石砟漏斗車現(xiàn)狀及發(fā)展

李建超， 王愛民， 楊詩衛(wèi)， 黃　盼， 張超德， 彭　燎

(中車眉山車輛有限公司　產(chǎn)品開發(fā)部, 四川眉山 620020)

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石砟漏斗車現(xiàn)狀及發(fā)展

李建超， 王愛民， 楊詩衛(wèi)， 黃盼， 張超德， 彭燎

(中車眉山車輛有限公司產(chǎn)品開發(fā)部, 四川眉山 620020)

闡述了國內(nèi)外石砟漏斗車的運用概況，指出我國石砟漏斗車運用存在的問題，并對我國石砟漏斗車的技術(shù)發(fā)展提出了建議。

石砟漏斗車； 現(xiàn)狀； 發(fā)展

近年來鐵路客貨運量快速增長，為提高運輸效率，鐵路運輸部門千方百計挖潛擴能，線路鋪設及維護時間大大縮短。軌道維修工作量增加與維修天窗之間的矛盾日益加大，對石砟漏斗車的作業(yè)效率和作業(yè)安全提出了更高的要求。因此，總結(jié)國內(nèi)外石砟漏斗車的運用經(jīng)驗，探討我國石砟漏斗車技術(shù)發(fā)展方向十分必要。

1　國外石砟漏斗車運用概況

1.1美國石砟漏斗車

美國石砟漏斗車主要采用板柱式側(cè)墻結(jié)構(gòu)，有焊接和鉚接兩種型式，其車輛軸重一般為29.8 t或32.43 t。

美國石砟漏斗車一般配備4組底門開閉結(jié)構(gòu)，能適應軌道內(nèi)側(cè)或軌道外側(cè)卸砟的需要。常用的底門開閉機構(gòu)主要有AggreGate和M-K PHASE IV兩種，配裝兩種底門的石砟漏斗車分別如圖1、圖2所示。

圖1　BNSF石砟漏斗車(AggreGate底門)

圖2　Herzog石砟漏斗車(M-K PHASE IV底門)

AggreGate底門是美國最大的底門系統(tǒng)制造商W.H.Miner公司研發(fā)的，目前為止，超過80萬個卸砟底門系統(tǒng)運行可靠。該底門通過人字形固定導槽能實現(xiàn)軌道外側(cè)卸砟、軌道中間卸砟及軌道內(nèi)外同時卸砟，圖3為AggreGate底門外側(cè)卸砟狀態(tài)。該底門系統(tǒng)除了可以選擇石砟的流向，還可以根據(jù)操作員的指令調(diào)節(jié)石砟流的大小，以便在道岔、明橋等處及時關閉。

圖3　AggreGate底門卸砟情況

美國HERZOG公司的石砟漏斗車裝用了美國Morison Knudsen公司研制的M-K PHASE IV擺動式卸貨機構(gòu)(圖4)。每個底門可以控制向軌道內(nèi)或軌道外卸砟，不能滿足軌道內(nèi)外同時卸砟的要求。該卸貨機構(gòu)可以通過控制底門擺動角度調(diào)整石砟流量和石砟落點，其底門擺動角度一般為36°，最大可達45°。

圖4　M-K PHASE IV底門卸砟情況

AggreGate底門和M-K PHASE IV底門的卸砟控制方式均多樣化，主要有手動、風控風動、電控風動及電控液動等?？紤]卸砟操作人員的人身安全，針對石砟漏斗車大部分時間在野外作業(yè)的特點，美國近代制造的石砟漏斗車大多采用無線遙控控制，配備太陽能供電裝置和蓄電池。太陽能供電裝置將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，除了儲存在蓄電池中為車輛電氣系統(tǒng)供電外，還能夠?qū)υ撥嚺鋫涞氖殖诌b控裝置的電池充電。

為了提高石砟鋪設的效率及操作安全性，美國蒙大拿液壓公司研發(fā)了一種安裝于漏斗車中部的雙向平砟犁。配裝平砟犁的漏斗車(圖5)自重較一般車輛重約900 kg，其車輛容積保持不變。

圖5　美國BNSF石砟漏斗車(帶平砟犁)

平砟犁通過液壓動力控制升降，車輛運行時平砟犁處于上升鎖閉位，平砟作業(yè)時平砟犁處于下降工作位。平砟犁能與軌面保持較小的間隙實現(xiàn)2 896 mm寬度范圍內(nèi)的石砟平整(圖6)，可取代配砟整形車部分功能，方便搗固作業(yè)立即進行，有效節(jié)約作業(yè)時間。平砟作業(yè)通過無線遙控操作，僅需2人就可完成石砟鋪設工作，大大節(jié)約人力成本。

圖6　平砟犁運用情況

1.2俄羅斯石砟漏斗車

以俄羅斯為代表的獨聯(lián)體國家石砟漏斗車主要采用板柱式側(cè)墻結(jié)構(gòu)(圖7)，其車輛軸重一般為23.5 t。

圖7　俄羅斯石砟漏斗車

俄羅斯石砟漏斗車基本采用風控風動操作，無手動操作，其風動卸貨機構(gòu)中應用最廣泛的是杠桿傳動風動機構(gòu)。杠桿傳動風動機構(gòu)不能實現(xiàn)車內(nèi)散粒貨物的定量卸出，石砟漏斗車單獨采用這種機構(gòu)不能滿足線路石砟鋪設的定量要求。為此，俄羅斯石砟漏斗車配套采用了一種高度可調(diào)的整體框架式平砟機構(gòu)，該機構(gòu)既可以完全控制石砟在線路上的分布，又能實現(xiàn)石砟的整形鋪設。俄羅斯石砟漏斗車無需配套配砟整形車就可完成線路石砟鋪設和整形工作，其鋪設后的線路狀態(tài)如圖8所示。

圖8　俄羅斯石砟漏斗車鋪設的線路

1.3澳大利亞石砟漏斗車

澳大利亞石砟漏斗車主要采用圓弧包板式側(cè)墻結(jié)構(gòu)(圖9)，其車輛軸重最大為32.5 t。

圖9　澳大利亞石砟漏斗車

澳大利亞石砟漏斗車一般采用GEMCO底門系統(tǒng)，全車設有8個下卸式機械底門，內(nèi)側(cè)、外側(cè)各4個，底門采用液壓油缸驅(qū)動。通過開啟不同底門的組合，可實現(xiàn)軌道外側(cè)卸砟、軌道中間卸砟及軌道內(nèi)外同時卸砟3種卸砟方式。其卸砟控制具有無線遙控和手動兩種操作方式，通常情況下采用遙控操作，遙控裝置出現(xiàn)故障時，可采用手動操作。

1.4英國石砟漏斗車

英國石砟漏斗車主要采用圓弧包板式側(cè)墻結(jié)構(gòu)(圖10)，其車輛軸重為22.5 t。

圖10　英國石砟漏斗車

同美國、澳大利亞等國的石砟漏斗車類似，英國石砟漏斗車卸砟系統(tǒng)也采用無線遙控操作，不同之處在于電氣系統(tǒng)未采用太陽能供電裝置。英國石砟漏斗車一般5輛一組，其中1輛帶有柴油發(fā)電機，為整組車輛提供動力及照明。

1.5國外石砟漏斗車主要特點

國外石砟漏斗車的主要特點為軸重、載重大，底門開閉機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、實用，卸砟控制方式先進，平砟機構(gòu)安全可靠，車輛運用效率高。國外石砟漏斗車主要技術(shù)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1　國外石砟漏斗車主要技術(shù)數(shù)據(jù)

2　我國石砟漏斗車運用現(xiàn)狀

我國首次設計制造的石砟漏斗車是1959年開始研發(fā)的60 t級石砟漏斗車，該型車經(jīng)幾次轉(zhuǎn)產(chǎn)、修改，于1982年正式定名為K13型石砟漏斗車，填補了我國機械化卸砟的空白。自K13型石砟漏斗車以來，石砟漏斗車在我國逐步得到推廣應用，先后研制了K13、K13N、K13NA、K13NT、K13NK、KZ70、KZ80等型石砟漏斗車，較好地滿足了我國鐵路新線鋪設及舊線補砟作業(yè)要求。

我國石砟漏斗車普遍采用板柱式側(cè)墻結(jié)構(gòu)，其主要技術(shù)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2　我國石砟漏斗車主要技術(shù)數(shù)據(jù)

2.1軸重和載重

2005年以前研制生產(chǎn)的石砟漏斗車軸重均是21 t，載重60 t。2005年研制的KZ70型石砟漏斗車軸重23 t、載重70 t。2009年開始研制、2013年完成研制的KZ80型石砟漏斗車軸重26 t、載重80 t，實現(xiàn)了單車載重由70 t級向80 t級的跨越。

2.2底門開閉機構(gòu)

我國各型石砟漏斗車的兩側(cè)和中間均設有底門開閉機構(gòu)，底門開閉機構(gòu)基本采用多個四桿機構(gòu)，操作以風動為主、手動為輔，操縱裝置設置在車上。風動卸砟時，兩側(cè)卸砟既可集中操縱，亦可單獨操縱，中門卸砟單獨操縱。手動卸砟時，兩側(cè)卸砟單獨操縱，中門無手動。早期研發(fā)的K13、K13N型石砟漏斗車手動裝置采用笨重的開式蝸輪蝸桿機構(gòu)，為使手動卸砟靈活省力，1998年后生產(chǎn)的車輛全部改進為二級減速箱機構(gòu)。

2.3我國石砟漏斗車存在的主要問題

(1) 中門風動卸砟易造成安全事故

我國石砟漏斗車中門卸砟只能采用風動操作，風動操作動作較快，易在軌道中間形成堆砟致使車輛脫軌。多數(shù)鐵路局基于安全考慮，明文規(guī)定石砟漏斗車不能使用中門卸砟，中門形同虛設。部分工務段干脆放棄石砟漏斗車鋪砟作業(yè)，改用通用敞車進行卸砟作業(yè)(圖11)。

(2) 石砟鋪設效率低

新線鋪設時，需進行上砟整道作業(yè)，道床石砟一般平齊或略低于軌面，石砟需求量較大。既有石砟漏斗車卸砟行車速度一般控制在8～20 km/h，多次卸砟才能滿足線路石砟需求量，卸砟效率低下。同時，既有石砟漏斗車卸砟后道砟堆尖放置，起拔、搗固作業(yè)前，還需配套人工或大型養(yǎng)路設備進行配砟整形工作，鋪砟效率低下且成本高昂，整體影響線路通車時間。

圖11　敞車卸砟作業(yè)情況

3　我國石砟漏斗車的主要發(fā)展方向

石砟漏斗車需同時具備新建線路鋪設石砟和既有線路補砟兩種功能。既有石砟漏斗車能基本滿足補砟作業(yè)要求，但在新線鋪設方面略有欠缺。同時，鐵路運輸?shù)目焖侔l(fā)展，對石砟漏斗車的作業(yè)效率和作業(yè)安全提出了更高的要求。因此應該對石砟漏斗車進行技術(shù)創(chuàng)新。在我國發(fā)展石砟漏斗車，應重點研究以下幾個問題：

3.1車體結(jié)構(gòu)形式

漏斗車車體一般采用板柱式側(cè)墻和圓弧包板式側(cè)墻兩種結(jié)構(gòu)形式。板柱式結(jié)構(gòu)不利于車輛容積的增加，但制造和檢修工藝簡單。圓弧包板式結(jié)構(gòu)能增加車輛容積，但裝砟作業(yè)時的裝載機碰撞和卸載凍砟時的錘擊作業(yè)對側(cè)墻損傷較大，不易于修復。p應研究采用既有利于車輛容積增加，又可避免圓弧包板式結(jié)構(gòu)不足的直板圓弧結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)上部為直立平板，下部為圓弧包板，中間通過橫帶過渡，充分利用了車輛限界，同時墻板變形較小，容易修復。

3.2底門開閉機構(gòu)

底門開閉機構(gòu)是漏斗車的一個重要部件，該機構(gòu)的簡便程度和工作可靠性，在很大程度上決定著整輛車的運用效率。底門開閉機構(gòu)常用的傳動型式包括手動、風動、液壓傳動及電動等。

手動卸貨機構(gòu)的主要優(yōu)點是可以實現(xiàn)車內(nèi)定量卸貨和在任何瞬時終止卸貨，主要缺點是操作該機構(gòu)要用繁重的體力勞動，不能遠距離控制卸貨過程。風動卸貨可以改善操作人員勞動強度，其工作環(huán)境適應性好，可直接由牽引機車供風，成本不高，在鐵路貨車上應用廣泛。與風動機構(gòu)相比，液壓卸貨機構(gòu)的特點在于結(jié)構(gòu)緊

湊，傳動工作平穩(wěn)，運用可靠性更高。四種傳動機構(gòu)中，電動卸貨機構(gòu)最為復雜，其需要地面設施供電，僅適用于定點卸貨的車輛，基本不用于石砟漏斗車。

既有石砟漏斗車采用風動為主、手動為輔的傳動方式，風動裝置占用空間較大，造成中門無法實現(xiàn)手動控制。風動裝置出現(xiàn)故障時，若無手動裝置，就無法在指定時間內(nèi)完成補砟作業(yè)。因此，手動傳動作為卸砟的輔助裝置十分必要，中門開閉機構(gòu)應研究增加手動傳動裝置。

風動裝置使用情況較好，但也暴露出結(jié)構(gòu)復雜、自重大等不足。近期，可以通過優(yōu)化風動裝置，實現(xiàn)其集成化、小型化和輕量化滿足運用要求，遠期應研究運用工作更平穩(wěn)的液壓傳動。國內(nèi)很多企業(yè)在出口石砟漏斗車上均有液壓傳動研發(fā)經(jīng)驗，適當時應開展液壓傳動技術(shù)在國內(nèi)的應用推廣。

無論采用風動還是液壓傳動，底門開閉機構(gòu)均應研究電子控制技術(shù)，以提高卸砟作業(yè)的自動化程度。電控閥可以無線遙控操縱或手動操縱。采用無線遙控時，操作人員能夠在車下遠距離實施卸砟，可改善作業(yè)人員的勞動環(huán)境。

3.3平砟機構(gòu)

我國石砟漏斗車不具備平砟功能，主要采用SPZ-200型配砟整形車進行攏砟、配砟及道床成形作業(yè)。為解決既有車卸砟安全隱患，提高線路石砟鋪設作業(yè)效率，石砟漏斗車應研究漏斗兩端配裝氣動平砟機構(gòu)。通過高度可調(diào)的平砟機構(gòu)，滿足新線鋪設道床平齊軌面、舊線維護道床低于軌面的不同要求，實現(xiàn)石砟漏斗車的邊走邊卸、邊走邊平。

4　結(jié)束語

應借鑒國外遙控卸砟、自動平砟等先進技術(shù)，研究適應我國運用要求的電控風動底門開閉機構(gòu)和高度可調(diào)氣動平砟機構(gòu)，實現(xiàn)石砟漏斗車邊走邊卸、邊卸邊平的突破，徹底解決中門卸砟難題，提高線路石砟鋪設效率，促進石砟漏斗車在我國的應用。

[1]AAR,The Car and Locomotive Cyclopedia[M] . Sixth Edition .USA:Simmons-Boardman,1997.

[2]AAR,The Car and Locomotive Cyclopedia[M]. Fourth Edition .USA:Simmons-Boardman,1980.

[3]黃美林,陳偉.出口澳大利亞FMG道碴車研制[J]. 鐵道車輛,2009, (8):20-22.

[4]岳凌漢,王勝坤.出口澳大利亞石砟漏斗車研制[J]. 鐵道車輛,2012, (9):14-16.Current Situation and Development of Ballast Hopper Wagon

LIJianchao,WANGAimin,YANGShiwei,HUANGPan,ZHANGChaode,PENGLiao

(Product Development, CRRC Meishan Co.,Ltd., Meishan 620032 Sichuan, China)

This paper describes the application state of ballast hopper wagon at home and abroad, points out the existing technical problems, and proposes several suggestions for the ballast hopper wagons development in our country.

ballast hopper wagon； present condition； development

1008-7842 (2016) 02-0041-04

??)男，高級工程師(

2015-09-09)

U272.6+2

Adoi:10.3969/j.issn.1008-7842.2016.02.09