电液执行器在转辙机中的应用分析

蒉凯腾，王宏亮，李金海，程砚斐，谢文斌

（通号万全信号设备有限公司，杭州 310000）

1 概述

铁道交通拥有错综复杂的铁路布局，为保证列车的安全运行，开发道岔控制系统。转辙机作为道岔控制的执行机构，用来转换锁闭道岔的尖轨或心轨，改变道岔的开通方向，反馈道岔的位置。道岔控制系统根据转辙机反馈的信息做出相应的调控，提高运输效率，减轻列车工作人员的劳动强度，防止出现不必要的安全事故。转辙机以电动转辙机、电液转辙机、电空转辙机最为常见。但转辙机发展历史较短，还有许多地方需要去创新改造，在此介绍一种新的动力源驱动的电液转辙机。

2 电液执行器（EHA）

电液执行器是一种高度集成的电液传动系统。如图1所示，电液执行器将动力源（油泵），传动介质储存器（油箱），动力执行元件（油缸），控制器（溢流阀）、单向阀及滤油器、调节阀等元器件按照一定规律集中放置在1个密闭的盒子里，生成1套自成体系的电液传动系统。电液执行器合理地利用了空间，不仅体积小，而且具有免维护、可靠性高、体积小、输出力大等特点。

图1 EHA电液执行系统原理Fig.1 Principle of EHA electro-hydraulic execution system

电液执行器的电机通过联轴器与油泵形成联动，通过电机的转动带动油泵工作。油泵以压力驱动液压油的流动。液压油从右边油缸流出，经过单向阀、油泵进入交叉口，单向阀阻止液压油流入左边油箱，因压力较小不可经过溢流阀进入左边油箱，液压油唯有进入油缸驱动推杆移动，对外输出推力，与此同时增加了液压油的压力，当达到溢流阀的调定值时，液压油经溢流阀流入油箱。对于溢流阀当承受的压力小于调定值时就会封闭，禁止液体流过。因此，当电机正转带动油泵正转，从而驱动油缸推杆伸出时，推杆受到的推力由溢流阀调定，且此力恒定；同理，当电机反转时，油缸推杆缩回。

3 新型电液转辙机

新型电液转辙机是将原电液转辙机在保证原功能不变的情况下将液压传动系统由电液执行器进行替换，而生成的一种新型电液转辙机。因只是改换驱动系统部分，其他组成均不变，在保证原功能不变的情况下，提高了转辙机的空间利用率，而且在对尖轨与心轨的控制上更加稳定，对转辙机的控制更加方便。同时由于电液执行器体积小的特点，新型电液转辙机较原转辙机，其内部空余出了很大的空间，为转辙机智能监测设备的安装提供了基础条件。

3.1 功能分析

3.1.1 牵引功能

如图2所示，转辙机通过油泵控制油缸的左右移动，油缸与动作板连接，动作板通过动作杆与连接道岔尖轨的连接杆连接。即油缸的左右移动会带动道岔尖轨的左右移动，实现道岔开通方向的变化。

图2 转辙机工作原理Fig.2 Working principle of switch machine

3.1.2 锁闭功能

新型电液转辙机通过两种方式实现转辙机的锁闭功能:1）电液执行器自带的自锁闭功能。由图1可知，电液执行器的油缸欲自发地移动，就必须排出对应缸体里的液压油，但液压油只能通过溢流阀流入油箱。可通过调节溢流阀的阀值确定电液执行器可承受的压力。但是列车通过道岔时反馈力比较大，通过电液执行器的锁闭功能不安全。2）机械结构实现的锁闭方式。如转辙机由定位向反位移动，反位锁块与锁闭铁相切，推板将其卡住。列车经过，反馈力欲使其向定位移动，动作杆受力，定位锁块固定连接处形成剪切力，唯有使连接柱断裂才可驱使动作杆移动。所以可承受的力较大，形成安全的锁闭功能。

3.1.3 表示功能

转辙机具有将当前位置信息转化为电路信号信息反馈给联锁系统，形成统一调配的功能，即转辙机的表示功能。如图3所示，转辙机排骨接点座具有5个电流输入/输出接口。其中X1、X2、X3为定位表示电路，X1、X3、X5为反位表示电路。转辙机在执行牵引功能时，动作板的左右移动在带动道岔尖轨移动的同时会触发排骨接点座开关的变化，实现转辙机表示电路在定位表示与反位表示的变化。

图3 转辙机表示电路Fig.3 Indication circuit of switch machine

3.1.4 挤岔监督功能

挤岔监督功能可以从机械和电气两个方面进行理解。从机械角度分析，当道岔出现挤岔的现象时。转辙机在牵引道岔尖轨时会出现移动距离缩短。出现表示杆的移动距离不够，表示杆上的缺口与检查柱之间的相对位置变化超过2 mm，检查柱无法进入表示杆缺口，即排骨接点座变化不彻底，无法返回到位信号。从电气角度分析，转辙机正常行使表示功能时，X1、X2、X3为定位表示电路，X1、X3、X5为反位表示电路。出现挤岔时，X1、X2、X3 或X1、X3、X5不能正常导通，联锁系统接收的信号为非正常信号即可判断为发生挤岔。

3.1.5 电机保护功能

EHA长时间的在溢流状态电机会堵转，在一定程度上对电机产生不可挽回的伤害，缩短电机的使用寿命。液压油也会随着电机的温度升高而气化导致EHA漏油。EHA为高度集中化的电液执行机构，为保证体积的最小化，必然会缩减液压油的余量，那么液压油出现缺失的情况，EHA在工作时将会产生输出力浮动、移动不流畅。

转辙机排骨接点座在实现表示功能的同时，也控制着电机电源的通断如图3所示。转辙机在定位状态时，X1、X3、X4接入三相电源，EHA接入三相电源，转辙机由定位状态向反位状态移动；转辙机在反位状态时，X1、X2、X5接入电源，EHA接入与定位状态相反的三相电源，转辙机由反位状态向定位状态移动。当转辙机到达反位极限时，排骨接点座开关状态发生变化，EHA与三相电源断开，电机停止。在整个过程中均不会出现EHA溢流的情况，对电机起到了保护功能。

3.2 应用分析

新型电液转辙机采用EHA作为驱动单元，在具备以上功能的前提下，克服传统转辙机各方面的不足之处，使其具备许多可取之处。

1）EHA输出力恒定。转辙机在牵引道岔尖轨运动时，运动平稳，受力均匀，对各零部件的冲击力小，最大限度地降低了损伤。

2）EHA是电液执行系统的集中机构，最大限度地降低了电液执行系统的体积。新型电液转辙机也具有体积小等优点。

3）新型电液转辙机具有使用寿命长的优点。新型电液转辙机本质上也是液压传动，传动机构比齿轮传动稳定。液压传动具有溢流阀，在转换过程中出现转换不流畅且超过最大溢流阀设置压力时，溢流阀打开，电动推杆保持恒定，避免转辙机的损伤。

4）维修方便。EHA将电液执行系统集中在一起，液压传动故障时，只需将EHA进行整体更换即可。

4 结论

新型电液转辙机采用EHA作为转辙机的动力单元，对比传统转辙机，其在性能上有了全方位的提升。首先新型电液转辙机体积小、重量轻，降低了转辙机的材料成本和安装难度；其次，新型电液转辙机在发生液压传动故障时只需进行整体更换，维护更方便；整体来讲，新型电液转辙机液压传动稳定、使用寿命长、免维护。因此，使用新型电液转辙机可以有效提高道口工人的工作效率，降低道口运营维护成本，最大限度地保障列车的安全运行。