鐵路機車車輛液壓起復機具機械裝置研究

張馳 王磊 王昊

摘要：隨著鐵路運輸事業持續快速發展，各種各樣的鐵路事故也逐漸增加。列車脫軌事故是各類事故中出現頻率較高或是最高的一類事故，脫軌救援常用方法有頂復法、拉復法和吊復法，其中頂復法在列車脫軌救援中應用較為廣泛。液壓起復機具是鐵路機車車輛頂復救援的重要設備，文章介紹了液壓起復機具的組成和工作原理，研究了液壓起復機具機械裝置，提出通過采用“凹”形導軌式橫移梁避免橫移小車橫向移動滑脫危險，采用滾輪式滾動裝置，實現橫移小車橫移過程中的縱向調整，提高作業效率和安全性，為安全、高效地實施鐵路機車車輛救援提供參考。

關鍵詞：機車車輛；液壓起復機具；機械裝置；設計

中圖分類號：U298.6??????????????????????????? 文獻標志碼：A

隨著我國鐵路運輸事業的持續快速發展，新型機車車輛的型號和數量日益增多，各種各樣的鐵路事故也逐漸增加，其中列車脫軌事故在鐵路事故中占比較大。列車脫軌是指機車車輛的車輪落下軌面或車輪輪緣頂部高于軌面而導致列車運行時離開鋼軌的現象，而且列車脫軌不能完全避免。目前，鐵路線路復軌方法常用的有頂復法、拉復法和吊復法。頂復法是將脫軌機車車輛（包含轉向架）頂升至高于軌道平面后，再將車體橫移至軌道正上方，最后使脫軌車體重新落至軌道表面，恢復正常運行。頂復法作業中使用液壓起復機具進行頂復作業，液壓起復機具通過頂升、橫移、落位等動作完成復軌作業，具有復軌距離大、操作簡便、設備易運輸等特點，應用非常廣泛，特別適用于隧道等空間狹小的環境。國內外圍繞液壓起復機具開展了豐富而廣泛的研究，并取得了一定成果，但縱觀各種復軌設備，仍存在費時、費力、安全性、可靠性、經濟性等問題。文章從鐵路機車車輛液壓起復機具的結構和工作原理進行分析，重點研究液壓起復機具機械裝置的結構，旨在提高鐵路機車車輛脫軌救援的安全性和復軌作業效率。

1液壓起復機具的組成及工作原理

液壓起復機具主要由機械裝置和液壓系統兩大部分組成，具體如圖1所示。機械裝置是液壓起復機具的主要支承部件，主要由橫移梁、橫移小車、墊梁等組成，橫移小車放置在橫移梁上，可以在橫移梁上做橫向移動，墊梁主要用于橫移梁支承。液壓系統是液壓起復機具實施起升、橫移作業的主要部件，由組成液壓系統的液壓泵、控制閥件、頂升油缸、橫移油缸等組成，橫移油缸安裝于橫移小車內部，帶動橫移小車在橫移梁上做橫向移動，頂升油缸放置于橫移小車上，實現車體頂升作業，同時可以隨橫移小車在橫移梁上做橫向移動，帶動車體復軌。

在機車車輛脫軌后，首先需要完成液壓起復機具的現場組裝：在軌道中間放置墊梁1（使用短橫移梁時，還需要安裝扣件梁配合使用），將橫移梁2放置在軌道和墊梁1上方，橫移小車8（含橫移油缸9）放置在橫移梁2上面，并將橫移小車8上的防溜車裝置對準防溜孔，防止橫移小車8移動，使用銷軸將橫移油缸鉸鏈與旋柄式卡座10相連，將頂升油缸7放置在橫移小車8上，頂升油缸7上放置油缸鎬帽6。完成組裝后，操作控制閥組件4進行起復作業：操作控制頂升油缸的換向閥，使頂升油缸7伸出，頂起脫軌車體，當脫軌機車車輛輪緣高于軌面20 mm 時，停止頂升作業；操作控制橫移油缸的換向閥，使橫移油缸9活塞桿伸出，推動旋柄式卡座10向前移動，當旋柄式卡座10落入橫移梁2上的方孔后，操作換向閥，使橫移油缸9反向進油，拉動橫移油缸缸體9及橫移小車8向前移動，重復作業，直至脫軌車輪對正基本軌，完成橫移作業；操作頂升油缸換向閥，使頂升油缸在車體自重作用下緩慢下降，完成落位作業。

2液壓起復機具機械裝置的設計及分析

液壓起復機具機械裝置主要是橫移梁、橫移小車、墊梁和扣件梁。橫移梁也可稱為橫移導軌，是脫軌機車車輛在頂復作業中橫向移動的重要部件，通常由高強度鋼板、高強度鋁合金等材料制造。橫移梁須具有足夠的寬度，以滿足機車車輛橫向移動，還需設置若干限定橫移小車移動位置的孔洞并在橫移作業倒替時作為橫移千斤頂的定位支承點。橫移小車是頂復作業中，車體橫向移動的主要支撐和運動部件，橫移小車通常和橫移千斤頂組合在一起，橫移千斤頂安裝在橫移小車內部，推動或拉動小車橫向運動。橫移小車須具有穩定、可靠的橫向移動，通常會裝有制動限位裝置，小車不會自行滾動。頂復作業時，橫移梁用于放置橫移小車，是橫移小車的移動軌道，橫移小車帶動車體移動是在橫移梁上進行的。墊梁和扣件梁放置于軌道之間，用于橫移梁的輔助支撐，因此橫移梁、橫移小車和墊梁是液壓起復機具中必不可少的機械裝置。

2.1“凹”形導軌式橫移梁

目前所使用的液壓起復機具中，橫移小車通常直接安放在橫移梁上方，通過防溜車裝置（即銷軸）限制橫移小車和橫移梁之間的橫向相對位移，橫移梁兩側并無限位結構，這種方式雖然使用操作方便，但存在橫移小車從橫移梁上方滑脫的安全隱患。為確保橫移小車在橫移梁上移動時不會發生縱向滑脫，設計采用更為可靠的“凹”形導軌式橫移梁，避免因橫移角度偏移過大而引起橫移小車和橫移梁滑脫的危險，如圖2所示。“凹”形導軌式橫移梁是在橫移梁上方兩側沿導軌長度方向各設計一個凸臺，使橫移小車運動軌跡被限制在“凹”字形槽內，橫移小車在導軌上運行時，兩側受到凸臺的位置限制，能有效避免發生滑動脫落問題。

2.2橫移小車

橫移小車帶動車體橫向移動時，車輛一端移動軌跡為一段圓弧線，圓弧線的大小與車體長度、頂升點位置有關，如圖3所示。車體越長，頂升點越靠近端部，圓弧半徑越大。由圖3可知在橫移過程中頂升點的運動軌跡是以點 A （常為轉向架中心銷）為圓心的一段圓弧，因此產生的縱向偏移量為Δ h 。因偏移量Δ h 值相對較小，目前所使用的液壓起復機具通常是將橫移過程近似為直線來進行設計，但隨著脫軌距離 L 的增大，偏移量Δ h 也會增大，對橫移復位的影響也會更加明顯，因此在設計中還應考慮縱向偏移量Δ h 對橫移運動的影響。

根據幾何關系可得偏移量Δ h 為：

Δh = R -??????????????????????? （1）

式中，R—脫軌機車車輛旋轉半徑（一般取機車車輛定距，即轉向架中心距）；

L—脫軌距離（依據軌道標準斷面尺寸，最大復軌距離為500 mm）。

通過調查研究，文章以 HXD3電力機車、25T客車車輛、XN17A平車為例，分別進行偏移量Δh 的計算，見表1所列。計算中，L 取最大復軌距離500 mm，將不同型號機車車輛定距 R 分別代入偏移量Δh 的計算公式，分別得到三種不同車型偏移量Δh 的值。根據計算結果可以發現，偏移量Δh 最大的是XN17A平車，為13.9 mm，最小的是25T客車車輛，為6.9 mm 。雖然常用機車車輛的偏移量Δh 不大，但縱向偏移仍是存在的問題，即當橫移小車帶動車體在橫移梁上做橫向移動時并非直線運動而是圓弧運動，因此在進行橫移小車設計時需考慮縱向偏移因素影響，為橫移小車的運動偏移設計方案，在橫移梁上留出偏移余量。

考慮到橫移小車在橫移過程中的縱向偏移影響，設計橫移小車與橫移梁兩側導軌有一定間隙，使其滿足常用鐵路機車車輛縱向偏移要求。橫移小車滾輪設計為滾輪式滾動裝置，滾輪與橫移小車兩側面間留有一定間隙，以便橫移小車在橫移運動中進行縱向調整，如圖4所示。滾輪式滾動裝置由滾輪2和滾輪軸3組成，共4組，安裝在橫移小車內部放置橫移油缸1的下方，滾輪軸3固定在橫移小車兩側孔內，滾輪軸3上套有滾輪2。列車在進行橫移作業時，滾輪2滾動帶動橫移小車在橫移梁上做橫向移動，由于滾輪2是套于滾輪軸3上的，且滾輪2與橫移小車內壁間依據表1計算的偏移量Δh 值留出了相應間隙，因此，橫移小車在橫移梁上進行圓弧運動時，滾輪2會根據橫移小車及車體偏移情況在橫向運動中沿著滾輪軸3進行縱向運動，達到補償橫移小車因圓弧運動產生的縱向偏移距離，避免了橫移小車和車體間發生縱向偏移的情況。考慮到車體較重，因此在橫移小車內容設計了4組滾輪2和滾輪軸，以滿足大多數車型的使用需求。

2.3墊梁與扣件梁

墊梁和扣件梁主要用于橫移梁和橫移小車的輔助支撐，在使用短橫移梁時，橫移梁無法架設于軌道上，因此需采用扣件梁支撐于短橫移梁兩端，扣件梁緊貼軌道放置于兩相鄰軌枕上，如圖5（a）所示為使用長橫移梁時墊梁和扣件梁的應用示意圖，如圖5（b）所示為使用短橫移梁時墊梁和扣件梁的應用示意圖。

3結束語

液壓起復機具是鐵路救援中的重要設備，其性能的優劣直接影響救援效率與安全性。在現有液壓起復機具機械裝置的基礎上，從提高液壓起復機具的救援效率和使用安全性角度，對機械裝置進行了設計及分析：通過采用“凹”形導軌式橫移梁避免橫移小車橫向移動滑脫危險，提高作業安全性；分析橫移時的縱向偏移量，采用滾輪式滾動裝置，設計可在橫移中進行縱向調整的橫移小車，提高作業效率和安全性，對于提升我國鐵路救援裝備有著重要意義。

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