第二章信号基础设备

第二章信号基础设备

1.信号基础设备包括信号继电器、信号 机、转辙机、轨道电路和操作与表示设备等。 2.信号基础设备的质量和可靠性是信号系统可靠、高效的基础。

第二章信号基础设备 • 第一节信号继电器原理 • 第二节色灯信号机 • 第三节动力转辙机 • 第四节轨道电路

第一节信号继电器原理 • 一直流无极电磁继电器工作原理 • 二直流继电器的电特性 • 三其它类型安全型继电器 • 四安全型继电器的特点 • 五继电器的应用 • 六继电器接点电路逻辑基础

一直流无极电磁继电器工作原理 • 信号继电器是轨道交通信号继电式控制系统的关键部件，也是电子式控制系统的主要接口部件。 • 它的基本原理是在线圈中通以一定数量的电流，继电器励磁，吸合衔铁，带动动接点运动与前接点接通。 • 当线圈中的电流减小到一定值时，继电器失磁，衔铁依靠重力和接点弹力复位，带动动接点运动与前接点断开，接通后接点。

(一)磁路系统与牵引特性 • 它的磁路系统由铁心、衔铁和轭铁三部分组成。 • 当接通线圈的电源后，在铁心中产生磁通Φ，它通过由轭铁、衔铁和工作气隙δ构成的闭合磁路对衔铁产生电磁吸力。 JWXC-1700型直流无极继电器结构示意图

(一)磁路系统与牵引特性 • 当吸力增到足以克服衔铁上的机械力时，衔铁就被吸动并经由连杆带动接点组动作到吸起状态。 • 当切断线圈电源时，电流逐渐减小，磁通也随之减弱，衔铁就释放。接点组也随之恢复到落下状态。

(二) 继电器的接点系统 • 继电器的工作就是控制若干接点组的闭合和断开。 • 其中包括前接点、中接点、后接点以及上下两个托片。

(二) 继电器的接点系统 • 衔铁吸合时，推动中接点和前接点闭合，并使中接点与后接点断开； • 衔铁释放时，使中接点与前接点断开，与后接点闭合。 • 衔铁在释放状态时，中接点与后接点闭合并使后接点承受一定压力以保证接点接触良好。

二直流继电器的电特性 • 直流继电器的电特性是指关于继电器的输入电压或电流与继电器工作状态的一组参数。 • (一) 吸起值。使继电器中接点与前节点接触所需的最小电压或电流值。 • (二) 工作值。使继电器动作并满足规定的节点压力的电压或电流。 • (三) 额定值。继电器工作时的电源电压或电流值，一般为工作值与安全系数之积。 • (四) 释放值。向继电器线圈供以过负载值的电压或电流，使前接点闭合后再逐渐降低电压或电流，当前接点刚断开时的电压或电流值。 • (五) 过负载值。继电器线圈不受损坏，电特性不受影响的最大允许接入的电压或电流值。此值一般为工作值的4倍。 • (六) 安全系数。额定值与工作值之比。此值愈大，继电器工作愈稳定。 • (七) 返还系数。释放值与工作值之比。返还系数范围在0．2～0．99之间。返还系数愈大继电器对于电压或电流的变化反应愈灵敏。

三其它类型安全型继电器 • 偏极继电器具有反应电流极性的性能，一般使用在道岔表示电路及半自动闭塞电路中。 • 偏极继电器磁路系统中存在特殊部分为铁心极靴为方形，衔铁为方形，方形极靴下端装有L形永久磁铁。

三其它类型安全型继电器 • JYX型有极继电器 • 有极继电器也能反应电流极性,并能保持极性状态,即当电流切断后它能保持原来电流极性工作的状态。 • 磁路特殊部分用一块端部为刀形的长条永久磁铁带替部分轭铁，永久磁铁与轭铁用螺钉联结。

四安全型继电器的特点 • 在铁路信号系统中，凡是涉及到行车安全的继电电路都必须采用安全型继电器。 • 安全型继电器在结构上有以下特点： • (一) 前接点采用熔点高，不会因熔化而使前接点粘连的导电性能良好的材料。 • (二) 增加衔铁重量，采用“重力恒定"原理在线圈断电时强制将前接点断开。 • (三) 采用剩磁极小的铁磁材料构成磁路系统，并在衔铁与极靴之间设有一定厚度的非磁性止片，当衔铁吸起时仍有一定的气隙以防剩磁吸力将衔铁吸住。 • (四) 衔铁不致因机械故障而卡在吸起状态。

五继电器的应用 • （一）继电器的图形符号和使用 • （二）继电器接点电路的几种基本形式 • （三）继电器接点电路的分析方法

（一）继电器的图形符号和使用 • 继电器在电路图中表示出来的就是继电器的线圈和接点二部分。 • 继电器线圈有电 ( 指通过工作值以上的电流 ) ，继电器吸起则该继电器件的所有前接点都闭合，后接点都离开。 • 线圈断电 (无电)，该继电器的所有前接点都离开，后接点都闭合。 • 不能错误的理解为有电流通过接点时，就认为该接点的继电器是吸起的

（一）继电器的图形符号和使用 • 继电器吸起，前接点闭合后，不一定有电流通过前接点。 • 因为线圈与接点所构成的电路是两个不同的电的回路，该前接点是否有电流通过，这要看该接点所构成的电路是否连通。 • 如果该接点根本就没有接入电路，那么接点只是象不接入电路的开关扳动一下面已

（一）继电器的图形符号和使用

（一）继电器的图形符号和使用 无极缓放有极偏极整流式 • 安全型电磁继电器线圈有两个线圈四个引出片(即电源片) 构成。 • 电源片1和3一般为后、前线圈的正极， 2和4一般为后，前线圈的负极。安全型电磁继电器线圈的图形符号

（一）继电器的图形符号和使用 • 对于两线圈参数相同的继电器的线圈使用，可以两个线圈串联使用 (连接2—3电源片，使用1—4电源片)。 • 可以两个线圈并联使用(电源片1—3连接， 2—4连接，使用1—2 或3一4电源片)。 • 可以两个线圈分别使用成单线圈单独使用。 • 这种继电器无论哪一种使用方法都要保证继电器的工作安匝和释放安匝，才能使继电器可靠工作和落下。

（一）继电器的图形符号和使用 • 单线圈使用或两个线圈分别使用时，为了保证得到与串联使用同样的工作安匝，则通过线圈的电流必须比串联使用时大一倍，所以消耗的功率也要大一倍。 • 两个线圈分别使用或单独使用时，对于供给它的电源容量要大，同时继电器的线圈也容易发热损坏。 • 继电器线圈的使用方法尽可能采用串联使用的方法。 • 两个线圈并联使用的，这种方法所需的电压比串联使用时的电压低一半，因此，可用于低电压（如12V）电路。

(二) 继电器接点电路的几种基本形式 • 按工作特点来分的继电器接点电路：单拍电路 • 单拍电路是指它所组成的电路在完成一定的控制目的时，与组成该电路的各元件的动作顺序无关。

(二) 继电器接点电路的几种基本形式 • 典型单拍电路 • 用按钮A和继电器BJ、CJ的接点等三个元件共同来控制继电器DJ。 • 要控制DJ使其吸起 (↑)，只要A按下，BJ吸起(↑)和CJ吸起(↑)即可, 而与它们三个元件的动作顺序无关。

(二) 继电器接点电路的几种基本形式 • 该电路中的各元件必须按照一定的先后动作顺序才能达到既定的控制目的。 • ①非周期多拍电路：它共有四拍，每—拍节里有一个继电器的工作状态发生变化。非周期多拍电路

(二) 继电器接点电路的几种基本形式

(二) 继电器接点电路的几种基本形式 • ② 周期性多拍电路： • 从0拍开始经过1-3拍动作后又回到0拍。 • 周而复始的动作利用AJ或BJ的接点, 可以得到一个脉冲输出电路。

(二) 继电器接点电路的几种基本形式 • 由继电器所组成的信号设备电路，差不多都是复杂程度不同的多拍电路。 • 但不管电路怎样复杂，都是由较为简单的单拍电路所组成。 • 因此，多拍电路都可以分解为若干个简单的单拍电路来研究。脉动偶电路分解

(二) 继电器接点电路的几种基本形式 • 按有无记忆作用来分的继电器接点电路 • 分为无自闭电路和有自闭电路两种。

(二) 继电器接点电路的几种基本形式 • 无自闭电路 • 按钮A是自复式的,当按下按钮时，AJ通电吸起，当松开按钮时，按钮自动复原，AJ电路切断，AJ落下。 • 这种电路对曾按压过按钮的动作没有记忆作用。前面所讨论的电路就属于这种电路。

(二) 继电器接点电路的几种基本形式 • 有自闭电路 • 凡是有自身前接点参与保持该继电器吸起的，称为自闭电路。 • 当按下按钮A， AJ通电吸起，当松开按扭，按钮自动复原。 • 此时虽然按钮接点已断开，但AJ自身的前接点巳经构成了AJ线圈的供电回路，所以AJ仍保持在吸起状态，实现了对按钮按压过的记忆 (记录)作用。 • 当记忆任务完成以后, 依靠复原继电器FUJ的吸起，其后接点断开将AJ线圈的供电回路切断，使AJ落下恢复原状。

(二) 继电器接点电路的几种基本形式 • 继电器接点电路按连接形式来分，可分为的串联、并联、串并联和桥形等几种基本电路。 • 无论哪种连接形式的接点电路，都由前接点和后接点组成。 • 串联、并联和串并联电路都很简明，桥形电路是一种非串并联的电路，这种形式的电路，在实际信号设备的电路中也常用到。只是繁简不同而已。

(二) 继电器接点电路的几种基本形式 • 如图所示的是最简单的桥形电路。 • 实际就是下图所示的串并联电路的简化。 • 很明显上图所用的接点数比下图省一半。 • 由此可见，串并联电路如果有条件能变换为某种形式的桥形电路，就能达到简化电路，节省接点的目的。

(三) 继电器接点电路的分析方法 • 1. 接通公式法 • 这种方法先用符号表出电路中各元件的初始状态(定位状态) ，以便在分析过程中进行对照，然后用符号依次表示各元件状态的变化。 • 元件的状态符号一般用“↑”表示继电器吸起，用“↓”表示继电器落下。元件之间作用联系用箭头“→”表示。 • 例如图所示的电路，它的动作过程就可以用以下接通公式来表示： A↓ (按钮按下) →BJ↑→CJ↑→DJ↑ A↑ (按钮拉出) →BJ↓→CJ↓→DJ↓

(三) 继电器接点电路的分析方法 • 2. 时间图解法 • 时间图解法能很清楚地表示出各继电器的工作情况，相互关系及时间特性，能正确反映整个电路的动作过程。 • 这种方法主要是把继电器线圈通电、后接点离开、前接点闭合、线圈断电、前接点离开及后接点闭合的时间都用时间图表示出来。

六继电器接点电路逻辑基础 • （一）接点电路逻辑理论的运用概况 • （二）接点电路的元件 • （三）接点电路的结构形式 • （四）接点电路逻辑代数的基本定律 • （五）接点电路变换的一般公式

（一）接点电路逻辑理论的运用概况 • 在自动控制与远程控制系统中，应用的继电器是非常多的，用继电器接点所构成的接点电路也是很复杂的。应用接点电路逻辑理论去设计接点电路，其优点是： • 1. 根据条件和任务进行综合、变换、简化，这样设计出来的接点电路，既简单、元件又用得少，而所花的时间也少，还不易出错; • 2. 在满足电路的要求下，可以减少电路中某一个继电器接点，变换简化至最少; • 3. 利用接点电路逻辑理论，可帮助我们分析已有电路的工作条件，和检查设计电路的正确性。

（二）接点电路的元件 • 继电器接点电路中有各种元件，如开关、按钮，继电器、信号灯、电磁铁、电动机等,但按其所起的作用可以分为以下三类： • 1. 接收元件：用来接收外来信息的元件，如开关，按钮、转换器及继电器等，这种元件随电路的复杂程度不同，数量有一个至几个不等； • 2. 执行元件：用来完成预定控制任务的元件，如继电器、接触器，电磁铁，信号灯，电动机等，这种元件的数量，可由控制对象的数目来确定； • 3. 中间元件：为了使接收到的信息能按预先规定的次序传递给执行元件，在接收元件与执行元件之间所加的辅助元件就是中间元件，这种元件主要由继电器来承担。

(三) 接点电路的结构形式 • 接点电路的结构形式，通常是用分析式(代数式)的形式来表达的，这种分析式称为接点电路的结构公式，简称结构式。 • 用乘号“•”表示串联，用加号“+”表示并联，用a、b、c…等表示前接点，用等表示后接点，大写字母A、B、C…等代表继电器线圈。 • 通过这种方式，把继电器接点电路的结构，用这种结构式清晰地表达出来。

(三) 接点电路的结构形式 • 1. 前接点串联的电路，它的结构式为 f = a • b • c • X 或f (x) = a • b • c 这种接点电路在逻辑关系上称为“与”，即与门。 • 2．前接点并联的电路，它的结构式为： f = ( a + b + c) X 或f (x) = a + b + c 这种接点电路在逻辑关系上称为“或”，即或门。

(三) 接点电路的结构形式 • 由一个继电器的前接点与另一继电器的后接点串联的电路，逻辑关系上称为异门，它的结构式为： f = a • • X 或f (x ) = a • • 由两个相反的异门并联成为一个异或门，它的结构式为： f = ( a • + • b ) X 或f (x) = a • + • b

(四) 接点电路逻辑代数的基本定律

（五）接点电路变换的一般公式 • 逻辑代数的基本规则 • 1.代入规则 • 2.反演规则 • 3.对偶规则

1.代入规则 • 在任何一个逻辑等式中，如果将等式两边出现的某变量A，都用一个函数代替，则等式依然成立。 • 例如：在B（A+C）=BA+BC中，将所有出现A的地方都代以函数A+D则等式依然成立得到：B[（A+D）+C]=B（A+D）+BC

2.反演规则 • 根据摩根定律，求一个函数L的非函数时，可以将L中的与换成或，或换成与；再将原变量换成非变量，非变量换成原变量；并将1换成0，0换成1。 • 根据这个所得的函数表达式就是原函数的非式。

3.对偶规则 • L是一个逻辑表达式，如把L中的与换成或，或换成与；1换成0，0换成1。 • 那么就得到一个新的逻辑表达式，这就是L的对偶式，记做L’ • 某个逻辑恒等式成立，其对偶式也成立。

第二节色灯信号机 • 信号机的用途： • 凡是危及行车安全的地点，均应设置信号机加以防护。 • 信号机的设置地点不同，其用途也不一样，命名也不相同。

第二节色灯信号机 • 我国铁路上规定应设置信号机的地点如下： • (一) 在车站入口，这是防护接车进路，指使列车能否由区间进入车站用的进站信号机。 • (二) 在列车由车站向区间发车地点前方，为防护发车进入和战舰区间（或所间区间或闭塞分区）指使列车能否向区间发车用的出站信号机。 • (三) 列车由一个车场到另一个车厂的起始点的前方，为防护转场进路用的进路信号机，指使列车能否到另一个场去的信号机。

第二节色灯信号机 • (四) 在所间区间和闭塞分区的入口，为了防护所间区间或闭塞分区而在区间设置的信号机，叫通过信号机。 • 防护所间区间的通过信号机是手动或半自动的（能自动关闭，但不能自动开放），一般叫做非自动闭塞的通过信号机。 • 防护闭塞分区的信号机是自动。因为这些信号机都设置在自动闭塞区段上，能自动动作的信号机，所以又叫做通过信号机。 • (五) 在区间内两条铁路线路平面交叉地点的前方，为了防护交叉地点，其指使列车能否通过此交叉点，此种信号机叫做防护信号机。

第二节色灯信号机 • (六) 在需要防护的道口，桥梁、隧道的前方为防护道口、桥梁和隧道用的信号机叫做遮断信号机。当遇有危及行车的情况发生适用遮断信号机指示列车停车。 • (七) 在站内又调车作业的地点，防护调车经过用的信号机，叫做调车信号机。指示调车机车能否进入调车进路。 • (八) 在驼峰调车场（包括建议驼峰）的峰顶上，为了指示调车机车能否向峰顶上推送并以多大的速度推送而设置的信号机叫做驼峰信号机。 • (九) 进站信号机、防护信号机、所间区间的通过信号机、遮断信号机，在没有机车信号的情况下，一般都要设置预告信号机。预告信号机设置在主体信号机的外方，距其不得少于800米的地方（当主体信号机或预告信号机的显示距离不足400米时，不应少于1000米）。用以预先向司机指示主体信号机的显示。 • (十) 出站信号机和进路信号机。因地形、地物的影响达不到规定显示距离时，在没有机车信号的情况下，可设置复示信号机用以复示进行信号。驼峰信号应设复示信号机，其显示与主体信号机一样，只起复示作用。

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