城市軌道交通S700K轉轍機第二牽引點卡缺口故障研究

陽六兵，劉 軍，陳 梁，陳燕霞

(寧波市軌道交通集團有限公司運營分公司，浙江寧波 315101)

寧波軌道交通1號線在運營使用過程中時有發(fā)生第二牽引點卡缺口故障，對運營產生了不良影響。轉轍機檢測桿的缺口值過大或過小，都會使轉轍機無法鎖閉，導致道岔無法操作到位，俗稱 “卡缺口”故障。本文針對卡缺口故障進行技術分析和研究，提出對第二牽引點檢測桿改造的方案，并通過現場實際測試論證，提高轉轍設備運行的穩(wěn)定性，減少了對運營的影響。

1 基本情況

寧波軌道交通1號線正線采用60 kg/m鋼軌9號道岔，彈性可彎式曲尖軌，使用S700K-C型外鎖閉雙機牽引。第一牽引點轉轍機型號為A13/A14；第二牽引點轉轍機型號為A15/A16。全線共計73組道岔，運營4年來在第二牽引點因道岔外部機械問題導致的道岔失表故障共發(fā)生15次，其中折返站發(fā)生9次，具體故障情況如表1所示。

表1 寧波軌道交通1號線的道岔第二牽引點故障情況Tab.1 Fault conditions at the second traction point of switch machine for Ningbo Rail Transit Line 1

自2015年12月27日寧波軌道交通1號線二期試運行開始以來，第二牽引點道岔失表故障陡升，2015年12月至2016年10月期間共發(fā)生9次道岔失表，月均接近1次。2016年10月之后信號專業(yè)人員聯(lián)合工務專業(yè)人員開展專項整治，減少了道岔斥軌反彈程度，故障率有明顯下降，但是故障的根本問題仍未解決，2018年后相繼發(fā)生幾次同樣的故障。

2 原因分析

2.1 道岔曲線分析

2.1.1 正常工作曲線分析

S700K轉轍機工作過程可以分為啟動、解鎖、轉換、鎖閉和接通表示5個階段，道岔正常轉換一般在6.6 s內完成，第二牽引點正常動作功率曲線如圖1所示。工作剛開始時啟動轉轍機需要較大的功率，在0.2 s左右轉轍機功率驟升至800 W左右，隨著轉轍機開始工作，其輸出功率急降至300 W左右并保持穩(wěn)定，期間轉轍機進行解鎖、轉換、鎖閉操作。待鎖閉完成后道岔控制電路切斷電源，轉轍機的功率下降至100 W左右，之后隨著道岔給出正確位置，接通相關表示電路，功率降至0 W。

圖1 S700K第二牽引點正常動作曲線Fig.1 Normal action curve of S700K switch machine at the second traction point

2.1.2 故障曲線分析

根據前期道岔發(fā)生的故障以及現場模擬測試，梳理出能夠通過道岔動作曲線分析判斷的相關故障。目前寧波軌道1號線使用的S700K轉轍機主要有7種典型故障，典型故障如表2所示。

從表1中15次道岔故障的現象來分析，故障原因均為道岔第二牽引點無法鎖閉或卡阻。以2018年6月13日寧波軌道交通1號線霞浦站6號道岔失表的曲線為例，道岔正常轉換時間一般是6.6 s左右，而從故障時道岔轉換功率曲線圖來看，在4～5 s道岔轉換至即將鎖閉時，室外轉換卡阻，致使轉轍機空轉13 s后，保護電路自行切斷電機，如圖2所示。該故障現象與表2中的第6條故障相吻合。

圖2 霞浦站6號道岔故障曲線Fig.2 Turnout No.6 fault curve at Xiapu station

2.2 道岔工況分析

2.2.1 軌道設計參數

寧波軌道交通1號線60 kg/m鋼軌9號道岔的圖號為專線9761，尖軌設兩個牽引點，第一牽引點尖軌動程為160 mm，第二牽引點尖軌動程為80 mm。為了改善列車運行條件，便于制造和維修，在鈍角轍叉范圍內軌距采用1 440 mm，軌頭寬度為72 mm，因此道岔尖軌刨切點位置軌距為1 512 mm。由于第二牽引點轉轍機安裝位于尖軌刨切點之后，因此在道岔鎖閉時尖軌與基本軌無法實現密貼，存在設計間隙。其設計間隙為曲尖軌與之基本軌間隙是4.4 mm，直尖軌與曲基本軌間隙是8.7 mm。根據第二牽引點存在的設計間隙可計算出該處的軌距為 1 520.7 mm，約為 1 521 mm。如圖3所示。

圖3 第二牽引點外鎖閉裝置安裝示意Fig.3 Installation diagram of external locking device at the second traction point

2.2.2 工況現狀分析

現場第二牽引點尖軌與基本軌宏觀密貼情況與圖3設計數據基本一致，第二牽引點鎖閉時存在間隙，而在軌道設計文件中明確規(guī)定要進行密貼檢查，與現場實際相違背。具體標準參考《寧波市軌道交通設計技術標準通用圖設計》、《標準軌距鐵路道岔技術條件》（TB/T 412-2014）：在安裝外鎖閉裝置前，兩尖軌分別與相應的基本軌做密貼檢查，確認尖軌在刨切范圍內與基本軌縫隙小于1 mm。同時也不符合信號轉轍機相關標準，即信號轉轍機各牽引點要滿足2 mm鎖閉，4 mm不鎖閉的原則。

信號設計根據道岔中心標準及轉轍機產品標準，第二牽引點配置了A15/A16型S700K轉轍機，其密貼檢測精度范圍為2.0±0.5 mm。在無法調整密貼的情況下，依然要求轉轍機表示缺口在2.0 mm±0.5 mm，導致轉轍機現場可用性較差。

通過上述分析主要原因是由于現場所用的道岔在第二牽引點處，其尖軌與基本軌存在設計間隙并不密貼，道岔設計現狀與信號設計要求2 mm、4 mm密貼檢查以及轉轍機表示調整2.0 mm±0.5 mm不匹配。在受振動、沖擊、溫度、軌形變化等因素的影響時，更容易造成檢測桿位置偏移，繼而出現卡缺口故障。

3 解決方案

3.1 檢測桿改造

基于道岔的實際狀況難以改變的條件下，針對道岔在第二牽引點處尖軌與基本軌存在設計間隙不密貼的問題，通過分析調研，提出增大第二牽引點檢測桿檢測缺口的方案，即將檢測桿鎖閉缺口由29 mm擴大至33 mm，如圖4所示。檢測桿改造后檢測桿的檢測精度由±2 mm擴大至±4 mm，轉轍機最大有效檢測行程由82 mm增大至84 mm，能有效減少因外部環(huán)境變化導致檢測桿位置偏移的發(fā)生，提高了轉轍機的可用性。

A15/A16型S700K轉轍機的上層檢測桿檢查靠近轉轍機一側尖軌的密貼狀態(tài)，檢測桿型號為C73；下層檢測桿檢查遠離轉轍機一側尖軌的密貼狀態(tài)，檢測桿型號為C74。按照檢測桿改造原理，C73型和C74型分別需要修改4處，鎖閉缺口由29 mm改為33 mm、2處內指示缺口（左右側）由7 mm改為11 mm、外指示缺口由7 mm改為11 mm。

3.2 檢測桿改造可行性分析

3.2.1 從第二牽引點檢測桿作業(yè)進行分析

S700K電動轉轍機檢測桿的主要作用為檢查密貼狀態(tài)，同時具備輔助鎖閉功能。寧波軌道交通1號線正線道岔第二牽引點處于密貼段以外，尖軌與基本軌間存在設計間隙，故此牽引點不要求檢查道岔密貼狀態(tài)，檢測桿僅起輔助鎖閉作用。

3.2.2 從技術規(guī)范要求進行分析

根據原鐵道部運輸局《道岔轉換設備安裝技術條件（暫行）》（運基信號[2010]386號）文件5.3規(guī)定：直向通過速度120 km/h及以下的道岔轉換設備安裝應滿足多點牽引道岔第一牽引點中心線處，密貼尖軌與基本軌間有4 mm及以上水平間隙時，不應鎖閉或接通道岔表示；其余密貼段牽引點中心線處，密貼尖軌與基本軌間有6 mm及以上水平間隙時，不應鎖閉或接通道岔表示。

3.2.3 從不同線路使用情況進行對比

寧波軌道交通2號線正線采用與1號線正線同類型道岔，1號線第二牽引點使用的S700K轉轍機為可擠型，缺口檢測精度為2 mm；2號線第二牽引點使用的ZDJ9可擠型電動轉轍機，其缺口檢測精度為4 mm。與1號線相比2號線很少發(fā)生第二牽引點卡缺口的故障。

從上述分析可知，對S700K電動轉轍機檢測桿缺口改造技術上可行且滿足一定相關技術標準要求。

3.3 測試論證

2018年底相關設計單位的專家對改造方案進行討論，專家們一致認為寧波軌道交通1號線正線60 kg/m鋼軌9號道岔第二牽引點使用的S700K電動轉轍機檢測桿缺口精度由2 mm調整為4 mm可行。同意將A15/A16型S700K轉轍機檢測桿鎖閉缺口從29 mm擴改為33 mm，即檢測精度由2 mm 變?yōu)?4 mm。

改造后的檢測桿在試車線進行測試，經過現場3個月的測試驗證，既滿足了轉轍機鎖閉需求，又緩解了第二牽引點鎖閉卡阻問題，使用性能良好。隨即，又在1號線正線折返站選取一組道岔進行測試，道岔運行狀態(tài)良好。后續(xù)對1號線霞浦站、高橋西站和東環(huán)南路站的折返道岔進行更換，2019年4月完成3個車站檢測桿的更換。到目前為止再未發(fā)生第二牽引點卡缺口故障。

4 結語

針對A15/A16型S700K轉轍機檢測桿鎖閉缺口進行的改造，有效解決了第二牽引點因外部環(huán)境變化導致鎖閉時卡缺口的隱患，提升了道岔設備運行的穩(wěn)定性。該研究成果可以為其他使用S700K轉轍機同類型道岔的地鐵同行提供參考依據，具有一定的推廣應用價值。目前，該研究成果已獲得寧波軌道交通運營方和西門子信號有限公司的認可，并已經應用至寧波軌道交通3號線和4號線。