1 引言

机电一体化技术是将机械技术、电工电子技术、微电子技术、信息技术、传感器技术、接口技术、信号变换技术等多种技术进行有机地结合，并综合应用到实际中去的综合技术。现代化的自动生产设备几乎可以说都是机电一体化的设备。

机电一体化技术的快速发展，推动着社会工业技术不断进步，在铁路行业的应用也越来越广泛。无论是轮轨交通系统中的高速动车组、准高速的大铁路车辆、负责货运的重载列车，还是无轨磁悬浮列车，以及整个列车的运营环境基础，均涉及了大量机电一体化设计。

铁路行业机电一体化程度不断提高，使得机械结构大为简化、布局更加合理、性能亦更加优良。现代铁路行业中逐步将众多机械设计的复杂性转移到机电控制设计中，机电充分耦合，多学科知识交叉运用．将“智能”动作不断地植入铁路行业，使铁路设计技术不断地推陈出新、不断完善设计。

2 转辙机概述

转辙机(switch machine)即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。

2．1转辙机的作用

一般来讲，转辙机的作用有以下4个方面：

(1)转换道岔的位置．根据需要转换至定位或反位。

(2)道岔转换到所需的位置并密贴后，实现锁闭，防止外力转换道岔。

(3)正确反映道岔的实际位置，道岔尖轨密贴于基本轨后，给出相应的表示。

(4)道岔被挤或因故处于“四开”位置时，及时给出报警和表示。

2．2转辙机的分类

(1)按动作能源和传动方式：电动皿、电动液压zY、电空转辙机ZR。

(2)按供电电源的种类，可分为直流和交流。

(3)动作速度：普通动作(3．8 s以上。大多数属于此类)和快动(0．8 s以下，一般用于驼峰调车场)。

(4)按锁闭道岔的方式日r分为内锁闭和外锁闭：内锁闭：依靠转辙机内部的锁闭装置锁闭道岔的尖轨，是间接锁闭方式。外

锁闭：依靠外锁闭装置直接将基本轨与尖轨密贴，将斥离轨锁于固定位置．直接锁闭方式。锁闭可靠．列车对转辙机几乎无冲击。

(5)按是否町挤，可分为町挤型和不可挤型转辙机：可挤型：设有道岔保护(挤切或挤脱)装置，道岔被挤时，动作杆解锁，保护整机。不可挤型：道岔被挤时，挤坏动作杆与整机的连接结构，应整机更换。

2．3转辙机的基本要点

为了维护铁路线路的平稳运行，对转辙机有以下四点基本要求：

(1)足够的拉力，以带动尖轨作直线往返运动；当尖轨受阻不能运动到底时，应随时通过操纵使尖轨恢复原位。

(2)作为锁闭装置，当尖轨与基本轨不密贴时，不应进行锁闭，一旦锁闭，应保证道岔不因列车通过的震动而错误解锁。

(3)作为监督装置．应正确反映道岔的状态。

(4)道岔被挤后，在未修复之前不应再使道岔转换。

3 电动液压转辙机工作过程分析

随着铁路行业的发展，提速道岔对转辙机的动作效率和稳定性要求越来越高，电动液压转辙机由于其动作速度快、性能可靠已经占领我国转辙机市场的半壁江山。

电动液压转辙机是采用电动机驱动、液压传动方式来转换道岔的一种转辙装置。液压转辙机取消了齿轮传动和减速器，简化了机械结构．将机械磨损减到最低程度．减少了维修的作量。且适用于提速道岔。但液压传动对液压介质要求较高，对元件要求也高、传动效率较低。

液压传动是用液体为工作介质来传送能量的。油压传动是液压传动的一种。是利用油液的压力来传递能量的。

3．1 转辙机采用液压传动的原理

液压传动借助处于密闭容器内的液体的压力来传递能量和动力．液体虽然没有立体的集合形状．却有几乎不变的容器。当它被容纳于密闭的系统之中时．就可以将压力由一处传递到另一处。当高压液体在管道、油缸中流动时．就能传递机械能，任何液压传动都是建立在这种通过处于密闭容器中的受压液体流动来传递机械能的基础上的，

3．2转辙机采用液压传动的优点

（1）易于获得很大的力或力矩，并且易于控制．使用油泵容易获得较高的压力(7—35 MPa)油缸的有效承压面积较大，可获得很大的力或力矩。

（2）易于实现直线的往复运动，直接推动工作机构，适合牵引道岔尖轨位移。

（3）易于调整凋速比。例如，用节流阀调速时，流馈变速若由0.02L／min变到100 L／min，调速比就达到了5000，这是其他传动方式无法比拟的。

（4）输出功率大、体积小。油泵的外形尺寸仅为同功率电机的12％～13％，重量仅为10％一20％。

（5）传动平稳、均匀。

（6）在往复和旋转运动中．可以经常快速而无冲击的变速和换向．由于液压机构重量轻、惯性小，可获得高速反应。中等功率的电机起动需要1～2 s，而同功率的液JK机只需要0.1 s。

（7）易于获得各种复杂的动作；易于布局和操纵，根据需要可增设多个牵引点；易于防止过载事故。

（8）操纵力较小。

（9）自动润滑，元件的寿命较长。

（10）易于与电气设备配合，制作出性能良好、自动化程度高的复合控制系统。

3．3电液转辙机的基本结构。

电液转辙机由动力系统(直流电动机或甲流电动机)、液压系统、油路系统、转换锁闭系统和接点(电路)系统组成。

3．4 ZYJ7型电动液压转辙机的结构

ZYJ7型转辙机由主机和SH6型转换锁闭器(副机)两部分组成，分别用于第一牵引点和第二牵引点，主机与副机问通过油管连接。zYJ7型转辙机主机由电动机、油泵、油缸、起动油缸、接点系统、锁闭杆、动作杆等部分组成。SH6转换型锁闭器(副机)主要由油缸、挤脱接点、表示杆、动作杆等组成。

3．5 ZYJ7型电液转辙机的油路及其动作原理

ZYJ7型电液转辙机油路部分见图1。

油泵是整个系统的动力源，用来将机械能转换为液态的压力能。流量凋节阀、溢流阀、单向阀等组成操纵控制装置．用以调节控制液压油的流向、流量和压力，实现不同的工作循环。油缸是系统的执行机构。它把液压能变换成机械能。滤清器、油箱等是辅助装置。

ZYJ7型电液转辙机的油路动作原理是：当电动机带动油泵逆时针方向旋转时，油泵从油缸右侧腔内吸出油，泵出的液压油经活塞杆中心网孔注入油缸的左腔。即左腔内为高压油。由于活塞杆同定不动，所以高压油推动油缸向右移动。当油缸动作列位时，油泵从右边的单向阀吸出油。泵出的液压油经左侧的滤清器和溢流阀流回油箱。

间理．当电动机带动油泵顺时针旋转时．油泵从油缸左侧腔内吸入油．泵出的高压油通过活塞杆空腔进入油缸右侧，使油缸右腔为高压．油缸向左移动。

3．6电动液压转辙机中的机电一体化五要素

机电一体化系统中一般由结构组成要素、动力组成要素、运动组成要素、感知组成要素、职能组成要素五大组成要素有机结合而成。现将对电动液压转辙机的工作过程进行分析。

（1）机械本体(结构组成要素)是系统的所有功能要素的机械支持结构，一般包括有机身、框架、支撑、连接等。转辙机中的外壳及机械传动部分即为转辙机的结构组成要素。

（2）动力驱动部分(动力组成要素)依据系统控制要求，为系统提供能量和动力以使系统正常运行。转辙机依靠电动机作为动力源。

（3）测试传感部分(感知组成要素)对系统的运行所需要的本身和外部环境的各种参数和状态进行枪测，并变成识别的信号，传输给信息处理单元，经过分析、处理后产生相应的控制信息。转辙机中的控制电路为感知组成要素。（4）控制及信息处理部分(职能组成要素)按照信息处理结果和规定的程序与节奏出相应的指令，控制整个系统有目的的运行。转辙机通过电路控制使液压油路部分根据外在阻力大小确定其所在位置，作处相应动作。

（5）执行机构(运动组成要素)根据控制及信息处理部分发出的指令，完成规定的动作和功能。转辙机中的油缸、动作杆和表示杆处于所有机构的末端，在进行完以上程序后执行动作。

由上可见，电液转辙机符合机电一体化的五大要素，是机电一体化在铁路行业中的典型应用。

4 机电一体化在转辙机中的发展现状及发展趋势

在没有转辙机的年代，道岔转换必须通过人工手动来实现，很容易出现由于操作人员操作不到位而造成挤岔等事故．甚至发生列车出轨、相撞等危及闲家和人民生命财产安全的事故。现在的转辙机技术已经非常成熟．各项技术标准相继出台，为铁路提速和安全运转作出越来越大的贡献。转辙机除了完成自身功能外．通过智能的微机监测，可以实现油位、缺口远程监测．可以有效减少人员工作境，提高生产效率。

未来的转辙机，将是各项学科的交叉综合，它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展和进步。因此，转辙机的主要发展方向为：

（1）智能化。智能化是2l世纪机电一体化技术发展的一个重要发展方向，得到机电一体化建设研究者的日益重视。转辙机的智能化发展主要体现为：操动系统的便捷化和无人操作化，转辙机智能化将对铁路安全、高效运行提供峰实保障。

（2）模块化。模块化是一项重要而艰巨的．1：程。模块化的进程将直接决定转辙机的生产工艺和便捷性，也是为降低厂家成本的最佳途径。转辙机的模块化将以外形一体化、电路集成化模式发展。相信随着科技的发展，模块化将越来越受到转辙乃至整个铁路行业的重视。(3)低耗化。当今时代处于高耗能生产与低资源储备的矛盾状态，绿色低耗的产品将日益受到各个企业的重视。现有转辙机中使用液压和空气为主要动力源在很大程度上节约了电机的耗能。但是还有改进的余地，相信随着转辙机模块化的改造。使用相对低耗的低压电路系统将成为转辙机走向绿色低碳的重要途径。

机电一体化产品在铁路行业的应用使过去落后的生产方式得到极大的改变。大量新型自动化电子设备的使用彻底转变了铁路系统的作业模式。明显降低了工人的劳动强度，大幅提升了劳动生产率。极大地提高了劳动效率。同时提高了劳动安全保障，采用机电一体化设备进行作业．不仅可以使工人从繁重的体力劳动中解脱出来，而且还能降低发生事故和危险的概率，防止事故的发生，保证铁路运输安全。

目前铁路领域中的机电一体化正逐渐趋于模块化、网络化和系统化，随着机电一体化技术的高尖端性、可靠性以及灵敏性的不断发展．在今后，铁路业中的机电一体化也必将跟随其他行业更进一步地迈入智能化、微型化、光机电一体化、绿色化以及仿生化，让铁路运营和服务系统都日臻完善。相信随着机电一体化的发展，铁路行业机电一体化程度不断提高，机械结构大为简化。各项布局更加合理，铁路运营更加优良，为人民出行的便利和生活水平的提高作出更多更大的贡献。