動(dòng)車(chē)組平頂板安全裝置結(jié)構(gòu)分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)

李占一 李鵬飛

(中車(chē)長(zhǎng)春軌道客車(chē)股份有限公司工程研究中心，130062，長(zhǎng)春//第一作者，工程師)

動(dòng)車(chē)組平頂板位于一、二位端旅客通過(guò)臺(tái)上方，起到對(duì)車(chē)輛內(nèi)部結(jié)構(gòu)遮蓋和裝飾的作用。平頂板上方集成有內(nèi)部照明、揚(yáng)聲器、空調(diào)出風(fēng)口等設(shè)備，部分平頂板上方還設(shè)有水箱、管路、風(fēng)道、通風(fēng)口等，需要定時(shí)檢修。這就要求動(dòng)車(chē)組平頂板既能保證在車(chē)輛高速運(yùn)行中固定牢固，無(wú)脫落風(fēng)險(xiǎn)，又能夠在必要時(shí)打開(kāi)以供檢修。鑒于以上使用需求，作為檢查門(mén)形式(即能打開(kāi))的平頂板通常采用一側(cè)折頁(yè)一側(cè)鎖的結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)開(kāi)啟和關(guān)閉。但隨著車(chē)輛高速運(yùn)行振動(dòng)，平頂板易出現(xiàn)鎖舌旋轉(zhuǎn)、關(guān)閉不嚴(yán)等情況，存在松脫風(fēng)險(xiǎn)，危害旅客人身安全。因此，平頂板須設(shè)置安全裝置，以保證平頂板在列車(chē)高速運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)發(fā)生意外脫落傷及旅客。

1 平頂板常用安全裝置結(jié)構(gòu)

目前，動(dòng)車(chē)組平頂板常用安全裝置主要有兩種：一種為安全掛繩裝置，另一種為安全掛鉤裝置。

1.1 安全掛繩裝置

安全掛繩裝置由3部分組成：可開(kāi)閉的安全鉤、不可開(kāi)閉的安全鉤、帶有金屬箍的安全繩。其中，兩個(gè)安全鉤分別安裝在平頂板和平頂板骨架上，安全繩裝兩者連接。安全掛繩裝置在平頂板打開(kāi)時(shí)的工作原理見(jiàn)圖1。

圖1 安全掛繩裝置工作示意圖

檢修人員如需要完全打開(kāi)平頂板，則需打開(kāi)平頂板背部可開(kāi)閉的安全鉤，并將安全繩摘下。平頂板重新安裝時(shí)，需要手動(dòng)將掛繩掛在頂板背部可開(kāi)閉的安全鉤上，再鎖好。安全掛繩工作時(shí)平頂板下降約100 mm,平頂板安裝高度一般為2 050 mm或2 000 mm，因此，即使平頂板下降100 mm,也不會(huì)對(duì)下方人員造成傷害。平頂板在非正常打開(kāi)時(shí)，通過(guò)安全掛繩拉拽，保證旅客安全。安全掛繩裝置在平頂板開(kāi)啟和鎖閉過(guò)程中較為方便，且不占用平頂板上部空間，但易出現(xiàn)平頂板打開(kāi)再關(guān)閉時(shí)，忘記掛接安全掛繩，或者掛接不牢靠的情況，存在安全隱患。

1.2 安全掛鉤裝置

安全掛鉤裝置分為安全掛鉤和掛鉤擋板兩部分。安全掛鉤安裝在平頂板上，掛鉤擋板安裝在平頂板骨架上。安全掛鉤裝置在平頂板打開(kāi)時(shí)的工作原理見(jiàn)圖2。

a) 脫離

b) 咬合

檢修人員如需完全打開(kāi)平頂板，則需推動(dòng)安全掛鉤，使其脫離掛鉤擋板。平頂板重新安裝時(shí)，只需推動(dòng)平頂板至原來(lái)位置，無(wú)需對(duì)安全掛鉤進(jìn)行任何操作。平頂板在非正常打開(kāi)時(shí)，安全掛鉤與擋板咬合不脫落，確保下方人員安全。這種形式的裝置原理簡(jiǎn)單，實(shí)用性好，但缺點(diǎn)是安全掛鉤高度過(guò)高(整體高度約為95 mm)。由于平頂板上表面與上方空調(diào)下表面之間的高度一般約為70～90 mm，因此，在空調(diào)下方等較小空間內(nèi)的平頂板無(wú)法使用這種安全掛鉤形式。

為兼顧車(chē)輛內(nèi)部環(huán)境，一般將安全掛繩裝置和安全掛鉤裝置混合應(yīng)用于整車(chē)平頂板的不同位置，但也導(dǎo)致平頂板安全裝置不能完全統(tǒng)一。

2 新型防松脫安全掛鎖裝置結(jié)構(gòu)

為了解決現(xiàn)有安全掛繩裝置存在的安全繩漏裝、錯(cuò)裝造成的松脫問(wèn)題，以及現(xiàn)有安全掛鉤裝置存在的掛鉤高度不適于較小空間使用的技術(shù)問(wèn)題，本文提出了一種新型的防松脫安全掛鎖裝置，以滿足所有位置的平頂板安裝需求。

新型平頂板防松脫安全掛鎖裝置包括新型防松脫安全掛鎖和掛鉤擋板。新型防松脫安全掛鎖(見(jiàn)圖3)是在原安全掛鉤基礎(chǔ)上改進(jìn)研制的，它使用了長(zhǎng)彈簧可伸縮功能，減小了原安全掛鉤的高度，保證了使用位置不受空間限制。通過(guò)可翻轉(zhuǎn)的安裝座實(shí)現(xiàn)平頂板解鎖功能，并增加了可拉伸的帶自鎖功能的鎖芯，使平頂板摘下時(shí)更加便捷。

圖3 新型防松脫安全掛鎖外形結(jié)構(gòu)

新型防松脫安全掛鎖內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4所示，包括安裝座、鎖體、下轉(zhuǎn)軸、壓簧、鎖芯、長(zhǎng)彈簧和短彈簧，其中鎖芯包括鎖舌、銷(xiāo)軸、限位按鈕和上轉(zhuǎn)軸。新型防松脫安全掛鎖使用時(shí)，通過(guò)4個(gè)安裝孔和螺栓將安裝座與平頂板連接，提供4點(diǎn)約束界面，安裝座的下表面與平頂板的上表面處于同一平面。

1——安裝座； 2——鎖體； 3——下轉(zhuǎn)軸； 4——壓簧； 5——鎖舌； 6——銷(xiāo)軸； 7——限位按鈕； 8——上轉(zhuǎn)軸； 9——長(zhǎng)彈簧； 10——短彈簧

圖4 新型防松脫安全掛鎖內(nèi)部結(jié)構(gòu)

當(dāng)平頂板關(guān)閉時(shí)，新型安全掛鎖處于正常狀態(tài)，此時(shí)整體高度為68 mm，可以滿足所有位置的安裝需求。當(dāng)平頂板處于開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)，新型安全掛鎖裝置處于拉伸狀態(tài)(見(jiàn)圖5)，此時(shí)掛鎖裝置所需要的整體高度由長(zhǎng)彈簧的拉伸長(zhǎng)度進(jìn)行補(bǔ)償。

當(dāng)平頂板處于開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)，鎖舌的掛鉤與平頂板上的掛鉤擋板咬合，在重力作用下，鎖舌利用彈簧可拉伸功能，通過(guò)滑道沿鎖體移動(dòng)到最大行程位置，利用短彈簧將限位按鈕彈起，利用限位按鈕下部的兩個(gè)卡槽將掛鉤限制在最大行程位置，使平頂板開(kāi)啟達(dá)到一個(gè)安全角度，便于在安全保護(hù)狀態(tài)下將平頂板打開(kāi)；然后，向后推動(dòng)鎖體，通過(guò)壓縮壓簧使鎖體與安裝座的相對(duì)角度增大，進(jìn)而使掛鉤與掛鉤擋板分離，從而完全打開(kāi)平頂板。

圖5 新型防松脫安全掛鎖拉伸狀態(tài)

當(dāng)平頂板完全打開(kāi)后，向后撥動(dòng)限位按鈕使兩個(gè)卡槽脫離鎖體上方，鎖舌被長(zhǎng)彈簧沿滑道向下拉向最低點(diǎn)。在平頂板關(guān)閉過(guò)程中，平頂板的掛鉤擋板與鎖舌相接觸，鎖舌沿滑道滑向鎖體的最低點(diǎn)。平頂板關(guān)閉后，新型安全掛鎖裝置處于正常狀態(tài)，此時(shí)鎖舌位于鎖體的最低點(diǎn)位置。

3 新型防松脫安全掛鎖裝置優(yōu)點(diǎn)

新型平頂板防松脫安全掛鎖裝置安裝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作原理與常用安全掛鉤裝置大致相同，但其整體高度降低了30 mm左右，增加了可伸縮性能和掛鉤自鎖功能，使其安裝通用性更強(qiáng)。但因?yàn)榭缮炜s性和自鎖功能的增加，新型防松安全掛鉤的成本較高。

新型平頂板防松脫安全掛鎖裝置自研發(fā)完成后，已被成功應(yīng)用于380系列動(dòng)車(chē)組和復(fù)興號(hào)中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車(chē)組等項(xiàng)目中，取代了原有的安全掛繩裝置，從而保證了動(dòng)車(chē)組打開(kāi)和關(guān)閉平頂板操作的一致性。

4 結(jié)語(yǔ)

本文主要分析了目前高速動(dòng)車(chē)組端部通過(guò)臺(tái)區(qū)域平頂板安全裝置的結(jié)構(gòu)、種類(lèi)及優(yōu)缺點(diǎn)，給出了新型安全掛鎖裝置的工作原理，對(duì)比分析了安全掛繩、安全掛鉤和新型防松脫安全掛鎖等裝置的差異。通過(guò)對(duì)比分析可看出，新型安全掛鎖裝置雖然成本較高，但其安裝空間、操作難易程度、對(duì)平頂板松脫的保障程度均是最好的，故可在后續(xù)動(dòng)車(chē)組項(xiàng)目中積極推廣使用。