地鐵運營中公鐵兩用牽引車運行安全系統

富 銳， 潘文海， 管 鑫， 王 喆

（1.中機生產力促進中心有限公司， 北京 100044； 2.廣州地鐵交通發展有限公司， 廣東 廣州 510000）

0 引言

公鐵兩用牽引車具備在公路、 鐵路兩種運輸環境下良好行駛的能力。在地鐵維修基地中的無動力鐵軌段，用于對地鐵車輛的牽引作業，牽引至相應工作位置，進行維修作業。作為地鐵車輛基地數控不落輪車床的配套設備，公鐵兩用牽引車的主要功能是進行待修列車的調車牽引和對位操作，可以快速移動到不同地點，適應不同的作業需求，提高維修工作的作業效率和安全性。

董浩等[1]深入研究公鐵兩用車連掛沖擊下的縱向載荷傳遞規律，為提高運輸安全性提供了關鍵信息。田葆栓等[2]研究公鐵兩用貨車的運用發展與關鍵技術，強調其可持續發展和社會價值。陳新華等[3]針對踏面對獨立輪對公鐵兩用車動力學性能的影響進行了深入分析， 提供了改善動力學性能的技術方案。張仕林等[4]深入剖析了連掛狀態下的縱向載荷傳遞機制。 這些研究為公鐵車領域的發展提供了重要的指導和啟示， 從多個角度揭示了公鐵車的技術特點、應用前景和挑戰。 這些論文的緊密聯系構建了一個完整的研究框架， 為公鐵車的綜合發展提供了寶貴的思路和支持。

在公鐵兩用車牽引電客車至不落輪鏇床進行維修作業過程中，可能會存在脫軌風險。 為降低這些脫軌風險，建立有效的公鐵車安全系統至關重要。 公鐵車安全系統的建立不僅能夠降低脫軌風險， 還可以有效保障作業人員的安全，減少設備損壞，確保作業進度。 這對于公鐵車運營的安全和可靠性， 以及維護人員的安全健康具有重要意義。

1 安全系統

公鐵兩用車運行安全系統的構建應是一個多層次、多方面的系統工程，旨在最大程度地減少事故風險，確保公鐵兩用車在道路和鐵路上的安全運行。 通過導向輪輪廓優化，增加柔性保壓裝置，顯著改善公鐵兩用車安全性能。 同時，通過脫軌監控裝置、視頻監控裝置防范環境中的安全隱患，進行遠程監控與控制，構建公鐵兩用牽引車運行安全系統。 安全系統的建立對于保障人員和設備的安全，提高作業流程的整體安全性具有重要意義。

2 導向輪輪廓優化

導向輪轉換裝置是公鐵兩用牽引車的核心組件，其結構如圖1 所示。 在公路模式下，導向輪升起，僅驅動輪與路面接觸。 在鐵路模式下，導向輪降下落軌，對車輛左右轉向進行限位。通過液壓系統伸縮油缸，能夠控制導向輪軸升降， 將車輛駕駛模式在公路模式與鐵路模式之間進行切換。

圖1 導向輪結構

在鐵路模式下的牽引作業中， 公鐵兩用車需要牽引電客車前往不落輪鏇床的修理位置。 這一過程涉及從外軌道轉入車床內軌道， 然后再從車床內軌道轉回外軌道， 同時需要導向輪的再入。 如圖2 所示，方框兩處分別為從外軌到內軌的轉換位置， 以及從內軌到外軌的轉換位置。 如果導向輪外形不適合于軌道作業條件，將導致車輛軌道再入狀態不良，存在脫軌風險。

圖2 不落輪鏇床內外軌道轉換位置

通過對導向輪輪廓進行優化，其結構如圖3 中所示， 由踏面、外軌貼合輪廓及內軌貼合輪廓組成。 在未受力狀態下，導向輪輪廓與鐵軌之間的嚙合狀態如圖4（a）所示，呈現出穩定的狀態。 然而，在車輛方向傾斜時，如果導向輪出現脫軌趨勢，其受力狀態將發生變化，如圖4（b）所示。 導向輪在此情況下受到相對較小的垂向分力和較大的橫向分力， 而這種橫向分力則能夠自動地對車輛方向進行調整。 此設計使得導向輪能夠在脫軌趨勢發生時自動對車輛進行穩定校正，從而減少脫軌風險。

圖3 導向輪輪廓曲線

圖4 導向輪輪廓嚙合狀態

此外，導向輪輪廓的最大位置圓弧的設計也是關鍵因素之一。 這樣的設計有利于在圖2 中的軌道轉換位置進行軌道再入，從而避免導向輪輪廓處與軌道面發生接觸無法進行車身方向的穩定校正， 進而防止了潛在的脫軌風險。

3 柔性保壓裝置

公鐵兩用車在鐵路模式下，導向輪與行駛輪同時與軌道接觸，共有8 個輪子。所有這些輪子都采用剛性結構，面對軌道的不平順，車輛可能出現輪子懸空的情況，導致行駛動力中心不斷變化，進而對車輛的行進穩定性造成不利影響。為了克服這一問題，采用了柔性保壓結構，通過在導向輪軸與導向油缸之間加入懸掛結構，如圖5 所示。

圖5 柔性保壓結構

柔性保壓結構具有3～5mm 的變形要求，這使得它能夠適應軌道的前后起伏， 確保在不平順的軌道上保持足夠的輪軌下壓力。通過柔性保壓結構，導向輪和行駛輪能夠在軌道表面保持平穩的接觸，適應軌道的起伏，穩定車輛的行駛動力中心， 確保車輛在鐵路模式下的穩定性和平穩性，從而防止輪子懸空和不穩定的情況發生。在不同軌道條件下能夠保持穩定的行駛狀態， 提高了公鐵車軌道環境的適應性。

采用柔性保壓結構可以有效改善公鐵兩用車在鐵路模式下可能出現的安全風險有助于確保車輛與軌道之間的穩定接觸， 為公鐵兩用車在鐵路模式下的安全行駛提供了支持。

4 脫軌監控裝置

脫軌檢測裝置采用電感式接近開關， 其結構如圖6所示，技術參數如表1 所示，其精度在7mm 以內。 工作原理是根據傳感器的對軌面有效測距A（0～60mm）進行安裝，其定位安裝距離為A-15mm。 導向輪從踏面到輪緣直徑的最大距離為30mm。

表1 電感式傳感器技術參數

圖6 電感式傳感器

當導向輪產生脫軌傾向時，傳感器將隨著導向輪的抬升而抬升。在抬升高度達到15mm 后，傳感器超過其測量范圍。 此時，導向輪尚未完全脫離軌道，車輛的整體作業流程仍處于安全狀態。系統會發送制動信號到整車控制器，切斷動力并進行剎車制動，同時發出警報聲音，以防止進一步的脫軌發生。 作業人員根據警報提示，可以及時檢查并排除故障。

在具體實施中， 電感式傳感器被安裝在圖7 中所示的位置，共有四處，分別置于每個導向輪前方。 這樣的設計確保了在車輛作業過程中， 可以全方位地監測導向輪的狀態，從而提高行車作業的安全性。

圖7 脈沖傳感器安裝位置

脫軌檢測裝置的設計有助于提高公鐵兩用車在鐵路模式下的安全性能，避免脫軌事故的發生。

5 視頻監控系統

視頻監控系統的實時分屏視角設計如圖8 所示，上方屏幕呈現車輛行進中的前后視角， 下方屏幕則展示車輛右側的兩個導向輪與鐵軌貼合狀態的觀測視角。 這種設計旨在為駕駛人員提供全方位的視覺信息， 幫助他們在公鐵車轉換為鐵路模式時更加準確地完成車輪對位作業，確保導向輪準確進入軌道，從而防止脫軌風險。

在車輛處于鐵路模式下行駛時， 視頻系統也能夠協助駕駛人員監控車體行進情況。 這種監控有助于確保導向輪在軌道運轉時的定位情況，減少脫軌風險。 另外，視頻系統還能用于觀察車體行進過程中其他作業人員的位置，確保作業過程的安全性。

視頻監控系統的運用有助于提高公鐵兩用車在鐵路模式下的作業安全性， 確保車輛能夠平穩進入軌道并保持穩定安全的行駛狀態，最大程度地降低脫軌風險。

6 結束語

本文系統地探討了關于公鐵兩用車安全系統的關鍵技術，為公鐵兩用車的安全運行提供了有力保障，使得公鐵兩用車在行駛、 轉軌以及牽引作業等方面都具備了更高的安全性和可靠性。