地鐵運(yùn)營中公鐵兩用牽引車運(yùn)行安全系統(tǒng)

富 銳， 潘文海， 管 鑫， 王 喆

（1.中機(jī)生產(chǎn)力促進(jìn)中心有限公司， 北京 100044； 2.廣州地鐵交通發(fā)展有限公司， 廣東 廣州 510000）

0 引言

公鐵兩用牽引車具備在公路、 鐵路兩種運(yùn)輸環(huán)境下良好行駛的能力。在地鐵維修基地中的無動力鐵軌段，用于對地鐵車輛的牽引作業(yè)，牽引至相應(yīng)工作位置，進(jìn)行維修作業(yè)。作為地鐵車輛基地?cái)?shù)控不落輪車床的配套設(shè)備，公鐵兩用牽引車的主要功能是進(jìn)行待修列車的調(diào)車牽引和對位操作，可以快速移動到不同地點(diǎn)，適應(yīng)不同的作業(yè)需求，提高維修工作的作業(yè)效率和安全性。

董浩等[1]深入研究公鐵兩用車連掛沖擊下的縱向載荷傳遞規(guī)律，為提高運(yùn)輸安全性提供了關(guān)鍵信息。田葆栓等[2]研究公鐵兩用貨車的運(yùn)用發(fā)展與關(guān)鍵技術(shù)，強(qiáng)調(diào)其可持續(xù)發(fā)展和社會價(jià)值。陳新華等[3]針對踏面對獨(dú)立輪對公鐵兩用車動力學(xué)性能的影響進(jìn)行了深入分析， 提供了改善動力學(xué)性能的技術(shù)方案。張仕林等[4]深入剖析了連掛狀態(tài)下的縱向載荷傳遞機(jī)制。 這些研究為公鐵車領(lǐng)域的發(fā)展提供了重要的指導(dǎo)和啟示， 從多個(gè)角度揭示了公鐵車的技術(shù)特點(diǎn)、應(yīng)用前景和挑戰(zhàn)。 這些論文的緊密聯(lián)系構(gòu)建了一個(gè)完整的研究框架， 為公鐵車的綜合發(fā)展提供了寶貴的思路和支持。

在公鐵兩用車牽引電客車至不落輪鏇床進(jìn)行維修作業(yè)過程中，可能會存在脫軌風(fēng)險(xiǎn)。 為降低這些脫軌風(fēng)險(xiǎn)，建立有效的公鐵車安全系統(tǒng)至關(guān)重要。 公鐵車安全系統(tǒng)的建立不僅能夠降低脫軌風(fēng)險(xiǎn)， 還可以有效保障作業(yè)人員的安全，減少設(shè)備損壞，確保作業(yè)進(jìn)度。 這對于公鐵車運(yùn)營的安全和可靠性， 以及維護(hù)人員的安全健康具有重要意義。

1 安全系統(tǒng)

公鐵兩用車運(yùn)行安全系統(tǒng)的構(gòu)建應(yīng)是一個(gè)多層次、多方面的系統(tǒng)工程，旨在最大程度地減少事故風(fēng)險(xiǎn)，確保公鐵兩用車在道路和鐵路上的安全運(yùn)行。 通過導(dǎo)向輪輪廓優(yōu)化，增加柔性保壓裝置，顯著改善公鐵兩用車安全性能。 同時(shí)，通過脫軌監(jiān)控裝置、視頻監(jiān)控裝置防范環(huán)境中的安全隱患，進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控與控制，構(gòu)建公鐵兩用牽引車運(yùn)行安全系統(tǒng)。 安全系統(tǒng)的建立對于保障人員和設(shè)備的安全，提高作業(yè)流程的整體安全性具有重要意義。

2 導(dǎo)向輪輪廓優(yōu)化

導(dǎo)向輪轉(zhuǎn)換裝置是公鐵兩用牽引車的核心組件，其結(jié)構(gòu)如圖1 所示。 在公路模式下，導(dǎo)向輪升起，僅驅(qū)動輪與路面接觸。 在鐵路模式下，導(dǎo)向輪降下落軌，對車輛左右轉(zhuǎn)向進(jìn)行限位。通過液壓系統(tǒng)伸縮油缸，能夠控制導(dǎo)向輪軸升降， 將車輛駕駛模式在公路模式與鐵路模式之間進(jìn)行切換。

圖1 導(dǎo)向輪結(jié)構(gòu)

在鐵路模式下的牽引作業(yè)中， 公鐵兩用車需要牽引電客車前往不落輪鏇床的修理位置。 這一過程涉及從外軌道轉(zhuǎn)入車床內(nèi)軌道， 然后再從車床內(nèi)軌道轉(zhuǎn)回外軌道， 同時(shí)需要導(dǎo)向輪的再入。 如圖2 所示，方框兩處分別為從外軌到內(nèi)軌的轉(zhuǎn)換位置， 以及從內(nèi)軌到外軌的轉(zhuǎn)換位置。 如果導(dǎo)向輪外形不適合于軌道作業(yè)條件，將導(dǎo)致車輛軌道再入狀態(tài)不良，存在脫軌風(fēng)險(xiǎn)。

圖2 不落輪鏇床內(nèi)外軌道轉(zhuǎn)換位置

通過對導(dǎo)向輪輪廓進(jìn)行優(yōu)化，其結(jié)構(gòu)如圖3 中所示， 由踏面、外軌貼合輪廓及內(nèi)軌貼合輪廓組成。 在未受力狀態(tài)下，導(dǎo)向輪輪廓與鐵軌之間的嚙合狀態(tài)如圖4（a）所示，呈現(xiàn)出穩(wěn)定的狀態(tài)。 然而，在車輛方向傾斜時(shí)，如果導(dǎo)向輪出現(xiàn)脫軌趨勢，其受力狀態(tài)將發(fā)生變化，如圖4（b）所示。 導(dǎo)向輪在此情況下受到相對較小的垂向分力和較大的橫向分力， 而這種橫向分力則能夠自動地對車輛方向進(jìn)行調(diào)整。 此設(shè)計(jì)使得導(dǎo)向輪能夠在脫軌趨勢發(fā)生時(shí)自動對車輛進(jìn)行穩(wěn)定校正，從而減少脫軌風(fēng)險(xiǎn)。

圖3 導(dǎo)向輪輪廓曲線

圖4 導(dǎo)向輪輪廓嚙合狀態(tài)

此外，導(dǎo)向輪輪廓的最大位置圓弧的設(shè)計(jì)也是關(guān)鍵因素之一。 這樣的設(shè)計(jì)有利于在圖2 中的軌道轉(zhuǎn)換位置進(jìn)行軌道再入，從而避免導(dǎo)向輪輪廓處與軌道面發(fā)生接觸無法進(jìn)行車身方向的穩(wěn)定校正， 進(jìn)而防止了潛在的脫軌風(fēng)險(xiǎn)。

3 柔性保壓裝置

公鐵兩用車在鐵路模式下，導(dǎo)向輪與行駛輪同時(shí)與軌道接觸，共有8 個(gè)輪子。所有這些輪子都采用剛性結(jié)構(gòu)，面對軌道的不平順，車輛可能出現(xiàn)輪子懸空的情況，導(dǎo)致行駛動力中心不斷變化，進(jìn)而對車輛的行進(jìn)穩(wěn)定性造成不利影響。為了克服這一問題，采用了柔性保壓結(jié)構(gòu)，通過在導(dǎo)向輪軸與導(dǎo)向油缸之間加入懸掛結(jié)構(gòu)，如圖5 所示。

圖5 柔性保壓結(jié)構(gòu)

柔性保壓結(jié)構(gòu)具有3～5mm 的變形要求，這使得它能夠適應(yīng)軌道的前后起伏， 確保在不平順的軌道上保持足夠的輪軌下壓力。通過柔性保壓結(jié)構(gòu)，導(dǎo)向輪和行駛輪能夠在軌道表面保持平穩(wěn)的接觸，適應(yīng)軌道的起伏，穩(wěn)定車輛的行駛動力中心， 確保車輛在鐵路模式下的穩(wěn)定性和平穩(wěn)性，從而防止輪子懸空和不穩(wěn)定的情況發(fā)生。在不同軌道條件下能夠保持穩(wěn)定的行駛狀態(tài)， 提高了公鐵車軌道環(huán)境的適應(yīng)性。

采用柔性保壓結(jié)構(gòu)可以有效改善公鐵兩用車在鐵路模式下可能出現(xiàn)的安全風(fēng)險(xiǎn)有助于確保車輛與軌道之間的穩(wěn)定接觸， 為公鐵兩用車在鐵路模式下的安全行駛提供了支持。

4 脫軌監(jiān)控裝置

脫軌檢測裝置采用電感式接近開關(guān)， 其結(jié)構(gòu)如圖6所示，技術(shù)參數(shù)如表1 所示，其精度在7mm 以內(nèi)。 工作原理是根據(jù)傳感器的對軌面有效測距A（0～60mm）進(jìn)行安裝，其定位安裝距離為A-15mm。 導(dǎo)向輪從踏面到輪緣直徑的最大距離為30mm。

表1 電感式傳感器技術(shù)參數(shù)

圖6 電感式傳感器

當(dāng)導(dǎo)向輪產(chǎn)生脫軌傾向時(shí)，傳感器將隨著導(dǎo)向輪的抬升而抬升。在抬升高度達(dá)到15mm 后，傳感器超過其測量范圍。 此時(shí)，導(dǎo)向輪尚未完全脫離軌道，車輛的整體作業(yè)流程仍處于安全狀態(tài)。系統(tǒng)會發(fā)送制動信號到整車控制器，切斷動力并進(jìn)行剎車制動，同時(shí)發(fā)出警報(bào)聲音，以防止進(jìn)一步的脫軌發(fā)生。 作業(yè)人員根據(jù)警報(bào)提示，可以及時(shí)檢查并排除故障。

在具體實(shí)施中， 電感式傳感器被安裝在圖7 中所示的位置，共有四處，分別置于每個(gè)導(dǎo)向輪前方。 這樣的設(shè)計(jì)確保了在車輛作業(yè)過程中， 可以全方位地監(jiān)測導(dǎo)向輪的狀態(tài)，從而提高行車作業(yè)的安全性。

圖7 脈沖傳感器安裝位置

脫軌檢測裝置的設(shè)計(jì)有助于提高公鐵兩用車在鐵路模式下的安全性能，避免脫軌事故的發(fā)生。

5 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)分屏視角設(shè)計(jì)如圖8 所示，上方屏幕呈現(xiàn)車輛行進(jìn)中的前后視角， 下方屏幕則展示車輛右側(cè)的兩個(gè)導(dǎo)向輪與鐵軌貼合狀態(tài)的觀測視角。 這種設(shè)計(jì)旨在為駕駛?cè)藛T提供全方位的視覺信息， 幫助他們在公鐵車轉(zhuǎn)換為鐵路模式時(shí)更加準(zhǔn)確地完成車輪對位作業(yè)，確保導(dǎo)向輪準(zhǔn)確進(jìn)入軌道，從而防止脫軌風(fēng)險(xiǎn)。

在車輛處于鐵路模式下行駛時(shí)， 視頻系統(tǒng)也能夠協(xié)助駕駛?cè)藛T監(jiān)控車體行進(jìn)情況。 這種監(jiān)控有助于確保導(dǎo)向輪在軌道運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的定位情況，減少脫軌風(fēng)險(xiǎn)。 另外，視頻系統(tǒng)還能用于觀察車體行進(jìn)過程中其他作業(yè)人員的位置，確保作業(yè)過程的安全性。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)用有助于提高公鐵兩用車在鐵路模式下的作業(yè)安全性， 確保車輛能夠平穩(wěn)進(jìn)入軌道并保持穩(wěn)定安全的行駛狀態(tài)，最大程度地降低脫軌風(fēng)險(xiǎn)。

6 結(jié)束語

本文系統(tǒng)地探討了關(guān)于公鐵兩用車安全系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，為公鐵兩用車的安全運(yùn)行提供了有力保障，使得公鐵兩用車在行駛、 轉(zhuǎn)軌以及牽引作業(yè)等方面都具備了更高的安全性和可靠性。