鐵路電力機車塞門的便攜式摘解及鎖閉工具的研究

李宏波、周子恩、郭敬洋、孫家正、劉博義

（中國鐵路北京局集團有限公司邯鄲機務段，河北邯鄲056000）

1 研究背景

近些年來，中國的鐵路運輸體系發生著諸多變化，已然成了縱橫交錯、東南西北全面覆蓋的巨大運輸網絡，同時中國現在正處于實現偉大復興的沖刺階段，交通強國、鐵路先行的方針是強有力的發展方向引導，是國家加速發展時期的一劑強心針。

2 研究意義

鐵路運輸看似完美，但其中存在著的安全隱患是非常多的，比如本課題研究的便攜式機車塞門關閉裝置就是為了解決貨物列車乘務員到達摘車時只能對側關閉機車折角塞門作業中存在的安全問題。

在列車到達后，機車與車輛的摘解環節包括了多種操作，同時司機與副司機、副司機顯示信號、司機操作機車、使機車前移、完成機車與車輛的摘解工作，即平常所說的“一關前，二關后，三摘風管，四提鉤”，而其中唯一存在操作難度的過程為機車折角塞門的關閉工作。

一般操作流程中，列車停車位置的右側為非正線時，副司機在摘車過程中可以進行繞行，去左側關閉機車的折角塞門，這種情況為一般操作流程，也為一般規定，目的是為了避免在左側關閉機車折角塞門時，由于副司機身高不夠或其他原因需要腳踩鋼軌才能夠到而帶來的危險問題，并且腳踩鋼軌在鐵路作業中是嚴厲禁止的。

但右側為正線時，在摘車過程中不可以在其一側進行任何作業，因為正線為客車和其他貨物列車直通線路，速度較高，在其一側作業危險極大。所以在左側為正線或無法在左側進行作業的情況中，就需要一種工具來輔助副司機在右側對機車的折角塞門進行關閉，而本文就為研究一種便攜可靠的機車折角塞門關閉輔助工具。同時根據摘車的具體流程，需要使工具也可以完成風管的摘解和防跳插銷的拉出工作。

3 理論基礎

3.1 機車折角塞門

折角塞門是鐵路機車與機車、機車與車輛、車輛與車輛之間空氣連通與切斷的控制閥，其手把提起后可進行90o旋轉，實現風路的開閉。

機車車輛列車管上的折角塞門，構造簡單，可靠性高，但存在著在開通狀態下不能自鎖的缺點，往往因此造成折角塞門關閉的事故。折角塞門安裝在車輛制動主管的兩端，它的用途是：開通或遮斷制動主管與制動軟管之間的空氣通路，以利于在列車中處理制動軟管或制動主管故障，保存或排出制動管壓力空氣[1]。

3.2 機車風管

3.2.1 摘管方法

正手摘管：先關閉兩風管折角塞門，使其手把同制動軟管垂直，而后將右腿伸入兩軌中間，并稍加屈膝，緊緊靠住兩制動軟管管接頭，右手用力向上提拉靠近自身一邊的制動軟管管接頭，使制動軟管頭部扭轉即可摘開[2]。

3.2.2 摘管時應注意的問題

(1)要重視摘管工作，嚴格按調車作業計劃的要求摘管。

(2)摘管中，為防止發生擠傷手或打傷腿的現象發生，必須按照摘管的要領進行。

(3)摘解帶風的制動軟管，應在兩制動軟管頭剛剛錯開時略停一下，待制動軟管的余風排除一些后再繼續往上提，以防制動軟管端部的連結器受風壓的沖力而打傷腿。

3.3 防跳銷

以HXD2B 型機車防跳銷為例，其組成包括了基座、活動拉環、復位彈簧、銷體幾部分。在機車和車輛的車鉤連掛好，并且試拉好后，副司機將防跳銷插入固定位置，由于內有彈簧，只要將卡點與卡槽位置對上，防跳銷就自動彈入固定位置。在摘車過程中，拉住活動拉環將防跳銷拉出后，再用卡點將其卡住，不再起防跳作用后，就可以進行摘車的其他操作了[3]。

4 創新設計

根據折角塞門、防跳銷和風管的基礎數據，設計出一種符合實際應用的便攜式機車折角塞門關閉工具，并在結構上加強設計，基于其拔防跳銷和摘解風管的功能，并用簡單的Pro/e 三維軟件進行建模(見圖1)。

圖1 便攜式機車折角塞門關閉裝置

此裝置分為兩桿，直徑20mm，長度400mm，左側桿下方有75mm 的標度，用于在連掛后測量車鉤中心線的距離，右側為不銹鋼彎制，桿下方的彎鉤為鉤起防折關塞門作用，側叉用于旋轉防折關塞門并置于關閉位。

5 理論驗證

5.1 材料選擇

不銹鋼管，具有較好的耐腐蝕性、成型性、相容性以及在相應溫度范圍內的強韌性等特點，所以在重工業、輕工業、生活用品行業以及建筑裝飾等行業中獲得較廣泛的應用。

5.1.1 不銹鋼管的性能

不銹鋼管在生產的過程中表面會形成一層氧化保護膜，這層防銹膜雖然很薄但是很強勁，如果有輕微的破壞，只要在空氣中就可以再次生產一層氧化膜達到保護作用。不銹鋼管的抗扭曲性很好，這主要是在于不銹鋼管的強度比較高，不容易扭曲。不銹鋼管的耐高溫、耐低溫性能很強。裝飾效果好，這也是由于不銹鋼管的塑性很好，表面比較光亮、拉絲后穩重素雅，可以制作不同的工藝品[4]。

5.1.2 小結

根據上面理論基礎，結合鐵路工作特性，選擇型號304 的不銹鋼無縫管作為制作原料，其在室外和潮濕環境都可以長時間使用，同時其耐腐蝕、耐酸性強。

5.2 壁厚確認

5.2.1 不銹鋼管的厚度測量方法

鋼管承受壓力壁厚計算公式：

鋼管承受壓力計算方法

（1）以知無縫鋼管外徑規格壁厚求能承受壓力計算方法（鋼管不同材質抗拉強度不同）

壓力=（壁厚×2×鋼管材質抗拉強度）/（外徑×系數）

（2）以知無縫管外徑和承受壓力求壁厚計算方法：

壁厚=（壓力×外徑×系數）/（2×鋼管材質抗拉強度）

（3）鋼管壓力系數表示方法：

壓力 P＜7MPa，系數 S=8，7＜鋼管壓力 P＜17.5MPa，系數S=6，壓力P＞17.5MPa，系數S=4。

5.2.2 小結

以本設計外壁直徑為20mm，壁厚為1mm 為計算基礎，目標壓力為P＞17.5 得到抗壓為：

所以要達到P＞17.5 的抗壓值，管壁厚度最少要

為1.65mm，根據現有生產標準，選擇2mm 厚鋼管。

5.3 重量確認

5.3.1 不銹鋼管的重量計算公式

不銹鋼管重量計算公式：

不銹鋼圓管：（外徑-厚度）×厚度×管長×0.02491，例6m 51 圓管0.9 實厚的理論重量是（51-0.9）×0.9×6×0.02491=6.74；

式中，外徑和壁厚單位是毫米（mm），管長單位是米（m），計算出來的重量單位是千克（kg）。

5.3.2 小結

根據以上公式得總量=（20-2）×2×0.8×0.02491=0.717408kg，右側下彎角若加厚制作，重量可以大約估為0.8kg，左邊0.35kg，右邊0.45kg。

6 成本分析和可行性分析

6.1 成本分析

根據網絡各鋼管生產公司報價，以上材料所需要的鋼管成本在40 元，加上鋼管彎鉤和側岔的制作人工成本，一個工具的成本在60 元左右，而若因為腳踩鋼軌或排障器管塞門導致的發牌成本的2000 元和100 元相比還是極其合適的。

6.2 可行性分析

便攜式機車塞門關閉裝置解決了貨物列車乘務員到達摘車時只能對側關閉機車折角塞門作業中存在的安全問題，同時工具簡單方便容易操作，適合自身條件不允許一側關閉塞門的師傅使用。

7 結語

該裝置的設計解決了列車停車位置的右側為正線，副司機在摘車過程中只能在左側關閉機車的折角塞門，但由于副司機身高不夠或其他原因需要腳踩鋼軌才能夠到而帶來的危險問題，實現了在右側為正線或無法在右側進行作業的情況中，副司機可以實現在左側對機車的折角塞門進行關閉，同時根據摘車的具體流程，在工具設計同時也完成了風管的摘解和防跳插銷的拉出，實現了設計簡單但功能強大的目標。