JSQ 特種車輛駝峰溜放防控裝置的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)

崔聳巍 中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司科研所

1 研究背景

中國國家鐵路集團(tuán)有限公司《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》（普速鐵路部分）第296條“機(jī)車（調(diào)車機(jī)車除外）、鐵路救援起重機(jī)、客車、動(dòng)車組、大型養(yǎng)路機(jī)械、凹型車、落下孔車、鉗夾車及其他涂有禁止上駝峰標(biāo)記的車輛禁止通過駝峰……”

JSQ 特種車輛因?yàn)槠渥陨淼奶厥鈽?gòu)造，也被列入了禁止通過駝峰的類型之中。

2017 年起，中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司在全路率先展開了JSQ 特種車輛溜放試驗(yàn)研究。綜合運(yùn)用多種技術(shù)完成了對JSQ6 特種車輛的溜放試驗(yàn)，并逐步開始推廣應(yīng)用。監(jiān)測掌握溜放車輛的車底距鋼軌面距離動(dòng)態(tài)距離是實(shí)現(xiàn)安全溜放的重點(diǎn)之一。

1.1 安全溜放評判標(biāo)準(zhǔn)

通過測量計(jì)算得到的車輛底部與鋼軌軌頂面的距離，并且對試驗(yàn)車輛的輪對踏面磨耗的數(shù)值進(jìn)行修正，應(yīng)對最不利于通過駝峰的車輛狀態(tài)符合《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》（普速鐵路部分）第296 條規(guī)定的要求，當(dāng)車輛通過駝峰時(shí)，車輛與鋼軌以及地面設(shè)備沒有發(fā)生摩擦、碰撞現(xiàn)象。

1.2 JSQ 車輛溜放難點(diǎn)

1.2.1 溜放過程中車輛底部存在的問題

由于目前國內(nèi)允許通過駝峰進(jìn)行溜放作業(yè)的車型種類眾多，在此我們選取數(shù)量較多的C61 型敞車與JSQ 車型進(jìn)行對比（表 1）。

表1 JSQ6 車輛主要技術(shù)參數(shù)

由表1 可知由于JSQ 的定距和換長相對C61 車型數(shù)值較大，又因?yàn)镴SQ 車輛底部與鋼軌軌頂面190mm 的設(shè)計(jì)間距，其安全溜放著實(shí)存在不小的困難，通過變坡點(diǎn)區(qū)間時(shí)很有可能發(fā)生車輛底部和鋼軌抵觸。

在以往溜放實(shí)驗(yàn)時(shí)為了避免車輛通過變坡點(diǎn)區(qū)間發(fā)生抵觸，均提前采集駝峰縱斷面數(shù)據(jù)以及靜態(tài)條件下溜放車輛底部與軌頂面之間的距離。再運(yùn)用模擬仿真計(jì)算和現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析過駝峰時(shí)車輛運(yùn)行的安全性。為JSQ6 車輛安全駝峰溜放提供數(shù)據(jù)支持，當(dāng)預(yù)測結(jié)果不理想時(shí)還需進(jìn)行技術(shù)處理，從而有效防控風(fēng)險(xiǎn)。

1.2.2 JSQ 車輛限界的可能遇到安全問題

由于JSQ 車輛底部距離鋼軌的位置較低，因此除了要考慮車輛底部與本線鋼軌的距離，還應(yīng)該考慮車輛會(huì)不會(huì)侵限，鋼軌與鄰線鋼軌產(chǎn)生擦傷的問題。特別是在道岔附近，鄰線和本線兩邊股道的鋼軌有明顯的高差，容易出現(xiàn)此類情況，在實(shí)際的溜放過程中出現(xiàn)了該類問題（圖 1）。

圖1 車輛底部與鄰線鋼軌刮擦模擬圖

圖2 防控裝置外部結(jié)構(gòu)預(yù)覽圖

2 車底數(shù)據(jù)采集裝置的設(shè)計(jì)

在以往的溜放試驗(yàn)中，JSQ 系列車型由于各種因素的影響導(dǎo)致車底距鋼軌面的實(shí)際高度與設(shè)計(jì)值有明顯誤差，因此在溜放過程中掌握車列中JSQ 車型底面距離鋼軌高度十分重要。

2.1 在Solidworks 中創(chuàng)建模型

通過對實(shí)驗(yàn)過程中溜放車輛車底距鋼軌距離的動(dòng)態(tài)變化以及溜放現(xiàn)場環(huán)境的觀察。主體設(shè)計(jì)由采集設(shè)備固定裝置、底座連接件和數(shù)據(jù)采集盒組成。通過采集盒中的數(shù)據(jù)測量儀對即將溜放的JSQ 車輛車底高度進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量（圖2）。

2.2 采集設(shè)備固定裝置

考慮到現(xiàn)場安全，在保證鋼軌綜合性能良好，數(shù)據(jù)采集穩(wěn)定的前提下，我們采用如圖3 所示的結(jié)構(gòu)以避免對鋼軌的破壞。底座部分的鋼軌固定槽，需根據(jù)現(xiàn)場鋼軌型號(hào)進(jìn)行調(diào)整加工。同時(shí)，為了固定連接件，底座部分還需加工連接件固定槽，用以限制連接件的自由度。最后利用螺栓螺母將整個(gè)結(jié)構(gòu)固定在一起。出于對現(xiàn)場情況和制作成本的綜合考慮，固定底座的材料建議選擇鑄鐵。加工方式為線切割和銑削加工。

圖3 采集設(shè)備固定裝置

2.3 底座連接件（圖4）

圖4 底座連接件

底座連接件既與采集設(shè)備固定底座相連同樣也是采集設(shè)備結(jié)構(gòu)盒的一部分，底部開孔有利于采集數(shù)據(jù)盒進(jìn)水時(shí)快速將水排出同樣也有利于采集盒內(nèi)部空氣流通，為采集設(shè)備盒內(nèi)部的氣流防雨系統(tǒng)提供充足的空氣，避免潮濕損壞內(nèi)部電器設(shè)備。當(dāng)車列行駛過檢測區(qū)域附近會(huì)引起鋼軌一定范圍的振動(dòng)。因此連接部分的材料在考慮耐腐蝕、耐氧化的情況下還應(yīng)適當(dāng)增加厚度減少振動(dòng)。

2.4 采集設(shè)備盒（圖 5、圖 6）

采集設(shè)備盒中電磁鐵主要用來驅(qū)動(dòng)采集盒蓋的打開便于激光測距儀對車列底部進(jìn)行測量，當(dāng)車列接近時(shí)采集設(shè)備盒內(nèi)通電，氣流系統(tǒng)最先工作，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)扇葉產(chǎn)生的氣流，形成保護(hù)層，盡可能避免采集設(shè)備盒內(nèi)進(jìn)水。隨后電磁鐵驅(qū)動(dòng)盒蓋打開，數(shù)據(jù)測量儀開始工作。當(dāng)車列通過后電磁鐵斷電，采集設(shè)備盒蓋在彈簧的作用下自動(dòng)閉合，數(shù)據(jù)測量儀和氣流系統(tǒng)依次斷電停止工作，最大限度的避免進(jìn)水問題。盒蓋中安裝了橡膠刮片可以跟隨盒蓋的滑動(dòng)在每次的檢測前后對數(shù)據(jù)測量儀工作面進(jìn)行清潔，有效避免灰塵對測量結(jié)果的影響。

圖5 采集設(shè)備盒內(nèi)部

圖6 采集設(shè)備盒蓋

2.4.1 氣流防雨系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（圖7）

圖7 氣流防雨系統(tǒng)透視圖

氣流防雨水系統(tǒng)包括導(dǎo)流外殼、小型電機(jī)、電機(jī)扇葉以及電機(jī)固定塊組成。導(dǎo)流殼為整個(gè)系統(tǒng)的主體框架，既與采集設(shè)備盒相連接又為數(shù)據(jù)測量儀提供固定支撐。電機(jī)固定塊將小型電機(jī)固定在導(dǎo)流殼中為電機(jī)輸出氣流提供環(huán)境。由于導(dǎo)流殼自身結(jié)構(gòu)比較特殊，傳統(tǒng)加工工藝難以加工成型，且導(dǎo)流殼部分所受外力較小，因此導(dǎo)流殼部分建議選擇工程塑料為制作材料運(yùn)用3D 打印技術(shù)加工成型。

2.4.2 氣流防雨系統(tǒng)原理（圖8、圖9）

圖8 氣流系統(tǒng)45°視圖

圖9 氣流流向示意圖

連接件鏤空底部和盒蓋移動(dòng)產(chǎn)生的空間保證了采集盒內(nèi)空氣充分。有了充分的空氣電機(jī)帶動(dòng)風(fēng)葉便可以將采集盒內(nèi)空氣增壓，并通過導(dǎo)流殼排出從而達(dá)到增強(qiáng)氣流的目的。增強(qiáng)后持續(xù)不斷的氣流可以讓雨水甚至雪花改變運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)而形成防護(hù)屏障，從而達(dá)到有效防護(hù)的目的。

3 結(jié)束語

本文利用了Solidworks 軟件，建立了設(shè)備固定底座、底座連接件和采集設(shè)備盒三部分再結(jié)合現(xiàn)場溜放試驗(yàn)要點(diǎn)設(shè)計(jì)出車底數(shù)據(jù)采集裝置。為JSQ 特種車輛駝峰溜放防控裝置提供了一種結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的解決方案。