导轮式公铁两用车使用分析和加装改造

沈雲忠，徐强，邓子焱，廖建飞

（成都动车段，四川 成都 610051）

1 引言

1.1 现状

公铁两用车作为工程车或者牵引车在轨道交通行业优势应用广泛，且由于“高铁”红利，未来具有较大需求量以及行业前景。市面上国内外各厂家也提供了种类繁多的专用性和通用性公铁两用车，其中尤以导轮式胶轮驱动的公铁两用车应用最为广泛，在铁路行业，具有较高的市场占有率。虽然是相对比较成熟的产品，但这类公铁两用车在现场应用中仍然存在诸多问题，特别是脱轨、倾覆的情况时有发生，这些事故都极大可能影响作业生产，甚至造成人员伤亡，为企业带来或大或小的损失。本文将以铁路行业应用最广泛的大连铁丰联合技术有限公司生产的RTT-2500型公铁两用车为研究对象，以其用于列车调车作业为应用背景。根据应用时的实际情况，分析其脱轨、倾覆产生的原因和产品的设计缺陷，为同类型产品提出合理化使用建议和加改方向，以期达到安全生产的目的。

1.2 RTT-2500型公铁两用车介绍

RTT-2500型公铁两用车以牵引模式划分为导轮式公铁两用车，其拥有一套传动装置和两套走形部即驱动轮和导向轮，导向轮只在轨道上运行时放下，主要起到导向作用，有时也会起到一定的承载作用。驱动轮为橡胶材质车轮，两轴四轮。从用途上来说，主要用于调车、牵引。车钩为手动可调式车钩适配器加装相应过渡车钩，以橡胶块为缓冲装置。表1为其它相关参数，图1为RTT-2500型公铁两用车。

图1 踏面外型磨损严重

图2 RTT-2500型公铁两用车导向轮

2 脱轨、倾覆的隐患来源分析及应对方案

2.1 脱轨、倾覆的隐患来源——导向轮

导向轮是公铁两用车在钢轨上运行的“方向盘”，导向轮是否正常发挥作用和车辆是否脱轨直接相关。

（1）踏面状态。导向轮踏面磨损严重未定期检查更换或修型（图2）。由于公铁两用车导向轮不同于传统刚性车轮，传统刚性轮对在发生横向偏移时可以产生纵向蠕滑力和蠕滑力矩，从而实现自动对中;而独立轮对由于两车轮解耦，不存在蠕滑力，不能够产生自动对中，只能依靠左右车轮的接触角差产生的重力复原力和轮缘导向，所以踏面外形的完整对车辆的安全性、曲线通过性、运行稳定性具有决定性的作用。

应对方法：定期检查及时更换新的、符合标准的导向轮或对不符合规定的导向轮踏面进行修型。同时，在踏面的选择上优先考虑UIC S1002 型踏面，尽量避免采用锥形踏面。

图3 硬接触拆分横梁式导向轮

（2）导向轮横梁。RTT-2500导向轮为硬接触横梁式（图3），缺乏相应的悬架结构，左右导向轮中心线始终等高。

式中，Q为导向轮受到的横向力，P为导向轮受到的垂向力，α为轮缘角，μ为轮缘和钢轨侧面的摩擦系数。

显而易见，当导向轮磨损不一致或行驶过程中由于钢轨的不平以及钢轨弯道的超高设计，使得一侧导向轮悬空丧失导向作用，导向轮的垂向力为0，脱轨系数趋于无穷大，而行业允许的最高值为1．2。与此同时这也改变了车辆轴荷分配，破坏了车辆的稳定性，为公铁两用车的脱轨、倾覆埋下伏笔。

应对方法：拆分横梁（图4），用单独的液压缸提供压力，这样既解决了导向轮悬空的问题，同时也保证了轴力分配相当不破坏车辆整体的平稳性。

2.2 脱轨、倾覆的隐患——危险动作

RTT-2500型公铁两用车在使用中出现“点头”“跳跃”的危险动作。其中“点头”动作指当公铁两用车联挂列车，启动或制动时前后轮单轮离开轨面。而“跳跃”动作指当公铁两用车制动滑行时，前后两橡胶轮同时短暂离开轨面，这些危险动作给公铁两用车的安全生产埋下了极大隐患。

（1）“点头”动作原因分析。“点头”动作时常发生在牵引开始和停车结束时刻。为了便于研究和解释的便利将公铁两用车整体以及后部牵引列车视为刚体，中间由可调式车钩适配器加装过渡车钩链接，但是，在现场应用中，由于升降式螺杆的配合间隙，以及过渡车钩与适配器为销链接的原因，导致这两个刚体的连接类似于绳连接体。现在将公铁两用车作为主要研究对象，由于车体的重量主要由橡胶轮承受，研究时，不考虑导向轮的承载作用，同时，假设车辆在平直的钢轨上牵引。在公铁两用车滑行制动完毕的最后阶段，由于绳连接体的原因，后部列车此时还会向前运动一小段距离，直至车钩顶到。此时，公铁两用车的受力情况如图4。

图4 公铁两用车的受力情况

G为重心点，N1为前轮所受到的钢轨支撑力，N2为后轮所受的钢轨支撑力f1为前轮制动产生的摩擦力，f2后轮制动产生的摩擦力，l1、l2分别为前后轮受力的力臂，h重心的高度，F为后部列车通过车钩传递来的冲击力。

此时，对G的旋转力矩有：

式中，ω为F对公铁两用车产生的力矩，由于不确定车钩和重心高度的关系不确定正负，μ为橡胶轮和钢轨的摩擦系数。

公铁两用车发生“点头”现象，即旋转力矩平衡被打破N2=0也就是，由此可见，重心越靠后、越低，摩擦系数越小越不易出现点头现象，而在现实应用中，公铁两用车滑行的最后阶段，滑动摩擦变成静摩擦μ变大，冲击力F施加力变大ω变大，再加上如果F的受力点高于G，此时，“点头”动作就极易发生

应对方法：提高可调式车钩适配器的装配精度，或使用新型车钩，保证链接的刚度。

（2）“跳跃”动作原因分析。“跳跃”一般发生在公铁两用车制动开始到停止阶段。“跳跃”动作发生时的受力和“点头”动作的受力类似，此时，“点头”动作已经完成，即N2=0，f2=0制动全靠由前轮摩擦力由于惯性的作用，公铁两用车向前加速窜动后轮落下，而此时，波的传递加上橡胶轮具有弹性，也会使前轮离开轨面，即发生“跳跃”动作。