齿轨岔区可动齿条转换方案探讨

王坚强，卢剑锋，陈志辉，杨吉忠

(中铁二院工程集团有限责任公司，成都 610031)

齿轨铁路主要服务于山区铁路、以观光旅游为主的铁路客运或煤矿井下辅助设备运输铁路[1-2]，是一种在传统轮轨的基础上增加齿条，车辆配置齿盘，通过齿条和齿盘啮合行走的轨道交通制式，爬坡能力强，相对于我国山地非常广的特点，具有广泛的应用前景[3]。而齿轨道岔是一种使齿轨列车从一股道转入另一股道的线路连接设备，也是齿轨轨道的薄弱环节之一，相对于传统的轮轨道岔，齿轨道岔结构相对比较复杂，而齿轨道岔能否可靠地转动到位，会直接影响到齿轨列车的行车效率和安全，因此，齿轨道岔转换方案的可靠性、安全性及可维护性等，也直接关系着齿轨制式的应用与推广。

1 齿轨岔区结构及原理

齿轨岔区如图1所示，主要包括传统轮轨道岔和岔区齿条，而岔区齿条又由岔区固定齿条和岔区可动齿条（含联接杆）组成，岔区可动齿条包含4根可动齿条（可动齿条1、可动齿条2、可动齿条3和可动齿条4）、一根长联接杆和一根短联接杆，可动齿条1和4通过长联接杆连接，动作方向一致，可动齿条2和3通过短联接杆连接，动作方向一致，可动齿条1和4与可动齿条2和3动作方向相反，齿轨岔区状态与传统轮轨道岔、可动齿条状态关系，如表1所示。

表1 齿轨道岔关系表Tab.1 Rack rail turnout relationship table

图1 齿轨岔区Fig.1 Rack rail turnout section

2 国外现状

山地（齿轨）轨道交通在国外有着较为广泛的应用。早在1869年，美国在新罕布什州华盛顿山建成了世界上第一条齿轨铁路，至今已安全运营了140余年。目前，以瑞士、德国及美国为代表，世界范围现已有20多个国家建成齿轨铁路线路180余条[4]。国外齿轨岔区转换结构主要包括一台转辙设备和连接杆件构成。其转辙设备与国内标准转辙机结构完全不一样，采用双动作杆且无表示杆，双动作杆动作方向相反，一根动作杆与可动齿条1连接，通过长联接杆带动可动齿条4动作；一根动作杆与齿条2连接，通过短联接杆带动可动齿条3动作，具有以下特点：结构简单，方便维护；转辙器采用双动作杆，两动作杆作用方向相反，且两动作杆作用线存在一定夹角，可动齿条到位情况通过动作杆位置确定；转辙器无表示杆，无法实现可动齿条是否转动到位的闭环监测。

目前此道岔转换方案在国内并未应用，同时，在国内轨道交通道岔转换系统中，其转换设备应具备相应的安全认证，国外的齿轨道岔转换方案并不适应国内现状。因此，针对国内转换系统的现状，本文提出了以下两种齿轨岔区转换方案。

3 齿轨岔区转换方案

3.1 三点牵引方案

1）转换方案

齿轨道岔区牵引道岔采用三机三点牵引，其中传统轮轨道岔处采用一台转辙机牵引，岔区齿条处采用两台转辙机对两组可动轨条单独牵引。本文对传统轮轨道岔的转换方案不再描述，仅对岔区齿条处转换方案进行详细介绍。

三点牵引齿轨岔区可动齿条转换方案如图2所示，齿轨道岔两侧各设置一台转辙机，一台转辙机的动作杆与临近的外侧齿条（可动齿条1或4）连接，表示杆与另一侧的外侧齿条连接，若采用双表示杆，则两根表示杆分别与两侧的外侧齿条连接；另一台转辙机的动作杆与临近的内侧齿条（可动齿条2或3）连接，表示杆与另一侧的内侧齿条连接，若采用双表示杆，则两根表示杆分别与两侧的内侧齿条连接。三点牵引齿轨岔区可动齿条动作原理采用两套闭环动力传递方式，转辙机1通过动作杆带动可动齿条1，可动齿条1通过长联接杆带动可动齿条4，可动齿条4通过表示杆将位置信息反馈至转辙机1；同时，转辙机2通过动作杆带动可动齿条2，可动齿条2通过短联接杆带动可动齿条3，可动齿条4通过表示杆将位置信息反馈至转辙机2。

图2 三点牵引转换方案Fig.2 Three-point traction conversion scheme

2） 设计方案

道岔转换采用轮轨、齿轨同时开始转换方式。其中，轮轨、齿轨采用转辙机顺序启动，以错开电机启动电流峰值[5]。3台转辙机在控制距离允许的情况下，由5芯电缆芯线控制，芯线数不包括监测和电话芯线。除满足《铁路信号设计规范》中的有关要求外，还应满足下列要求[6]：室外控制、表示电路采用五线制设计；在三相电源缺相的情况下，具有自动切断电动机控制电路的功能；多机牵引的道岔控制电路，其中任一台转辙机不启动时，应切断该道岔的控制电路[7]；多机牵引一组道岔时，转辙机应按顺序错峰启动；在30 s内道岔未转换到位时，自动切断控制电路，此条可根据实际需要考虑设置与否；电路采用组合化设计。

3）特点

采用轨道交通转换设备，技术成熟；两台转辙机分动控制，可靠性高；每台转辙机采用闭环控制，安全性高。可动齿条处需要在线路双侧安装两台转辙机，对岔区工程条件要求高。

3.2 两点牵引方案

1）转换方案

齿轨道岔区牵引道岔采用双机两点牵引，其中传统轮轨道岔和岔区齿条处各采用一台转辙机牵引，并在岔区齿条设置一台转换装置[8]。

两点牵引齿轨道岔区可动齿条转换方案如图3所示。齿轨道岔一侧设置一台转辙机，转辙机的动作杆和表示杆同时与临近的外侧齿条（可动齿条1或4）连接。转换装置设置于道岔另一侧，与另一侧的外侧齿条和内侧齿条连接。密贴检查器与转辙机设置于同侧，其表示杆与就近的内侧齿条连接。两点牵引齿轨岔区可动齿条动作原理采用一套闭环动力传递方式，转辙机通过动作杆带动可动齿条1，同时通过表示杆实时反馈可动齿条1位置。可动齿条1通过长联接杆带动可动齿条4，可动齿条4通过外侧联接杆带动转换装置，转换装置通过内部结构将作用力反向，再通过内侧联接杆带动可动齿条3，可动齿条3通过短联接杆带动可动齿条2，可动齿条2通过密贴检查器表示杆将位置信息反馈至密贴检查器，密贴检查器通过电气接口将可动齿条2的位置信息实时反馈至转辙机。

图3 两点牵引转换方案示意Fig.3 Two-point traction conversion scheme

2）设计方案

道岔转换采用轮轨、齿轨同时开始转换方式。其中，轮轨、齿轨采用转辙机顺序启动，以错开电机启动电流峰值。两台转辙机在控制距离允许的情况下，由5芯电缆芯线控制，芯线数不包括监测和电话芯线。除满足《铁路信号设计规范》中的有关要求外，还应满足下列要求。

室外控制、表示电路采用五线制设计；在三相电源缺相的情况下，具有自动切断电动机控制电路的功能；多机牵引的道岔控制电路，其中任一台转辙机不启动时，应切断该道岔的控制电路；多机牵引一组道岔时，转辙机应按顺序错峰启动；电路采用组合化设计。

3）特点

转撤机、密贴检查器和转换装置机箱分别设于轨道的两侧，便于维护；转换装置无成熟产品，需要创新研发；串联的形式相连接，作用力逐级传递，若某一可动齿条发生断裂或变形，作用力不会继续传递下去；转辙机、密贴检查器表示杆分别反馈第一级和最后一级所述可动齿轨位置，实现了位置状态的闭环反馈，提高了位置状态反馈的可靠性、可用性和安全性。

4 结束语

目前，国内尚无山地轨道交通齿轨制式的工程实际应用，因此更是缺乏针对道岔等关键轨道设备的研究，相关产业总体水平较为滞后。因而，亟待开展山地轨道交通齿轨道岔及其转换系统关键技术的研究，形成完备的齿轨道岔所需的理论依据与技术体系，其成果也将推动新制式轨道交通产业发展，增强自主创新能力，构建山地轨道交通品牌工程。