高了位置狀態(tài)反饋的可靠性、可用性和安全性。

4 結束語

目前，國內(nèi)尚無山地軌道交通齒軌制式的工程實際應用，因此更是缺乏針對道岔等關鍵軌道設備的研究，相關產(chǎn)業(yè)總體水平較為滯后。因而，亟待開展山地軌道交通齒軌道岔及其轉換系統(tǒng)關鍵技術的研究，形成完備的齒軌道岔所需的理論依據(jù)與技術體系，其成果也將推動新制式軌道交通產(chǎn)業(yè)發(fā)展，增強自主創(chuàng)新能力，構建山地軌道交通品牌工程。