鐵路大型養路機械脫軌起復裝置研制

蔡文濤

（中國鐵建高新裝備股份有限公司，云南 昆明650215）

0 引言

大型養路機械施工運行時，線路幾何尺寸超差、惡劣的作業環境等因素均可能造成大型養路機械脫軌。隨著大型養路機械運用的發展，為確保大型養路機械行車安全，實際作業運行中均會配置一套液壓復軌器作為隨車工具，但傳統的液壓復軌器配件多、體積大，占用司機室空間；且結構復雜、組裝慢，要求操作人員必須有良好的身體素質和配合協調能力，施救過程耗費大量的時間。延緩線路的正常開通，將會對運輸生產造成巨大經濟損失[1]。因此，急需一種高效、安全的復軌救援設備裝配大型養路機械。

圖1 脫軌起復裝置主要組成示意

圖2 脫軌起復裝置布置示意

1 脫軌起復裝置研制

1.1 脫軌起復裝置簡介

大型養路機械脫軌時，必須盡快移開或移正故障車輛，恢復線路通車。傳統的液壓起復裝置結構復雜，使用時需要現場組裝，耗費大量施救時間，而且占用司機室空間。研制的脫軌起復裝置直接集成在大型養路機械車架上，無須組裝。另外，作業時由大型養路機械的發動機或輔助發電機直接提供動力，無須其他救援車輛配合。

脫軌起復裝置由支腿油缸、橫移油缸、導軌裝置、固定裝置、液壓系統和電氣控制系統等組成[2]。圖1為1套脫軌起復裝置主要組成示意。

如圖2所示，一個大型養路機械配置4套脫軌起復裝置，2套在車架前段，2套在車架后端。進行起復救援時，使用脫軌一端的2套起復裝置進行救援作業。

1.2 脫軌起復裝置的工作原理

1.2.1 原理介紹和作業流程圖

脫軌起復裝置主要依靠支腿油缸將脫軌側頂起，通過橫移油動作使脫軌側車體向鋼軌中心方向移動，從而實現脫軌側的復位。脫軌起復裝置采用液壓驅動，其動力由大型養路機械的發動機或輔助發電機驅動泵站提供動力。

脫軌起復裝置的作業流程如圖3所示。

1.2.2 控制方式

通過遙控器控制脫軌起復裝置支腿油缸和橫移油缸的電磁閥，從而實現油缸動作。車架兩側各布置2套脫軌起復裝置，每套起復裝置的橫移油缸和支腿油缸均可以獨立控制，以適應車輛脫軌時的現場情況，如脫軌后支腿油缸剛好在鋼軌正上方不易放下、支腿油缸放下沒有合適的頂撐位置等。遇到此類情況，可以對頂撐位置不合適的一套脫軌起復裝置先進行位置調整，再進行頂撐。

1.2.3 結構優化

現有安裝在大型養路機械車架上的復軌裝置的液壓支腿都是直立式的，支腿下端距鋼軌面很近，存在車輛脫軌時，液壓支腿與鋼軌或軌枕碰撞的可能。若發生該種情況，起復裝置很可能損壞，無法進行正常的起復作業；甚至會對線路造成破壞，引發更長時間的線路關閉，造成更大的經濟損失。為避免此類情況發生，設計的脫軌起復裝置在非作業狀態時，通過插銷或螺栓連接的方式將液壓支腿水平或向上收起、固定，大大增加了液壓支腿距鋼軌面的距離，消除了車輛脫軌時液壓支腿碰撞鋼軌或軌枕的隱患。

現有的起復裝置的液壓支腿油缸頂升一端均為固定的平面結構，起復作業時需要將液壓支腿的支撐面整理平整，否則整個頂升過程有可能出現支撐面不穩的安全隱患。為縮短脫軌起復救援時間，設計的脫軌起復裝置的支腿油缸前端采用球形關節結構，使得液壓支腿的支撐面允許一定角度水平偏差，能更好地適應接觸面的平整度，減少起復準備時間，確保頂升過程穩定、可靠。

圖3 脫軌起復裝置作業流程圖

1.3 計算分析

1.3.1 液壓支腿油缸的受力計算

通過對大型養路機械進行質量分布計算，確定整車重心坐標。起復救援作業時，以轉向架心盤為圓心，脫軌一側2個支腿油缸提供支撐力，使脫軌一側升高超越軌平面，簡化力學模型如圖4所示。

圖4 起復救援時的力學模型示意

計算可得2個支腿油缸需要提供的起復力:

分別求出兩側起復需要用到的起復力，選最大值F大乘以安全系數σ，得到支腿油缸需要滿足的：F頂升力=σF大，從而確定支腿油缸的規格參數。

1.3.2 橫移油缸的受力計算

橫移油缸需要克服是摩擦力，通過摩擦力計算公式F橫移=f摩擦力=μF頂升力，即可推算出橫移油缸的規格參數。

1.3.3 有限元分析計算

為了確保脫軌起復裝置在行車和救援作業過程中安全可靠，對脫軌起復裝置的固定支架和頂車部位進行了結構強度的有限元分析，分析結果如圖5和圖6所示，脫軌起復裝置和車架結構強度滿足要求。

圖5 脫軌起復裝置固定支架有限元分析

圖6 脫軌起復裝置作業時車架受力分析

1.4 應用實例

圖7 起復救援作業示意

研制的脫軌起復裝置已配置于中國鐵建高新裝備股份有限公司生產的DC-16（KOR）搗固車上，其起復救援作業如圖7所示。整個起復救援試驗過程，從準備到起復作業結束不到20分鐘，作業效率大大優于傳統液壓起復產品。

2 結語

上述脫軌起復裝置已裝車試驗，整個起復準備過程簡單、快捷，車輛救援過程動作平緩、穩定、安全。目前，該套脫軌起復裝置已在中國鐵建高新裝備股份有限公司生產的DC-16（KOR）搗固車中實現量產運用。該脫軌起復裝置成功運用可以為其他大型養路機械自身配置高效、安全的脫軌救援設備做參考和借鑒。