第02章城市軌道交通基礎(chǔ)信號設(shè)備通用PPT課件

1、第02章城市軌道交通基礎(chǔ)信號設(shè)備 城市軌道交通基礎(chǔ)信號設(shè)備包括信號機(jī)、轉(zhuǎn)轍機(jī)、軌道電路、計(jì)軸器、應(yīng)答器等，它們是城市軌道交通信號系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)設(shè)備，它們的運(yùn)用質(zhì)量和可靠性，是信號系統(tǒng)正常運(yùn)行和充分發(fā)揮效能的保證。城市軌道交通信號基礎(chǔ)設(shè)備沿襲鐵路信號基礎(chǔ)設(shè)備，但是有的基礎(chǔ)設(shè)備，例如信號機(jī)的設(shè)置和顯示、軌道電路的制式等，又不同于鐵路。知識點(diǎn) 1城市軌道交通信號的種類： 2 轉(zhuǎn)轍機(jī)的作用和要求： 3軌道電路的作用： 4計(jì)軸器的作用： 5查詢應(yīng)答器的功能。技能目標(biāo)1掌握城市軌道交通信號的使用和顯示含義：2了解轉(zhuǎn)轍機(jī)的作用及組成；3掌握S型連接式音頻軌道電路的工作原理：4掌握計(jì)軸器的工作原理：5掌握查詢

2、應(yīng)答器的工作原理。2.1 各種信號及顯示設(shè)備2.1.1 固定信號及顯示設(shè)備 固定信號是將信號機(jī)固定在一個(gè)位置上，用顏色的變化顯示信號指示列車運(yùn)行。 高柱信號機(jī)安裝在鋼筋混凝土信號機(jī)柱上，主要用于顯示距離遠(yuǎn)、觀察位置明顯的地方，如車輛段的進(jìn)段、出段。矮柱信號機(jī)安裝在信號機(jī)水泥地基上，一般使用在信號顯示距離近及隧道等安裝空間有限的地方。固定信號機(jī)設(shè)置原則：城市軌道交通采用右行車制，地面信號機(jī)設(shè)于列車運(yùn)行方向的右側(cè)，地下部分一般裝在隧道壁上。特殊情況下，可設(shè)于列車運(yùn)行方向的左側(cè)或其他位置。我國對城市軌道交通信號顯示未作統(tǒng)一規(guī)定。一般固定信號機(jī)顯示的基本顏色為紅、黃、綠三種，再輔以藍(lán)色、月白色構(gòu)成信號

3、的基本顯示系統(tǒng)。因?yàn)槿搜蹖t光最敏感，更能引起人的注意，所以以紅色燈光作為停車信號。紅色信號表示危險(xiǎn)，列車須在紅色燈光信號機(jī)前停車。2.1.2車載信號及顯示設(shè)備2.1.3 軌旁指示標(biāo)志和手信號 手信號多在信號設(shè)備故障或者是特殊的運(yùn)營時(shí)段等情況下使用。手信號員必須手持信號旗或手提信號燈發(fā)出手信號。手信號不得固定在地面或其他地方。駕駛員看到任何錯(cuò)誤展示的手信號、看不見或看不清楚控制行車的手信號時(shí)必須停車；手信號員撤銷停車信號后，并可讓列車安全行進(jìn)時(shí)，必須展示前進(jìn)或減速手信號。2.1.4信號顯示制式 信號顯示定位：信號機(jī)經(jīng)常顯示的狀態(tài)為信號機(jī)定位，其定位的選擇一般考慮行車安全、行車效率等，除進(jìn)出站信

4、號機(jī)和通過信號機(jī)以綠色為定位，其他信號機(jī)器以禁止信號為定位。 信號機(jī)關(guān)閉時(shí)機(jī)：調(diào)車信號機(jī)在調(diào)車車列全部通過該信號機(jī)后自動關(guān)閉，其他信號機(jī)都在列車第一輪對越過該信號機(jī)后自動關(guān)閉。 停車信號：固定信號機(jī)點(diǎn)亮紅色信號或固定信號機(jī)滅燈、顯示不明或不正確，均視為停車信號；車載信號顯示屏的目標(biāo)速度顯示為0狀態(tài)，既是停車信號；手信號員使用紅色手信號來展示停車信號，任何人高舉雙手或任何物仵用力搖動都是停車信號。2.2道岔控制設(shè)備動力轉(zhuǎn)轍機(jī)2.2.1 動力轉(zhuǎn)轍機(jī)的作用和要求 1轉(zhuǎn)轍機(jī)的作用 轉(zhuǎn)換道岔的位置，根據(jù)需要轉(zhuǎn)換至定位或反位。 道岔轉(zhuǎn)至所需位置而且密貼后，實(shí)現(xiàn)鎖閉，防止外力轉(zhuǎn)換道岔。 正確地反映道岔的實(shí)際

5、位置，道岔的尖軌密貼于基本軌后，給出相應(yīng)的表示。 道岔被擠或因故處于“四開”（兩側(cè)尖軌均不密貼）位置時(shí)，及時(shí)給出報(bào)警及表示。2對轉(zhuǎn)轍機(jī)的基本要求 作為轉(zhuǎn)換裝置，應(yīng)具有足夠大的拉力，以帶動尖軌作直線往返運(yùn)動；當(dāng)尖軌受阻不能運(yùn)動到底時(shí)，應(yīng)隨時(shí)通過操縱使尖軌回復(fù)原位。 作為鎖閉裝置，當(dāng)尖軌和基本軌不密貼時(shí)，不應(yīng)進(jìn)行鎖閉；一旦鎖閉，應(yīng)保證不致因車通過道岔時(shí)的震動而錯(cuò)誤解鎖。 作為監(jiān)督裝置，應(yīng)能正確地反映道岔的狀態(tài)。 道岔被擠后，在未修復(fù)前不應(yīng)再使道岔轉(zhuǎn)換。2.2.2 電動轉(zhuǎn)轍機(jī)的基本組成1電動機(jī) 電動機(jī)為電動轉(zhuǎn)轍機(jī)提供動力，采用直流串激電動機(jī)。當(dāng)電樞繞組和勵磁繞組通過電流時(shí)，勵磁繞組在所產(chǎn)生的磁場中將

6、受到力的作用，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動電樞旋轉(zhuǎn)。2減速器 轉(zhuǎn)轍機(jī)用的電動機(jī)，其功率選定后總是不變的，其轉(zhuǎn)速一般在2000 r/min以上。3轉(zhuǎn)換器鎖閉器 主要由鎖閉齒輪、齒條塊和動作桿組成。4自動開閉器 由靜接點(diǎn)、動接點(diǎn)、速動片、速動爪、檢查柱組成，是自動開閉電動機(jī)電路和自動開閉道岔表示電路的接點(diǎn)系統(tǒng)，用來表示道岔尖軌所在位置。5摩擦連接器 構(gòu)成輸出軸與主軸之間的摩擦連接，消除電動機(jī)的轉(zhuǎn)動慣性，防止尖軌受阻時(shí)損壞機(jī)件。6擠岔裝置 由移位接觸器、擠切銷等組成，移位接觸器用來監(jiān)督擠切銷的受損狀態(tài)，在道岔被擠或擠切銷折斷時(shí)，斷開道岔表示電路。7表示裝置 表示桿由前、后表示桿吸兩個(gè)檢查塊組成。表示桿隨尖軌移動，

7、只有當(dāng)尖軌密貼且鎖閉后，自動開閉器的檢查柱才能落人表示桿缺口，接通道岔鎖閉表示電路。擠岔時(shí)，表示桿被推動，頂起檢查柱，從而斷開道岔表示電路，以示擠岔。2.3 軌道電路 軌道電路是由鋼軌線路和鋼軌絕緣構(gòu)成的電路。軌道電路的作用是監(jiān)督列車的占用狀態(tài)，反映線路的空閑狀況，為開放信號、建立進(jìn)路或構(gòu)成閉塞提供依據(jù)；傳遞行車信息（ATP信息），決定通過信號機(jī)的顯示或決定列車運(yùn)行的目標(biāo)速度，從而控制列車運(yùn)行。軌道電路是信號的重要基礎(chǔ)設(shè)備之一，它的性能直接影響行車安全和運(yùn)輸效率。2.3.1軌道電路的基本構(gòu)成及原理 軌道電路是以鐵路線路軌道作為導(dǎo)體，兩端加以機(jī)械絕緣（或電氣絕緣），接上送電和受電端設(shè)備構(gòu)成的電路

8、。 軌道電路的送電設(shè)備設(shè)在送電端，由軌道電源E和限流電阻Rx組成。接收設(shè)備設(shè)在受電端，一般采用繼電器，稱為軌道繼電器（如圖2-7），由它來接收軌道電路的信號電流。當(dāng)軌道繼電器中有電流時(shí)，軌道繼電器吸起，繼電器前接點(diǎn)和中接點(diǎn)閉合；當(dāng)軌道繼電器沒有電流時(shí)，軌道繼電器落下，后接點(diǎn)和中接點(diǎn)閉合。 當(dāng)軌道電路內(nèi)鋼軌完整，沒有列車占用軌道時(shí)，軌道繼電器吸起，表示軌道電路空閑。這時(shí)軌道電路處于調(diào)整狀態(tài)，如圖2-8所示。 當(dāng)軌道電路被列車占用時(shí)，軌道電路被輪對分路，輪對電阻遠(yuǎn)小于軌道繼電器線圈的電阻，流經(jīng)軌道繼電器的電流太大減小，軌道繼電器落下，表示軌道電路被占用，這時(shí)軌道電路處于分路狀態(tài)，如圖2-9所示。

9、當(dāng)軌道電路的鋼軌被折斷，軌道電路受電端軌道繼電器中無電流通過，軌道繼電器落下，反映鋼軌斷軌，如圖2-10所示。2.3.2道岔區(qū)段軌道電路 按軌道電路內(nèi)有無道岔分類，軌道電路可分為無岔區(qū)段軌道電路和道岔區(qū)段軌道電路。 無岔區(qū)段軌道電路內(nèi)鋼軌線路無分支，構(gòu)成較簡單。在車輛段的道岔區(qū)段，鋼軌線路有分支，道岔區(qū)段的軌道電路也稱為分支軌道電路或分歧軌道電路。道岔區(qū)段軌道電路主要有串聯(lián)式和并聯(lián)式兩種連接方式。2.3.3有絕緣軌道電路的極性交叉 按軌道電路分割方式分類，軌道電路可分為有絕緣軌道電路和無絕緣軌道電路。有絕緣軌道電路用鋼軌絕緣將本軌道電路與相鄰的軌道電路互相電氣隔離。無絕緣軌道電路在其分界處不設(shè)

10、鋼軌絕緣，而采用電氣隔離的方法予以隔離。 對于有鋼軌絕緣的軌道電路，為了實(shí)現(xiàn)對鋼軌絕緣破損的防護(hù)，要使絕緣節(jié)兩側(cè)的軌面電壓具有不同的極性或相反的相位，這就是軌道電路的極性交叉。粗線表示接電源正極，細(xì)線表示接電源負(fù)極。2.3.4音頻軌道電路 軌道電路按所傳送的電流特性分類，可分為工頻和音頻兩種軌道電路。工頻軌道電路中傳送連續(xù)的是工頻交流電流，軌道電路的唯一功能是監(jiān)督軌道的占用與否，不能傳送更多信息。音頻軌道電路除監(jiān)督軌道的占用情況外，還可以傳輸較多信息。城市軌道交通的軌道電路不僅用來檢測列車的占用，更重要的是傳輸列車的行車信息，所以城市軌道交通正線區(qū)段多采用音頻軌道電路。1音頻軌道電路的基本構(gòu)成

11、及原理 諧振式電氣隔離音頻軌道電路，是在軌道電路分界處，采用電容和鋼軌構(gòu)成的電感組成諧振回路，相鄰軌道電路采用不同頻率的信號電流，使諧振回路對不同頻率信號呈現(xiàn)不同阻抗，實(shí)現(xiàn)軌道電路的無絕緣電氣隔離。2.音頻無絕緣軌道電路的分類 1)按信息處理技術(shù)分類 可分為模擬軌道電路和數(shù)字編碼軌道電路。模擬式音頻軌道電路用代表不同速度信息的低頻對載頻進(jìn)行調(diào)制，該調(diào)制信號是模擬量，以實(shí)現(xiàn)對列車速度的控制。它只能傳輸速度信息，不能傳輸更多的ATP信息，因此只能實(shí)現(xiàn)階梯式控制模式的固定閉塞。數(shù)字編碼式音頻軌道電路則用報(bào)文形式，通過數(shù)字編碼對載頻進(jìn)行數(shù)字調(diào)頻，該調(diào)制信號是數(shù)字量，以實(shí)現(xiàn)列車控制用各種信息的傳輸，包括

12、目標(biāo)速度、目標(biāo)距離、線路坡度、區(qū)間限制、軌道電路長度等信息。通過這種軌道電路可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)曲線式控制模式的準(zhǔn)移動閉塞。 2)按調(diào)制方式分類 可分為調(diào)幅軌道電路和調(diào)頻軌道電路。調(diào)幅式音頻軌道電路采用調(diào)幅的方式將低頻信號調(diào)制在載頻上予以傳送。調(diào)頻軌道電路是采用調(diào)頻和數(shù)字調(diào)頻的方式將低頻信號或報(bào)文加載在載頻上，多數(shù)音頻軌道電路均采用此種方式。3)按功能分類 可分為檢測列車占用與傳輸ATP信息分開和檢測列車占用與傳輸ATP信息合一兩種方式。檢測列車占用與傳送ATP信息分開的方式是檢測列車占用采用一種方式，而傳送ATP信息采用另一種方式。檢測列車占用與傳送ATP信息合一的方式是檢測列車占用和傳送ATP信息由

13、同一種方式實(shí)現(xiàn)。3音頻軌道電路電氣絕緣節(jié)的類型 音頻軌道電路一般由電氣絕緣節(jié)分隔。電氣絕緣節(jié)由鋼軌間的導(dǎo)線棒( Bond)和調(diào)諧單元組成。導(dǎo)線棒主要有：S棒、短路棒、終端棒、調(diào)整型短路棒等種類。 S棒主要在正線區(qū)間采用，相鄰的軌道電路通過S棒隔離，如圖2-17 (a)所示。它是鏡像對稱的，以S棒的中心線作為軌道區(qū)段的物理劃分。S棒長7. 8m左右，模糊區(qū)段長度小于或等于3. 9m（指車壓在S棒的1/4至3/4范圍內(nèi)，兩邊的區(qū)段都顯示“軌道占用”）。S棒還起平衡兩個(gè)走行軌牽引電流的作用。2.4 計(jì)軸器 計(jì)軸器是用于完成計(jì)算車輛進(jìn)出區(qū)段的輪軸數(shù)，監(jiān)督列車占用軌道區(qū)段的一種技術(shù)設(shè)備。它不受軌道線路、

14、道床狀況的影響。對采用CBTC（基于無線通信的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)）的城市軌道線路，當(dāng)無線傳輸設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，可用計(jì)軸器設(shè)備檢查列車位置，構(gòu)成“降級”信號。2.4.1 計(jì)軸器的基本組成計(jì)軸器由室內(nèi)設(shè)備和室外設(shè)備兩部分組成。 室外設(shè)備有輪軸傳感器和電子連接箱（包括發(fā)送器及接收器的電子單元EAK）；室內(nèi)設(shè)備有計(jì)數(shù)比較器（運(yùn)算器）和繼電器等，或采用微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成的計(jì)軸核算器( ACE)裝置。 輪軸傳感器是計(jì)軸器的基礎(chǔ)設(shè)備。其作用是將機(jī)車、車輛通過的車軸數(shù)轉(zhuǎn)換成電脈沖信號。一般采用電磁式。電磁式傳感器由K，和K2兩組磁頭組成，每組磁頭又由1個(gè)發(fā)送線圈( TX)和一個(gè)接收線圈(RX)組成，分別裝在鋼軌的兩側(cè)

15、。在無車輪經(jīng)過傳感器磁頭時(shí)，發(fā)送線圈( TX)接收EAK發(fā)送器饋送的高頻電流，使其周圍產(chǎn)生交變磁場，并通過電磁感應(yīng)作用，在接收線圈( RX)中感應(yīng)出一定的交流電壓。2.4.2 計(jì)軸器的基本工作原理 在區(qū)間始端和末端各有一傳感器，當(dāng)車輪進(jìn)入始端軌道傳感器作用區(qū)時(shí)，傳感器發(fā)出電脈沖信號給計(jì)數(shù)器，開始計(jì)軸進(jìn)行加軸運(yùn)算。當(dāng)車輪進(jìn)入末端軌道傳感器作用區(qū)時(shí)，傳感器同樣發(fā)出電脈沖給計(jì)數(shù)器，進(jìn)行減軸運(yùn)算。計(jì)數(shù)器顯示如為0，表明此時(shí)區(qū)間無車占用；如不為0，則表明此時(shí)區(qū)間有車占用。2.5 查詢應(yīng)答器2.5.1查詢應(yīng)答器的功能 查詢應(yīng)答器是一種采用電磁感應(yīng)原理構(gòu)成的高速點(diǎn)式數(shù)據(jù)采集傳輸設(shè)備，并已成為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代軌道交通

16、地面與列車間相互通信的重要設(shè)備。查詢應(yīng)答器技術(shù)在鐵路上的應(yīng)用比較廣泛，例如進(jìn)行車輛的測速和定位時(shí)，在地面固定地點(diǎn)道床上設(shè)置應(yīng)答器，列車上安裝查詢器，列車經(jīng)過應(yīng)答器時(shí)通過向地面無源應(yīng)答器發(fā)射能源，通過短程無線電波，使查詢器立即從應(yīng)答器反饋獲得列車自身精確定位數(shù)值。如在軌道道床上按給定距離敷設(shè)多個(gè)應(yīng)答器，則列車從它們可以連續(xù)定點(diǎn)地獲得定位信息，從獲得兩個(gè)定位信息的間隙時(shí)間長短經(jīng)過處理后，則可以進(jìn)一步判斷求得列車實(shí)際運(yùn)行的速度。2.5.2查詢應(yīng)答器的分類 根據(jù)應(yīng)答器所傳輸報(bào)文是否可變，應(yīng)答器可分為固定信息應(yīng)答器（也稱為無源應(yīng)答器）和可變信息應(yīng)答器（也稱為有源應(yīng)答器）兩大類。2.5.3查詢應(yīng)答器的工作原理 1無源查詢應(yīng)答器工作原理 無源查詢應(yīng)答器的電路構(gòu)成如下圖所示。車載查詢器由能量發(fā)送線路、信息接收線路和車載信息接收處理器三部分組成。地面應(yīng)答器則由能源接收器、應(yīng)答器控制模塊、數(shù)據(jù)存儲器和諧振發(fā)射線路構(gòu)成。地面應(yīng)答器平時(shí)無能源，要靠車載查詢器來傳遞給它足夠能源。車載查詢器與地面應(yīng)答器兩者之間通過短距離無線電波實(shí)現(xiàn)信息傳遞功能。2. 有源查詢應(yīng)答器工作原理 有源查詢應(yīng)答器的工作原理與無