客車鉸接系統(tǒng)技術(shù)邏輯安全

■文／Gabor Kokesch

作者介紹：Gabor Kokesch博士是歐洲著名的客車鉸接系統(tǒng)（Articulation Systems）設(shè)計專家，這篇文章是根據(jù)他在大學(xué)講課教案整理翻譯而成，他通過對世界各類客車鉸接系統(tǒng)的比較和分析，從技術(shù)邏輯性方面來論證鉸接系統(tǒng)的安全性，從專家的角度來看待產(chǎn)品的性質(zhì)。

一、鉸接系統(tǒng)技術(shù)邏輯安全

在世界各地主要城市公交線路上，人們總會看到鉸接式客車在運(yùn)行。鉸接式客車因為其投資少、運(yùn)量大，可以有效地緩解高峰期時的交通壓力，投入運(yùn)行的鉸接客車的種類和數(shù)量也在不斷地增加。同時也發(fā)現(xiàn)，近20年來運(yùn)行在各個國家的鉸接客車綜合性能在加強(qiáng)，車輛密封性在提高，車廂噪音在下降，平均車速在上升，乘客舒適度在提升，這些都是普通乘客可以感覺到的。但是作為運(yùn)營公司和專業(yè)人士，可能還需要更多的來關(guān)注鉸接系統(tǒng)在安全方面的改善，鉸接客車上最重要的部件——鉸接系統(tǒng)經(jīng)過多年的發(fā)展，歸納起來有幾種不同的結(jié)構(gòu)形式，不同的結(jié)構(gòu)就會體現(xiàn)出不同的技術(shù)邏輯安全。

鉸接客車最大的風(fēng)險就是鉸接系統(tǒng)的斷裂，最終導(dǎo)致鉸接客車的前車廂和后車廂分離。需說明的是，大部分鉸接系統(tǒng)都是專業(yè)公司生產(chǎn)的，憑借幾十年專業(yè)積累，在質(zhì)量和安全性方面令人信服。

這里所講的技術(shù)邏輯安全，就是在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上要有“邏輯安全（Logical Security）”的考量，避免鉸接系統(tǒng)在極端工況下造成突然的前后車廂分離的現(xiàn)象。要有足夠的時間讓車輛使用人員、維護(hù)人員發(fā)現(xiàn)問題，最終排除故障，保證乘客的安全，這是鉸接系統(tǒng)產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)優(yōu)化、品質(zhì)控制這些“物理安全（Physical Security）”之前的邏輯保障，也就是說：“物理安全是基礎(chǔ)，邏輯安全是前提”。

鉸接系統(tǒng)的鉸接盤部分，是連接前后車廂底盤部分的受力部件，其技術(shù)邏輯安全性決定鉸接客車的安全系數(shù)。從鉸接盤把前后車廂底盤連接起來的結(jié)構(gòu)形式上可以分為三種：一種是前后車廂的連接為球頭銷式結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)出現(xiàn)在早期的鉸接客車上；第二種是前后車廂的連接為大直徑的轉(zhuǎn)盤軸承結(jié)構(gòu)，通過轉(zhuǎn)盤軸承進(jìn)行連接，并保證車輛的轉(zhuǎn)彎性能；第三種是前后車廂的連接為銷軸式結(jié)構(gòu)，通過軸套進(jìn)行連接，并保證車輛的轉(zhuǎn)彎等性能。下面以簡單的結(jié)構(gòu)圖示來分析說明每種產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的技術(shù)邏輯安全。

如圖1所示，球頭銷式的前置鉸接客車，其鉸接系統(tǒng)產(chǎn)品特點(diǎn)就是通過一個球頭銷（圖1-8）把前后車廂牽引架連接起來，以實(shí)現(xiàn)前后車廂底盤部分的連接，這種結(jié)構(gòu)類似于貨車的掛車連接形式。當(dāng)在極端工況（極端路況和極端承載相疊加）或長時間疲勞極限使用的情況下，如果球頭銷發(fā)生斷裂，會出現(xiàn)前后車廂的分離狀況。為了彌補(bǔ)這種風(fēng)險，一般這種鉸接機(jī)構(gòu)都會額外增加一套保護(hù)措施，就是前、后車廂的牽引架再用安全索（鋼絲繩或錨鏈）（圖1-10）后備連接。這種結(jié)構(gòu)的鉸接機(jī)構(gòu)因為連接點(diǎn)少，在連接強(qiáng)度方面和抗扭轉(zhuǎn)能力方面較弱，只能通過增加安全索的辦法來保證技術(shù)邏輯安全。

由于低地板鉸接客車的普及推廣，對客車鉸接系統(tǒng)提出了輕薄結(jié)構(gòu)的需求，因為結(jié)構(gòu)空間所限，各個部件的結(jié)構(gòu)緊湊，受力幾乎接近邊界極限，這樣對結(jié)構(gòu)的電算、材料金相控制、品質(zhì)的保障，都是挑戰(zhàn)。

圖2所示的轉(zhuǎn)盤軸承式結(jié)構(gòu)的鉸接盤的連接部件通常由前架、后架、轉(zhuǎn)盤軸承、液壓阻尼裝置、高強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)件等組成，其中前架（圖2-1）同轉(zhuǎn)盤軸承外圈是通過24個高強(qiáng)度螺栓（圖2-2）進(jìn)行連接的，轉(zhuǎn)盤軸承內(nèi)圈與后架也是通過另外24個高強(qiáng)度螺栓（圖2-3）進(jìn)行連接的，轉(zhuǎn)盤軸承的內(nèi)外圈間是滿滿的一圈鋼珠，既可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動，又可以保證內(nèi)外圈進(jìn)行連接。液壓阻尼缸通過連接件分別連接前架和后架的孔上，左右各一套液壓阻尼裝置。

從結(jié)構(gòu)上分析轉(zhuǎn)盤軸承式產(chǎn)品的技術(shù)邏輯安全性，前提條件是鉸接盤上的零部件是安全的（專業(yè)公司要通過大型超聲探傷或X射線探傷，保證零部件零缺陷）。鉸接客車受到極端工況的影響或長時間的疲勞極限使用，可能出現(xiàn)的故障通常是連接螺栓松動，引起個別螺栓脫落或剪斷，不會突然螺栓全部一起失效，這樣車輛使用人員或車輛檢修人員就會發(fā)現(xiàn)并避免進(jìn)一步加大故障，同樣前架、后架或轉(zhuǎn)盤軸承出現(xiàn)強(qiáng)度不好的情況時，也會從一個裂紋開始逐漸發(fā)展，不會突然出現(xiàn)兩處及以上的開裂處，這時鉸接盤也會發(fā)生異響等，車輛使用人員會及時發(fā)現(xiàn)，車輛檢修人員也會在例行的檢修時發(fā)現(xiàn)問題并處理，避免發(fā)生更大的故障。這種鉸接系統(tǒng)的特點(diǎn)就是通過大直徑的轉(zhuǎn)盤軸承使前后車廂多點(diǎn)連接，在技術(shù)邏輯上就保證鉸接系統(tǒng)是絕對安全可靠的。

隨著競爭的加劇，有的鉸接系統(tǒng)制造商為了迎合發(fā)展中國家的低價位市場，開發(fā)了所謂“緊湊型”的鉸接系統(tǒng)。為了降低成本，此種鉸接系統(tǒng)明顯的特征是設(shè)計上盡可能縮小尺寸，把許多鉸接系統(tǒng)部件方面的成本轉(zhuǎn)移至OEM廠家，但因為OEM廠商不是專業(yè)生產(chǎn)鉸接系統(tǒng)的廠家，一方面該系統(tǒng)零部件誤差較大，另一方面該系統(tǒng)剛性不足，最終鉸接系統(tǒng)一些運(yùn)動部件磨損嚴(yán)重，使用壽命受到影響。更可怕的是，這種緊湊型的鉸接系統(tǒng)是采用銷軸式結(jié)構(gòu)，不符合鉸接系統(tǒng)的技術(shù)邏輯安全。

由圖3可以看出，銷軸式鉸接系統(tǒng)的前架和后架是通過中間的上下銷軸（圖3-3、圖3-6）進(jìn)行連接的，再通過銷軸的連接螺栓（圖3-2）進(jìn)行鎖緊，這種結(jié)構(gòu)有點(diǎn)類似于早期的球銷式結(jié)構(gòu)，只不過是將球銷換成了軸套，前后車廂的連接是通過單點(diǎn)連接的。

具體分析銷軸式鉸接機(jī)構(gòu)的技術(shù)邏輯安全，在極端工況下假如發(fā)生意外，連接前架和后架的上銷軸斷裂，前架和后架就會分開；或者銷軸的連接螺栓脫落，下銷軸也會脫落，上銷軸也會很快因為松動而損壞，最終導(dǎo)致鉸接客車前后車廂突然分離；另外該種鉸接盤結(jié)構(gòu)前架只有一個連接點(diǎn)連接在前車廂，如果前架前部發(fā)生斷裂損壞時，前后車廂也會馬上分離。這兩種分離后果都是災(zāi)難性的，嚴(yán)重時可能造成車上乘員及車外行人傷亡。

不管產(chǎn)品價格有多便宜，只要是不顧鉸接系統(tǒng)邏輯安全的產(chǎn)品，對于車輛的使用者和管理者，都潛藏著極大的安全隱患。

二、如何選用技術(shù)邏輯安全的鉸接系統(tǒng)

雖然以上介紹的三種結(jié)構(gòu)的鉸接系統(tǒng)，在投放市場時都經(jīng)過了充分的驗證，一般情況下是不會出現(xiàn)重大質(zhì)量問題的，但因為使用者的環(huán)境不同、道路條件不同、客流量不同等，還是要有預(yù)防極端工況出現(xiàn)的風(fēng)險意識，這就需要我們不僅要注重產(chǎn)品的質(zhì)量、品牌，更要注重產(chǎn)品的技術(shù)邏輯安全，盡量選擇技術(shù)邏輯安全性高的產(chǎn)品。

在選擇技術(shù)邏輯安全性高的鉸接系統(tǒng)產(chǎn)品時，第一要看連接在前后車廂間的鉸接系統(tǒng)是單點(diǎn)連接還是多點(diǎn)連接的結(jié)構(gòu)，多點(diǎn)連接的技術(shù)邏輯安全就較高；另外還要看看當(dāng)一處多點(diǎn)或單點(diǎn)連接失效時，是不是還有額外的結(jié)構(gòu)保證前后車廂不分離。

前面介紹的幾種鉸接系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，老結(jié)構(gòu)的前置球頭銷式鉸接的車輛因為舒適性差，車內(nèi)美觀性差等原因已基本上沒有新的車輛生產(chǎn)，屬已淘汰的產(chǎn)品；銷軸式的鉸接系統(tǒng)因為OEM廠商工作量增大，成本增加，集成質(zhì)量難以控制，系統(tǒng)剛性不足，加之技術(shù)邏輯安全嚴(yán)重不足，存在使用安全隱患，產(chǎn)量也逐年減少；轉(zhuǎn)盤軸承式的結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，是國際市場上的主流產(chǎn)品，在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度上最成熟可靠，在技術(shù)邏輯上最安全，也是現(xiàn)今市場保有量最大的產(chǎn)品，選擇這種鉸接系統(tǒng)產(chǎn)品是最佳的方案，不僅可以保證乘客的舒適性，還可以保證安全。

希望通過以上介紹，可以對鉸接系統(tǒng)的技術(shù)邏輯安全有一個簡單的了解，以便車輛使用者以及管理者選擇安全可靠的鉸接車輛。