铁路机车车辆液压起复机具机械装置研究

张驰 王磊 王昊

摘要：随着铁路运输事业持续快速发展，各种各样的铁路事故也逐渐增加。列车脱轨事故是各类事故中出现频率较高或是最高的一类事故，脱轨救援常用方法有顶复法、拉复法和吊复法，其中顶复法在列车脱轨救援中应用较为广泛。液压起复机具是铁路机车车辆顶复救援的重要设备，文章介绍了液压起复机具的组成和工作原理，研究了液压起复机具机械装置，提出通过采用“凹”形导轨式横移梁避免横移小车横向移动滑脱危险，采用滚轮式滚动装置，实现横移小车横移过程中的纵向调整，提高作业效率和安全性，为安全、高效地实施铁路机车车辆救援提供参考。

关键词：机车车辆；液压起复机具；机械装置；设计

中图分类号：U298.6                            文献标志码：A

随着我国铁路运输事业的持续快速发展，新型机车车辆的型号和数量日益增多，各种各样的铁路事故也逐渐增加，其中列车脱轨事故在铁路事故中占比较大。列车脱轨是指机车车辆的车轮落下轨面或车轮轮缘顶部高于轨面而导致列车运行时离开钢轨的现象，而且列车脱轨不能完全避免。目前，铁路线路复轨方法常用的有顶复法、拉复法和吊复法。顶复法是将脱轨机车车辆（包含转向架）顶升至高于轨道平面后，再将车体横移至轨道正上方，最后使脱轨车体重新落至轨道表面，恢复正常运行。顶复法作业中使用液压起复机具进行顶复作业，液压起复机具通过顶升、横移、落位等动作完成复轨作业，具有復轨距离大、操作简便、设备易运输等特点，应用非常广泛，特别适用于隧道等空间狭小的环境。国内外围绕液压起复机具开展了丰富而广泛的研究，并取得了一定成果，但纵观各种复轨设备，仍存在费时、费力、安全性、可靠性、经济性等问题。文章从铁路机车车辆液压起复机具的结构和工作原理进行分析，重点研究液压起复机具机械装置的结构，旨在提高铁路机车车辆脱轨救援的安全性和复轨作业效率。

1液压起复机具的组成及工作原理

液压起复机具主要由机械装置和液压系统两大部分组成，具体如图1所示。机械装置是液压起复机具的主要支承部件，主要由横移梁、横移小车、垫梁等组成，横移小车放置在横移梁上，可以在横移梁上做横向移动，垫梁主要用于横移梁支承。液压系统是液压起复机具实施起升、横移作业的主要部件，由组成液压系统的液压泵、控制阀件、顶升油缸、横移油缸等组成，横移油缸安装于横移小车内部，带动横移小车在横移梁上做横向移动，顶升油缸放置于横移小车上，实现车体顶升作业，同时可以随横移小车在横移梁上做横向移动，带动车体复轨。

在机车车辆脱轨后，首先需要完成液压起复机具的现场组装：在轨道中间放置垫梁1（使用短横移梁时，还需要安装扣件梁配合使用），将横移梁2放置在轨道和垫梁1上方，横移小车8（含横移油缸9）放置在横移梁2上面，并将横移小车8上的防溜车装置对准防溜孔，防止横移小车8移动，使用销轴将横移油缸铰链与旋柄式卡座10相连，将顶升油缸7放置在横移小车8上，顶升油缸7上放置油缸镐帽6。完成组装后，操作控制阀组件4进行起复作业：操作控制顶升油缸的换向阀，使顶升油缸7伸出，顶起脱轨车体，当脱轨机车车辆轮缘高于轨面20 mm 时，停止顶升作业；操作控制横移油缸的换向阀，使横移油缸9活塞杆伸出，推动旋柄式卡座10向前移动，当旋柄式卡座10落入横移梁2上的方孔后，操作换向阀，使横移油缸9反向进油，拉动横移油缸缸体9及横移小车8向前移动，重复作业，直至脱轨车轮对正基本轨，完成横移作业；操作顶升油缸换向阀，使顶升油缸在车体自重作用下缓慢下降，完成落位作业。

2液压起复机具机械装置的设计及分析

液压起复机具机械装置主要是横移梁、横移小车、垫梁和扣件梁。横移梁也可称为横移导轨，是脱轨机车车辆在顶复作业中横向移动的重要部件，通常由高强度钢板、高强度铝合金等材料制造。横移梁须具有足够的宽度，以满足机车车辆横向移动，还需设置若干限定横移小车移动位置的孔洞并在横移作业倒替时作为横移千斤顶的定位支承点。横移小车是顶复作业中，车体横向移动的主要支撑和运动部件，横移小车通常和横移千斤顶组合在一起，横移千斤顶安装在横移小车内部，推动或拉动小车横向运动。横移小车须具有稳定、可靠的横向移动，通常会装有制动限位装置，小车不会自行滚动。顶复作业时，横移梁用于放置横移小车，是横移小车的移动轨道，横移小车带动车体移动是在横移梁上进行的。垫梁和扣件梁放置于轨道之间，用于横移梁的辅助支撑，因此横移梁、横移小车和垫梁是液压起复机具中必不可少的机械装置。

2.1“凹”形导轨式横移梁

目前所使用的液压起复机具中，横移小车通常直接安放在横移梁上方，通过防溜车装置（即销轴）限制横移小车和横移梁之间的横向相对位移，横移梁两侧并无限位结构，这种方式虽然使用操作方便，但存在横移小车从横移梁上方滑脱的安全隐患。为确保横移小车在横移梁上移动时不会发生纵向滑脱，设计采用更为可靠的“凹”形导轨式横移梁，避免因横移角度偏移过大而引起横移小车和横移梁滑脱的危险，如图2所示。“凹”形导轨式横移梁是在横移梁上方两侧沿导轨长度方向各设计一个凸台，使横移小车运动轨迹被限制在“凹”字形槽内，横移小车在导轨上运行时，两侧受到凸台的位置限制，能有效避免发生滑动脱落问题。

2.2横移小车

横移小车带动车体横向移动时，车辆一端移动轨迹为一段圆弧线，圆弧线的大小与车体长度、顶升点位置有关，如图3所示。车体越长，顶升点越靠近端部，圆弧半径越大。由图3可知在横移过程中顶升点的运动轨迹是以点 A （常为转向架中心销）为圆心的一段圆弧，因此产生的纵向偏移量为Δ h 。因偏移量Δ h 值相对较小，目前所使用的液压起复机具通常是将横移过程近似为直线来进行设计，但随着脱轨距离 L 的增大，偏移量Δ h 也会增大，对横移复位的影响也会更加明显，因此在设计中还应考虑纵向偏移量Δ h 对横移运动的影响。

根据几何关系可得偏移量Δ h 为：

Δh = R -                        （1）

式中，R—脱轨机车车辆旋转半径（一般取机车车辆定距，即转向架中心距）；

L—脱轨距离（依据轨道标准断面尺寸，最大复轨距离为500 mm）。

通过调查研究，文章以 HXD3电力机车、25T客车车辆、XN17A平车为例，分别进行偏移量Δh 的计算，见表1所列。计算中，L 取最大复轨距离500 mm，将不同型号机车车辆定距 R 分别代入偏移量Δh 的计算公式，分别得到三种不同车型偏移量Δh 的值。根据计算结果可以发现，偏移量Δh 最大的是XN17A平车，为13.9 mm，最小的是25T客车车辆，为6.9 mm 。虽然常用机车车辆的偏移量Δh 不大，但纵向偏移仍是存在的问题，即当横移小车带动车体在横移梁上做横向移动时并非直线运动而是圆弧运动，因此在进行横移小车设计时需考虑纵向偏移因素影响，为横移小车的运动偏移设计方案，在横移梁上留出偏移余量。

考虑到横移小车在横移过程中的纵向偏移影响，设计横移小车与横移梁两侧导轨有一定间隙，使其满足常用铁路机车车辆纵向偏移要求。横移小车滚轮设计为滚轮式滚动装置，滚轮与横移小车两侧面间留有一定间隙，以便横移小车在横移运动中进行纵向调整，如图4所示。滚轮式滚动装置由滚轮2和滚轮轴3组成，共4组，安装在横移小车内部放置横移油缸1的下方，滚轮轴3固定在横移小车两侧孔内，滚轮轴3上套有滚轮2。列车在进行横移作业时，滚轮2滚动带动横移小车在横移梁上做横向移动，由于滚轮2是套于滚轮轴3上的，且滚轮2与横移小车内壁间依据表1计算的偏移量Δh 值留出了相应间隙，因此，横移小车在横移梁上进行圆弧运动时，滚轮2会根据横移小车及车体偏移情况在横向运动中沿着滚轮轴3进行纵向运动，达到补偿横移小车因圆弧运动产生的纵向偏移距离，避免了横移小车和车体间发生纵向偏移的情况。考虑到车体较重，因此在横移小车内容设计了4组滚轮2和滚轮轴，以满足大多数车型的使用需求。

2.3垫梁与扣件梁

垫梁和扣件梁主要用于横移梁和横移小车的辅助支撑，在使用短横移梁时，横移梁无法架设于轨道上，因此需采用扣件梁支撑于短横移梁两端，扣件梁紧贴轨道放置于两相邻轨枕上，如图5（a）所示为使用长横移梁时垫梁和扣件梁的应用示意图，如图5（b）所示为使用短横移梁时垫梁和扣件梁的应用示意图。

3结束语

液压起复机具是铁路救援中的重要设备，其性能的优劣直接影响救援效率与安全性。在现有液压起复机具机械装置的基礎上，从提高液压起复机具的救援效率和使用安全性角度，对机械装置进行了设计及分析：通过采用“凹”形导轨式横移梁避免横移小车横向移动滑脱危险，提高作业安全性；分析横移时的纵向偏移量，采用滚轮式滚动装置，设计可在横移中进行纵向调整的横移小车，提高作业效率和安全性，对于提升我国铁路救援装备有着重要意义。

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