導輪式公鐵兩用車使用分析和加裝改造

沈雲忠，徐強，鄧子焱，廖建飛

（成都動車段，四川 成都 610051）

1 引言

1.1 現狀

公鐵兩用車作為工程車或者牽引車在軌道交通行業優勢應用廣泛，且由于“高鐵”紅利，未來具有較大需求量以及行業前景。市面上國內外各廠家也提供了種類繁多的專用性和通用性公鐵兩用車，其中尤以導輪式膠輪驅動的公鐵兩用車應用最為廣泛，在鐵路行業，具有較高的市場占有率。雖然是相對比較成熟的產品，但這類公鐵兩用車在現場應用中仍然存在諸多問題，特別是脫軌、傾覆的情況時有發生，這些事故都極大可能影響作業生產，甚至造成人員傷亡，為企業帶來或大或小的損失。本文將以鐵路行業應用最廣泛的大連鐵豐聯合技術有限公司生產的RTT-2500型公鐵兩用車為研究對象，以其用于列車調車作業為應用背景。根據應用時的實際情況，分析其脫軌、傾覆產生的原因和產品的設計缺陷，為同類型產品提出合理化使用建議和加改方向，以期達到安全生產的目的。

1.2 RTT-2500型公鐵兩用車介紹

RTT-2500型公鐵兩用車以牽引模式劃分為導輪式公鐵兩用車，其擁有一套傳動裝置和兩套走形部即驅動輪和導向輪，導向輪只在軌道上運行時放下，主要起到導向作用，有時也會起到一定的承載作用。驅動輪為橡膠材質車輪，兩軸四輪。從用途上來說，主要用于調車、牽引。車鉤為手動可調式車鉤適配器加裝相應過渡車鉤，以橡膠塊為緩沖裝置。表1為其它相關參數，圖1為RTT-2500型公鐵兩用車。

圖1 踏面外型磨損嚴重

圖2 RTT-2500型公鐵兩用車導向輪

2 脫軌、傾覆的隱患來源分析及應對方案

2.1 脫軌、傾覆的隱患來源——導向輪

導向輪是公鐵兩用車在鋼軌上運行的“方向盤”，導向輪是否正常發揮作用和車輛是否脫軌直接相關。

（1）踏面狀態。導向輪踏面磨損嚴重未定期檢查更換或修型（圖2）。由于公鐵兩用車導向輪不同于傳統剛性車輪，傳統剛性輪對在發生橫向偏移時可以產生縱向蠕滑力和蠕滑力矩，從而實現自動對中;而獨立輪對由于兩車輪解耦，不存在蠕滑力，不能夠產生自動對中，只能依靠左右車輪的接觸角差產生的重力復原力和輪緣導向，所以踏面外形的完整對車輛的安全性、曲線通過性、運行穩定性具有決定性的作用。

應對方法：定期檢查及時更換新的、符合標準的導向輪或對不符合規定的導向輪踏面進行修型。同時，在踏面的選擇上優先考慮UIC S1002 型踏面，盡量避免采用錐形踏面。

圖3 硬接觸拆分橫梁式導向輪

（2）導向輪橫梁。RTT-2500導向輪為硬接觸橫梁式（圖3），缺乏相應的懸架結構，左右導向輪中心線始終等高。

式中，Q為導向輪受到的橫向力，P為導向輪受到的垂向力，α為輪緣角，μ為輪緣和鋼軌側面的摩擦系數。

顯而易見，當導向輪磨損不一致或行駛過程中由于鋼軌的不平以及鋼軌彎道的超高設計，使得一側導向輪懸空喪失導向作用，導向輪的垂向力為0，脫軌系數趨于無窮大，而行業允許的最高值為1．2。與此同時這也改變了車輛軸荷分配，破壞了車輛的穩定性，為公鐵兩用車的脫軌、傾覆埋下伏筆。

應對方法：拆分橫梁（圖4），用單獨的液壓缸提供壓力，這樣既解決了導向輪懸空的問題，同時也保證了軸力分配相當不破壞車輛整體的平穩性。

2.2 脫軌、傾覆的隱患——危險動作

RTT-2500型公鐵兩用車在使用中出現“點頭”“跳躍”的危險動作。其中“點頭”動作指當公鐵兩用車聯掛列車，啟動或制動時前后輪單輪離開軌面。而“跳躍”動作指當公鐵兩用車制動滑行時，前后兩橡膠輪同時短暫離開軌面，這些危險動作給公鐵兩用車的安全生產埋下了極大隱患。

（1）“點頭”動作原因分析。“點頭”動作時常發生在牽引開始和停車結束時刻。為了便于研究和解釋的便利將公鐵兩用車整體以及后部牽引列車視為剛體，中間由可調式車鉤適配器加裝過渡車鉤鏈接，但是，在現場應用中，由于升降式螺桿的配合間隙，以及過渡車鉤與適配器為銷鏈接的原因，導致這兩個剛體的連接類似于繩連接體。現在將公鐵兩用車作為主要研究對象，由于車體的重量主要由橡膠輪承受，研究時，不考慮導向輪的承載作用，同時，假設車輛在平直的鋼軌上牽引。在公鐵兩用車滑行制動完畢的最后階段，由于繩連接體的原因，后部列車此時還會向前運動一小段距離，直至車鉤頂到。此時，公鐵兩用車的受力情況如圖4。

圖4 公鐵兩用車的受力情況

G為重心點，N1為前輪所受到的鋼軌支撐力，N2為后輪所受的鋼軌支撐力f1為前輪制動產生的摩擦力，f2后輪制動產生的摩擦力，l1、l2分別為前后輪受力的力臂，h重心的高度，F為后部列車通過車鉤傳遞來的沖擊力。

此時，對G的旋轉力矩有：

式中，ω為F對公鐵兩用車產生的力矩，由于不確定車鉤和重心高度的關系不確定正負，μ為橡膠輪和鋼軌的摩擦系數。

公鐵兩用車發生“點頭”現象，即旋轉力矩平衡被打破N2=0也就是，由此可見，重心越靠后、越低，摩擦系數越小越不易出現點頭現象，而在現實應用中，公鐵兩用車滑行的最后階段，滑動摩擦變成靜摩擦μ變大，沖擊力F施加力變大ω變大，再加上如果F的受力點高于G，此時，“點頭”動作就極易發生

應對方法：提高可調式車鉤適配器的裝配精度，或使用新型車鉤，保證鏈接的剛度。

（2）“跳躍”動作原因分析?！疤S”一般發生在公鐵兩用車制動開始到停止階段。“跳躍”動作發生時的受力和“點頭”動作的受力類似，此時，“點頭”動作已經完成，即N2=0，f2=0制動全靠由前輪摩擦力由于慣性的作用，公鐵兩用車向前加速竄動后輪落下，而此時，波的傳遞加上橡膠輪具有彈性，也會使前輪離開軌面，即發生“跳躍”動作。