王堅(jiān)強(qiáng)，盧劍鋒，陳志輝，楊吉忠

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，成都 610031)

齒軌鐵路主要服務(wù)于山區(qū)鐵路、以觀光旅游為主的鐵路客運(yùn)或煤礦井下輔助設(shè)備運(yùn)輸鐵路[1-2]，是一種在傳統(tǒng)輪軌的基礎(chǔ)上增加齒條，車輛配置齒盤，通過齒條和齒盤嚙合行走的軌道交通制式，爬坡能力強(qiáng)，相對于我國山地非常廣的特點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用前景[3]。而齒軌道岔是一種使齒軌列車從一股道轉(zhuǎn)入另一股道的線路連接設(shè)備，也是齒軌軌道的薄弱環(huán)節(jié)之一，相對于傳統(tǒng)的輪軌道岔，齒軌道岔結(jié)構(gòu)相對比較復(fù)雜，而齒軌道岔能否可靠地轉(zhuǎn)動到位，會直接影響到齒軌列車的行車效率和安全，因此，齒軌道岔轉(zhuǎn)換方案的可靠性、安全性及可維護(hù)性等，也直接關(guān)系著齒軌制式的應(yīng)用與推廣。

1 齒軌岔區(qū)結(jié)構(gòu)及原理

齒軌岔區(qū)如圖1所示，主要包括傳統(tǒng)輪軌道岔和岔區(qū)齒條，而岔區(qū)齒條又由岔區(qū)固定齒條和岔區(qū)可動齒條（含聯(lián)接桿）組成，岔區(qū)可動齒條包含4根可動齒條（可動齒條1、可動齒條2、可動齒條3和可動齒條4）、一根長聯(lián)接桿和一根短聯(lián)接桿，可動齒條1和4通過長聯(lián)接桿連接，動作方向一致，可動齒條2和3通過短聯(lián)接桿連接，動作方向一致，可動齒條1和4與可動齒條2和3動作方向相反，齒軌岔區(qū)狀態(tài)與傳統(tǒng)輪軌道岔、可動齒條狀態(tài)關(guān)系，如表1所示。

表1 齒軌道岔關(guān)系表Tab.1 Rack rail turnout relationship table

圖1 齒軌岔區(qū)Fig.1 Rack rail turnout section

2 國外現(xiàn)狀

山地（齒軌）軌道交通在國外有著較為廣泛的應(yīng)用。早在1869年，美國在新罕布什州華盛頓山建成了世界上第一條齒軌鐵路，至今已安全運(yùn)營了140余年。目前，以瑞士、德國及美國為代表，世界范圍現(xiàn)已有20多個(gè)國家建成齒軌鐵路線路180余條[4]。國外齒軌岔區(qū)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)主要包括一臺轉(zhuǎn)轍設(shè)備和連接桿件構(gòu)成。其轉(zhuǎn)轍設(shè)備與國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)轍機(jī)結(jié)構(gòu)完全不一樣，采用雙動作桿且無表示桿，雙動作桿動作方向相反，一根動作桿與可動齒條1連接，通過長聯(lián)接桿帶動可動齒條4動作；一根動作桿與齒條2連接，通過短聯(lián)接桿帶動可動齒條3動作，具有以下特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，方便維護(hù)；轉(zhuǎn)轍器采用雙動作桿，兩動作桿作用方向相反，且兩動作桿作用線存在一定夾角，可動齒條到位情況通過動作桿位置確定；轉(zhuǎn)轍器無表示桿，無法實(shí)現(xiàn)可動齒條是否轉(zhuǎn)動到位的閉環(huán)監(jiān)測。

目前此道岔轉(zhuǎn)換方案在國內(nèi)并未應(yīng)用，同時(shí)，在國內(nèi)軌道交通道岔轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中，其轉(zhuǎn)換設(shè)備應(yīng)具備相應(yīng)的安全認(rèn)證，國外的齒軌道岔轉(zhuǎn)換方案并不適應(yīng)國內(nèi)現(xiàn)狀。因此，針對國內(nèi)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的現(xiàn)狀，本文提出了以下兩種齒軌岔區(qū)轉(zhuǎn)換方案。

3 齒軌岔區(qū)轉(zhuǎn)換方案

3.1 三點(diǎn)牽引方案

1）轉(zhuǎn)換方案

齒軌道岔區(qū)牽引道岔采用三機(jī)三點(diǎn)牽引，其中傳統(tǒng)輪軌道岔處采用一臺轉(zhuǎn)轍機(jī)牽引，岔區(qū)齒條處采用兩臺轉(zhuǎn)轍機(jī)對兩組可動軌條單獨(dú)牽引。本文對傳統(tǒng)輪軌道岔的轉(zhuǎn)換方案不再描述，僅對岔區(qū)齒條處轉(zhuǎn)換方案進(jìn)行詳細(xì)介紹。

三點(diǎn)牽引齒軌岔區(qū)可動齒條轉(zhuǎn)換方案如圖2所示，齒軌道岔兩側(cè)各設(shè)置一臺轉(zhuǎn)轍機(jī)，一臺轉(zhuǎn)轍機(jī)的動作桿與臨近的外側(cè)齒條（可動齒條1或4）連接，表示桿與另一側(cè)的外側(cè)齒條連接，若采用雙表示桿，則兩根表示桿分別與兩側(cè)的外側(cè)齒條連接；另一臺轉(zhuǎn)轍機(jī)的動作桿與臨近的內(nèi)側(cè)齒條（可動齒條2或3）連接，表示桿與另一側(cè)的內(nèi)側(cè)齒條連接，若采用雙表示桿，則兩根表示桿分別與兩側(cè)的內(nèi)側(cè)齒條連接。三點(diǎn)牽引齒軌岔區(qū)可動齒條動作原理采用兩套閉環(huán)動力傳遞方式，轉(zhuǎn)轍機(jī)1通過動作桿帶動可動齒條1，可動齒條1通過長聯(lián)接桿帶動可動齒條4，可動齒條4通過表示桿將位置信息反饋至轉(zhuǎn)轍機(jī)1；同時(shí)，轉(zhuǎn)轍機(jī)2通過動作桿帶動可動齒條2，可動齒條2通過短聯(lián)接桿帶動可動齒條3，可動齒條4通過表示桿將位置信息反饋至轉(zhuǎn)轍機(jī)2。

圖2 三點(diǎn)牽引轉(zhuǎn)換方案Fig.2 Three-point traction conversion scheme

2） 設(shè)計(jì)方案

道岔轉(zhuǎn)換采用輪軌、齒軌同時(shí)開始轉(zhuǎn)換方式。其中，輪軌、齒軌采用轉(zhuǎn)轍機(jī)順序啟動，以錯(cuò)開電機(jī)啟動電流峰值[5]。3臺轉(zhuǎn)轍機(jī)在控制距離允許的情況下，由5芯電纜芯線控制，芯線數(shù)不包括監(jiān)測和電話芯線。除滿足《鐵路信號設(shè)計(jì)規(guī)范》中的有關(guān)要求外，還應(yīng)滿足下列要求[6]：室外控制、表示電路采用五線制設(shè)計(jì)；在三相電源缺相的情況下，具有自動切斷電動機(jī)控制電路的功能；多機(jī)牽引的道岔控制電路，其中任一臺轉(zhuǎn)轍機(jī)不啟動時(shí)，應(yīng)切斷該道岔的控制電路[7]；多機(jī)牽引一組道岔時(shí)，轉(zhuǎn)轍機(jī)應(yīng)按順序錯(cuò)峰啟動；在30 s內(nèi)道岔未轉(zhuǎn)換到位時(shí)，自動切斷控制電路，此條可根據(jù)實(shí)際需要考慮設(shè)置與否；電路采用組合化設(shè)計(jì)。

3）特點(diǎn)

采用軌道交通轉(zhuǎn)換設(shè)備，技術(shù)成熟；兩臺轉(zhuǎn)轍機(jī)分動控制，可靠性高；每臺轉(zhuǎn)轍機(jī)采用閉環(huán)控制，安全性高。可動齒條處需要在線路雙側(cè)安裝兩臺轉(zhuǎn)轍機(jī)，對岔區(qū)工程條件要求高。

3.2 兩點(diǎn)牽引方案

1）轉(zhuǎn)換方案

齒軌道岔區(qū)牽引道岔采用雙機(jī)兩點(diǎn)牽引，其中傳統(tǒng)輪軌道岔和岔區(qū)齒條處各采用一臺轉(zhuǎn)轍機(jī)牽引，并在岔區(qū)齒條設(shè)置一臺轉(zhuǎn)換裝置[8]。

兩點(diǎn)牽引齒軌道岔區(qū)可動齒條轉(zhuǎn)換方案如圖3所示。齒軌道岔一側(cè)設(shè)置一臺轉(zhuǎn)轍機(jī)，轉(zhuǎn)轍機(jī)的動作桿和表示桿同時(shí)與臨近的外側(cè)齒條（可動齒條1或4）連接。轉(zhuǎn)換裝置設(shè)置于道岔另一側(cè)，與另一側(cè)的外側(cè)齒條和內(nèi)側(cè)齒條連接。密貼檢查器與轉(zhuǎn)轍機(jī)設(shè)置于同側(cè)，其表示桿與就近的內(nèi)側(cè)齒條連接。兩點(diǎn)牽引齒軌岔區(qū)可動齒條動作原理采用一套閉環(huán)動力傳遞方式，轉(zhuǎn)轍機(jī)通過動作桿帶動可動齒條1，同時(shí)通過表示桿實(shí)時(shí)反饋可動齒條1位置?？蓜育X條1通過長聯(lián)接桿帶動可動齒條4，可動齒條4通過外側(cè)聯(lián)接桿帶動轉(zhuǎn)換裝置，轉(zhuǎn)換裝置通過內(nèi)部結(jié)構(gòu)將作用力反向，再通過內(nèi)側(cè)聯(lián)接桿帶動可動齒條3，可動齒條3通過短聯(lián)接桿帶動可動齒條2，可動齒條2通過密貼檢查器表示桿將位置信息反饋至密貼檢查器，密貼檢查器通過電氣接口將可動齒條2的位置信息實(shí)時(shí)反饋至轉(zhuǎn)轍機(jī)。

圖3 兩點(diǎn)牽引轉(zhuǎn)換方案示意Fig.3 Two-point traction conversion scheme

2）設(shè)計(jì)方案

道岔轉(zhuǎn)換采用輪軌、齒軌同時(shí)開始轉(zhuǎn)換方式。其中，輪軌、齒軌采用轉(zhuǎn)轍機(jī)順序啟動，以錯(cuò)開電機(jī)啟動電流峰值。兩臺轉(zhuǎn)轍機(jī)在控制距離允許的情況下，由5芯電纜芯線控制，芯線數(shù)不包括監(jiān)測和電話芯線。除滿足《鐵路信號設(shè)計(jì)規(guī)范》中的有關(guān)要求外，還應(yīng)滿足下列要求。

室外控制、表示電路采用五線制設(shè)計(jì)；在三相電源缺相的情況下，具有自動切斷電動機(jī)控制電路的功能；多機(jī)牽引的道岔控制電路，其中任一臺轉(zhuǎn)轍機(jī)不啟動時(shí)，應(yīng)切斷該道岔的控制電路；多機(jī)牽引一組道岔時(shí)，轉(zhuǎn)轍機(jī)應(yīng)按順序錯(cuò)峰啟動；電路采用組合化設(shè)計(jì)。

3）特點(diǎn)

轉(zhuǎn)撤機(jī)、密貼檢查器和轉(zhuǎn)換裝置機(jī)箱分別設(shè)于軌道的兩側(cè)，便于維護(hù)；轉(zhuǎn)換裝置無成熟產(chǎn)品，需要創(chuàng)新研發(fā)；串聯(lián)的形式相連接，作用力逐級傳遞，若某一可動齒條發(fā)生斷裂或變形，作用力不會繼續(xù)傳遞下去；轉(zhuǎn)轍機(jī)、密貼檢查器表示桿分別反饋第一級和最后一級所述可動齒軌位置，實(shí)現(xiàn)了位置狀態(tài)的閉環(huán)反饋，提高了位置狀態(tài)反饋的可靠性、可用性和安全性。

4 結(jié)束語

目前，國內(nèi)尚無山地軌道交通齒軌制式的工程實(shí)際應(yīng)用，因此更是缺乏針對道岔等關(guān)鍵軌道設(shè)備的研究，相關(guān)產(chǎn)業(yè)總體水平較為滯后。因而，亟待開展山地軌道交通齒軌道岔及其轉(zhuǎn)換系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究，形成完備的齒軌道岔所需的理論依據(jù)與技術(shù)體系，其成果也將推動新制式軌道交通產(chǎn)業(yè)發(fā)展，增強(qiáng)自主創(chuàng)新能力，構(gòu)建山地軌道交通品牌工程。