導(dǎo)輪式公鐵兩用車使用分析和加裝改造

沈雲(yún)忠，徐強(qiáng)，鄧子焱，廖建飛

（成都動車段，四川 成都 610051）

1 引言

1.1 現(xiàn)狀

公鐵兩用車作為工程車或者牽引車在軌道交通行業(yè)優(yōu)勢應(yīng)用廣泛，且由于“高鐵”紅利，未來具有較大需求量以及行業(yè)前景。市面上國內(nèi)外各廠家也提供了種類繁多的專用性和通用性公鐵兩用車，其中尤以導(dǎo)輪式膠輪驅(qū)動的公鐵兩用車應(yīng)用最為廣泛，在鐵路行業(yè)，具有較高的市場占有率。雖然是相對比較成熟的產(chǎn)品，但這類公鐵兩用車在現(xiàn)場應(yīng)用中仍然存在諸多問題，特別是脫軌、傾覆的情況時有發(fā)生，這些事故都極大可能影響作業(yè)生產(chǎn)，甚至造成人員傷亡，為企業(yè)帶來或大或小的損失。本文將以鐵路行業(yè)應(yīng)用最廣泛的大連鐵豐聯(lián)合技術(shù)有限公司生產(chǎn)的RTT-2500型公鐵兩用車為研究對象，以其用于列車調(diào)車作業(yè)為應(yīng)用背景。根據(jù)應(yīng)用時的實(shí)際情況，分析其脫軌、傾覆產(chǎn)生的原因和產(chǎn)品的設(shè)計缺陷，為同類型產(chǎn)品提出合理化使用建議和加改方向，以期達(dá)到安全生產(chǎn)的目的。

1.2 RTT-2500型公鐵兩用車介紹

RTT-2500型公鐵兩用車以牽引模式劃分為導(dǎo)輪式公鐵兩用車，其擁有一套傳動裝置和兩套走形部即驅(qū)動輪和導(dǎo)向輪，導(dǎo)向輪只在軌道上運(yùn)行時放下，主要起到導(dǎo)向作用，有時也會起到一定的承載作用。驅(qū)動輪為橡膠材質(zhì)車輪，兩軸四輪。從用途上來說，主要用于調(diào)車、牽引。車鉤為手動可調(diào)式車鉤適配器加裝相應(yīng)過渡車鉤，以橡膠塊為緩沖裝置。表1為其它相關(guān)參數(shù)，圖1為RTT-2500型公鐵兩用車。

圖1 踏面外型磨損嚴(yán)重

圖2 RTT-2500型公鐵兩用車導(dǎo)向輪

2 脫軌、傾覆的隱患來源分析及應(yīng)對方案

2.1 脫軌、傾覆的隱患來源——導(dǎo)向輪

導(dǎo)向輪是公鐵兩用車在鋼軌上運(yùn)行的“方向盤”，導(dǎo)向輪是否正常發(fā)揮作用和車輛是否脫軌直接相關(guān)。

（1）踏面狀態(tài)。導(dǎo)向輪踏面磨損嚴(yán)重未定期檢查更換或修型（圖2）。由于公鐵兩用車導(dǎo)向輪不同于傳統(tǒng)剛性車輪，傳統(tǒng)剛性輪對在發(fā)生橫向偏移時可以產(chǎn)生縱向蠕滑力和蠕滑力矩，從而實(shí)現(xiàn)自動對中;而獨(dú)立輪對由于兩車輪解耦，不存在蠕滑力，不能夠產(chǎn)生自動對中，只能依靠左右車輪的接觸角差產(chǎn)生的重力復(fù)原力和輪緣導(dǎo)向，所以踏面外形的完整對車輛的安全性、曲線通過性、運(yùn)行穩(wěn)定性具有決定性的作用。

應(yīng)對方法：定期檢查及時更換新的、符合標(biāo)準(zhǔn)的導(dǎo)向輪或?qū)Σ环弦?guī)定的導(dǎo)向輪踏面進(jìn)行修型。同時，在踏面的選擇上優(yōu)先考慮UIC S1002 型踏面，盡量避免采用錐形踏面。

圖3 硬接觸拆分橫梁式導(dǎo)向輪

（2）導(dǎo)向輪橫梁。RTT-2500導(dǎo)向輪為硬接觸橫梁式（圖3），缺乏相應(yīng)的懸架結(jié)構(gòu)，左右導(dǎo)向輪中心線始終等高。

式中，Q為導(dǎo)向輪受到的橫向力，P為導(dǎo)向輪受到的垂向力，α為輪緣角，μ為輪緣和鋼軌側(cè)面的摩擦系數(shù)。

顯而易見，當(dāng)導(dǎo)向輪磨損不一致或行駛過程中由于鋼軌的不平以及鋼軌彎道的超高設(shè)計，使得一側(cè)導(dǎo)向輪懸空喪失導(dǎo)向作用，導(dǎo)向輪的垂向力為0，脫軌系數(shù)趨于無窮大，而行業(yè)允許的最高值為1．2。與此同時這也改變了車輛軸荷分配，破壞了車輛的穩(wěn)定性，為公鐵兩用車的脫軌、傾覆埋下伏筆。

應(yīng)對方法：拆分橫梁（圖4），用單獨(dú)的液壓缸提供壓力，這樣既解決了導(dǎo)向輪懸空的問題，同時也保證了軸力分配相當(dāng)不破壞車輛整體的平穩(wěn)性。

2.2 脫軌、傾覆的隱患——危險動作

RTT-2500型公鐵兩用車在使用中出現(xiàn)“點(diǎn)頭”“跳躍”的危險動作。其中“點(diǎn)頭”動作指當(dāng)公鐵兩用車聯(lián)掛列車，啟動或制動時前后輪單輪離開軌面。而“跳躍”動作指當(dāng)公鐵兩用車制動滑行時，前后兩橡膠輪同時短暫離開軌面，這些危險動作給公鐵兩用車的安全生產(chǎn)埋下了極大隱患。

（1）“點(diǎn)頭”動作原因分析。“點(diǎn)頭”動作時常發(fā)生在牽引開始和停車結(jié)束時刻。為了便于研究和解釋的便利將公鐵兩用車整體以及后部牽引列車視為剛體，中間由可調(diào)式車鉤適配器加裝過渡車鉤鏈接，但是，在現(xiàn)場應(yīng)用中，由于升降式螺桿的配合間隙，以及過渡車鉤與適配器為銷鏈接的原因，導(dǎo)致這兩個剛體的連接類似于繩連接體?，F(xiàn)在將公鐵兩用車作為主要研究對象，由于車體的重量主要由橡膠輪承受，研究時，不考慮導(dǎo)向輪的承載作用，同時，假設(shè)車輛在平直的鋼軌上牽引。在公鐵兩用車滑行制動完畢的最后階段，由于繩連接體的原因，后部列車此時還會向前運(yùn)動一小段距離，直至車鉤頂?shù)?。此時，公鐵兩用車的受力情況如圖4。

圖4 公鐵兩用車的受力情況

G為重心點(diǎn)，N1為前輪所受到的鋼軌支撐力，N2為后輪所受的鋼軌支撐力f1為前輪制動產(chǎn)生的摩擦力，f2后輪制動產(chǎn)生的摩擦力，l1、l2分別為前后輪受力的力臂，h重心的高度，F(xiàn)為后部列車通過車鉤傳遞來的沖擊力。

此時，對G的旋轉(zhuǎn)力矩有：

式中，ω為F對公鐵兩用車產(chǎn)生的力矩，由于不確定車鉤和重心高度的關(guān)系不確定正負(fù)，μ為橡膠輪和鋼軌的摩擦系數(shù)。

公鐵兩用車發(fā)生“點(diǎn)頭”現(xiàn)象，即旋轉(zhuǎn)力矩平衡被打破N2=0也就是，由此可見，重心越靠后、越低，摩擦系數(shù)越小越不易出現(xiàn)點(diǎn)頭現(xiàn)象，而在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，公鐵兩用車滑行的最后階段，滑動摩擦變成靜摩擦μ變大，沖擊力F施加力變大ω變大，再加上如果F的受力點(diǎn)高于G，此時，“點(diǎn)頭”動作就極易發(fā)生

應(yīng)對方法：提高可調(diào)式車鉤適配器的裝配精度，或使用新型車鉤，保證鏈接的剛度。

（2）“跳躍”動作原因分析。“跳躍”一般發(fā)生在公鐵兩用車制動開始到停止階段。“跳躍”動作發(fā)生時的受力和“點(diǎn)頭”動作的受力類似，此時，“點(diǎn)頭”動作已經(jīng)完成，即N2=0，f2=0制動全靠由前輪摩擦力由于慣性的作用，公鐵兩用車向前加速竄動后輪落下，而此時，波的傳遞加上橡膠輪具有彈性，也會使前輪離開軌面，即發(fā)生“跳躍”動作。