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1870年,美國W·魯賓遜博士在紐約舉辦的展覽會上展出了開路式軌道電路控制信號機(jī)的模型。此后,他又研究成功直流電的閉路式軌道電路,并于1872年取得美國專利。
軌道電路由鋼軌線路、鋼軌絕緣、電源、限流設(shè)備、接收設(shè)備組成。其中鋼軌線路是由鋼軌和鋼軌端部的導(dǎo)接線和兩端的連接導(dǎo)線組成。鋼軌絕緣是鋼軌線路兩端的絕緣裝置,在軌道的軌距板、軌距保持桿、尖軌連接桿等都安裝有絕緣裝置。電源常用直流電源、交流電源、脈沖電源等。限流設(shè)備是由可調(diào)整的電阻器或電抗器組成,接收設(shè)備常用電磁式繼電器或電子式繼電器。

1、導(dǎo)體

軌道電路的導(dǎo)體部分包括:鋼軌、連接夾板、導(dǎo)接線等。其中正線鋼軌采用60kg/M無縫長軌,車廠鋼軌采用50kg/M短軌,連接夾板、導(dǎo)接線主要用于車廠線路和正線折返線、存車線等處。

2、鋼軌絕緣

正線運(yùn)營軌道電路以電氣絕緣方式實現(xiàn)相鄰區(qū)段軌道電路的分割。電氣絕緣是通過諧振槽路的選頻方式,發(fā)送/接收本區(qū)段的中心頻率,折返線/存車線及車廠區(qū)域的軌道電路以機(jī)械絕緣方式分割,機(jī)械絕緣包括軌端絕緣、槽形絕緣、絕緣套管和絕緣片等。

3、送電設(shè)備

車廠工頻軌道電路的送電設(shè)備包括送電電源、送電(降壓)變壓器、熔斷器等;正線數(shù)字軌道電路送電設(shè)備包括控制板、輔助板、電源板,耦合單元、感應(yīng)環(huán)線、連接棒線等,實現(xiàn)數(shù)字信息的調(diào)制、傳送等。

4、受電設(shè)備

車廠工頻軌道電路的受電設(shè)備包括升壓變壓器、連接電纜、軌道繼電器等;正線數(shù)字軌道電路受電設(shè)備也包括控制板、輔助板、電源板,耦合單元、感應(yīng)環(huán)線、連接棒線等,與送電設(shè)備不同的是接收鋼軌信息,并對多樣的數(shù)字信息進(jìn)行衰耗、選頻和解碼等,動作軌道繼電器。

5、限流電阻

限制送電端信號電流,并調(diào)整送電端信號的幅值等。

當(dāng)閉塞區(qū)間內(nèi)無列車行駛時,電流會從電源經(jīng)由軌道流經(jīng)繼電器,并使其激磁帶動 接點(diǎn),接通綠燈之電路(信號機(jī)立即顯示平安通行)。當(dāng)有列車駛?cè)腴]塞區(qū)間時,電流改行經(jīng)列車車軸,并不會流經(jīng)繼電器,繼電器因失去電流而失磁,接點(diǎn)接通紅燈之電路(信號機(jī)立即顯示險阻禁行)。假若軌道斷裂,軌道電路因此阻斷,造成繼電器失磁,同樣的信號機(jī)亦會顯示險阻禁行的訊息,仍可保障列車行駛安全。當(dāng)列車駛離整個區(qū)間 ,繼電器便會重新激磁 ,綠燈便會再次亮起 ,其他列車便可進(jìn)。

當(dāng)設(shè)有軌道電路的某段線路上空閑時;軌道電路上的繼電器有足夠的電流通過,吸起被磁化的銜鐵,閉合前接點(diǎn),從而接通色燈信號機(jī)的綠燈電路,顯示綠色燈光,表示前方線路空閑,允許機(jī)車車輛占用。當(dāng)機(jī)車車輛進(jìn)入該線路區(qū)段時,由于輪對電阻很小,使軌道電路短路,繼電器吸力減弱,釋放銜鐵,使之搭在后接點(diǎn)上,接通信號機(jī)的紅燈電路,顯示禁行信號。軌道電路的這一工作性能,能夠防止列車追尾和沖突事故,確保行車安全。

軌道電路的另一個重要作用是能發(fā)現(xiàn)鋼軌發(fā)生斷裂。在充當(dāng)導(dǎo)線的鋼軌安全無事時,軌道電流暢通無阻,繼電器工作也正常。一旦前方鋼軌折斷或出現(xiàn)阻礙,切斷了軌道電流,就會使繼電器因供電不足而釋放銜鐵接通紅色信號電路。此時,線路雖然空閑,信號機(jī)仍然顯示紅燈,從而防止列車顛覆事故。

1、可以檢查和監(jiān)督股道是否占用,防止錯誤的地辦理進(jìn)路。

2、可以檢查和監(jiān)督道岔區(qū)段有無機(jī)車車輛通過,鎖閉占用道岔區(qū)段的道岔,防止在機(jī)車車輛經(jīng)過道岔時扳動道岔。

3、檢查和監(jiān)督軌道上的鋼軌是否完好,當(dāng)某一軌道電路區(qū)段的鋼軌折斷時軌道繼電器也將因無電而釋放銜鐵,防護(hù)這一段軌道的信號機(jī)也就不能開放等。

4、傳輸不同的信息,使信號機(jī)根據(jù)所防護(hù)區(qū)段及前方鄰近區(qū)段被占用的情況的變化而變換顯示。

動作電源

軌道電路可分為直流軌道電路和交流軌道電路。

軌道電路電源采用直流,稱為直流軌道電路(已經(jīng)淘汰)。采用交流供電的軌道電路,稱為交流軌道電路。交流軌道電路的種類很多,頻帶用得很寬,大體可分為三段:低頻300Hz以下;音頻300~3000Hz;高頻10~40kHz。

工作方式

軌道電路可分為開路式軌道電路和閉路式軌道電路。

閉路式軌道平時處于閉路狀態(tài),當(dāng)有列車占用或斷軌,斷線等故障時,接收設(shè)備都能及時反映出來,這樣便符合信號設(shè)備在故障時能處于最大安全位置的基本原則。

一般不采用電源和接收設(shè)備共同裝在軌道電路的同一端。軌道完整且無列車占用時,電路處于開路狀態(tài),接收設(shè)備無電,若采用電磁式軌道繼電器,它將使銜鐵落下閉合其后接點(diǎn),從而反映軌道空閑狀態(tài)(與閉路式相反)。當(dāng)列車占用軌道線路時,通過輪軸將電路閉合,使得接收設(shè)備通電勵磁,吸起銜鐵,閉合其前接點(diǎn),反映線路占用狀態(tài)。這種開路式軌道電路由于平時處于無電狀態(tài),故軌道發(fā)生斷軌,或斷線等故障時,不能及時反映;若再有列車占用軌道,由于軌道電路故障不能構(gòu)成閉合電路使接收設(shè)備工作,也不能及時反映線路占用狀態(tài),容易造成行車危險,不能遵循信號設(shè)備的"故障——安全"原則。因此,一般不采用開路式軌道電路。

電流特性

按照所傳輸?shù)碾娏魈匦圆煌?軌道電路可分為工頻連續(xù)式軌道電路和音頻軌道電路,其中,音頻軌道電路又可分為模擬式軌道電路和數(shù)字編碼式軌道電路。

工頻連續(xù)式軌道電路中傳輸連續(xù)交流電流,只能用于監(jiān)督軌道的占用與否,不能傳輸對列車的控制信息。目前在城市軌道交通中應(yīng)用較廣泛的是50 Hz相敏軌道電路。

模擬式音頻軌道電路采用調(diào)幅或調(diào)頻方式,可以傳輸較多信息。不僅能監(jiān)督軌道的占用狀態(tài),還能反映列車運(yùn)行前方三個或四個閉塞分區(qū)的占用情況。

數(shù)字編碼式音頻軌道電路采用數(shù)字調(diào)頻方式,可以傳輸更多的信息,碼、線路坡度碼、閉塞分區(qū)長度碼、糾錯碼等。

分割方式

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軌道電路與相鄰的軌道電路互相隔離,是有絕緣的。編碼中包含了速度車輛段內(nèi)軌道電路

鋼軌絕緣在車輛運(yùn)行的沖擊力、剪切力作用下很容易破損,使軌道電路的故障率較高。絕緣節(jié)的安裝,給無縫線路帶來一定的麻煩,有時需鋸軌,降低線路的軌道強(qiáng)度,增加線路維護(hù)的復(fù)雜性。城市軌道交通的牽引回流不希望有絕緣節(jié),為使?fàn)恳�回流能繞過絕緣節(jié),必須安裝扼流變壓器。

無絕緣軌道電路在分界處不設(shè)置鋼軌絕緣,軌道電路電流采用不同信號頻率。根據(jù)諧振的原理,使諧振回路對不同頻率呈現(xiàn)不同阻抗,實現(xiàn)對相鄰軌道電路的電氣隔離。這種電氣隔離方式又稱為諧振式。無絕緣軌道電路滿足了城市軌道交通電化牽引和采用無縫線路的要求,在正線線路上得到廣泛應(yīng)用。

使用處所

按照使用地點(diǎn)不同,軌道電路可分為車輛段內(nèi)軌道電路和區(qū)間軌道電路。

區(qū)間軌道電路用于正線,不僅要監(jiān)督各閉塞分區(qū)是否空閑,還要傳輸有關(guān)行車信息,并能滿足閉塞分區(qū)長度的要求,其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。

是否包含道岔

車輛段內(nèi)軌道電路分為無岔區(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)鋼軌沒有分支,結(jié)構(gòu)簡單,用于停車線、檢車線、盡頭線調(diào)車信號機(jī)接近區(qū)段,以及兩個差置調(diào)車信號機(jī)之間的線路。

道岔區(qū)段軌道電路結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,包含了岔前線路、岔后直向位置線路和岔后側(cè)向位置線路。根據(jù)道岔結(jié)構(gòu),不僅有關(guān)鋼軌、桿件要增加絕緣,還要增加道岔跳線和連接線,當(dāng)分支超過一定長度時,還必須設(shè)置多個受電端。

牽引電流方式

軌道電路分為單軌條軌道電路和雙軌條軌道電路,多數(shù)軌道電路均利用同一線路的兩根鋼軌作為傳輸通道。一般的軌道電路均為雙軌條軌道電路。利用線路中的一根軌條作牽引電流的回線,牽引電流在軌道絕緣處,用銅索連接線引向相鄰軌道電路的牽引軌道上。在這種軌道電路中,牽引電流流過軌條所產(chǎn)生的電位差,是信號電路的外界上,有四根以上牽引軌條并聯(lián)時,軌道電路長度可達(dá)800m。顯然這種方式在區(qū)間上是不適用的。干擾源,牽引電流越大,鋼軌阻抗越大,對信號電路造成的干擾也越大。

為了保護(hù)軌道電路設(shè)備不受牽引電流破壞。并且保證信號接收設(shè)備不會由于牽引電流擾而發(fā)生錯誤動作,除了兩端增設(shè)防護(hù)設(shè)備外,單軌條軌道電路的長度要受一定限制。為減少對牽引電流的阻抗,可將站內(nèi)相鄰到發(fā)線的牽引軌條用鋼索連接線并聯(lián)起來。這樣,由于聯(lián)軌條阻抗的降低,對信號電路的干擾也減弱。因此,軌道電路長度可適當(dāng)增長。一般單軌線區(qū)段的車站上有三根以上牽引軌條并聯(lián)時,軌道電路長度可達(dá)650m,在雙線區(qū)段的車站上,有四根以上牽引軌條并聯(lián)時,軌道電路長度可達(dá)800m。顯然這種方式在區(qū)間上是不適用的。

牽引電流是沿著兩根軌條流通的,在軌道絕緣處為了導(dǎo)通牽引電流裝設(shè)了扼流變壓器。信號設(shè)備是通過扼流變壓器接向軌道。

扼流線圈對牽引電流的阻抗很小,而對信號電流的阻抗較大,沿著兩根軌條流過的牽引電流在軌道絕緣處通過變壓器的上部和下部線圈,再經(jīng)過變壓器的中心線流向第二變壓器的上部和下部線圈,然后又重新流人相鄰軌道電路的兩根軌條中去。因為兩根軌條中的牽引電流相等,變壓器的上部和下部線圈的匝數(shù)也相同,因此牽引電流在變壓器上、下兩部分產(chǎn)生的磁通量相等而方向相反,于是牽引電流在扼流變壓器鐵芯中所產(chǎn)生的總磁通量等于零。所以對次級線圈的信號設(shè)備沒有影響,但是,當(dāng)兩根軌條中流過的牽引電流不平衡時,扼流變壓器鐵芯中總磁通量不為零,因此在次級線圈中產(chǎn)生牽引電流的干擾、影響軌道電路的正常工作,需要增設(shè)防護(hù)設(shè)備。

雙軌條軌道電路的兩根牽引軌條是并聯(lián)的,因此對牽引電流的阻抗比較低。牽引電流對軌道電路設(shè)備的影響是由不平衡電流引起的。和單軌條軌道電路比較起來,這種影響小得多,這是雙軌條軌道電路的優(yōu)點(diǎn)。它的不足之處是,設(shè)備復(fù)雜,建設(shè)成本高,軌道電路消耗功率大。

頻率方式

按頻率方式分類可分為25Hz、50Hz、75Hz、移頻等軌道電路。

1、當(dāng)所有閉塞區(qū)間都無車時,信號機(jī)便會顯示平安通行的訊息(色燈式信號機(jī)顯示綠燈)。

2、當(dāng)列車駛進(jìn)block A1(閉塞區(qū)間A1)后,信號機(jī)A1便因軌道電路感應(yīng)到列車存在而顯示險阻禁行的訊息(色燈式信號機(jī)由綠燈轉(zhuǎn)紅燈),以防止其他列車進(jìn)入此區(qū)間。

3、當(dāng)列車?yán)^續(xù)駛進(jìn)Block A2后,信號機(jī)A2隨即轉(zhuǎn)為紅燈,而原先的信號機(jī)A1會轉(zhuǎn)為黃燈(傳達(dá)謹(jǐn)慎慢行的訊息),容許列車限速進(jìn)入block A1,以便列車能在到達(dá)信號機(jī)A2前停車。

4、當(dāng)列車駛?cè)隻lock A3后,信號機(jī)A1己轉(zhuǎn)為綠燈,允許其他列車駛?cè)?而信號機(jī)A2轉(zhuǎn)為黃燈,容許列車限速進(jìn)入block A2,以便列車能在到達(dá)信號機(jī)A3前停車,信號機(jī)A3則轉(zhuǎn)為紅燈,提醒列車駕駛員block A3內(nèi)已有列車存在禁止列車駛?cè)?依此類推。

軌道電路的主要工作狀態(tài)有調(diào)整狀態(tài)、分路狀態(tài)、斷軌狀態(tài)。調(diào)整狀態(tài)指軌道電路在沒有機(jī)車車輛占用時,不論在任何不利的電源和天氣等條件下,接收端的繼電器都處于勵磁狀態(tài),發(fā)出軌道電路區(qū)段空閑的信息。分路狀態(tài)指軌道電路被機(jī)車車輛占用時,不論在任何不利的電源和天氣等條件下,接收端的繼電器都處于失磁狀態(tài),發(fā)出軌道電路區(qū)段被占用的信息。斷軌狀態(tài)指軌道電路任何部分出現(xiàn)故障時,接收端的繼電器都處于失磁狀態(tài),發(fā)出故障信息。
在電氣化鐵路上的應(yīng)用:在用電力牽引的鐵路區(qū)段內(nèi),電力機(jī)車要利用鋼軌作為一條回路使?fàn)恳�電流返回牽�?a href="/baike/list_7273.html">變電所。為了使這條返回的牽引電流不受閉路式軌道電路的鋼軌絕緣的阻礙,往往采用雙軌條軌道電路和單軌條軌道電路。

雙軌條軌道電路:利用雙軌條返回牽引電流的軌道電路。 這種電路返回牽引電流在鋼軌絕緣處是利用扼流變壓器繞過軌端絕緣的。雙軌條返回電流的軌道電路主要用在電力牽引區(qū)段區(qū)間,或站內(nèi)正線準(zhǔn)備給機(jī)車信號工作的軌道電路上。

單軌條軌道電路:利用單軌條返回牽引電流的軌道電路。 這種電路以一根斜拉的導(dǎo)線連接鋼軌,使返回的牽引電流能夠繞過鋼軌絕緣。它的優(yōu)點(diǎn)是可以節(jié)省扼流變壓器;缺點(diǎn)是返回的牽引電流因只在鋼軌線路的一條鋼軌里流過,干擾電壓比較大。單軌條軌道電路主要用在有幾條軌道同時返回牽引電流的車站。

電力牽引區(qū)段的軌道電路采用不同于牽引電流頻率的信號電流,并在接收端裝濾波器等,是防止?fàn)恳�電流對軌道電路的影響的有效措施�?/div>