電液執行器在轉轍機中的應用分析

蕢凱騰，王宏亮，李金海，程硯斐，謝文斌

（通號萬全信號設備有限公司，杭州 310000）

1 概述

鐵道交通擁有錯綜復雜的鐵路布局，為保證列車的安全運行，開發道岔控制系統。轉轍機作為道岔控制的執行機構，用來轉換鎖閉道岔的尖軌或心軌，改變道岔的開通方向，反饋道岔的位置。道岔控制系統根據轉轍機反饋的信息做出相應的調控，提高運輸效率，減輕列車工作人員的勞動強度，防止出現不必要的安全事故。轉轍機以電動轉轍機、電液轉轍機、電空轉轍機最為常見。但轉轍機發展歷史較短，還有許多地方需要去創新改造，在此介紹一種新的動力源驅動的電液轉轍機。

2 電液執行器（EHA）

電液執行器是一種高度集成的電液傳動系統。如圖1所示，電液執行器將動力源（油泵），傳動介質儲存器（油箱），動力執行元件（油缸），控制器（溢流閥）、單向閥及濾油器、調節閥等元器件按照一定規律集中放置在1個密閉的盒子里，生成1套自成體系的電液傳動系統。電液執行器合理地利用了空間，不僅體積小，而且具有免維護、可靠性高、體積小、輸出力大等特點。

圖1 EHA電液執行系統原理Fig.1 Principle of EHA electro-hydraulic execution system

電液執行器的電機通過聯軸器與油泵形成聯動，通過電機的轉動帶動油泵工作。油泵以壓力驅動液壓油的流動。液壓油從右邊油缸流出，經過單向閥、油泵進入交叉口，單向閥阻止液壓油流入左邊油箱，因壓力較小不可經過溢流閥進入左邊油箱，液壓油唯有進入油缸驅動推桿移動，對外輸出推力，與此同時增加了液壓油的壓力，當達到溢流閥的調定值時，液壓油經溢流閥流入油箱。對于溢流閥當承受的壓力小于調定值時就會封閉，禁止液體流過。因此，當電機正轉帶動油泵正轉，從而驅動油缸推桿伸出時，推桿受到的推力由溢流閥調定，且此力恒定；同理，當電機反轉時，油缸推桿縮回。

3 新型電液轉轍機

新型電液轉轍機是將原電液轉轍機在保證原功能不變的情況下將液壓傳動系統由電液執行器進行替換，而生成的一種新型電液轉轍機。因只是改換驅動系統部分，其他組成均不變，在保證原功能不變的情況下，提高了轉轍機的空間利用率，而且在對尖軌與心軌的控制上更加穩定，對轉轍機的控制更加方便。同時由于電液執行器體積小的特點，新型電液轉轍機較原轉轍機，其內部空余出了很大的空間，為轉轍機智能監測設備的安裝提供了基礎條件。

3.1 功能分析

3.1.1 牽引功能

如圖2所示，轉轍機通過油泵控制油缸的左右移動，油缸與動作板連接，動作板通過動作桿與連接道岔尖軌的連接桿連接。即油缸的左右移動會帶動道岔尖軌的左右移動，實現道岔開通方向的變化。

圖2 轉轍機工作原理Fig.2 Working principle of switch machine

3.1.2 鎖閉功能

新型電液轉轍機通過兩種方式實現轉轍機的鎖閉功能:1）電液執行器自帶的自鎖閉功能。由圖1可知，電液執行器的油缸欲自發地移動，就必須排出對應缸體里的液壓油，但液壓油只能通過溢流閥流入油箱。可通過調節溢流閥的閥值確定電液執行器可承受的壓力。但是列車通過道岔時反饋力比較大，通過電液執行器的鎖閉功能不安全。2）機械結構實現的鎖閉方式。如轉轍機由定位向反位移動，反位鎖塊與鎖閉鐵相切，推板將其卡住。列車經過，反饋力欲使其向定位移動，動作桿受力，定位鎖塊固定連接處形成剪切力，唯有使連接柱斷裂才可驅使動作桿移動。所以可承受的力較大，形成安全的鎖閉功能。

3.1.3 表示功能

轉轍機具有將當前位置信息轉化為電路信號信息反饋給聯鎖系統，形成統一調配的功能，即轉轍機的表示功能。如圖3所示，轉轍機排骨接點座具有5個電流輸入/輸出接口。其中X1、X2、X3為定位表示電路，X1、X3、X5為反位表示電路。轉轍機在執行牽引功能時，動作板的左右移動在帶動道岔尖軌移動的同時會觸發排骨接點座開關的變化，實現轉轍機表示電路在定位表示與反位表示的變化。

圖3 轉轍機表示電路Fig.3 Indication circuit of switch machine

3.1.4 擠岔監督功能

擠岔監督功能可以從機械和電氣兩個方面進行理解。從機械角度分析，當道岔出現擠岔的現象時。轉轍機在牽引道岔尖軌時會出現移動距離縮短。出現表示桿的移動距離不夠，表示桿上的缺口與檢查柱之間的相對位置變化超過2 mm，檢查柱無法進入表示桿缺口，即排骨接點座變化不徹底，無法返回到位信號。從電氣角度分析，轉轍機正常行使表示功能時，X1、X2、X3為定位表示電路，X1、X3、X5為反位表示電路。出現擠岔時，X1、X2、X3 或X1、X3、X5不能正常導通，聯鎖系統接收的信號為非正常信號即可判斷為發生擠岔。

3.1.5 電機保護功能

EHA長時間的在溢流狀態電機會堵轉，在一定程度上對電機產生不可挽回的傷害，縮短電機的使用壽命。液壓油也會隨著電機的溫度升高而氣化導致EHA漏油。EHA為高度集中化的電液執行機構，為保證體積的最小化，必然會縮減液壓油的余量，那么液壓油出現缺失的情況，EHA在工作時將會產生輸出力浮動、移動不流暢。

轉轍機排骨接點座在實現表示功能的同時，也控制著電機電源的通斷如圖3所示。轉轍機在定位狀態時，X1、X3、X4接入三相電源，EHA接入三相電源，轉轍機由定位狀態向反位狀態移動；轉轍機在反位狀態時，X1、X2、X5接入電源，EHA接入與定位狀態相反的三相電源，轉轍機由反位狀態向定位狀態移動。當轉轍機到達反位極限時，排骨接點座開關狀態發生變化，EHA與三相電源斷開，電機停止。在整個過程中均不會出現EHA溢流的情況，對電機起到了保護功能。

3.2 應用分析

新型電液轉轍機采用EHA作為驅動單元，在具備以上功能的前提下，克服傳統轉轍機各方面的不足之處，使其具備許多可取之處。

1）EHA輸出力恒定。轉轍機在牽引道岔尖軌運動時，運動平穩，受力均勻，對各零部件的沖擊力小，最大限度地降低了損傷。

2）EHA是電液執行系統的集中機構，最大限度地降低了電液執行系統的體積。新型電液轉轍機也具有體積小等優點。

3）新型電液轉轍機具有使用壽命長的優點。新型電液轉轍機本質上也是液壓傳動，傳動機構比齒輪傳動穩定。液壓傳動具有溢流閥，在轉換過程中出現轉換不流暢且超過最大溢流閥設置壓力時，溢流閥打開，電動推桿保持恒定，避免轉轍機的損傷。

4）維修方便。EHA將電液執行系統集中在一起，液壓傳動故障時，只需將EHA進行整體更換即可。

4 結論

新型電液轉轍機采用EHA作為轉轍機的動力單元，對比傳統轉轍機，其在性能上有了全方位的提升。首先新型電液轉轍機體積小、重量輕，降低了轉轍機的材料成本和安裝難度；其次，新型電液轉轍機在發生液壓傳動故障時只需進行整體更換，維護更方便；整體來講，新型電液轉轍機液壓傳動穩定、使用壽命長、免維護。因此，使用新型電液轉轍機可以有效提高道口工人的工作效率，降低道口運營維護成本，最大限度地保障列車的安全運行。