绪 论第一章 铁路信号技术已经历了一百多年的发展，形成了今天的现代铁路信号系统，它是铁路运输的基础设施，也是保证行车安全、提高运输效率和改善劳动条件的重要设备。现代铁路信号技术已成为向运输组织人员提供实时信息、实现列车有效控制、提高铁路区间通过能力、提高编组能力的重要手段，也是铁路列车提速与发展高速铁路的关键技术之一。铁路信号技术在进入信息时代的今天，已逐步与通信、计算机技术走向一体化，随着信息技术和网络技术的发展，铁路信号的传统理念正在改变，信号的功能逐步扩大，铁路信号已由过去的铁路运输的“眼睛”变成了铁路的“中枢神经”，发挥着越来越重要的作用。铁路信号作为铁路运输信息化运营管理的一种不可缺少的手段，在铁路运输中占有非常重要的地位，它的发展水平已成为铁路现代化的重要标志之一。 在当今铁路运输系统中，铁路信号肩负着指挥列车运行和调车作业，向行车有关人员指示运行条件；对行车运行方向、运行间隔、运行进路以及运行速度进行控制的重要基础设施。铁路信号是以电子技术、通信技术、计算机技术、控制技术等为手段，根据铁路的特点而形成的一门应用性极强的综合性信息应用学科。它研究的理论和技术是围绕保证铁路列车运行安全、提高铁路运输效率、及时和准确地提供铁路列车运行信息等方面展开的。铁路信号大致包括信号显示、信号基础设备和信号系统三大方面的内容。 像交通信号灯一样，铁路信号机是用于向司乘人员发出信号显示，以保证所防护区段内列车的运行安全，防止列车间相互冲突或列车颠覆的设备，为了保证在一个区段（或分区）或一条进路内只有一列列车安全运行，在区间、分区或进路的入口处设置信号机对它们进行防护。在铁路发展的初期，是以手信号指挥行车的，后来才出现了信号机。早期信号机是臂板信号机，以臂板的水平位置作为停车信号，以垂直位置作为允许进行信号。但垂直位置与机柱形成一条线，其显示不易辨认，后来改成与机柱构成45角作为进行信号。臂板信号只能作为昼间使用，在夜晚还需用灯光信号，因此，臂板信号存在显示不一致的缺点。另外，臂板信号机需由人力通过钢丝线（导线）操纵，在导线传动系统的设计中应保证导线热胀冷缩时不会使臂板出现错误显示，而且当导线断线时，应保证臂板处于水平位置显示“禁止运行”信号。例如，1906年出现的电动臂板信号机，它克服了导线传动的一些缺点。 道岔是铁路线路上的可动部分，它的位置与状态是否正确，直接关系列车是否走错路径，影响行车的安全。因此，道岔的转换和锁闭设备是铁路信号系统中的重要组成部分。 道岔转换设备是将道岔的尖轨从一个位置改变到另一位置的设备。以前的道岔转换设备是人力转换设备，有现地操纵和集中操纵2种方式。现地操纵方式是操纵道岔的握柄设在道岔近旁，它的特点是节省扳道员的体力，而且扳道员能直接观察道岔上是否有车辆存在，不至于在有车辆的情况下扳动道岔。现地操纵的缺点是一个扳道员操纵多个道岔时，需奔走于各道岔之间，延长了办理进路的时间。 集中操纵方式是将操纵各组道岔的握柄集中设在信号楼内，道岔与握柄之间用导管或导线实现传动。集中操纵的优点是减少了扳道员，也减少了扳道员与车站值班员的联系，提高了办理进路的效率，而且便于在握柄之间实现机械联锁。不足之处是不能直接观察道岔环境，机械传动系统笨拙，不便维护。现在的道岔转换设备是动力转换设备，一般以电动机作为动力，通过机械传动、压缩空气传动或液压传动等方式转换道岔。道岔转换的动力化，较之人力操纵是一大进步。采用动力转换道岔，取消了扳道人员，从而避免了由于扳道员与车站值班员之间的联系错误而造成的行车事故，而且较大地节省了办理进路的时间，在动力转换设备的基础上能实现更完善的联锁。 道岔锁闭设备是在道岔转换完毕后，用机械方法将密贴于基本轨的道岔尖轨牢靠地锁住的设备，用来防止车辆经过道岔时，道岔尖轨发生位移而造成行车事故。在人力现地操纵道岔时，一般是将转换与锁闭组合成转换锁闭器，由握柄操纵；在人力集中操纵道岔时，锁闭设备与转换设备分别由2个握柄操纵，在扳动道岔时，先扳动锁闭握柄将道岔解锁，然后扳动转换握柄使道岔转换，最后再扳动锁闭握柄将道岔锁闭；采用动力操纵道岔时，转换机构与锁闭机构一般设在同一个机箱内，构成道岔转辙机，当锁闭机构独立装在转换设备机箱之外时，称为道岔外锁闭装置。外锁闭装置在结构原理上能更可靠地锁住尖轨，因此多用在高速铁路中。动力转辙机利用机械和电气接点的精密配合，能够正确反映道岔位置和尖轨的密贴程度，为进一步保证行车安全，实现进路控制自动化创造了条件。 在铁路信号系统中如何检测指定的线路上是否有车辆占用是极其重要的。在铁路信号发展的初期，主要依靠工作人员的观察和判断来确定线路的占用情况，因此有时会因观察和判断失误而造成车辆冲突事故。由于不能实时自动实现列车位置检测，也不可能实现信号控制的自动化，直到1870年美国人鲁宾逊发明了开路式轨道电路，1872年又研制成功了闭路式轨道电路，从此，自动、实时检查线路占用的课题才得到解决，用轨道电路将列车运行与信号显示联系起来，诞生了铁路自动信号，开创了自动信号的新时代。 经历了一百多年的发展，轨道电路有了多种制式、多种变化，现在不仅用它来检查线路空闲，而且还可以用它来向列车传输信息，成为机车信号和列控车载设备工作的基础。 除了轨道电路，近年来诞生的计轴设备利用记录进入、出清指定线路的轮对数量，也能实现自动检查线路空闲的功能。另外，查询应答器、轨道感应环线也都由于具有列车定位与向列车传输信息的能力，在现代铁路信号系统中得到广泛应用。 电磁式继电器是许多自动控制系统中不可缺少的器件。电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回阻力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会返回原来的位置，使动触点与原来的静触点 （常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。利用电磁继电器的这种特性，可以实现低电压弱电流控制高电压强电流，还可以实现远距离控制及自动控制等。 继电器可以有许多应用，如自动调节、安全保护、转换电路等，继电器的品种也是千变万化，有电磁继电器、干簧管继电器、固态继电器（半导体继电器）等，它们在各种自动、远程控制系统中发挥着良好的作用。由于铁路信号对继电器有许多严格的要求，例如：安全可靠、动作准确、使用寿命长、有足够的断开与闭合电路能力、稳定的电气与时间特性、良好的电气绝缘特性、具有故障导向安全性能等。因此，国内外普遍将铁路信号用继电器列为专用类型继电器进行研究、生产与管理。 铁路信号继电器有一类被称为安全型继电器，又称为重力式继电器，它是由铁芯、线圈、重力式衔铁、接点结构等组成，在线圈两端加上一定的电压（24V），线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服重力吸向铁芯，从而带动衔铁的动接点与前接点（常开接点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力随之消失，衔铁就会由于重力吸引，返回原来的位置，使动接点与原来的后接点吸合。利用这个特性，在信号设计中，一般把前接点（常开接点）对应为危险侧，如信号开放，把后接点对应为安全侧，如信号关闭，当继电器输入回路或者继电器本身发生故障时，继电器由于重力效应，会导向后接点吸合，指示列车停止前进，满足故障导向安全原则。一般电路故障后，动接点与前接点（常开接点）吸合的概率远远小于后接点吸合的概率，也就是说，导致危险侧故障的概率远远小于导致安全侧故障的概率。这种元器件的故障-安全特性是信号控制电路与系统保障行车安全的基础。 虽然近年来微电子技术得到迅猛发展，电子器件在铁路信号领域的应用越来越广，但是在许多关键部位仍然依靠安全型继电器来保证系统的故障安全特性，如计算机联锁的接口部分仍然使用信号继电器。因此，在今后相当长的时期内，信号继电器依旧是铁路信号主要的基础控制器件。 电源是现代铁路信号系统工作的基础，色灯信号需要电来点亮，电动转辙机靠电能转动道岔，轨道电路靠电来检测区段占用与空闲，还有许多信号系统，如联锁系统、闭塞系统靠电来支撑。虽然信号设备多种多样，使用条件各有所异，但总的来说，信号设备对供电有可靠、稳定和安全三大基本要求。为了满足上述要求，铁路信号部门一般将电源系统作为专用信号设备进行设计、生产、管理。信号电源屏根据用途， 可分为联锁电源屏、驼峰电源屏、区间电源屏等。最初的信号电源屏采用的控制电路是铁磁三倍频率器，后改用晶体管分立元件组成的差动放大电路，进而又改用由集成运算放大器组成的比较放大电路。由CJ10型交流接触器改为交流电源转换接触器，中间继电器改为电源屏用信号继电器。20世纪90年代还用断路器代替熔断器，用隔离开关代替闸刀开关，近年来，电源屏在结构、工艺方面也不断有所改进。 从2000年开始，智能型电源屏逐步推广使用，它采用微型计算机技术完成对电源系统的自动监测，并可远程监控；引入高频电力技术，对各种输入、输出单元和交、直流电源进行模块化，提高了供电质量和可靠性，实现了无维修化，使信号电源技术有了突破性的发展，以满足不断发展的信号设备的供电需要。 THANKS!THANKS!