醉歌离人石家庄铁道大学四方学院毕业论文
第1章 绪 论
1.1 课题研究的背景
在我国铁路线两侧及站内架设有约20万台高柱或矮型色灯信号机构，70万个灯位，以不同颜色灯光信号传递接发车及调车作业命令，这种光信号与运输效率和行车安全有十分重要的直接关系，色灯信号机构是铁路行车的重要信号设备。
随着列车运行速度的不断提升，对色灯信号机构的性能和质量的要求越来越高，六十年代以前显示距离(信号辨认距离)要求为1000米；七十年代之后，在不增加灯泡功率的条件下，要求显示距离[1]不得低于1200米。路内外一些单位先后对色灯信号机构的光源、透镜组及信号机构进行多次改进和试验，使色灯信号机构的性能能逐步提高。
1.2 国内外研究现状
(1)国内研究状况：色灯信号机构按其光学系统可以分为透镜式和探照式两种，探照式色灯信号机构是由10v，10w白炽灯双丝信号灯泡、椭球面反光镜、两块平凸透镜、继电器色片变换机构组成。虽然它的光效率较高，但是继电器色片变换及构有时出现故障，所以我国早已停止探照式色灯信号机构的生产。现场绝大部分使用透镜式色灯信号机构。它是由12v25w双灯丝白炽灯泡、菲涅尔透镜组、调焦灯架和灯箱等组成。
近两年来，LED技术飞速发展，已在铁路信号灯上得到应用，受到现场欢迎。对于线路两旁的主题信号设备—色灯信号机。目前国内有多个单位进行研制，如中国铁路通信信号总公司下属一些公司、铁路局、院校等，都处于起始试制阶段，没有在铁路现场正式大量应用，还存在一些问题需要解决。色灯信号机属于远距离颜色灯光信号，五色显示制式，灯光散角度较小(约2度)，光强度、颜色性能要求高。LED信号机光学系统与白炽灯泡为光源的现有信号机差别很大，很多光源系统，由多只发光二极管与聚光透镜阵列组成，发光二极管数量为数十只到一百多只，单元透镜直径为13~15mm。
(2)国外研究现状：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，GELcore公司为美国铁路客运公司在东北走廊的
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宾夕法尼亚、纽约等地安装了TR3和RM4的型LED信号机[2]。同年，英国Tube Lines铁路客运公司向西屋公司订购了数十套125mm规格的LED信号机，安装在伦敦地铁Jubilee延长线上，替代灯丝信号机。
1.3 课题的研究目的
由于车站计算机联锁系统综合功能强、综合效益好并且安全、可靠性高，所以本次研究就是使用车站计算机联锁系统进行对车站信号设备的调试[3]并进行设备维护。
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第2章 色灯信号机介绍
2.1 传统色灯信号机存在的问题
色灯信号机是涉及到行车安全的重要设备，其产品质量一直受到铁道部的高度重视。我国现行的铁路色灯信号机是六十年代由铁科院通信信号研究所联合铁道部西安信号厂、天水信号厂共同完成的，八十年代又陆续经过上海铁路局，宁波铁路器材厂、洛阳电务段、沈阳信号厂等单位的不断改进，才形成今天的制式，二十多年来在保障列车安全运行方面发挥了巨大作用。然而由于传统的色灯信号机采用白炽灯和卤钨灯做光源，仍存在如下一些问题难以克服：
(1)寿命短，易断丝。信号灯泡的寿命通常只有1000小时，虽然采用了主、副等死，却又引起了转换电路的复杂性。而且巨大的维修费用使得现场电管部门不堪重负，灯泡往往使用到断丝报警才予以更换。这样极易导致中断显示事故，危及行车安全。由于灯泡寿终光通量比初始通量低，信号显示距离会降低，使用到规定时间后应立即更换。
(2)能耗高，光效低。我国铁路普遍采用的TX12-25/12-25A型铁路直丝信号灯泡的光效仅为14lm/W。而且色光的产生多采用滤光片，导致大部分能量被吸收，这又进一步降低了光效。同时，滤光片多由塑料类材料制成，长时间在太阳光照射下会有不同程度的褪色或颜色漂移。
(3)启动时响应速度慢，冲击电流大。白炽灯的响应时间通常在毫秒的量级，启动时的冲击电流是额定电流的10倍。
(4)从绿色照明的角度看，卤钨灯是一个很好的发展方向，其发光效率较高，寿命长，体积小，且光谱分布与白炽灯相近。但对其电压的稳定性要求较高，以形成的真正的卤钨循环，才能发挥出优势。可是我国铁路现场信号机灯端电压波动很大，最低只有9V多，远远偏离正常使用电压。因此，卤钨灯泡的设计就出现了困难。再加上卤钨灯需要专用生产线，技术要求比较高，目前大批量生产铁路专用卤钨灯泡的条件尚不完全具备。从飞利浦公司展示的产品来看，大数发达国家铁路的信号光源多采用充气白炽灯泡。
(5)地面信号机采用多灯组合的透镜式色灯机构，显示距离只可满足速度160km/h以下列车对信号的确认。列车提速后，司机确认信号的时间大大缩短，增肌了司机瞭望信号的困难。
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(6)有的生产厂家为了提高显示距离，片面提高信号透镜的透过率，使颜色变淡，色坐标发生漂移，这种情况主要发生在绿色透镜，作为主要行车指令的绿色信号出现这种情况是非常危险的，必须引起足够的重视。
(7)传统色灯信号机的信号显示只能采取进路式，进路式信号只包含简单的速度概念。例如车站的进展信号在区分进正、侧线进路的同时，要求列车按进路的道岔允许的速度进展；车站的出站信号，只表示是否允许进入区间，速度则由司机自己掌握；区间信号中绿色灯光表示按正常速度行车，黄色灯光为注意信号，提醒前方信号为红灯，过黄灯后应减速停车。总之，所有信号显示除红灯表示速度为零的确定含义外，其余色灯都没有确定的速度含义。这种进路式信号显示制式指挥行车的能力低，满足不了列车提速后对信号显示的需求。
2.2 LED色灯信号机与传统色灯信号机的比较
随着各色LED(如黄绿特别是蓝绿色高亮度LED)的研制成功和商品化，LED已
经成为交通信号灯光源的替代 产品。与传统的白炽灯相比，以LED为信号光源的新型铁路色灯信号机(以下简称LED信号机)则具有明显优势：
(1)组件寿命长：半导体组件体积小，工作温度低，且灯管内无灯丝；耐震性高，启动时无电流冲击，延长了发光组件的寿命，估计可连续发光数万小时以上，而白炽灯仅1000小时。
(2)低耗电量：在符合交通信号灯光强标准的条件下，LED交通信号灯耗电量比白炽灯大幅减少，约为1/10，节能效果显著。
(3)光效高：传统红色灯首先由白炽灯发出全光谱的白光，经红色透镜吸收绿黄蓝色波长进而得到单一红色光源，透镜因吸收不需要的波长而造成能量损耗，这些损失高达90%以上。而LED直接发出单色光，颜色纯正，能量损耗小。 (4)高识别度：LED发光是单一光谱，不会产生颜色偏移现象，识别性佳。 (5)大幅降低维护费用：LED表面温度低，灰尘不易附着于光源透镜上，因此光衰减度不同于传统白炽灯泡，使用期限明显延长。
(6)安全性高：LED光角度可控制，不需要配合使用反射镜，可避免信号误判，安全性高。
(7)它可以通过串、并联做到多个发光二极管同时显示，当其中一只损坏时，不影响其他发光二极管发光，不会导致全部灭灯，不会发生中断显示的事故，有利于提高信号显示的安全可靠性。
除去以上显而易见的优点外，LED色灯信号机还在铁路信号的未来发展中拥有巨大潜力。
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