客車鉸接系統技術邏輯安全

■文／Gabor Kokesch

作者介紹：Gabor Kokesch博士是歐洲著名的客車鉸接系統（Articulation Systems）設計專家，這篇文章是根據他在大學講課教案整理翻譯而成，他通過對世界各類客車鉸接系統的比較和分析，從技術邏輯性方面來論證鉸接系統的安全性，從專家的角度來看待產品的性質。

一、鉸接系統技術邏輯安全

在世界各地主要城市公交線路上，人們總會看到鉸接式客車在運行。鉸接式客車因為其投資少、運量大，可以有效地緩解高峰期時的交通壓力，投入運行的鉸接客車的種類和數量也在不斷地增加。同時也發現，近20年來運行在各個國家的鉸接客車綜合性能在加強，車輛密封性在提高，車廂噪音在下降，平均車速在上升，乘客舒適度在提升，這些都是普通乘客可以感覺到的。但是作為運營公司和專業人士，可能還需要更多的來關注鉸接系統在安全方面的改善，鉸接客車上最重要的部件——鉸接系統經過多年的發展，歸納起來有幾種不同的結構形式，不同的結構就會體現出不同的技術邏輯安全。

鉸接客車最大的風險就是鉸接系統的斷裂，最終導致鉸接客車的前車廂和后車廂分離。需說明的是，大部分鉸接系統都是專業公司生產的，憑借幾十年專業積累，在質量和安全性方面令人信服。

這里所講的技術邏輯安全，就是在產品結構上要有“邏輯安全（Logical Security）”的考量，避免鉸接系統在極端工況下造成突然的前后車廂分離的現象。要有足夠的時間讓車輛使用人員、維護人員發現問題，最終排除故障，保證乘客的安全，這是鉸接系統產品在結構優化、品質控制這些“物理安全（Physical Security）”之前的邏輯保障，也就是說：“物理安全是基礎，邏輯安全是前提”。

鉸接系統的鉸接盤部分，是連接前后車廂底盤部分的受力部件，其技術邏輯安全性決定鉸接客車的安全系數。從鉸接盤把前后車廂底盤連接起來的結構形式上可以分為三種：一種是前后車廂的連接為球頭銷式結構，這種結構出現在早期的鉸接客車上；第二種是前后車廂的連接為大直徑的轉盤軸承結構，通過轉盤軸承進行連接，并保證車輛的轉彎性能；第三種是前后車廂的連接為銷軸式結構，通過軸套進行連接，并保證車輛的轉彎等性能。下面以簡單的結構圖示來分析說明每種產品結構的技術邏輯安全。

如圖1所示，球頭銷式的前置鉸接客車，其鉸接系統產品特點就是通過一個球頭銷（圖1-8）把前后車廂牽引架連接起來，以實現前后車廂底盤部分的連接，這種結構類似于貨車的掛車連接形式。當在極端工況（極端路況和極端承載相疊加）或長時間疲勞極限使用的情況下，如果球頭銷發生斷裂，會出現前后車廂的分離狀況。為了彌補這種風險，一般這種鉸接機構都會額外增加一套保護措施，就是前、后車廂的牽引架再用安全索（鋼絲繩或錨鏈）（圖1-10）后備連接。這種結構的鉸接機構因為連接點少，在連接強度方面和抗扭轉能力方面較弱，只能通過增加安全索的辦法來保證技術邏輯安全。

由于低地板鉸接客車的普及推廣，對客車鉸接系統提出了輕薄結構的需求，因為結構空間所限，各個部件的結構緊湊，受力幾乎接近邊界極限，這樣對結構的電算、材料金相控制、品質的保障，都是挑戰。

圖2所示的轉盤軸承式結構的鉸接盤的連接部件通常由前架、后架、轉盤軸承、液壓阻尼裝置、高強度標準件等組成，其中前架（圖2-1）同轉盤軸承外圈是通過24個高強度螺栓（圖2-2）進行連接的，轉盤軸承內圈與后架也是通過另外24個高強度螺栓（圖2-3）進行連接的，轉盤軸承的內外圈間是滿滿的一圈鋼珠，既可以實現轉動，又可以保證內外圈進行連接。液壓阻尼缸通過連接件分別連接前架和后架的孔上，左右各一套液壓阻尼裝置。

從結構上分析轉盤軸承式產品的技術邏輯安全性，前提條件是鉸接盤上的零部件是安全的（專業公司要通過大型超聲探傷或X射線探傷，保證零部件零缺陷）。鉸接客車受到極端工況的影響或長時間的疲勞極限使用，可能出現的故障通常是連接螺栓松動，引起個別螺栓脫落或剪斷，不會突然螺栓全部一起失效，這樣車輛使用人員或車輛檢修人員就會發現并避免進一步加大故障，同樣前架、后架或轉盤軸承出現強度不好的情況時，也會從一個裂紋開始逐漸發展，不會突然出現兩處及以上的開裂處，這時鉸接盤也會發生異響等，車輛使用人員會及時發現，車輛檢修人員也會在例行的檢修時發現問題并處理，避免發生更大的故障。這種鉸接系統的特點就是通過大直徑的轉盤軸承使前后車廂多點連接，在技術邏輯上就保證鉸接系統是絕對安全可靠的。

隨著競爭的加劇，有的鉸接系統制造商為了迎合發展中國家的低價位市場，開發了所謂“緊湊型”的鉸接系統。為了降低成本，此種鉸接系統明顯的特征是設計上盡可能縮小尺寸，把許多鉸接系統部件方面的成本轉移至OEM廠家，但因為OEM廠商不是專業生產鉸接系統的廠家，一方面該系統零部件誤差較大，另一方面該系統剛性不足，最終鉸接系統一些運動部件磨損嚴重，使用壽命受到影響。更可怕的是，這種緊湊型的鉸接系統是采用銷軸式結構，不符合鉸接系統的技術邏輯安全。

由圖3可以看出，銷軸式鉸接系統的前架和后架是通過中間的上下銷軸（圖3-3、圖3-6）進行連接的，再通過銷軸的連接螺栓（圖3-2）進行鎖緊，這種結構有點類似于早期的球銷式結構，只不過是將球銷換成了軸套，前后車廂的連接是通過單點連接的。

具體分析銷軸式鉸接機構的技術邏輯安全，在極端工況下假如發生意外，連接前架和后架的上銷軸斷裂，前架和后架就會分開；或者銷軸的連接螺栓脫落，下銷軸也會脫落，上銷軸也會很快因為松動而損壞，最終導致鉸接客車前后車廂突然分離；另外該種鉸接盤結構前架只有一個連接點連接在前車廂，如果前架前部發生斷裂損壞時，前后車廂也會馬上分離。這兩種分離后果都是災難性的，嚴重時可能造成車上乘員及車外行人傷亡。

不管產品價格有多便宜，只要是不顧鉸接系統邏輯安全的產品，對于車輛的使用者和管理者，都潛藏著極大的安全隱患。

二、如何選用技術邏輯安全的鉸接系統

雖然以上介紹的三種結構的鉸接系統，在投放市場時都經過了充分的驗證，一般情況下是不會出現重大質量問題的，但因為使用者的環境不同、道路條件不同、客流量不同等，還是要有預防極端工況出現的風險意識，這就需要我們不僅要注重產品的質量、品牌，更要注重產品的技術邏輯安全，盡量選擇技術邏輯安全性高的產品。

在選擇技術邏輯安全性高的鉸接系統產品時，第一要看連接在前后車廂間的鉸接系統是單點連接還是多點連接的結構，多點連接的技術邏輯安全就較高；另外還要看看當一處多點或單點連接失效時，是不是還有額外的結構保證前后車廂不分離。

前面介紹的幾種鉸接系統結構中，老結構的前置球頭銷式鉸接的車輛因為舒適性差，車內美觀性差等原因已基本上沒有新的車輛生產，屬已淘汰的產品；銷軸式的鉸接系統因為OEM廠商工作量增大，成本增加，集成質量難以控制，系統剛性不足，加之技術邏輯安全嚴重不足，存在使用安全隱患，產量也逐年減少；轉盤軸承式的結構產品，是國際市場上的主流產品，在結構強度上最成熟可靠，在技術邏輯上最安全，也是現今市場保有量最大的產品，選擇這種鉸接系統產品是最佳的方案，不僅可以保證乘客的舒適性，還可以保證安全。

希望通過以上介紹，可以對鉸接系統的技術邏輯安全有一個簡單的了解，以便車輛使用者以及管理者選擇安全可靠的鉸接車輛。