4p44城市軌道交通行車組織軌道與信號系統(tǒng)課件

1、四 城市軌道交通軌道與信號系統(tǒng)2014.9第1頁，共72頁。軌道一般由鋼軌、扣件、軌枕、道床、道岔及附屬設(shè)施等組成。軌道以連接件和扣件固定在軌枕上，軌枕埋設(shè)在道床內(nèi)，道床直接鋪設(shè)在路基上。軌道承受列車傳遞的復雜多變的靜、動力荷載。城市軌道交通軌道第2頁，共72頁。 城市軌道交通線路在城市地域內(nèi)，在設(shè)計軌道結(jié)構(gòu)時，比城市之間的大鐵路需要更多地考慮以下問題： 1、軌道結(jié)構(gòu)應采取減振措施，最大限度地減輕振動和噪聲的不良影響。 2、一般應采用較強的軌道結(jié)構(gòu)，以減少維修。 3、鋼軌與軌下基礎(chǔ)要有較高的絕緣性能，以減少軌道電路的電流漏泄。 4、受空間位置限制，城市軌道交通線路中曲線區(qū)段占很大比例，曲線鋼軌

2、的磨耗相對較大，故應采用耐磨性能好的鋼軌，運營時鋼軌還應涂抹潤滑油，以減少鋼軌的磨耗。第3頁，共72頁。軌道基本組成結(jié)構(gòu)第4頁，共72頁。一、鋼軌我國國家鐵路的鋼軌主要有43 kg、50 kg、60kg和75 kg四種類型。我國地鐵和輕軌目前一般采用60 kg/m的重型鋼軌，而車場線供空車運行，速度又低，所以選用僅50 kg/m或者43 kg/m的輕型鋼軌。香港軌道交通采用45.60 kg/m的鋼軌。 第5頁，共72頁。二、軌枕軌枕是軌道的基礎(chǔ)部件，其功能是支撐鋼軌，保持軌距和方向，并將鋼軌對它的各向壓力傳遞到道床上。使用扣件把軌枕和鋼軌連在一起形成“軌道框架”。第6頁，共72頁。地下鐵道正線

3、隧道內(nèi)線路一般采用短軌枕或無軌枕的整體鋼筋混凝土道床，車場線采用普通鋼筋預應力混凝土軌枕，在道岔范圍內(nèi)少數(shù)區(qū)段采用木枕。高架輕軌線宜采用以混凝土道床為主的構(gòu)造形式，如上海明珠輕軌高架線采用承軌臺、支撐塊整體式道床。因為輕軌車輛軸重小，可以直接采用常規(guī)鐵路強度最低的預應力混凝土枕，如91型或J1型軌枕。第7頁，共72頁。扣件扣件是聯(lián)結(jié)鋼軌與軌枕間的零件，其作用是將鋼軌固定在軌枕上，保持軌距并阻止鋼軌的橫向和縱向移動，防止鋼軌傾斜，并能提供適當?shù)膹椥?，將鋼軌承受的力傳遞給軌枕或道床承軌臺。扣件必須具有足夠的強度、耐久性和良好的彈性，能有效地保持鋼軌與軌枕的可靠聯(lián)結(jié)；結(jié)構(gòu)力求簡單，便于安裝及拆卸；應

4、具有良好的絕緣性能，以減少迷流。第8頁，共72頁。城市軌道交通使用的扣件有很多，各有特點。我國地鐵線路使用的扣件為DT系列，其中主要有DT、DT、DT、DT、DT、DT和DT等型號；輕軌線路常用扣件可分為輕軌型扣件和輕軌型扣件。第9頁，共72頁。第10頁，共72頁。道床是指路基之上、軌枕之下的部分，一般分為碎石道床和整體道床兩大類。1碎石軌枕道床碎石道床的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，容易施工，減振、減噪性能較好，造價低。但其軌道建筑高度大，由此造成結(jié)構(gòu)底板下降，隧道的凈空加大，排水設(shè)施復雜，養(yǎng)護工作頻繁，更換軌枕困難等缺點；為此，城市軌道交通的隧道內(nèi)不采用碎石道床，而采用整體道床。高架混凝土橋面上的輕軌線

5、也不采用碎石軌枕道床，而采用新型的道床形式以減輕橋面荷載，減少維修工作量，同時還可避免列車運行時的偶然石子飛落橋面?zhèn)π腥说仁鹿实陌l(fā)生。只有地面線及車場線道岔才采用木枕或鋼筋混凝土枕的碎石道床。道床第11頁，共72頁。2整體式道床 整體式道床是無碴軌道的一種結(jié)構(gòu)形式，它不設(shè)傳統(tǒng)的道碴層，而是在堅實的基礎(chǔ)之上用混凝土或者鋼筋混凝土澆筑形成整體道床。整體式道床的優(yōu)點是整體性好，堅固、穩(wěn)定、耐久；軌道建筑高度小，由此減少隧道凈空，節(jié)省投資；軌道維修量小，適應城市軌道交通運營時間長、維修時間短的特點。 第12頁，共72頁。第13頁，共72頁。一、線路爬行因列車運行時縱向的作用，使鋼軌甚至帶動軌枕產(chǎn)生縱

6、向移動，這種現(xiàn)象叫線路爬行。二、危 害軌縫不均，軌枕歪斜，對軌道造成極大破壞，危及行車安全。三、防爬措施安裝防爬器和防爬撐。防爬設(shè)備第14頁，共72頁。道岔及轉(zhuǎn)轍機道岔：是列車由一條線路轉(zhuǎn)到另一條線路的軌道連結(jié)設(shè)備，它是鐵路線路中最關(guān)鍵的特殊設(shè)備，是鐵路信號的主要控制對象之一。由于道岔數(shù)量多、限制列車速度、行車安全性低，與曲線、接頭并稱為軌道的三大薄弱環(huán)節(jié)。第15頁，共72頁。道岔的組成1尖軌；2基本軌；3直合攏軌；4彎合攏軌；5翼軌；6轍岔心；7護輪軌。 有害空間第16頁，共72頁。道岔的轍叉號 由岔心所形成的角，叫轍叉角，它有大有小。道岔號碼（N）是代表道岔各部主要尺寸的。通常用轍叉角的余

7、切來表示。N=ctg= 轍叉角越小，N值越大，導曲線半徑也就越大，道岔全長越長，側(cè)線過岔速度越高。第17頁，共72頁。各種道岔尖軌長度及通過速度表60Kg道岔類型尖軌長度岔心通過速度、直股彎股(Km/h)過渡型12號7.7m固定110Km/50Km彈性尖軌12號11.27m固定120Km/50Km彈性尖軌12號11.27m活動140Km/50Km提速12號13.88m固定140Km/50Km提速12號13.88m活動160Km/50Km提速18號15.68m活動160Km/80Km提速30號27.98m活動160Km/140Km第18頁，共72頁。 固定轍叉與可動心軌第19頁，共72頁。對向道

8、岔和順向道岔 道岔本身并無順向和對向之分。它只是根據(jù)列車運行方向而言的。列車迎著道岔尖軌運行時，該道岔就叫對向道岔。反之，列車順著道岔尖軌運行時，就叫順向道岔。 四開擠岔第20頁，共72頁。道岔按功能和用途分類：單開道岔、對稱道岔、三開道岔、交叉渡線、復式交分道岔5種標準類型。其中單開道岔是最常用的類型。道岔按鋼軌軌型分有43、50、60、75kg/m鋼軌道岔。道岔按號數(shù)分類有6、7、8、9、12、18以及大號碼（如30、38、42號道岔）等，主要運營鐵路干線常用的單開道岔有9號、12號、18號，大號碼道岔主要用于要求側(cè)線通過速度較高的聯(lián)絡(luò)線?？瓦\專線以18號道岔為主。6號、7號和8號等道岔主

9、要用于工礦企業(yè)專用線或貨運站場。道岔的分類第21頁，共72頁。道岔的分類單開道岔對稱道岔第22頁，共72頁。道岔的分類三開道岔交叉渡線第23頁，共72頁。道岔的分類復式交分道岔第24頁，共72頁。 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)換到所需的位置并密貼后，實現(xiàn)鎖閉，防止外力轉(zhuǎn)換道岔轉(zhuǎn)轍機的作用第25頁，共72頁。轉(zhuǎn)轍機的作用正確反映道岔的實際位置，道岔尖軌密貼于基本軌后，給出相應的表示第26頁，共72頁。轉(zhuǎn)轍機的作用道岔被擠或因故處于“四開”位置時，及時給出報警和表示。1234第27頁，共72頁。足夠的拉力，以帶動尖軌作直線往返運動；當尖軌受阻不能運動到底時，應隨時通過操縱使尖軌

10、回復原位。作為鎖閉裝置，當尖軌與基本軌不密貼時，不應進行鎖閉，一旦鎖閉，應保證道岔不因列車通過的震動而錯誤解鎖。作為監(jiān)督裝置，應正確反映道岔的狀。道岔被擠后，在未修復之前不應再使道岔轉(zhuǎn)換。對轉(zhuǎn)轍機的基本要求第28頁，共72頁。轉(zhuǎn)轍機的分類按動作能源分類：電動轉(zhuǎn)轍機電動液壓轉(zhuǎn)轍機電空轉(zhuǎn)轍機 名稱動力提供傳動方式典型的型號電動轉(zhuǎn)轍機電動機機械轉(zhuǎn)動ZD6系列S700K型電動液壓轉(zhuǎn)轍機電動機液力傳動ZY系列電空轉(zhuǎn)轍機壓縮空氣電磁換向閥ZK系列第29頁，共72頁。按供電電源種類直流轉(zhuǎn)轍機 ZD6,ZY系列直流電220V； 電空轉(zhuǎn)轍機直流24v 由于存在換向器和電刷，易損壞，故障率高交流轉(zhuǎn)轍機 S700k

11、型、ZYJ7型電液壓轉(zhuǎn)轍機 故障率低并控制隔離區(qū)轉(zhuǎn)轍機的分類第30頁，共72頁。按動作速度分類：普通動作轉(zhuǎn)轍機：3.8S以上快動轉(zhuǎn)轍機：0.8S以下（ZD7型電動轉(zhuǎn)轍機、ZK系列電空轉(zhuǎn)轍機）轉(zhuǎn)轍機的分類第31頁，共72頁。轉(zhuǎn)轍機的分類按照鎖閉道岔的方式內(nèi)鎖閉轉(zhuǎn)轍機 外鎖閉轉(zhuǎn)轍機 按照是否可擠的方式可擠轉(zhuǎn)轍機 不可擠轉(zhuǎn)轍機第32頁，共72頁。鋼軌是導體，左右兩根鋼軌可以用來形成回路，組成電路，用來檢查列車占用鋼軌線路狀態(tài)，這就是軌道電路。作用：檢測列車是否占用區(qū)段；通過軌道電路向列車傳遞實時信息。它的出現(xiàn)代表鐵路自動信號的誕生。美國人魯賓遜1870年發(fā)明了開路式軌道電路，1872年研制成功了閉路

12、式軌道電路。但真正實際應用于軌道交通中是二十世紀三十年代的事。分為有絕緣接頭的軌道電路和無絕緣軌道電路軌道電路的出現(xiàn)軌道電路第33頁，共72頁。一、軌道電路的工作原理軌道電路是以鋼軌為導體，兩端加上機械絕緣（或電氣絕緣），接上送電和受電設(shè)備所構(gòu)成的電路。？軌道電路第34頁，共72頁。一、軌道電路的工作原理軌道電路是由導體（鋼軌）、鋼軌絕緣、送電設(shè)備、受電設(shè)備、限流電阻組成的軌道電路？1.軌道電路的組成鋼軌絕緣軌道電阻軌道繼電器軌道電源第35頁，共72頁。一、軌道電路的工作原理導體：鋼軌、連接線（減少接觸電阻）軌道電路鋼軌絕緣：安裝在相鄰兩個軌道電路銜接處送電設(shè)備：電源或電子設(shè)備（能夠發(fā)送一定信

13、息）受電設(shè)備：軌道繼電器、電子設(shè)備（能夠接收并鑒別電流特性）限流電阻：可調(diào)電阻器（調(diào)整軌道電路的電壓）軌道電路第36頁，共72頁。監(jiān)督列車占用：監(jiān)督線路的占用狀態(tài)，為開放信號，建立進路提供依據(jù)。傳輸行車信息：實現(xiàn)對追蹤列車的控制。二、軌道電路的作用第37頁，共72頁。三、軌道電路的分類工頻連續(xù)式軌道電路音頻軌道電路1.按傳輸電流特性分只用于監(jiān)督軌道占用，不能傳輸列車控制信息可傳輸更多信息模擬式音頻軌道電路數(shù)字編碼式軌道電路可傳輸較多信息第38頁，共72頁。二、繼電器的分類有絕緣軌道電路無絕緣軌道電路軌道電路2.按絕緣性質(zhì)分鋼軌絕緣（增加乘客不舒適感，不利于牽引回流），多用于車輛段諧振式電氣隔離

14、，正線線路上得到廣泛應用第39頁，共72頁。三、軌道電路的分類區(qū)間軌道電路車輛段內(nèi)軌道電路3.按使用處所分鋼軌無分支，結(jié)構(gòu)簡單結(jié)構(gòu)復雜無岔區(qū)段軌道電路道岔區(qū)段軌道電路4.按是否包含道岔分第40頁，共72頁。軌道交通的安全問題是至關(guān)重要的。確定列車在線路的確切位置是保證安全的關(guān)鍵。最簡單的方法是劃分一定長度的“區(qū)段”，在此區(qū)段內(nèi)只容許一列車占有（運行、停放）。這就是“閉塞”概念為保證行車安全，而將列車正在運行、停放的線路區(qū)段予以“封閉”，不允許其他列車進入此區(qū)段，以防止對向列車、后續(xù)列車的正面沖突或追尾事故的發(fā)生。 2、閉塞概念的提出第41頁，共72頁。早期階段，閉塞區(qū)段均以車站作為劃分依據(jù)；以

15、車站值班員“眼見為實” 作為判斷標準；以站間電報、電話多次確定作為允許列車通行的先決條件；以各種形式的信號指揮列車運行。人工閉塞隨著軌道電路的發(fā)展、完善，閉塞區(qū)段逐漸改為以軌道電路作為閉塞區(qū)段。城市軌道交通的閉塞則開始取消固定“閉塞區(qū)段”的概念，從固定閉塞向移動閉塞方向發(fā)展。 （1）閉塞區(qū)段的劃分第42頁，共72頁。人工閉塞的實現(xiàn) 采用路簽或路牌作為列車占用區(qū)段的憑證，由接車站值班員檢查區(qū)間是否空閑。單路簽閉塞是早期使用的一種人工閉塞方式，后來發(fā)展為電話、電報人工閉塞。 第43頁，共72頁。人工閉塞人工開啟信號，關(guān)閉信號，依靠路簽、路牌、路票或電話、電報使用線路第44頁，共72頁。半自動閉塞人

16、工開啟信號，列車經(jīng)過后，自動關(guān)閉信號的閉塞方式在進站和出站處各安裝一個軌道電路，就可實現(xiàn)半自動閉塞。第45頁，共72頁。如果全線分段都鋪設(shè)軌道電路，每段軌道電路前都架設(shè)信號機，在列車占有該軌道電路線路，信號自動顯示紅燈；前一段線路信號自動顯示黃燈；再前一段線路信號自動顯示綠燈。閉塞區(qū)段則突破了“車站”的限制，1.3 km一段軌道電路，理論上可以同時有三列車。自動閉塞第46頁，共72頁。自動閉塞第47頁，共72頁。聯(lián)鎖的概念是在線路中引進了道岔、線路平面由“一維”變?yōu)椤皟删S”后產(chǎn)生的。為了確定車輛在線路平面中的位置，必須首先確定列車走那條線路，既確定“進路”；要讓列車可以進入這條線路，則必須扳動

17、相關(guān)的道岔；扳動道岔后，不能讓其他人再扳動這組道岔，則必須“鎖定”道岔。要讓司機知道走這條道，則相應給出明確的信號；3、聯(lián)鎖的概念第48頁，共72頁。聯(lián)鎖示意-走直道時的信號顯示第49頁，共72頁?！奥?lián)鎖” 是指為保證行車安全，而將軌道交通線路中的所有信號機、軌道電路及道岔等相對獨立的信號設(shè)備構(gòu)成一種相互制約、互為控制的連帶環(huán)扣關(guān)系，即“聯(lián)鎖”關(guān)系。 聯(lián)鎖定義第50頁，共72頁。 利用微型電子計算機對車站值班員的操作命令及現(xiàn)場設(shè)備表示信息進行邏輯計算，以實現(xiàn)對信號機、軌道電路及道岔轉(zhuǎn)轍機等設(shè)備進行集中控制的車站聯(lián)鎖設(shè)備。 微機聯(lián)鎖第51頁，共72頁。1、用于指揮和控制列車運行，保證行車安全。盡

18、管其投資額在整個工程中所占的比例甚低（通常在3 以下），但對于提高列車通過能力、提高運能、保證行車安全卻有著至關(guān)重要的作用。 一、城市軌道交通信號的作用信號系統(tǒng)第52頁，共72頁。2、提高運行效率單線自動閉塞系統(tǒng)，在組織追蹤運行的條件下，可提高通過能力25%-30%；復線自動閉塞系統(tǒng)，可提高通過能力1-2倍；采用ATS（自動監(jiān)控）子系統(tǒng)，在不增加車站到發(fā)線的情況下，可提高通過能力12%-24%；3、是現(xiàn)代化信息技術(shù)綜合應用的集中體現(xiàn)自動控制技術(shù)車載信號、超速防護、定位停車計算機技術(shù)數(shù)據(jù)通信技術(shù)數(shù)字編碼軌道電路、無線通信第53頁，共72頁。1、車載信號是“主體信號”城市軌道交通線路短、站間距小、

19、運營密度大、運營線路條件差（隧道、彎道多），不能完全套用大鐵路信號的概念、設(shè)施和手段；信號系統(tǒng)要根據(jù)這些特點加以改進、更新和發(fā)展。除正線道岔外，一般不設(shè)地面信號機。2、車載信號的內(nèi)容是具體的目標速度或目標距離目標速度：列車進入某一區(qū)段時，接受到列車離開該區(qū)段時的控制速度；速度等級根據(jù)與先行列車之間的距離來設(shè)定。目標距離：該區(qū)段的長度。二、城市軌道交通信號的特點第54頁，共72頁。3、自動調(diào)整列車運行間隔，實現(xiàn)超速防護正線列車運行的最小時間間隔，可達到1.5-2min；如果列車“晚點”，ATC系統(tǒng)可通過縮短列車在站時間或提高列車在區(qū)間的運行速度等級來自動完成調(diào)整。CBTC（基于無線通信的列車運行

20、自動控制系統(tǒng)）可實現(xiàn)車地信息交換不間斷進行。當列車速度超過目標速度時，車載ATP子系統(tǒng)自動啟動超速防護，確保列車安全、高速運行。第55頁，共72頁。一、軌道交通信號的組成軌道交通信號是 “信號（顯示）、聯(lián)鎖、閉塞”的總稱。是由各類信號顯示、軌道電路、道岔轉(zhuǎn)轍裝置等主體設(shè)備及其他有關(guān)附屬設(shè)施構(gòu)成的一個完整的體系。信號子系統(tǒng)的軌旁基礎(chǔ)設(shè)備第56頁，共72頁。信號的起源也來源于英國。最早的列車指揮是由一位帶紳士禮帽、穿黑大衣和白褲子的鐵路員工騎馬在前引導運行的，他邊跑邊以各種手勢發(fā)出信號指揮列車的前進和停止。顯而見之，隨著列車數(shù)量的增加和列車速度超過馬速度的情況下，這種信號就不起作用了。 1、信號（

21、顯示）（1）早期信號第57頁，共72頁。為了確保安全，人們開始研究固定的信號設(shè)備：用一塊長方形的板子，橫向線路是停車信號，順向線路是進行信號?？墒琼樝蚓€路的板子實際上很難看見，所以又在頂端加塊圓板。當必須在晚間開車時，就以紅色燈光表示停車信號，白色燈光表示進行信號。1841年英國人戈里高利提出用長方形臂板作為信號顯示，裝設(shè)在倫敦橋車站，這是鐵路上首次使用的臂板式信號機。 a、臂板信號的出現(xiàn)第58頁，共72頁。臂板信號機第59頁，共72頁。巴黎地鐵的壁板信號第60頁，共72頁。b、色燈信號機：二顯示和三顯示 第61頁，共72頁。如果有辦法可以將地面信號傳遞給機車，在司機操作臺上顯示，這就是車載信

22、號。對于線路條件不好、氣候條件不好的情況下機車信號的作用是不可估量的。在軌道交通線路中，由于站間距小、運營線路條件差，僅僅靠車載信號顯示、由司機來控制機車是很難做到大密度運營的。較為先進的軌道交通系統(tǒng)已擯棄“用信號顯示來指揮列車”的舊有概念了，引進了系統(tǒng)，操作臺上顯示的是反映列車運營的狀態(tài)。（2）車載信號第62頁，共72頁。一、系統(tǒng)組成 列車自動控制（ATC）系統(tǒng)。 Automatic Train Control列車自動防護（ATP）子系統(tǒng) Automatic Train Protection;列車自動監(jiān)控（ATS）子系統(tǒng)Automatic Train Supervision ;列車自動運行（

23、ATO）子系統(tǒng) Automatic Train Operation:ATC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和基本功能第63頁，共72頁。 根據(jù)與先行列車之間的距離和進路條件，在車內(nèi)連續(xù)地顯示出容許的速度信息，或按設(shè)定的運行條件達到該容許速度的距離信息，根據(jù)上述信息，列車自動地控制運行速度，進行超速防護，以達到自動調(diào)整行車間隔的目的，并實現(xiàn)列車在車站的程序定位停車。二、ATC系統(tǒng)的定義第64頁，共72頁。 ATC系統(tǒng)的設(shè)備分布于控制中心（central control ）、車站信號 設(shè)備室及軌旁（wayside）、車載（Vehicle）。指揮列車運行的控制中心，設(shè)有作為ATC系統(tǒng)中樞的系統(tǒng)控制服務器及其用于調(diào)度控制的工

24、作站；現(xiàn)場的列車在線信息，車次號信息以及道岔、信號狀態(tài)信息等，傳送至控制中心，通過顯示屏及調(diào)度員工作站的CRT顯示。列車上車載設(shè)備，接收并解譯地面送來的調(diào)度指令和ATP速度命令或距離信息，實現(xiàn)列車的自動運行；并將列車的運行狀態(tài)和設(shè)備狀態(tài)信息，經(jīng)車站服務器傳送給控制中心。三、ATC系統(tǒng)的設(shè)備第65頁，共72頁。ATO子系統(tǒng)主要用于實現(xiàn)“地對車控制”，即用地面信息實現(xiàn)對列車驅(qū)動、制動的控制。由于使用ATO子系統(tǒng)后，可以使列車經(jīng)常處于最佳運行狀態(tài)，避免了不必要的、過于劇烈的加速和減速，因此明顯提高了旅客的舒適度，提高列車準點率及減少輪軌磨損，與列車的再生制動相配合，可以節(jié)省電能的消耗。 四、ATO第66頁，共72頁。ATS子系統(tǒng)主要是實現(xiàn)對列車運行的監(jiān)督和控制，輔助