動車組平頂板安全裝置結構分析及優化設計

李占一 李鵬飛

(中車長春軌道客車股份有限公司工程研究中心，130062，長春//第一作者，工程師)

動車組平頂板位于一、二位端旅客通過臺上方，起到對車輛內部結構遮蓋和裝飾的作用。平頂板上方集成有內部照明、揚聲器、空調出風口等設備，部分平頂板上方還設有水箱、管路、風道、通風口等，需要定時檢修。這就要求動車組平頂板既能保證在車輛高速運行中固定牢固，無脫落風險，又能夠在必要時打開以供檢修。鑒于以上使用需求，作為檢查門形式(即能打開)的平頂板通常采用一側折頁一側鎖的結構，以實現開啟和關閉。但隨著車輛高速運行振動，平頂板易出現鎖舌旋轉、關閉不嚴等情況，存在松脫風險，危害旅客人身安全。因此，平頂板須設置安全裝置，以保證平頂板在列車高速運行過程中不會發生意外脫落傷及旅客。

1 平頂板常用安全裝置結構

目前，動車組平頂板常用安全裝置主要有兩種：一種為安全掛繩裝置，另一種為安全掛鉤裝置。

1.1 安全掛繩裝置

安全掛繩裝置由3部分組成：可開閉的安全鉤、不可開閉的安全鉤、帶有金屬箍的安全繩。其中，兩個安全鉤分別安裝在平頂板和平頂板骨架上，安全繩裝兩者連接。安全掛繩裝置在平頂板打開時的工作原理見圖1。

圖1 安全掛繩裝置工作示意圖

檢修人員如需要完全打開平頂板，則需打開平頂板背部可開閉的安全鉤，并將安全繩摘下。平頂板重新安裝時，需要手動將掛繩掛在頂板背部可開閉的安全鉤上，再鎖好。安全掛繩工作時平頂板下降約100 mm,平頂板安裝高度一般為2 050 mm或2 000 mm，因此，即使平頂板下降100 mm,也不會對下方人員造成傷害。平頂板在非正常打開時，通過安全掛繩拉拽，保證旅客安全。安全掛繩裝置在平頂板開啟和鎖閉過程中較為方便，且不占用平頂板上部空間，但易出現平頂板打開再關閉時，忘記掛接安全掛繩，或者掛接不牢靠的情況，存在安全隱患。

1.2 安全掛鉤裝置

安全掛鉤裝置分為安全掛鉤和掛鉤擋板兩部分。安全掛鉤安裝在平頂板上，掛鉤擋板安裝在平頂板骨架上。安全掛鉤裝置在平頂板打開時的工作原理見圖2。

a) 脫離

b) 咬合

檢修人員如需完全打開平頂板，則需推動安全掛鉤，使其脫離掛鉤擋板。平頂板重新安裝時，只需推動平頂板至原來位置，無需對安全掛鉤進行任何操作。平頂板在非正常打開時，安全掛鉤與擋板咬合不脫落，確保下方人員安全。這種形式的裝置原理簡單，實用性好，但缺點是安全掛鉤高度過高(整體高度約為95 mm)。由于平頂板上表面與上方空調下表面之間的高度一般約為70～90 mm，因此，在空調下方等較小空間內的平頂板無法使用這種安全掛鉤形式。

為兼顧車輛內部環境，一般將安全掛繩裝置和安全掛鉤裝置混合應用于整車平頂板的不同位置，但也導致平頂板安全裝置不能完全統一。

2 新型防松脫安全掛鎖裝置結構

為了解決現有安全掛繩裝置存在的安全繩漏裝、錯裝造成的松脫問題，以及現有安全掛鉤裝置存在的掛鉤高度不適于較小空間使用的技術問題，本文提出了一種新型的防松脫安全掛鎖裝置，以滿足所有位置的平頂板安裝需求。

新型平頂板防松脫安全掛鎖裝置包括新型防松脫安全掛鎖和掛鉤擋板。新型防松脫安全掛鎖(見圖3)是在原安全掛鉤基礎上改進研制的，它使用了長彈簧可伸縮功能，減小了原安全掛鉤的高度，保證了使用位置不受空間限制。通過可翻轉的安裝座實現平頂板解鎖功能，并增加了可拉伸的帶自鎖功能的鎖芯，使平頂板摘下時更加便捷。

圖3 新型防松脫安全掛鎖外形結構

新型防松脫安全掛鎖內部結構如圖4所示，包括安裝座、鎖體、下轉軸、壓簧、鎖芯、長彈簧和短彈簧，其中鎖芯包括鎖舌、銷軸、限位按鈕和上轉軸。新型防松脫安全掛鎖使用時，通過4個安裝孔和螺栓將安裝座與平頂板連接，提供4點約束界面，安裝座的下表面與平頂板的上表面處于同一平面。

1——安裝座； 2——鎖體； 3——下轉軸； 4——壓簧； 5——鎖舌； 6——銷軸； 7——限位按鈕； 8——上轉軸； 9——長彈簧； 10——短彈簧

圖4 新型防松脫安全掛鎖內部結構

當平頂板關閉時，新型安全掛鎖處于正常狀態，此時整體高度為68 mm，可以滿足所有位置的安裝需求。當平頂板處于開啟狀態時，新型安全掛鎖裝置處于拉伸狀態(見圖5)，此時掛鎖裝置所需要的整體高度由長彈簧的拉伸長度進行補償。

當平頂板處于開啟狀態時，鎖舌的掛鉤與平頂板上的掛鉤擋板咬合，在重力作用下，鎖舌利用彈簧可拉伸功能，通過滑道沿鎖體移動到最大行程位置，利用短彈簧將限位按鈕彈起，利用限位按鈕下部的兩個卡槽將掛鉤限制在最大行程位置，使平頂板開啟達到一個安全角度，便于在安全保護狀態下將平頂板打開；然后，向后推動鎖體，通過壓縮壓簧使鎖體與安裝座的相對角度增大，進而使掛鉤與掛鉤擋板分離，從而完全打開平頂板。

圖5 新型防松脫安全掛鎖拉伸狀態

當平頂板完全打開后，向后撥動限位按鈕使兩個卡槽脫離鎖體上方，鎖舌被長彈簧沿滑道向下拉向最低點。在平頂板關閉過程中，平頂板的掛鉤擋板與鎖舌相接觸，鎖舌沿滑道滑向鎖體的最低點。平頂板關閉后，新型安全掛鎖裝置處于正常狀態，此時鎖舌位于鎖體的最低點位置。

3 新型防松脫安全掛鎖裝置優點

新型平頂板防松脫安全掛鎖裝置安裝結構簡單，工作原理與常用安全掛鉤裝置大致相同，但其整體高度降低了30 mm左右，增加了可伸縮性能和掛鉤自鎖功能，使其安裝通用性更強。但因為可伸縮性和自鎖功能的增加，新型防松安全掛鉤的成本較高。

新型平頂板防松脫安全掛鎖裝置自研發完成后，已被成功應用于380系列動車組和復興號中國標準動車組等項目中，取代了原有的安全掛繩裝置，從而保證了動車組打開和關閉平頂板操作的一致性。

4 結語

本文主要分析了目前高速動車組端部通過臺區域平頂板安全裝置的結構、種類及優缺點，給出了新型安全掛鎖裝置的工作原理，對比分析了安全掛繩、安全掛鉤和新型防松脫安全掛鎖等裝置的差異。通過對比分析可看出，新型安全掛鎖裝置雖然成本較高，但其安裝空間、操作難易程度、對平頂板松脫的保障程度均是最好的，故可在后續動車組項目中積極推廣使用。