鐵路機(jī)車(chē)車(chē)輛液壓起復(fù)機(jī)具機(jī)械裝置研究

張馳 王磊 王昊

摘要：隨著鐵路運(yùn)輸事業(yè)持續(xù)快速發(fā)展，各種各樣的鐵路事故也逐漸增加。列車(chē)脫軌事故是各類(lèi)事故中出現(xiàn)頻率較高或是最高的一類(lèi)事故，脫軌救援常用方法有頂復(fù)法、拉復(fù)法和吊復(fù)法，其中頂復(fù)法在列車(chē)脫軌救援中應(yīng)用較為廣泛。液壓起復(fù)機(jī)具是鐵路機(jī)車(chē)車(chē)輛頂復(fù)救援的重要設(shè)備，文章介紹了液壓起復(fù)機(jī)具的組成和工作原理，研究了液壓起復(fù)機(jī)具機(jī)械裝置，提出通過(guò)采用“凹”形導(dǎo)軌式橫移梁避免橫移小車(chē)橫向移動(dòng)滑脫危險(xiǎn)，采用滾輪式滾動(dòng)裝置，實(shí)現(xiàn)橫移小車(chē)橫移過(guò)程中的縱向調(diào)整，提高作業(yè)效率和安全性，為安全、高效地實(shí)施鐵路機(jī)車(chē)車(chē)輛救援提供參考。

關(guān)鍵詞：機(jī)車(chē)車(chē)輛；液壓起復(fù)機(jī)具；機(jī)械裝置；設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：U298.6??????????????????????????? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

隨著我國(guó)鐵路運(yùn)輸事業(yè)的持續(xù)快速發(fā)展，新型機(jī)車(chē)車(chē)輛的型號(hào)和數(shù)量日益增多，各種各樣的鐵路事故也逐漸增加，其中列車(chē)脫軌事故在鐵路事故中占比較大。列車(chē)脫軌是指機(jī)車(chē)車(chē)輛的車(chē)輪落下軌面或車(chē)輪輪緣頂部高于軌面而導(dǎo)致列車(chē)運(yùn)行時(shí)離開(kāi)鋼軌的現(xiàn)象，而且列車(chē)脫軌不能完全避免。目前，鐵路線(xiàn)路復(fù)軌方法常用的有頂復(fù)法、拉復(fù)法和吊復(fù)法。頂復(fù)法是將脫軌機(jī)車(chē)車(chē)輛（包含轉(zhuǎn)向架）頂升至高于軌道平面后，再將車(chē)體橫移至軌道正上方，最后使脫軌車(chē)體重新落至軌道表面，恢復(fù)正常運(yùn)行。頂復(fù)法作業(yè)中使用液壓起復(fù)機(jī)具進(jìn)行頂復(fù)作業(yè)，液壓起復(fù)機(jī)具通過(guò)頂升、橫移、落位等動(dòng)作完成復(fù)軌作業(yè)，具有復(fù)軌距離大、操作簡(jiǎn)便、設(shè)備易運(yùn)輸?shù)忍攸c(diǎn)，應(yīng)用非常廣泛，特別適用于隧道等空間狹小的環(huán)境。國(guó)內(nèi)外圍繞液壓起復(fù)機(jī)具開(kāi)展了豐富而廣泛的研究，并取得了一定成果，但縱觀各種復(fù)軌設(shè)備，仍存在費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等問(wèn)題。文章從鐵路機(jī)車(chē)車(chē)輛液壓起復(fù)機(jī)具的結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行分析，重點(diǎn)研究液壓起復(fù)機(jī)具機(jī)械裝置的結(jié)構(gòu)，旨在提高鐵路機(jī)車(chē)車(chē)輛脫軌救援的安全性和復(fù)軌作業(yè)效率。

1液壓起復(fù)機(jī)具的組成及工作原理

液壓起復(fù)機(jī)具主要由機(jī)械裝置和液壓系統(tǒng)兩大部分組成，具體如圖1所示。機(jī)械裝置是液壓起復(fù)機(jī)具的主要支承部件，主要由橫移梁、橫移小車(chē)、墊梁等組成，橫移小車(chē)放置在橫移梁上，可以在橫移梁上做橫向移動(dòng)，墊梁主要用于橫移梁支承。液壓系統(tǒng)是液壓起復(fù)機(jī)具實(shí)施起升、橫移作業(yè)的主要部件，由組成液壓系統(tǒng)的液壓泵、控制閥件、頂升油缸、橫移油缸等組成，橫移油缸安裝于橫移小車(chē)內(nèi)部，帶動(dòng)橫移小車(chē)在橫移梁上做橫向移動(dòng)，頂升油缸放置于橫移小車(chē)上，實(shí)現(xiàn)車(chē)體頂升作業(yè)，同時(shí)可以隨橫移小車(chē)在橫移梁上做橫向移動(dòng)，帶動(dòng)車(chē)體復(fù)軌。

在機(jī)車(chē)車(chē)輛脫軌后，首先需要完成液壓起復(fù)機(jī)具的現(xiàn)場(chǎng)組裝：在軌道中間放置墊梁1（使用短橫移梁時(shí)，還需要安裝扣件梁配合使用），將橫移梁2放置在軌道和墊梁1上方，橫移小車(chē)8（含橫移油缸9）放置在橫移梁2上面，并將橫移小車(chē)8上的防溜車(chē)裝置對(duì)準(zhǔn)防溜孔，防止橫移小車(chē)8移動(dòng)，使用銷(xiāo)軸將橫移油缸鉸鏈與旋柄式卡座10相連，將頂升油缸7放置在橫移小車(chē)8上，頂升油缸7上放置油缸鎬帽6。完成組裝后，操作控制閥組件4進(jìn)行起復(fù)作業(yè)：操作控制頂升油缸的換向閥，使頂升油缸7伸出，頂起脫軌車(chē)體，當(dāng)脫軌機(jī)車(chē)車(chē)輛輪緣高于軌面20 mm 時(shí)，停止頂升作業(yè)；操作控制橫移油缸的換向閥，使橫移油缸9活塞桿伸出，推動(dòng)旋柄式卡座10向前移動(dòng)，當(dāng)旋柄式卡座10落入橫移梁2上的方孔后，操作換向閥，使橫移油缸9反向進(jìn)油，拉動(dòng)橫移油缸缸體9及橫移小車(chē)8向前移動(dòng)，重復(fù)作業(yè)，直至脫軌車(chē)輪對(duì)正基本軌，完成橫移作業(yè)；操作頂升油缸換向閥，使頂升油缸在車(chē)體自重作用下緩慢下降，完成落位作業(yè)。

2液壓起復(fù)機(jī)具機(jī)械裝置的設(shè)計(jì)及分析

液壓起復(fù)機(jī)具機(jī)械裝置主要是橫移梁、橫移小車(chē)、墊梁和扣件梁。橫移梁也可稱(chēng)為橫移導(dǎo)軌，是脫軌機(jī)車(chē)車(chē)輛在頂復(fù)作業(yè)中橫向移動(dòng)的重要部件，通常由高強(qiáng)度鋼板、高強(qiáng)度鋁合金等材料制造。橫移梁須具有足夠的寬度，以滿(mǎn)足機(jī)車(chē)車(chē)輛橫向移動(dòng)，還需設(shè)置若干限定橫移小車(chē)移動(dòng)位置的孔洞并在橫移作業(yè)倒替時(shí)作為橫移千斤頂?shù)亩ㄎ恢С悬c(diǎn)。橫移小車(chē)是頂復(fù)作業(yè)中，車(chē)體橫向移動(dòng)的主要支撐和運(yùn)動(dòng)部件，橫移小車(chē)通常和橫移千斤頂組合在一起，橫移千斤頂安裝在橫移小車(chē)內(nèi)部，推動(dòng)或拉動(dòng)小車(chē)橫向運(yùn)動(dòng)。橫移小車(chē)須具有穩(wěn)定、可靠的橫向移動(dòng)，通常會(huì)裝有制動(dòng)限位裝置，小車(chē)不會(huì)自行滾動(dòng)。頂復(fù)作業(yè)時(shí)，橫移梁用于放置橫移小車(chē)，是橫移小車(chē)的移動(dòng)軌道，橫移小車(chē)帶動(dòng)車(chē)體移動(dòng)是在橫移梁上進(jìn)行的。墊梁和扣件梁放置于軌道之間，用于橫移梁的輔助支撐，因此橫移梁、橫移小車(chē)和墊梁是液壓起復(fù)機(jī)具中必不可少的機(jī)械裝置。

2.1“凹”形導(dǎo)軌式橫移梁

目前所使用的液壓起復(fù)機(jī)具中，橫移小車(chē)通常直接安放在橫移梁上方，通過(guò)防溜車(chē)裝置（即銷(xiāo)軸）限制橫移小車(chē)和橫移梁之間的橫向相對(duì)位移，橫移梁兩側(cè)并無(wú)限位結(jié)構(gòu)，這種方式雖然使用操作方便，但存在橫移小車(chē)從橫移梁上方滑脫的安全隱患。為確保橫移小車(chē)在橫移梁上移動(dòng)時(shí)不會(huì)發(fā)生縱向滑脫，設(shè)計(jì)采用更為可靠的“凹”形導(dǎo)軌式橫移梁，避免因橫移角度偏移過(guò)大而引起橫移小車(chē)和橫移梁滑脫的危險(xiǎn)，如圖2所示?！鞍肌毙螌?dǎo)軌式橫移梁是在橫移梁上方兩側(cè)沿導(dǎo)軌長(zhǎng)度方向各設(shè)計(jì)一個(gè)凸臺(tái)，使橫移小車(chē)運(yùn)動(dòng)軌跡被限制在“凹”字形槽內(nèi)，橫移小車(chē)在導(dǎo)軌上運(yùn)行時(shí)，兩側(cè)受到凸臺(tái)的位置限制，能有效避免發(fā)生滑動(dòng)脫落問(wèn)題。

2.2橫移小車(chē)

橫移小車(chē)帶動(dòng)車(chē)體橫向移動(dòng)時(shí)，車(chē)輛一端移動(dòng)軌跡為一段圓弧線(xiàn)，圓弧線(xiàn)的大小與車(chē)體長(zhǎng)度、頂升點(diǎn)位置有關(guān)，如圖3所示。車(chē)體越長(zhǎng)，頂升點(diǎn)越靠近端部，圓弧半徑越大。由圖3可知在橫移過(guò)程中頂升點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡是以點(diǎn) A （常為轉(zhuǎn)向架中心銷(xiāo)）為圓心的一段圓弧，因此產(chǎn)生的縱向偏移量為Δ h 。因偏移量Δ h 值相對(duì)較小，目前所使用的液壓起復(fù)機(jī)具通常是將橫移過(guò)程近似為直線(xiàn)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，但隨著脫軌距離 L 的增大，偏移量Δ h 也會(huì)增大，對(duì)橫移復(fù)位的影響也會(huì)更加明顯，因此在設(shè)計(jì)中還應(yīng)考慮縱向偏移量Δ h 對(duì)橫移運(yùn)動(dòng)的影響。

根據(jù)幾何關(guān)系可得偏移量Δ h 為：

Δh = R -??????????????????????? （1）

式中，R—脫軌機(jī)車(chē)車(chē)輛旋轉(zhuǎn)半徑（一般取機(jī)車(chē)車(chē)輛定距，即轉(zhuǎn)向架中心距）；

L—脫軌距離（依據(jù)軌道標(biāo)準(zhǔn)斷面尺寸，最大復(fù)軌距離為500 mm）。

通過(guò)調(diào)查研究，文章以 HXD3電力機(jī)車(chē)、25T客車(chē)車(chē)輛、XN17A平車(chē)為例，分別進(jìn)行偏移量Δh 的計(jì)算，見(jiàn)表1所列。計(jì)算中，L 取最大復(fù)軌距離500 mm，將不同型號(hào)機(jī)車(chē)車(chē)輛定距 R 分別代入偏移量Δh 的計(jì)算公式，分別得到三種不同車(chē)型偏移量Δh 的值。根據(jù)計(jì)算結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，偏移量Δh 最大的是XN17A平車(chē)，為13.9 mm，最小的是25T客車(chē)車(chē)輛，為6.9 mm 。雖然常用機(jī)車(chē)車(chē)輛的偏移量Δh 不大，但縱向偏移仍是存在的問(wèn)題，即當(dāng)橫移小車(chē)帶動(dòng)車(chē)體在橫移梁上做橫向移動(dòng)時(shí)并非直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)而是圓弧運(yùn)動(dòng)，因此在進(jìn)行橫移小車(chē)設(shè)計(jì)時(shí)需考慮縱向偏移因素影響，為橫移小車(chē)的運(yùn)動(dòng)偏移設(shè)計(jì)方案，在橫移梁上留出偏移余量。

考慮到橫移小車(chē)在橫移過(guò)程中的縱向偏移影響，設(shè)計(jì)橫移小車(chē)與橫移梁兩側(cè)導(dǎo)軌有一定間隙，使其滿(mǎn)足常用鐵路機(jī)車(chē)車(chē)輛縱向偏移要求。橫移小車(chē)滾輪設(shè)計(jì)為滾輪式滾動(dòng)裝置，滾輪與橫移小車(chē)兩側(cè)面間留有一定間隙，以便橫移小車(chē)在橫移運(yùn)動(dòng)中進(jìn)行縱向調(diào)整，如圖4所示。滾輪式滾動(dòng)裝置由滾輪2和滾輪軸3組成，共4組，安裝在橫移小車(chē)內(nèi)部放置橫移油缸1的下方，滾輪軸3固定在橫移小車(chē)兩側(cè)孔內(nèi)，滾輪軸3上套有滾輪2。列車(chē)在進(jìn)行橫移作業(yè)時(shí)，滾輪2滾動(dòng)帶動(dòng)橫移小車(chē)在橫移梁上做橫向移動(dòng)，由于滾輪2是套于滾輪軸3上的，且滾輪2與橫移小車(chē)內(nèi)壁間依據(jù)表1計(jì)算的偏移量Δh 值留出了相應(yīng)間隙，因此，橫移小車(chē)在橫移梁上進(jìn)行圓弧運(yùn)動(dòng)時(shí)，滾輪2會(huì)根據(jù)橫移小車(chē)及車(chē)體偏移情況在橫向運(yùn)動(dòng)中沿著滾輪軸3進(jìn)行縱向運(yùn)動(dòng)，達(dá)到補(bǔ)償橫移小車(chē)因圓弧運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的縱向偏移距離，避免了橫移小車(chē)和車(chē)體間發(fā)生縱向偏移的情況?？紤]到車(chē)體較重，因此在橫移小車(chē)內(nèi)容設(shè)計(jì)了4組滾輪2和滾輪軸，以滿(mǎn)足大多數(shù)車(chē)型的使用需求。

2.3墊梁與扣件梁

墊梁和扣件梁主要用于橫移梁和橫移小車(chē)的輔助支撐，在使用短橫移梁時(shí)，橫移梁無(wú)法架設(shè)于軌道上，因此需采用扣件梁支撐于短橫移梁兩端，扣件梁緊貼軌道放置于兩相鄰軌枕上，如圖5（a）所示為使用長(zhǎng)橫移梁時(shí)墊梁和扣件梁的應(yīng)用示意圖，如圖5（b）所示為使用短橫移梁時(shí)墊梁和扣件梁的應(yīng)用示意圖。

3結(jié)束語(yǔ)

液壓起復(fù)機(jī)具是鐵路救援中的重要設(shè)備，其性能的優(yōu)劣直接影響救援效率與安全性。在現(xiàn)有液壓起復(fù)機(jī)具機(jī)械裝置的基礎(chǔ)上，從提高液壓起復(fù)機(jī)具的救援效率和使用安全性角度，對(duì)機(jī)械裝置進(jìn)行了設(shè)計(jì)及分析：通過(guò)采用“凹”形導(dǎo)軌式橫移梁避免橫移小車(chē)橫向移動(dòng)滑脫危險(xiǎn)，提高作業(yè)安全性；分析橫移時(shí)的縱向偏移量，采用滾輪式滾動(dòng)裝置，設(shè)計(jì)可在橫移中進(jìn)行縱向調(diào)整的橫移小車(chē)，提高作業(yè)效率和安全性，對(duì)于提升我國(guó)鐵路救援裝備有著重要意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] 馬林.鐵路行車(chē)事故應(yīng)急救援方法及裝備[M ].北京：中國(guó)鐵道出版社，2013.

[2] 馬林.高速動(dòng)車(chē)組液壓起復(fù)機(jī)具的研究和應(yīng)用[J].鐵道機(jī)車(chē)車(chē)輛，2016，36（1）：34-38.

[3] 黃勇.鐵路車(chē)輛頂復(fù)救援效率與安全性研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2015.

[4] 薛如慈，陳輝，張弛，等. 鐵路機(jī)車(chē)車(chē)輛液壓起復(fù)機(jī)具液壓系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)及分析[J].甘肅科技縱橫，2021，50（12）：25-27.

[5] 陳輝，王磊. 鐵路車(chē)輛液壓頂復(fù)救援設(shè)備故障診斷及使用建議[J].甘肅科技縱橫，2021，50（10）：19-21.

[6] 曹顯利，韓慧仙.某型機(jī)車(chē)液壓頂復(fù)救援設(shè)備故障分析與解決措施[J].液壓與氣動(dòng)，2012（1）：115-116.

[7] 朱高嶺，高洪聲. HXD3型機(jī)車(chē)起復(fù)救援頂托加固裝置和走行部故障救援方案的研究[J].鐵道機(jī)車(chē)車(chē)輛，2012，32（2）：9-82.

[8] 周慧娟.鐵路應(yīng)急管理中的預(yù)案管理與資源配置優(yōu)化[D].北京：北京交通大學(xué)，2011.