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1.4.1联锁及其实现3
1.4.2闭塞及其实现4
1.4.3列车控制及其实现4
1.5我国城市轨道交通信号技术的发展4
2城市轨道交通信号基础设备5
2.1.信号机5
2.1.1进站信号机的设置5
2.1.2出站信号机的设置5
2.1.3进路色灯信号机5
2.1.4信号机显示距离5
2.1.5信号机的养护检修6
2.2转辙机6
2.2.1基本功能6
2.2.2构成6
2.2.3类型6
2.2.4ZD6-A型电动转辙机7
2.2.5S700K型电动转辙机7
2.3轨道电路9
2.3.1轨道电路组成9
2.3.2轨道电路的原理9
2.3.3轨道电路的工作状态10
2.4轨道电路的分类11
3联锁设备13
3.1联锁设备的分类13
3.2电气集中连锁的设备14
3.3各按钮及其作用14
3.4微机连锁与电气集中连锁优缺点14
4对于城市轨道交通信号设备要求16
4.1
对各类信号设备安全的共同要求16
4.2对各类信号设备的具体安全要求16
4.2.1对信号(装置或显示)的安全要求16
4.2.2对联锁设备的安全要求17
4.3对闭塞设备的安全要求18
5城市轨道交通信号系统的安全策略与可靠性分析19
5.1系统方案的安全策略19
5.1.1列车检测方式的选择19
5.1.2机车信号的选择20
5.1.3设备控制方式21
5.1.4系统的通信21
5.2系统的可靠性分析21
6城市轨道交通信号计算机联锁系统的研究与设计23
6.1城市轨道信号计算机联锁系统的性能要求分析23
6.1.1计算机联锁系统的基本结构23
6.1.2.实时性要求23
6.1.3.可靠性与故障24
6.1.4结构模块化与标准化24
6.1.5经济性24
6.1.6.功能扩展24
6.2总体设计方案与关键技术24
6.2.1系统结构与工作原理24
6.2.2可靠性及故障—安全设计25
6.3城市轨道交通信号计算机联锁系统的研究与设计小结28
结论29
致谢30
参考文献31
引言
城市轨道交通信号系统,通常是由多种机电设备组成的复杂控制系统,对城市轨道运行的安全、高效、快捷起着重要作用。
信号设备是城市轨道运输的耳目,对行车安全关系很大。
它大可分为信号、联锁设备和闭塞设备三类。
为保证运输安全性,在此对信号设备的性能做以分析。
1城市轨道交通信号设备的概述
1.1城市轨道交通信号设备的特点
1.1.1城市轨道交通特点
与道路交通相比
(优点):
(1)容量大。
(2)运行准时,速达。
(3)安全,利于环境保护。
(4)节省土地资源。
(缺点):
成本高,建设周期长,技术含量高建设难度大,一旦遇有自然灾害尤其是火灾,乘客疏散困难。
与铁路相比的特点:
1.运营范围不同.
2.运行速度.
3.服务对象.
4.线路与轨道.
5.车站.
6.车辆段.
7.车辆.
8供电.
9.通信信号.
10.运营管理。
1.1.2城市轨道交通对信号系统的要求
1.安全性要求高
2.通过能力达
3.保证信号显示
4.抗干扰能力强
5.可靠性高
6.自动化程度高
7.限界条件苛刻
1.1.3城市轨道交通信号系统的特点
1.具有晚上的列车速度监控功能
2.数据传输速率较低
3.连锁关系较简单单技术要求高
4.车辆段独立采用连锁设备
5.自动化水平高
1.2城市轨道交通信号系统的组成
ATC(列车自动控制系统)ATP子系统ATS子系统ATO子系统
1.3城市轨道交通信号系统的地域分布
1.3.1.控制中心设备
中心计算机系统,综合显示屏,调度员及调度长工作站,运行图工作站,培训/模拟工作站,绘图仪和打印机,维修工作站,UPS及蓄电池组。
1.3.2.车站及轨旁设备
集中联锁站及轨旁设备;
非集中联锁站及轨旁设备
1.3.3.车辆段设备
ATS分机,车辆段终端,联锁设备,维修终端,信号机,转辙机,轨道电路,电源设备
1.4城市轨道交通信号系统的功能及实践
1.4.1联锁及其实现
联锁是车站范围内进路、信号、道岔之间相互制约的关系,它的基本内容是:
(1)进路上个道岔位置必须正确且被锁闭,敌对进路未建立且被锁闭在未建立状态,防护该进路的信号机才能开放;
(2)信号机开放后,它们防护的进路上的各道岔不能转换,与该进路敌对的所有进路不能建立。
联锁设备主要采用继电器逻辑电路或者计算机逻辑判断的方法完成。
正线上的集中控制站包括本站及其所控制的非集中站的道岔和信号机由设于该站的联锁设备控制,除了实现联锁关系外,还将其联锁的有关信息传送至ATP/ATO系统,并接受ATS的命令。
1.4.2闭塞及其实现
通过相邻车站,线路所、闭塞分区的设备或人为控制,使列车于列车相互之间保持一定时空间隔,以保证列车运行安全的行车方法称为行车闭塞法。
1.4.3列车控制及其实现
列车控制包括:
列车进路控制和列车速度控制,进路控制由联锁设备实现,列车速度控制由ATC系统实现。
ATC系统分为ATP和ATO两个技术层次。
1.5我国城市轨道交通信号技术的发展
铁路信号又称铁道信号,是铁路上用的信号、联锁、闭塞等设备的总称。
铁道信号的主要功能是保障行车安全和提高运输能力。
随着铁路信号技术的发展和先进设备的广泛应用,铁路信号已成为提高铁路区间和车站通过能力、增加铁路运输经济效益、改善铁路职工劳动条件的一种现代化管理手段和发展前沿的科学技术。
2城市轨道交通信号基础设备
2.1.信号机
2.1.1进站信号机的设置
进站信号机的作用是:
防护车站;
指示进站列车的运行条件;
完成联锁任务,保证进路安全可靠。
所以车站在列车的入口处,都必须装设进站信号。
进站信号机,应尽量避免设在停车后启动困难的上坡道上,地势险峻地点、隧道内、桥梁上,以及在停车后不能全部出清桥梁和隧道的停车地点。
2.1.2出站信号机的设置
出站信号机的作用是:
作为列车占用区间的凭证,指示列车可否进入区间;
与车站发车进路和敌对进路相联锁,信号开放后保证进路安全可靠;
指示列车在站内停车的位置。
所以,车站发车线(含救援列停留线、军用发车线)上应装设出站信号机。
2.1.3进路色灯信号机
在有几个车场的车站,为指示列车由一个车场开往另一个车场,应设进路色灯信号机。
进路色灯信号机按用途可分为:
接车进路色灯信号机——对到达列车指示运行条件;
发车进路色灯信号机——对出发列车指示运行条件;
接、发车进路色灯信号机——对到达及出发列车指示运行条件。
当同一信号机具有多种意义兼有多种作用时,应称其命名,例如“出站兼接、发车进路色灯信号机”。
2.1.4信号机显示距离
1.进站、通过、接近、遮断信号机,不得小于1000m;
2.高柱出站、高柱进路信号机,不得小于800m;
3.预告、驼峰、驼峰辅助信号机,不得小于400m;
4.调车、矮型出站、矮型进路、复示信号机,容许、引导信号及各种表示器不得小于200m。
在地形、地物影响视线的地方,进站、通过、接近、预告、遮断信号机的显示距离,在最坏的条件下,不得小于200m。
停车
注意或减速
按规定速度运行
信号机
颜色特征
●
⊙
○
色灯信号机
基本灯光显示,如表2.1.4
注:
●—红色;
⊙--黄色;
○—绿色
表2.1.4基本灯光显示的意义
2.1.5信号机的养护检修
1、日常养护
信号机的日常养护每月一次,主要作业包括:
1.信号机构、基础、箱盒外观检查,基础牢固,外观无损伤;
2.检查设备有无受外界干扰,加锁是否良好;
3.检查紧固件接信号锁有无锈蚀,对各部件加油;
4.清扫机构内部,透镜玻璃,检查显示情况是否良好,清扫设备周围环境,保持清洁。
2、集中检修
色灯信号机的集中检修每季度一次,当进行集中检修作业时,该月的日常养护作业取消。
主要作业内容包括:
1.检查机构、基础、箱盒牢固且完好无损伤;
2.清扫机构保持透镜玻璃干净无污染,检查清扫箱盒,机构内部。
显示良好,显示距离不小于200m;
3、清扫周围环境,检查加锁良好,无锈蚀;
4.正线试验主、副灯丝转换及报警,转换正常,报警良好;
5.正线测试引导信号,能正常开放。
2.2转辙机
转辙机道岔控制系统的执行机构。
用于转换锁闭道岔尖轨或心轨,表示监督联锁区内道岔尖轨或心轨的位置和状态。
2.2.1基本功能
具有道岔转换器、锁闭器和监督表示器的功能。
作为转换器,应具有足够大的牵引力以完成道岔尖轨或心轨的转换,因故转换不到其极限位置时,应能随时操纵使其返回原来的位置。
作为锁闭器,当道岔尖轨或心轨转换到一个极限位置时,对尖轨或心轨实施锁闭,不应因外力辆除该锁闭;
因故转换不到极限位置时,不应实施锁闭。
作为监督表示器,应能实时反映道岔的定位、反位和挤岔四开状态。
2.2.2构成
应由动力、传动、表示和锁闭等部分构成。
2.2.3类型
从动力方面分为直流电动机、交流电动机;
从传动机构方面分为机械传动、液压传动和风压传动3种;
从锁闭机构方面分为圆弧锁、插入锁和燕尾锁3种。
2.2.4ZD6-A型电动转辙机
ZD6系列转辙机采用内闭锁方式,是我国城市轨道交通中使用最为广泛的电动转辙机,ZD6-A型转辙机是基本型,如图2.2所示
图2.2.4ZD6-A型电动转辙机的结构
2.2.5S700K型电动转辙机
S700K型电动转辙机是我国铁路为提速需要从德国引进设备和技术,经消化吸收和改进后,在干线铁路推广的一种转辙机。
这种转辙机结构先进、工艺精良,解决了ZD6转辙机存在的电动机断线、故障电流变化、触点接触不良、移位接触器跳棋、挤切削折断等惯性故障。
城市轨道交通尽管运行速度不高,但采用S700K转辙机的优点十分明显:
由于采用三相交流电动机,线路上的电能损失大大减小;
由于采用滚珠丝杠传动装置,摩擦力小,机械效率高;
由于三相电动机没有直流电动机的整流子,维修工作量大大减小。
S700K型电动转辙机由外壳、动力传动机构、检测和闭锁机构、安全装置、配线接口五大部分组成,其结构如图2.2.5所示
图2.2.5S700K型电动转辙机结构
S700K型电动转辙机的特点:
1.交流380V交流控制2.摩擦联结器不需要调整3.滚珠丝杠作为驱动传动装置延长其使用寿命
S700K型电动转辙机的技术性能:
电动机:
采用三相交流380V电源:
(设有专门的电源屏)
转换力:
6000牛顿;
(当外阻力超过该转换力时电机就会出现空转现象,不能带动尖轨进行转换)
保持力:
90千牛顿;
(即作用到转辙机内部的振动,车轮侧向冲击等外力不能超过此力)
转辙机动程:
150、220、240毫米三种;
(依据其放置的地理位置不同,其转换的动程也不一样,如尖轨处与心轨处)
动作时间:
不大于7.2秒;
(与以前ZD6型转辙机基本一致,是否插入转换的一个过程)
动作电流:
不大于2安;
单线电阻:
不大于54欧;
检测杆行程:
69、76、87、98、110、117、160、180mm等多种。
(也就是尖轨与基本轨或心轨与翼轨之间的距离。
同样,由于安装位置的不同,其行程也会不同。
)
2.3轨道电路
轨道电路由钢轨线路、钢轨绝缘、电源、限流设备、接收设备组成。
其中钢轨线路是由钢轨和钢轨端部的导接线和两端的连接导线组成。
钢轨绝缘是钢轨线路两端的绝缘装置,在轨道的轨距板、轨距保持杆、尖轨连接杆等都安装有绝缘装置。
电源常用直流电源、交流电源、脉冲电源等。
限流设备是由可调整的电阻器或电抗器组成。
接收设备常用电磁式继电器或电子式继电器。
中国投入运营的自动闭塞系统有:
交流计数自动闭塞系统、4信息移频自动闭塞系统、18信息移频自动闭塞系统、法国的U-T自动闭塞系统。
人民生活水平的提高,要求乘座列车时,需要更加舒适,并尽量少受噪声、电磁干扰辐射的影响,为此需发展绿色铁路。
随着列车运行速度的不断提高,现有自动闭塞系统系统已远远不能满足列车高速行驶的需要,为此需要发展基于数字轨道电路系统和基于通信技术的列车运行控制系统以满足列车安全运行的需要。
如研制新的数字化且符合电磁兼容要求的轨道电路系统,就可以使用长钢轨,就可以降低噪声,少一些电磁辐射的影响;
发展新一代的轨道电路系统,可以为列车运行控制系统提供更多的信息,使列车运行更加安全,同时可以减少列车司机的劳动强度,对提高劳动生产力具有重要的意义。
2.3.1轨道电路组成
图2.3.1轨道电路组成示意图
2.3.2轨道电路的原理
当闭塞区间内无列车行驶时,电流会从电源经由轨道流经继电器,并使其激磁带动接点,接通绿灯之电路(号志机立即显示平安通行)。
图2.3.2轨道电路
当有列车驶入闭塞区间时,电流改行经列车车轴,并不会流经继电器,继电器因失去电流而失磁,接点接通红灯之电路(号志机立即显示险阻禁行)。
假若轨道断裂,轨道电路因此阻断,造成继电器失磁,同样的号志机亦会显示险阻禁行的讯息,仍可保障列车行驶安全。
当列车驶离整个区间,继电器便会重新激磁,绿灯便会再次亮起,其他列车便可进。
当设有轨道电路的某段线路上空闲时,轨道电路上的继电器有足够的电流通过,吸起被磁化的衔铁,闭合前接点,从而接通色灯信号机的绿灯电路,显示绿色灯光,表示前方线路空闲,允许机车车辆占用。
当机车车辆进入该线路区段时,由于轮对电阻很小,使轨道电路短路,继电器吸力减弱,释放衔铁,使之搭在后接点上,接通信号机的红灯电路,显示禁行信号。
轨道电路的这一工作性能,能够防止列车追尾和冲突事故,确保行车安全。
2.3.3轨道电路的工作状态
轨道电路的主要工作状态有调整状态、分路状态、断轨状态。
调整状态指轨道电路在没有机车车辆占用时,不论在任何不利的电源和天气等条件下,接收端的继电器都处于励磁状态,发出轨道电路区段空闲的信息。
分路状态指轨道电路被机车车辆占用时,不论在任何不利的电源和天气等条件下,接收端的继电器都处于失磁状态,发出轨道电路区段被占用的信息。
断轨状态指轨道电路任何部分出现故障时,接收端的继电器都处于失磁状态,发出故障信息。
在电气化铁路上的应用:
在用电力牵引的铁路区段内,电力机车要利用钢轨作为一条回路使牵引电流返回牵引变电所。
为了使这条返回的牵引电流不受闭路式轨道电路的钢轨绝缘的阻碍,往往采用双轨条轨道电路和单轨条轨道电路。
双轨条轨道电路:
利用双轨条返回牵引电流的轨道电路。
这种电路返回牵引电流在钢轨绝缘处是利用扼流变压器绕过轨端绝缘的。
双轨条返回电流的轨道电路主要用在电力牵引区段区间,或站内正线准备给机车信号工作的轨道电路上。
单轨条轨道电路:
利用单轨条返回牵引电流的轨道电路。
这种电路以一根斜拉的导线连接钢轨,使返回的牵引电流能够绕过钢轨绝缘。
它的优点是可以节省扼流变压器;
缺点是返回的牵引电流因只在钢轨线路的一条钢轨里流过,干扰电压比较大。
单轨条轨道电路主要用在有几条轨道同时返回牵引电流的车站。
电力牵引区段的轨道电路采用不同于牵引电流频率的信号电流,并在接收端装滤波器等,是防止牵引电流对轨道电路的影响的有效措施。
2.4轨道电路的分类
(1)开路式轨道电路:
这种电路的接收设备的电磁继电器等串接在发送端的电源电路内。
在线路没有机车车辆占用时,接收继电器处于失磁状态;
在有机车车辆占用时,接收继电器处于励磁状态,并发出这段轨道电路区段被占用的信息。
开路式轨道电路的特点是动作反应快,但不能自动检查出轨道电路各个组成部分的故障。
这种轨道电路只在部分国家铁路上,用于驼峰编组场和道口。
(2)直流轨道电路:
采用一次电池或蓄电池作为电源的轨道电路。
这种轨道电路的特点是电源可靠,电路和元件结构简单,但电源维护工作量大,抗迷流干扰的能力差,受轨道电路电容性蓄电效应的影响时分流感受不好。
因此,应用较少。
(3)交流轨道电路:
采用交流电作为电源的轨道电路。
这种轨道电路的特点是电源波动的调整性能好,能在各种不同和复杂的条件下工作,应用广泛。
交流轨道电路按轨道电流的频率可分为工频轨道电路和非工频轨道电路。
(4)工频轨道电路:
采用工业电流频率作为轨道电路的电流频率。
这种电路可由工业电网供电,广泛应用在蒸汽、内燃和直流电力牵引区段。
中国铁路车站轨道电路主要采用工频轨道电路,如整流式轨道电路和50赫二元型相敏轨道电路均属这种类型。
(5)非工频轨道电路:
采用同工业电流频率不同的交流电源供电的轨道电路。
这种电路,抗干扰能力强,但需要专用的电源设备。
因此,一般在交流电力牵引区段的车站采用,如75赫交流轨道电路,25赫相敏轨道电路,移频轨道电路和亚音频轨道电路均属这种类型。
(6)脉冲轨道电路:
向钢轨中发送按规定频率和编码的断续电流,接收端只有在收到这种规定的脉冲电流时,轨道继电器才动作的电路。
这种轨道电路具有长度大、分路灵敏度高和能防止迷流干扰等优点。
编码的脉冲轨道电路又称电码轨道电路。
(7)一送一受轨道电路:
在车站内有分支的钢轨线路上,只设有一个接收设备。
其基本结构同交流轨道电路基本相同。
(8)一送多受轨道电路:
在车站内,钢轨有分支的线路上,钢轨线路的每个分支端都设有接收设备。
这种电路同一送一受轨道电路比较,在线路的分支端有较高的分路灵敏度。
由于使用的设备较多,一般只在衔接到发线的道岔区段轨道电路采用。
3联锁设备
3.1联锁设备的分类
按照对道岔和信号机的操纵方式不同,联锁设备可分为非集中联锁和集中联锁两大类。
非集中联锁包括臂板电锁器联锁和色灯电锁器联锁,采用非集中联锁时道岔由扳道员就地操纵,信号机如采用色灯时则由值班员集中操纵,如采用臂板时则由扳道员就地操纵。
但扳道员可否操纵道岔或信号机又受车站值班员控制。
集中联锁包括电气集中联锁和计算机联锁,采用集中联锁时所有道岔和信号机都由车站值班员集中操纵。
电气集中联锁是我国铁路广泛采用的联锁装置,它由继电器组成的逻辑电路来实现各种联锁关系。
电气集中联锁有很多类型,如6026、6031、6032、6501、6502、612等。
。
前三种适宜在中间站使用,所以曾被叫做小站电气集中。
其特点是:
咽喉区一般只设一个轨道电路区段,调车使用局部控制,下权现地操纵道岔。
6501、6502适合作业繁忙的区段站和编组站使用,所以曾被叫做大站电气集中。
其特点是将咽喉区分成若干个轨道电路区段,在需要的地方安装调车信号机,使同一咽喉区可以同时进行多项作业。
6512比6501和6502简单一些,适合作业繁忙的中间站使用,所以曾被叫做中站电气集中。
这类电气集中由于安全可靠、形
象直观、操作简便,已逐渐取代了小站电气集中。
6501、6502、6512三种型号中,6502一枝独秀,,近些年来已被广泛推广到全路各中、小车站及企业专用线车站,所以,人们也不再提大、中、小站电气集中了。
计算机联锁是用电子逻辑电路取代继电逻辑电路而实现联锁关系的一种联锁设备。
但是随着电子技术的进步,计算机联锁在安全性、可靠性和经济性方面肯定会超过电气集中联锁。
因此,计算机联锁将会被迅速推广、普及。
为了保证行车安全,必须使有关的信号机、道岔和进路之间保持一定的相互制约关系,这种关系称为连锁关系。
以下是满足的条件:
(1)开放信号时,要求进路上有关的道岔必须处于开通该进路的位置。
(2)开放信号时,要求该进路上没有车占用。
(3)开放信号时,要求该进路有关的敌对信号没有开放。
(4)开放信号时,要求该进路上有关的道岔不能扳动,其敌对信号机不能开放。
3.2电气集中连锁的设备
室外设备有:
色灯信号机,轨道电路与电机转辙机;
室内设备有:
控制台,继电器组合架与电源屏。
3.3各按钮及其作用
进路的始端按钮和终端按钮,确定进路的起始和终止端;
道岔总定位、道岔总反位:
按压总定位或总反位的同时,按压道岔按钮,则与被按压的道岔按钮关联的道岔转动至定位或反位,控制台上相应的道岔表示灯显示当前道岔的开向。
绿色为定位,黄色为反位;
道岔按钮:
使用道岔按钮配合总定位和总反位按钮可实现道岔的定反位转换,实际的6502控制台上拔出道岔按钮的操作为锁闭该组道岔;
总取消:
当某条进路未办理通,或误碰了进路按钮后,进路按钮为闪烁状态。
此时必须按压对应的总取消按钮,消除按钮的闪烁后才能进行下一步的操作;
总人工解锁:
某条进路的信号开放后,进路处于接近锁闭状态(车已驶入接近区段)时,如果需要取消进路,在实际的6502控制台上可同时按压总人工解锁和该进路的始端按钮,信号立即关闭,进路延时解锁。
引导总锁闭:
引导总锁闭按钮的作用是锁闭对应的咽喉区的所有道岔。
(1)排列列车接发车进路:
排列列车接车或发车进路时,与现场操纵方式一致。
先按压进路的始端按钮(绿色按钮为列车按钮),始端按钮表示灯闪光,排列进路表示灯亮红灯,再按压进路终端按钮,进路排通后点亮白光带,现场信号开放,控制台复示器亮绿灯。
(2)排列调车进路:
①短调车进路
排列短调车进路时,其操纵方法与现场一致。
先按压进路的始端按钮(白色按钮为调车按钮),始端按钮表示灯闪光,排列进路表示灯亮红灯,再按压进路的终端按钮,进路排通后点亮白光带,现场信号开放后,控制台调车信号复示器亮白灯。
②长调车进路
排列长调车
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