淺談機(jī)電一體化在鐵路行業(yè)中的運用

1 引言

機(jī)電一體化技術(shù)是將機(jī)械技術(shù)、電工電子技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、傳感器技術(shù)、接口技術(shù)、信號變換技術(shù)等多種技術(shù)進(jìn)行有機(jī)地結(jié)合，并綜合應(yīng)用到實際中去的綜合技術(shù)?，F(xiàn)代化的自動生產(chǎn)設(shè)備幾乎可以說都是機(jī)電一體化的設(shè)備。

機(jī)電一體化技術(shù)的快速發(fā)展，推動著社會工業(yè)技術(shù)不斷進(jìn)步，在鐵路行業(yè)的應(yīng)用也越來越廣泛。無論是輪軌交通系統(tǒng)中的高速動車組、準(zhǔn)高速的大鐵路車輛、負(fù)責(zé)貨運的重載列車，還是無軌磁懸浮列車，以及整個列車的運營環(huán)境基礎(chǔ)，均涉及了大量機(jī)電一體化設(shè)計。

鐵路行業(yè)機(jī)電一體化程度不斷提高，使得機(jī)械結(jié)構(gòu)大為簡化、布局更加合理、性能亦更加優(yōu)良?，F(xiàn)代鐵路行業(yè)中逐步將眾多機(jī)械設(shè)計的復(fù)雜性轉(zhuǎn)移到機(jī)電控制設(shè)計中，機(jī)電充分耦合，多學(xué)科知識交叉運用．將“智能”動作不斷地植入鐵路行業(yè)，使鐵路設(shè)計技術(shù)不斷地推陳出新、不斷完善設(shè)計。

2 轉(zhuǎn)轍機(jī)概述

轉(zhuǎn)轍機(jī)(switch machine)即道岔控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。用于轉(zhuǎn)換鎖閉道岔尖軌或心軌，表示監(jiān)督聯(lián)鎖區(qū)內(nèi)道岔尖軌或心軌的位置和狀態(tài)。

2．1轉(zhuǎn)轍機(jī)的作用

一般來講，轉(zhuǎn)轍機(jī)的作用有以下4個方面：

(1)轉(zhuǎn)換道岔的位置．根據(jù)需要轉(zhuǎn)換至定位或反位。

(2)道岔轉(zhuǎn)換到所需的位置并密貼后，實現(xiàn)鎖閉，防止外力轉(zhuǎn)換道岔。

(3)正確反映道岔的實際位置，道岔尖軌密貼于基本軌后，給出相應(yīng)的表示。

(4)道岔被擠或因故處于“四開”位置時，及時給出報警和表示。

2．2轉(zhuǎn)轍機(jī)的分類

(1)按動作能源和傳動方式：電動皿、電動液壓zY、電空轉(zhuǎn)轍機(jī)ZR。

(2)按供電電源的種類，可分為直流和交流。

(3)動作速度：普通動作(3．8 s以上。大多數(shù)屬于此類)和快動(0．8 s以下，一般用于駝峰調(diào)車場)。

(4)按鎖閉道岔的方式日r分為內(nèi)鎖閉和外鎖閉：內(nèi)鎖閉：依靠轉(zhuǎn)轍機(jī)內(nèi)部的鎖閉裝置鎖閉道岔的尖軌，是間接鎖閉方式。外

鎖閉：依靠外鎖閉裝置直接將基本軌與尖軌密貼，將斥離軌鎖于固定位置．直接鎖閉方式。鎖閉可靠．列車對轉(zhuǎn)轍機(jī)幾乎無沖擊。

(5)按是否町?dāng)D，可分為町?dāng)D型和不可擠型轉(zhuǎn)轍機(jī)：可擠型：設(shè)有道岔保護(hù)(擠切或擠脫)裝置，道岔被擠時，動作桿解鎖，保護(hù)整機(jī)。不可擠型：道岔被擠時，擠壞動作桿與整機(jī)的連接結(jié)構(gòu)，應(yīng)整機(jī)更換。

2．3轉(zhuǎn)轍機(jī)的基本要點

為了維護(hù)鐵路線路的平穩(wěn)運行，對轉(zhuǎn)轍機(jī)有以下四點基本要求：

(1)足夠的拉力，以帶動尖軌作直線往返運動；當(dāng)尖軌受阻不能運動到底時，應(yīng)隨時通過操縱使尖軌恢復(fù)原位。

(2)作為鎖閉裝置，當(dāng)尖軌與基本軌不密貼時，不應(yīng)進(jìn)行鎖閉，一旦鎖閉，應(yīng)保證道岔不因列車通過的震動而錯誤解鎖。

(3)作為監(jiān)督裝置．應(yīng)正確反映道岔的狀態(tài)。

(4)道岔被擠后，在未修復(fù)之前不應(yīng)再使道岔轉(zhuǎn)換。

3 電動液壓轉(zhuǎn)轍機(jī)工作過程分析

隨著鐵路行業(yè)的發(fā)展，提速道岔對轉(zhuǎn)轍機(jī)的動作效率和穩(wěn)定性要求越來越高，電動液壓轉(zhuǎn)轍機(jī)由于其動作速度快、性能可靠已經(jīng)占領(lǐng)我國轉(zhuǎn)轍機(jī)市場的半壁江山。

電動液壓轉(zhuǎn)轍機(jī)是采用電動機(jī)驅(qū)動、液壓傳動方式來轉(zhuǎn)換道岔的一種轉(zhuǎn)轍裝置。液壓轉(zhuǎn)轍機(jī)取消了齒輪傳動和減速器，簡化了機(jī)械結(jié)構(gòu)．將機(jī)械磨損減到最低程度．減少了維修的作量。且適用于提速道岔。但液壓傳動對液壓介質(zhì)要求較高，對元件要求也高、傳動效率較低。

液壓傳動是用液體為工作介質(zhì)來傳送能量的。油壓傳動是液壓傳動的一種。是利用油液的壓力來傳遞能量的。

3．1 轉(zhuǎn)轍機(jī)采用液壓傳動的原理

液壓傳動借助處于密閉容器內(nèi)的液體的壓力來傳遞能量和動力．液體雖然沒有立體的集合形狀．卻有幾乎不變的容器。當(dāng)它被容納于密閉的系統(tǒng)之中時．就可以將壓力由一處傳遞到另一處。當(dāng)高壓液體在管道、油缸中流動時．就能傳遞機(jī)械能，任何液壓傳動都是建立在這種通過處于密閉容器中的受壓液體流動來傳遞機(jī)械能的基礎(chǔ)上的，

3．2轉(zhuǎn)轍機(jī)采用液壓傳動的優(yōu)點

（1）易于獲得很大的力或力矩，并且易于控制．使用油泵容易獲得較高的壓力(7—35 MPa)油缸的有效承壓面積較大，可獲得很大的力或力矩。

（2）易于實現(xiàn)直線的往復(fù)運動，直接推動工作機(jī)構(gòu)，適合牽引道岔尖軌位移。

（3）易于調(diào)整凋速比。例如，用節(jié)流閥調(diào)速時，流饋變速若由0.02L／min變到100 L／min，調(diào)速比就達(dá)到了5000，這是其他傳動方式無法比擬的。

（4）輸出功率大、體積小。油泵的外形尺寸僅為同功率電機(jī)的12％～13％，重量僅為10％一20％。

（5）傳動平穩(wěn)、均勻。

（6）在往復(fù)和旋轉(zhuǎn)運動中．可以經(jīng)?？焖俣鵁o沖擊的變速和換向．由于液壓機(jī)構(gòu)重量輕、慣性小，可獲得高速反應(yīng)。中等功率的電機(jī)起動需要1～2 s，而同功率的液JK機(jī)只需要0.1 s。

（7）易于獲得各種復(fù)雜的動作；易于布局和操縱，根據(jù)需要可增設(shè)多個牽引點；易于防止過載事故。

（8）操縱力較小。

（9）自動潤滑，元件的壽命較長。

（10）易于與電氣設(shè)備配合，制作出性能良好、自動化程度高的復(fù)合控制系統(tǒng)。

3．3電液轉(zhuǎn)轍機(jī)的基本結(jié)構(gòu)。

電液轉(zhuǎn)轍機(jī)由動力系統(tǒng)(直流電動機(jī)或甲流電動機(jī))、液壓系統(tǒng)、油路系統(tǒng)、轉(zhuǎn)換鎖閉系統(tǒng)和接點(電路)系統(tǒng)組成。

3．4 ZYJ7型電動液壓轉(zhuǎn)轍機(jī)的結(jié)構(gòu)

ZYJ7型轉(zhuǎn)轍機(jī)由主機(jī)和SH6型轉(zhuǎn)換鎖閉器(副機(jī))兩部分組成，分別用于第一牽引點和第二牽引點，主機(jī)與副機(jī)問通過油管連接。zYJ7型轉(zhuǎn)轍機(jī)主機(jī)由電動機(jī)、油泵、油缸、起動油缸、接點系統(tǒng)、鎖閉桿、動作桿等部分組成。SH6轉(zhuǎn)換型鎖閉器(副機(jī))主要由油缸、擠脫接點、表示桿、動作桿等組成。

3．5 ZYJ7型電液轉(zhuǎn)轍機(jī)的油路及其動作原理

ZYJ7型電液轉(zhuǎn)轍機(jī)油路部分見圖1。

油泵是整個系統(tǒng)的動力源，用來將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液態(tài)的壓力能。流量凋節(jié)閥、溢流閥、單向閥等組成操縱控制裝置．用以調(diào)節(jié)控制液壓油的流向、流量和壓力，實現(xiàn)不同的工作循環(huán)。油缸是系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。它把液壓能變換成機(jī)械能。濾清器、油箱等是輔助裝置。