铁路信号信号机点灯电路故障分析论文Word格式文档下载.docx

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前言

铁路信号是用特定的物体（包括灯）的颜色、形状、位置，或用仪表和音响设备等向铁路行车人员传达有关机车车辆运行条件、行车设备状态以及行车的指示和命令等信息。

目前，人们对铁路信号有不同的理解。

有人把铁路信号广义理解为：

保证铁路行车安全的技术和设备；

有人狭义理解为：

用于向行车人员指示行车条件的符号；

有人则认为：

铁路信号是铁路上信号显示、联锁、闭塞设备的总称。

本文主要分四部分论述了信号机的安装与故障维修。

第一部分，传统信号机的发展历程；

第二部分，色灯信号机的工作原理及安装技术要求；

第三部分，信号机的故障维修与处理及故障案例；

最后一部分描述了本次毕业设计的结论与展望。

第一章信号机概述

1.1传统信号机概况

1.1.1透镜式色灯信号机简介

透镜式色灯信号机（multipleclour-lightsignal）是以凸透镜为集光器的色灯信号机。

机构的每一个灯位固定显示一个颜色的灯光，多种颜色的信号显示由多个灯位完成，所以又称为多灯型信号机。

透镜式色灯信号机的机构有高柱二灯位、三灯位、引导机构；

矮型二灯位、三灯位机构；

遮断信号、复示信号和各种表示器机构等。

通过这些机构的组合和不同颜色灯光的排列，可以组成各种用途的信号机。

1.1.2透镜式色灯信号机的优点透镜式色灯信号机的优点透镜式色灯信号机的优点透镜式色灯信号机的优点

1）透镜式色灯信号机的透镜组由无色的外透镜和有色的内透镜组成，增加了信号机的显距离。

2）信号灯泡的灯座使用可调焦灯座，在灯光焦距恰当时，光源可得到充分利用，以增加信号显示距离。

3）透镜式色灯信号机结构简单，运用安全，维修方便，使用电缆芯线少，已在全国各条铁路线上得到广泛应用。

1.2组合式色灯信号机

1.2.1组合式色灯信号机简介

组合式信号机是为了克服透镜式信号机的缺点而研制的新型信号机。

组合式色灯信号机每个机构只有一个灯室，根据显示要求可以组装成单显示、二显示及三显示机构，故称为组合式。

1.2.2组合式色灯信号机的优点

1）整机外型美观，重量轻，组合方式灵活，安装简单方便，减少施工，维护等户外作业的劳动强度。

2）箱盖采用双螺旋压紧，密封材料采用高性能橡胶垫，管接头采用快速装卸结构形式，金属软管包塑料膜，保证了机构防尘密封性能的良好。

3）机构铝合金材料全部经亚光喷塑处理，可减少现场维护维修的工作量。

4）光学系统透镜间距离可调，容易使光学系统达到最佳状态。

5）适用于瞭望困难的线路，能在曲线半径300~20000m的各种曲线上得到连续信号显示

6）显示距离远，直线可达1500m以上，弯道可达1000m以上

1.3传统色灯信号机的缺点

传统的色灯信号机是以白炽灯泡为光源。

这种信号机的缺点是：

1）可靠性差、寿命短、易断丝、工效低；

2）需要10倍于额定电流的冲击电流；

3）滤色镜使光强受到衰减，导致光色不纯；

4）灯光发光效率低；

5）灯泡寿命不足1000h，适应速度更需要100000us；

6）耐震动性差，易折断；

7）维修工作量大

1.4LED概况

1.4.1LED灯的结构特点

LED是英文lightemittingdiode（发光二极管）的缩写，它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以LED的抗震性能好。

发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为p-n结。

在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。

PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。

这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。

当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。

LED发光盘的特点

1）兼容性考虑到与铁路标准信号机兼容，LED发光盘的尺寸可以与多种信号机构相配，如高柱发光盘可以用于高柱透镜式色灯信号机，矮型发光盘可以用于矮性色灯信号机机构等。

2）颜色鉴别槽为防止差错，不同颜色的LED发光盘的安装卡圈上的颜色鉴别槽不同。

3）偏散镜为满足曲线上显示的需要，可以加装不同角度的偏散镜。

4）灯丝继电器用发光盘取代信号灯泡，由于工作电流大幅度的降低，可以保障继电器的安全性和使用的长久性。

5）专用的电灯装置发光盘的专用电灯装置提供了发光盘所需用的电源。

但发光盘内的LED的发光二极管的巡海超过30%会给出警告信号，两路电源有一路出现故障时也会给出警告信号。

1.4.2LED发光盘的优点

铁路LED发光盘是采用LED发光二极管制成的铁路信号灯的新光源，可以取代传统的双线信号灯泡和透镜组，从而彻底消除灯丝断丝这一多发性的信号故障，实践证明，铁路LED信号灯有以下的优点：

1）可靠性高发光盘是用上百只发光二极管和数十条之路并联工作的，在使用中及时个别发光二极管或支路发生故障也不回影响信号的正常显示，提高了信号的可靠性。

2）寿命长传统的灯丝灯泡的主丝寿命为1000h，副丝为2000h，而发光二极管的寿命为100000h，是灯泡的100倍，改用发光盘后可以免除经常更换灯泡的麻烦，并有利于维修。

3）节省能源传统信号灯耗电为25w，而发光盘的耗电量还不足信号灯泡的一半。

4）聚焦稳定发光盘的聚焦状态在产品设计中已经调好，现场不需要调正，给安装和使用带来方便，并能始终保持良好的聚焦状态。

5）光度性好发光盘除有轴向主光束外，还有多条副光束，有利于加强主光束散角之外的近光显示效果。

6）无冲击电流点灯时没有类似信号灯泡冷丝状态的冲击电流，有利于延长供电装置的使用寿命，并减少对环境的污染。

1.4.3LED缺点

1）色彩还原能力差过去的LED平均显色指数（CRI）较低，因此在LED照射下显示的顏色没有白炽灯真实，容易造成视觉的误差和判断失误，这要从光谱分佈上来分析，属于技术问题。

但进来萤光粉、LED使用材料技术提昇，CRI已经有厂商逐渐拉高到90的水准。

2）单个LED功率低由于单个LED功率低，LED光源亮度值不是很高，为了提高亮度就需要多个LED并联使用，例如汽车尾灯。

虽然单个LED并不是很贵，但是数量多了成本就会很高。

目前单个高亮度大功率LED价格很昂贵并且一只高亮度LED也就5000左右的烛光亮度。

3）光照距离短虽然多LED的方法能提高光源亮度，但是并不能增加光照距离。

因为LED发出的光线发散，即使聚光调节良好，其照明距离在过去的技术水准下也仅仅能只有几十米，LED光源适合用于近距离的照明，并不适合远距离的探照性活动。

不过，随着技术力的提昇，LED的光照距离也能够拉长，短期内来看，LED较大的问题还是产品平均单价要降低。

4）易出现「黄圈」问题由于白光LED本身制造工艺上缺陷加上与反射杯或透镜的配合误差，容易造成「黄圈」问题。

主要表现在光斑周围出现「黄圈」，不易消除。

白光LED顏色偏差还有色斑、顏色偏蓝或偏红等现象。

近来，业界使用混合萤光粉，能获得理想的白光LED，并高显色指数。

比如说采用蓝色LED激发YAG萤光粉与绿色（或红色）萤光粉的混合物得到白光。

如果蓝色LED+YAG萤光粉获得的白光LED偏红或有黄圈，可以加入波长为500nm～530nm以稀土元素作成的绿色萤光粉，便可补偿多餘的黄光，使LED顏色向绿光区域靠近，从而达到消除黄圈的目的。

假设，蓝色LED+YAG萤光粉产生的LED顏色偏蓝，便加入不含硫化物的红色萤光粉调整。

这些方法可以调整LED的色座标和色温，并不会影响到LED的寿命。

5）散热问题LED产品另一项问题就是散热，如果不能够有效散热，产品的使用寿命就会缩短。

业界正努力开发更多有效的高散热系数材质来应用在LED领域。

1.5LED在铁路上的使用

1.5.1国外铁路LED信号机

﹝1﹞发展状况及其技术特点

美国GELcore公司是GE照明与EMCORE公司的合资公司，创建于1999年1月，是全球著名的LED产品供货商。

GELcore公司生产RM425、RM475、RM485三种类型的铁路LED发光盘，其中RM485型采用窄光束，其光强和散角指标与我国铁路TB／T2353基本接近。

盘面和现有的灯丝信号系统完全兼容。

单个LED故障，其光损失小于1％。

RM4型LED发光盘的供电电压有10V（AC／DC）和120V（AC）两种类型，电压范围较宽，设关闭电压，抗浪涌能力强，功率因数90％，总谐波小于20％，工作温度40～74~C，抗振能力符合1999AREMA和MIL—STD-833Method2007标准，抗电干扰能力符合AREMASectionl1．5．1和FCCTitle47Section15ClassA标准，抗潮湿能力符合IP65标准。

瑞士ACOL公司是专业生产LED大功率灯具的厂家，长期致力于LED研发和生产，产品品质优良，价格优惠。

该公司专为高速铁路研制了窄光束LED发光模块。

英国VariableMessageSignsLimited公司生产的VMSL型铁路LED信号机，符合英国铁路路网公司的RT／E／S／10062标准，发光盘采用RIGEL公司的LED技术，光利用率高达90％，独特的盖板和透镜设计，无需遮掩也不会产生灯光幻影。

3。

散角窄光束设计，确保显示距离大于800m，并且可内部调节成宽角度，以适合短距离显示的需要。

宽电压范围输入（AC78～131V），亮度不变，灭灯后在20ms内即可迅速关闭。

采用机械和电子鉴别装置，有效防止发光盘的错误安装。

轴向光强为：

红灯850cd，黄灯2600cd，绿灯850cd。

非亮灯状态的平均故障间隔时间（MTBF）大于l5年。

当一条或多条支路故障时，产生非紧急报警。

当发光盘电流大于75mA时产生紧急报警。

其维护方法简便，每年只需清洁透镜。

英国Roxboro集团下属的Diallight公司曾专为我国设计892系列LED铁路发光盘，其光强和散角符合我国铁路标准，可提供红、绿、黄、蓝、白5种颜色，供电电压AC12V，具有功率因素校正、有效减低谐波干扰等功能。

发光为集束面式结构，光线聚焦利用现有信号机透镜，灯丝检测采用L．O．D兼容方式（虚拟继电器）。

由于各种原因，此产品并未在我国得到使用。

英国西屋铁路系统公司（WestinghouseRallSystemsLimited）生产的Westled3000系列LEDge-灯有200inln、125inln两种直径，输入电压AC78～131V，显示距离大于800m，与现有的双灯丝灯泡兼容，采用双电源供电，全盘88个LED分成两组，由两个独立电源供电。

当LED发生50％故障时，可产生输出报警信号，也可向联锁电路输出故障信号。

灯盘安装有测试按钮，可对每个LED供电电路进行检测，通过电阻调节，确保回路电流和灯泡相同。

当电流小于50mA时，输出报警信号。

每年只需维修检查一次。

德国西门子公司生产的LED信号机主要与城市轻轨系统配套。

其中LED70型在隧道内使用，整个发光盘采用30个LED，与具有透镜的ClassicSt70型光学机构配合组成信号机。

LEDl36型则适合在隧道外使用，适用速度可达l20km／h或l60km／h，发光盘由60个LED组成。

LED发光盘设计与双丝灯泡兼容，并设有白天／夜间开关，可根据时间和天气变化调节发光亮度。

控制电路具有闪烁工作模式，可产生闪光信号，满足城市轻轨对信号的控制要求。

英国SignalH0use公司开发的铁路干线LED信号机，采用亮度反馈控制技术，满足英国铁路信号机的亮度标准，其信号色坐标可在整个温度范围内达p际准要求。

它设有检测电路，当显示偏离标准时，电路自动关闭。

电路关闭后，具有很小的空载电流。

发光盘可设计成适合任何交流电压，其装置元件少，可靠性高，具有恒功率控制功能和寿命告警功能，适合在标准基座上安装。

﹝2﹞应用状况

加拿大运输部运输发展中心专门就平交道口LED信号显示技术立项进行深入研究，并制定了技术标准，美国、英国也制定了相应的LED道口信号技术标准。

2004年l’GELcore公司为美国铁路客运公司Amtrak）在东北走廊的宾夕法尼亚’纽约、德拉瓦、马里兰等地安装了像3和RM4型LED信号机。

同年，英国TubeLines铁路客运公司向西屋公司订购了数十套125mm规格的EE1）信号机，安装在伦敦地铁Jubileej~4N：

线上，替代灯丝信号机。

目前，已有数以万计的LED信号机在美国、英国、法国、德国、澳大利亚等国投入使用。

1.6我国LED信号机发展状况

我国铁路有约20万台高柱或矮型色灯信号机，这些信号机是以双灯丝白炽灯泡为光源，灯泡的寿命只有1000小时。

由于LED具有众所周知的耗电少、寿命长、安全可靠的优点，一些单位98年开始进行这种新型光源在铁路信号领域的试验与研制，取得明显进展。

总的形势是发展速度快。

三年前发光强度只能做到几百cd，两年前红、绿颜色能达到2000cd以上，黄色、月白色的光强度及颜色还不能达到铁标要求，近一年来发光强度明显提高，红光、绿光已能做到5000cd以上，达到国外西门子产品的光强度水平，五种颜色经过改进也能满足现有铁道行业标准规定的颜色范围。

目前至少已有八家生产或研制LED色灯信号机构，有多家进行了产品的检测，有的经过铁道部技术审查。

有约一千多台LED色灯信号机在秦沈客运专线、北京局、青藏线等铁路现场投入使用，受到用户的欢迎。

铁道部科技司于2003年组织有关单位制定了《LED铁路信号机构技术条件（暂行）》，统一了技术要求，为进一步推广打下了基础。

铁道部产品质量监督检验中心通信信号检验站做了大量产品检验工作。

不仅地面信号机，而且手信号灯、客车床头阅读灯、安全标志灯等铁路信号及照明产品上也开使用LED，LED手信号灯已在铁路现场大量应用，使产品性能明显提高，铁科院通号所于2010年完成适用于LED手信号灯和床头阅读灯的铁道部行业标准制定工作。

1.7色灯信号机分类及显示意义

铁路色灯信号机分为：

进站信号机：

信号灯排列一般为从上到下：

黄绿红黄白

出站信号机：

在自动闭塞为黄绿红黄白，半自动闭塞为绿红

进路信号机：

分为接车进路和发车进路，信号排列一般为从上到下：

通过信号机：

在三显示为黄绿红，四显示为绿红黄

预告信号机：

在自动闭塞和通过信号机一样，在半自动闭塞为绿黄

驼峰信号机：

为黄绿红白

调车信号机：

一般只有蓝白两种灯光，蓝灯停车，白灯通过

复示信号机：

进站复示一般为三个白灯，显示两白为开通，不显示为关闭。

出站复示一般为绿灯

遮断信号机：

一个红灯，显示红灯停车，无显示可以通过每一种信号机都可能有好几种显示，而且在不同的速度和等级的线路上的显示方法可能不一样，一般在提速铁路上为四显示区段，普通铁路为三显示区段。

在干线一般是自动闭塞，支线一般是半自动闭塞。

比如进站信号机：

一般有六种显示方法，每种的规定和要求都不同，出站信号机，在四显示区段一般有六种显示方法，三显示区段一般有五种显示方法，半自动闭塞区段一般有四种方法。

绿灯：

正线通过。

一个黄灯：

进正线停车。

两个黄灯：

进侧线停车。

红灯：

不许越过。

一个红灯和一个月白灯：

引导进站。

一个绿灯：

准许发车。

黄灯：

准许列车由车站出发，表示运行前方至少有一个闭塞分区空闲。

两个绿灯：

自动闭塞区段表示去往非自动闭塞区段，半自动闭塞去间表示开往次要线路。

在兼作调车信号机时，一个月白色灯光：

准许越过该信号机调车。

准许列车按规定速度运行，表示运行前方至少有两个闭塞分区空闲。

要求列车注意运行，表示运行前方有一个闭塞分区空闲。

一个红灯：

列车应在该信号机前停车。

装有容许信号的通过信号机，容许信号显示一个蓝色灯光：

准许列车在通过信号机显示红灯的情况下不停车，以不超过20公里/小时的速度通过，运行到次一通过信号机，并随时准备停车。

一个红色灯光：

不准列车越过该信号机。

不着灯时，不起信号作用。

表示主体信号机在开放状态。

表示主体信号机在关闭状态。

一个月白色灯：

一个蓝色灯光：

不准越过该信号机调车。

准许机车车辆按规定速度向驼峰推进。

一个绿色闪光灯光：

指示机车车辆加速向驼峰推进。

一个黄色闪光灯光：

指示机车车辆减速向驼峰推进。

不准机车车辆越过该信号机或指示机车车辆停止作业。

一个红色闪光灯光：

指示机车车辆自驼峰退回。

一个月白色灯光：

指示机车到峰下。

一个月白色闪光灯光：

指示机车车辆去禁溜线。

其他的就不一一赘述。

一般来说：

红色灯光:

前方区间有列车占用,禁止列车车辆越过此信号机

黄色灯光:

前方有一个空闲的闭塞区间,列车减速慢行,随时准备停车

绿色灯光:

前方有两个以上空闲的闭塞区间,列车按规定速度行驶

一绿一黄:

前方有两个空闲的闭塞区间，列车按规定速度行驶

还有某些特殊的一般人不熟悉的表示：

表示出站信号机开放，准许开往次要线路或者支线

表示进站或者进路信号机开放，准许经过前方第一副道岔

侧向进入线路。

如果该信号是一个黄灯，则是经过道岔正向进入线路

关于蓝灯白灯，一般是在调车作业时候起作用。

在编组列车时候一般称为调车作业，没有车次。

编组列车完毕后开出的有了车次的称为列车。

蓝灯对于列车不起信号作用，列车可以越过蓝灯，但是对于调车作业蓝灯是停车信号，白灯则是开通信号。

火车司机容易混淆蓝灯的作用，所以一般将司机固定分为专门从事调车作业的司机和列车司机。

关于红灯蓝灯同时亮，这种情况一般出现在很大的上坡道的通过信号机，为了防止重载列车停车后无法起动，允许列车在该红灯面前不停车，以不超过20公里每小时的速度越过，并准备随时停车。

1.8色灯信号机的工作原理

铁路线路上分成很多的闭塞分区，每个闭塞分区设有一架通过信号机。

而色灯信号机的灯光颜色转换是由轨道上的脉冲电流来控制的，两个相邻的闭塞分区之间须由轨道绝缘节来隔开。

在没有列车通过时，两条轨道的电流是不相通的，信号机的灯光显示为绿色，也就是说允许列车按规定速度运行通过。

如果列车机车的导轮压过了前方闭塞分区的绝缘节，这样就在闭塞分区的轨道上通过导轮产生了一个电流短路，而信号机的灯光就变为红色，即不允许后续的列车进入本闭塞分区，通过这种办法来控制一个闭塞分区只能有一个列车占用，这样就有效的防止了列车之间的追尾事故。

第二章信号机的安装

2.1适用范围

随着我国铁路建设事业的不断发展，按照铁路跨越式发展的总体目标，修建设计时速200km以上的准高速、高速铁路，已成为我国铁路建设的重要发展方向。

根据我国铁路的国情，目前和将来仍以防护一定目标，保证铁路运输系统的行车、调车安全，提高区间和车站通过能力的固定信号在国内铁路线上广泛应用。

色灯信号机安装施工技术适用于旅客列车速度等于或小于160km/h的客货列车共线运行的新建、改建标准轨距铁路信号工程项目。

2.2工艺概况及技术特点

2.2.1工艺概况

色灯信号机是固定信号机的一种，用其灯光的颜色、数目和亮灯状态来表示信号。

我国的铁路现在采用色灯信号机有高柱和矮柱两种类型。

高柱色灯信号机由机柱、机构、托架、梯子等部分组成。

机柱用于安装机构和梯子。

机构的每个灯位配备有相应的透镜组和灯泡，给出信号显示。

托架用于将机构固定在机柱上，每个机构需上下托架各一个。

梯子用于维修人员攀登及作业。

矮柱色灯信号机只须用螺栓固定在信号机基础上，没有托架和梯子。

高柱和矮柱色灯信号机又各有单机构和双机构之分。

单机构只有一个机构，色灯信号机可构成二显示、三显示和单显示信号机。

双机构可构成四显示、五显示。

各种信号机根据需要还可以分别带引导信号机构、容许

信号机构或进路表示器。

信号机构配线采用7X0.52mm的多股铜心塑料绝缘线，线把扎把采用软型塑料扎带，间距为15～20mm。

2.2.2技术特点

色灯信号机安装主要具有以下技术特点：