公鐵兩用工程車鎖橋裝置的型式與設(shè)計(jì)

董雯霞

（中車四方車輛有限公司，山東青島 266000）

0 引言

在類型眾多的鐵道車輛中，有一種車較為特殊，它可以在公路和鐵路上自由切換，是公路、鐵路雙棲車輛，被稱為公鐵兩用車（以下簡(jiǎn)稱公鐵車），公鐵車主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)鐵路牽引和鐵路工程作業(yè)等多種功能[1]。常見(jiàn)的公鐵車根據(jù)功能可細(xì)分為公鐵高空作業(yè)車、公鐵橋檢車、公鐵放線車、公鐵除雪車、公鐵焊軌車、公鐵清洗車、公鐵檢測(cè)車等多種類型[2]。除去具有牽引功能的公鐵牽引車外，其他均可歸類為公鐵兩用工程車，這類車輛正常功能的實(shí)現(xiàn)離不開(kāi)一個(gè)特殊裝置——鎖橋裝置。

鎖橋裝置通過(guò)鎖定車橋和解鎖車橋兩種狀態(tài)的切換，既可以使車輛在公路行走時(shí)正常發(fā)揮汽車車橋的減振功能，又可以保證車輛在進(jìn)行鐵路行走或作業(yè)時(shí)汽車車橋不晃動(dòng)振動(dòng)，從而保證鐵路作業(yè)的安全穩(wěn)定。鎖橋裝置的基本原理是通過(guò)在汽車車橋處加裝一整套能夠控制車橋位置的裝置，實(shí)現(xiàn)在鐵路和公路模式切換時(shí)將車橋剛性固定或松開(kāi)的功能。

1 鎖橋裝置的四種常見(jiàn)型式

1.1 汽車車橋結(jié)構(gòu)及對(duì)應(yīng)常見(jiàn)鎖橋型式

鎖橋裝置沒(méi)有具體的分類方式，不同的結(jié)構(gòu)類型可以分別應(yīng)用于汽車單橋結(jié)構(gòu)、汽車雙橋結(jié)構(gòu)。圖1為一種汽車前單橋結(jié)構(gòu)，圖2為一種汽車后雙橋結(jié)構(gòu)，圖3為一種汽車后單橋結(jié)構(gòu)。

圖1 汽車前橋板簧連接處

圖2 汽車后雙橋板簧連接處

圖3 汽車后單橋板簧連接處

對(duì)于汽車底盤單橋結(jié)構(gòu)，輪胎、車橋、車架等結(jié)構(gòu)的常見(jiàn)連接方式是車架與板簧兩端連接固定，板簧中部通過(guò)兩個(gè)U形螺栓與車橋固定，板簧處于車橋正下方，距離較遠(yuǎn)，由于卡車多為后橋驅(qū)動(dòng)，此種連接方式多見(jiàn)于汽車前橋，如圖1所示。

對(duì)于汽車前橋，鎖橋裝置的實(shí)施方式即通過(guò)油缸和起重鏈聯(lián)合限制連接處的豎直位移來(lái)鎖定車橋[3]，這種裝置被應(yīng)用于一些輕量級(jí)底盤的公鐵車上。圖4為此種鎖橋的實(shí)物照片，兩套鎖橋裝置分別安裝于前橋左、右輪胎的內(nèi)側(cè)，主體結(jié)構(gòu)為油缸、起重鏈、安裝座等，可稱為油缸-起重鏈?zhǔn)健?/p>

圖4 油缸-起重鏈?zhǔn)芥i橋裝置

油缸-起重鏈?zhǔn)芥i橋裝置的液壓油缸通過(guò)安裝座安裝在車體車架上，下部安裝座與車橋固定，進(jìn)行鎖橋動(dòng)作時(shí)，油缸活塞桿伸出，起重鏈被拉直，與車橋固定的安裝座一方面受到起重鏈的牽拉，另一方面與活塞桿下平面接觸以防止車橋向上跳動(dòng)，從而起到固定車橋的作用。

當(dāng)汽車底盤后橋?yàn)閱螛蚪Y(jié)構(gòu)時(shí)，與前橋不同的是板簧布置在車架外側(cè)、輪胎內(nèi)側(cè)，所在區(qū)域與車架區(qū)域持平，如圖3所示。因此圖4的豎直布置的鎖橋型式并不適用于汽車后橋的單橋結(jié)構(gòu)。圖5中整體水平布置的鎖橋裝置則較多應(yīng)用于汽車后橋單橋結(jié)構(gòu)。這種裝置通過(guò)一個(gè)異形轉(zhuǎn)臂和油缸伸縮動(dòng)作的配合完成對(duì)車橋的鎖定和解鎖作用，這種型式可稱為油缸-旋轉(zhuǎn)臂-起重鏈組合式。

圖5 油缸-旋轉(zhuǎn)臂-起重鏈組合式鎖橋裝置

對(duì)于汽車底盤雙橋結(jié)構(gòu)，輪胎、車橋、車架的常見(jiàn)連接方式為車架與板簧中部固定，板簧兩端分別與兩個(gè)車橋連接，板簧布置在車架外側(cè)、輪胎內(nèi)側(cè)，高度基本與車架區(qū)域持平。在這種布置形式下，需要根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)不同的鎖橋結(jié)構(gòu)，如鏈條式鎖橋裝置，（如圖6），油缸-調(diào)整螺桿擺轉(zhuǎn)式鎖橋裝置（如圖7）。

圖6 鏈條式鎖橋裝置

圖7 油缸-調(diào)整螺桿擺轉(zhuǎn)式鎖橋裝置

其中鏈條式鎖橋裝置大部分布置在車體內(nèi)部，通過(guò)鏈條將走行部和車橋固連，當(dāng)鐵路走行部進(jìn)行提升和收放時(shí)，車橋通過(guò)鏈條跟隨動(dòng)作，此種方案對(duì)所有連接件的抗拉和抗變形要求較高。

油缸-調(diào)整螺桿擺轉(zhuǎn)式鎖橋裝置是以油缸為動(dòng)力，油缸活塞桿伸出后，推動(dòng)叉口向車橋方向移動(dòng)，直到叉口和車橋上的圓柱體嵌合，即將車橋位置固定。此裝置可以設(shè)置在車架側(cè)面也可以設(shè)置在車架下側(cè)，所需空間相對(duì)靈活，但對(duì)應(yīng)改造工作也稍顯復(fù)雜。

1.2 4種鎖橋裝置橫向?qū)Ρ群蛻?yīng)用

為更好地理解4種常用鎖橋裝置特點(diǎn)，表1將其從原理、優(yōu)缺點(diǎn)方面進(jìn)行了橫向?qū)Ρ取?/p>

表1 四種鎖橋裝置型式對(duì)比

目前在我公司生產(chǎn)的公鐵兩用工程車輛中，應(yīng)用成熟、效果較好的為前兩種，在設(shè)計(jì)及安裝時(shí)充分考慮、調(diào)試成功后，一般可正常工作。第三種鎖橋裝置由于在車上有其它裝置遮蓋，安裝空間較為逼仄狹窄且不易維護(hù)檢修，所用鏈條由于在受力后具有一定延伸特性而抵消了部分提升高度，最終鎖橋效果欠佳。第四種在國(guó)外生產(chǎn)車輛中有實(shí)際應(yīng)用，目前暫未在我公司內(nèi)部應(yīng)用。

2 鎖橋裝置設(shè)計(jì)過(guò)程注意項(xiàng)點(diǎn)

需要注意的是，鎖橋裝置對(duì)于公鐵工程車來(lái)說(shuō)是屬于改造加裝裝置，每種車型的布置和鎖橋結(jié)構(gòu)根據(jù)品牌不同、型號(hào)不同而有差別，鎖橋裝置的設(shè)計(jì)必須根據(jù)底盤實(shí)際布置情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，鎖橋型式根據(jù)底盤結(jié)構(gòu)大體確定后，需確定具體參數(shù)，如油缸安裝位置、油缸安裝距、油缸行程、安裝座具體位置、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)關(guān)系、起重鏈長(zhǎng)度等。

其中最重要的是根據(jù)膠輪離地間隙確定鎖橋后的車橋在垂直方向上的具體高度，確定好鎖橋位置，其他參數(shù)均可以在二維圖上通過(guò)圖解法完成。設(shè)計(jì)原理則可以做如下考慮：如果沒(méi)有鎖橋裝置，那么膠輪離地間隙等于鐵路走行部提升高度減去懸掛系統(tǒng)和膠輪因底盤離地而釋放的變形量之和。鎖橋的一個(gè)作用就是通過(guò)吊掛減少懸掛系統(tǒng)的變形量，將車橋拉住以使其不下降過(guò)多。另外設(shè)計(jì)時(shí)需要始終滿足以下幾個(gè)方面的要求：1）鎖橋裝置加裝后不影響原車輛功能。比如鎖橋預(yù)定安裝位置有減震器、U形栓安裝座、ABS閥塊等，一般方法為將這些部件拆除后集成安裝至鎖橋裝置上，因此在鎖橋裝置上需預(yù)留位置安裝原車部件；2）鎖橋裝置加裝后，在鐵路狀態(tài)需保證一定的膠輪離地間隙，一般要求為100 mm；3）鎖橋裝置在鎖定后需具有一定的位置保持能力，既能保證車橋不向上跳動(dòng)，也能保證車橋不向下運(yùn)動(dòng)；4）鎖橋裝置（前橋）加裝后，不得影響車輛轉(zhuǎn)彎；5）鎖橋裝置承受拉力可能包含車橋質(zhì)量、輪胎質(zhì)量、板簧變形恢復(fù)力等，鎖橋裝置各零部件強(qiáng)度應(yīng)滿足條件，必要時(shí)進(jìn)行強(qiáng)度仿真計(jì)算。

3 其它鎖橋裝置結(jié)構(gòu)舉例

德國(guó)的ZARGO、ZWEIWEG、SRT三家共屬一個(gè)集團(tuán)公司，它們改造的公鐵車使用奔馳底盤，因底盤設(shè)計(jì)參與公鐵車設(shè)計(jì)制造，公鐵車與底盤融合程度較高，因此鎖橋裝置的整體外觀效果和車輛整體較為協(xié)調(diào)，如部分結(jié)構(gòu)件為鑄造件，表面油漆用色和整車一致，而我公司公鐵車同一型號(hào)多為單產(chǎn)或少量生產(chǎn)，結(jié)構(gòu)件以焊接為主。

圖8、圖9所示為使用鋼絲繩作為牽拉提升工具的鎖橋裝置，將鋼絲繩兩端分別固定與公路車橋和鐵路鋼輪上，中間通過(guò)導(dǎo)軌類機(jī)構(gòu)引導(dǎo)鋼絲的走向。當(dāng)鋼輪落至鋼軌上，鋼絲繩隨動(dòng)將公路車橋提起。

圖8 鋼絲繩牽拉式鎖橋裝置

圖9 油缸-調(diào)整螺桿擺轉(zhuǎn)式鎖橋裝置

油缸-調(diào)整螺桿擺轉(zhuǎn)式也是SRT公司較早使用的鎖橋型式。這種設(shè)計(jì)和底盤融合度較高，設(shè)計(jì)外觀一致性較好，后期幾乎沒(méi)有改造部分。

另外還有空氣彈簧支撐式（如圖10），通過(guò)充氣和放氣完成車橋位置鎖定和解鎖的功能。充氣后，車橋和車架之間位置相對(duì)固定，放氣后，車輛自身板簧發(fā)揮減振作用。整體結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，安裝占用空間較大，涉及充氣放氣還需要增加氣室、氣路和控制單元。

圖10 空氣彈簧支撐式鎖橋裝置

德國(guó)MOOG公司也有一種直接利用油缸活塞桿伸出和收回來(lái)鎖定和解鎖車橋位置的裝置，如圖11所示，油缸豎直布置，并且將油缸活塞桿端與車橋固定在一起，這種鎖橋裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，空間占用也較小，但是鎖橋狀態(tài)時(shí)對(duì)液壓缸自身性能和液壓系統(tǒng)的保壓功能都有較高要求[4]，在公鐵車進(jìn)行鐵路行走或作業(yè)時(shí)液壓缸需持續(xù)受力。

圖11 油缸下壓式鎖橋裝置

4 結(jié)語(yǔ)

本文主要介紹了4種我公司內(nèi)部設(shè)計(jì)過(guò)或使用過(guò)的鎖橋裝置，并分析了其優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用對(duì)象，給出了一些設(shè)計(jì)注意項(xiàng)點(diǎn)，為鎖橋裝置的設(shè)計(jì)工作提供了一些指導(dǎo)和方向，最后對(duì)世界范圍內(nèi)各個(gè)公鐵車品牌目前在用的鎖橋裝置類型進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹和分析，為未來(lái)的設(shè)計(jì)提供了一定的開(kāi)放性思路。