转辙机是中国铁路运输领域内应用最为广泛的道岔转换设备之一，它不仅可以应用在国家铁路，也可以应用于地方铁路、城市轨道交通、以及冶金、矿山等需要以铁路作为运输方式的场所。它是应用于各铁路及驼峰站场，通过转辙机的转换来决定道岔的状态，并且当道岔到位后对其进行锁闭，同时可以反映出道岔所处状态的设备。转辙机既能在普速线路上使用，也能够在高速客运专线上使用。 转辙机按照其电源不同，可以分成交流电转机和直流电转机两种类型。交流电转机采用三相（或单相）异步电机作为动力，直流电转机采用直流电机作为动力，但是直流电机电刷和换向器易发生故障，需要经常更换；按照传动方式和动力来源的不同分类，可分为三类转辙机，分别为：第一类：由（交流或直流）电动机作为动力来源，转换成机械能来驱动动作杆，大部分道岔采用此类电动转辙机；第二类：电空机是由压缩空气提供动力，采用电磁先导阀控制的方式驱动动作杆；第三类：电液转辙机由（交流或直流）电机作为动力来源，液压传递驱动动作杆。 转辙机安装分为正装和反装，转辙机的安装位置图如 1-1 所示[1]，其中○一 为转辙机正装（转辙机右侧开口），面向尖轨或者心轨，电转机机安装在轨道的左侧，○二 为转辙机反装（转辙机左侧开口），面向尖轨或者心轨，电转机机安装在轨道的右侧。而道岔的状态又分为定位、反位及四开（故障）位置，定位通常定义为经常保持向某一方向开通时道岔的位置，除使用、检查、修理、清扫外，反之定义为反位；四开（故障）位置是由于道岔被挤、尖轨夹异物或者由于转辙机原因未将道岔转换到定位或反位状态时道岔所处于的状态，此时转辙机的接点一、四组接通，二、三组断开，将室内的表示电路断开，并且显示为故障状态，此时只能利用启动电路来改变道岔的状态。道岔的三种位置状态图如下图 1-2 所示。 在实际应用中道岔处于四开（故障）位置时，ZDJ9 型交流转辙机存在偶尔不能正常转换道岔的现象。故本课题以国内普遍应用的 ZDJ9 型交流转辙机为例来分析电动机，并且对原有电动机进行改进、计算、试验及验证。
1.1 转辙机的发展概况
建国以前，我国经济发展落后，铁路的发展也受到了制约，没有生产出一种铁路设备可以代替长期以人工扳动道岔、指挥信号成为了主要铁路信号手段的模式。当时仅有很少的站场采用了国外的设备。 我国在建国前用的是电动转辙机均为外国产品，最早于 1926 年在大石桥站装设了日式直流 100V 电动转辙机、1929 年在大连的甘井子站装设了日式交流转辙机。这些电动转辙机是日本京三、日信工厂的产品。1927 年在天津总站、1931年在大虎山站，1935 年在丰台站先后安装了英式电动转辙机，这些设备在建国以后还在长期使用。 建国后，1950 年曾仿制了一批日式电动转辙机。1955 年开始仿制苏联 CJIB-4型电动转辙机，1956 年正式投产，定位 ZD1 型，有直流 160V 和 30V 两种。该转辙机有两根动作杆和两根表示杆，分别连在两根尖轨上，两尖轨之间不设连接杆，两根动作杆一前一后分别动作。该转辙机有挤岔防护装置，当开口的尖轨受到的挤岔力达到 10000N 以上时，挤脱挤脱联结器，动作杆解锁。
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1.2 交流转辙机及其电机的研究现状
1997 年 3 月 4 日中国铁路总公司（原铁道部）组织了关于加快研发新型转辙机的会议，中国通号公司根据会议要求，加快研发新型的转辙机产品的步伐，以适应铁路运输的不断发展。在研发过程中吸取了国内外先进的技术经验，并且结合我国铁路和道岔的现实问题进行了设计改进，开发了新型的电动转辙机，如ZD(J)9 型电转机系列产品，此系列电转机转换力大、效率高，并于 1999 年 8 月19 日在郑州铁路局西安电务段华县车站的 23 号及 9 号提速道岔上道试验；2000年 1 月 8 日参加了中国铁路总公司（原铁道部）在西安组织的技术审查会议，并且通过了验收；2000 年 10 月中旬在兰州铁路局武威分局武南电务段黄羊镇车站10 号及 7 号道岔上道试验；2001 年 3 月 29 日通过了中国铁路总公司（原铁道部）在西安组织的技术鉴定。之后大量应用在国内地方铁路、城市轨道等线路上[5]。特别是近年来，我国客运专线、提速线路及高速铁路的相关道岔，广泛使用了牵引力更大、锁闭更加可靠、转换时间更短的 ZDJ9 型交流电转机及外锁闭装置。 然而随着 ZDJ9 型转辙机用量的逐步扩大，现场反应问题的逐步增多，部分铁路局反应当道岔转换到四开位置后，需要重新启动时，交流转辙机不能正常转换道岔，并且电机出现明显的振动和噪声现象。针对现场反应的现象分析是由于有些转辙机应用的场所距离车站信号楼控制室比较远，电路损耗大的特殊环境以及转辙机、道岔摩擦等会增大阻力，导致当道岔处于四开（故障）位置时偶有电机启动转矩不够，故需要对交流转辙机的电机进行研究和改进来实现增加电机的启动转矩的目标。
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第二章 转辙机的工作原理
交流电转机是为我国铁路的高速发展的需要研制的。借鉴和吸取了国内外成熟的先进技术及成果，结合了我国实际的铁路线路及道岔情况，对原有转辙机进行了改进，使其具有了转换力大、效率高的特点。随着对其的不断改进和完善，又发展成为了可以大量使用在客运专线以及地铁线路上的转辙机。
2.1 交流转辙机的功能及结构
转辙机是铁路信号道岔转换系统的的执行设备，由信号室内的组合电路来控制。大部分转辙机均由动力部分、传动部分、表示部分和锁闭部分组成，具有转换、锁闭、道岔监督表示三个基本功能。 （1）转换功能，具有能够转换道岔所需要的牵引力，可以将尖轨或心轨从定位转换到反位，或者从反位转换到定位，当无法转换到定位或反位时，应能随时操作使其返回到原位置。 （2）锁闭功能，当道岔的尖、心轨转换到定位或者反位时，转辙机将尖、心轨进行锁闭；当道岔转换不到定位或者反位时，转辙机不可以将其锁闭；锁闭后，不能因为列车通过道岔时产生的震动而影响锁闭功能。 （3）监督表示功能，应能实时反应道岔所处的位置状态，如定位、反位和挤岔故障状态。
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2.2 ZDJ9 型交流转辙机的工作原理
ZDJ9 型交流转辙机动作原理图如图 2-2 所示，ZDJ9 型电动转辙机由交流电机驱动，减速器装在电动机上，接通电源后，电动机的驱动力矩通过减速器传递给摩擦连接器上，滚珠丝杠在摩擦连接器的带动下进行旋转，滚珠丝杠将自身旋转的运动转换为滚珠丝杠母直线的运动。可挤型 ZDJ9 系列交流电动转辙机中设有挤脱接点座，其挤脱力被设定为28k N±2k N。可挤型 ZD（J）9 系列电转机在挤岔时，外力通过动作杆、锁块作用在锁闭铁上，当外力≥28k N±2k N 时挤脱器工作，锁闭铁可以水平直线移动，并通过水平顶杆、竖顶杆使动接点支架旋转，从而切断表示电路。挤岔发生后不能自动恢复，必须经人工将锁闭铁复位后表示接点才能重新接通。
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第三章 转辙机电机的改进 ........... 15
3.1 设计依据 ........... 15
3.1.1 原有电机特点及现场情况 ..... 15
3.1.2 Ansoft Maxwell 电磁分析软件 .... 16
3.1.3 三相异步电动机的 T 型等效电路 ......... 17
3.2 电机参数设计 ....... 22
3.2.1 运用 Ansoft 的 RMxprt 对电机进行建模 ........... 24
3.2.2 转子槽型尺寸 .... 28
3.2.3 转子铸铝材料 ..... 29
3.2.4 转子斜槽度 ......... 30
3.3 电机实际线电压计算 ........... 34
3.4 电机实际运行性能仿真 ......... 37
3.5 电机试制 ........... 39
3.6 电机电气性能测试 ............. 42
3.7 小结 ..... 43
第四章 改进后转辙机的试验与应用 .... 44
4.1 整机型式试验 ....... 44
4.2 转辙机的推广应用 ............. 46
4.3 小结 ..... 47
第五章 结论与展望 ........ 48
5.1 结论 ..... 48
5.2 展望 ..... 48
第四章 改进后转辙机的试验与应用
4.1 整机型式试验
改进后的交流转辙机样机生产完成后，在公司内进行了整机组装试验，对电流、电压、转速、启动转矩等技术指标进行了检测，均符合设计要求。其中启动转矩增大到 3N·m，满足现场使用的需求。 电动机的单机性能已满足国标和设计要求，现将电机装入转辙机完成整机型式试验，就试验过程和试验结果做如下分析。取两台电动机样机按照 TB/T2613-2005《转辙机试验方法》中 5.8 款要求进行试验。过程中符合以下规定： a) 初始检测：试验前对试验样机的外观是否完整，有无破损进行检查，以保证完整性。并且检测样机的电气性能和机械性能； b) 条件试验：将试验样机在没有包装、没有通电而且是在“准备使用”的情况下，放在试验箱内，并按照工作的状态进行摆放； c) 严酷等级：温度一40℃±3℃，持续时间2小时； d)
