公鐵兩用工程車鎖橋裝置的型式與設(shè)計(jì)

董雯霞

（中車四方車輛有限公司，山東青島 266000）

0 引言

在類型眾多的鐵道車輛中，有一種車較為特殊，它可以在公路和鐵路上自由切換，是公路、鐵路雙棲車輛，被稱為公鐵兩用車（以下簡稱公鐵車），公鐵車主要用來實(shí)現(xiàn)鐵路牽引和鐵路工程作業(yè)等多種功能[1]。常見的公鐵車根據(jù)功能可細(xì)分為公鐵高空作業(yè)車、公鐵橋檢車、公鐵放線車、公鐵除雪車、公鐵焊軌車、公鐵清洗車、公鐵檢測車等多種類型[2]。除去具有牽引功能的公鐵牽引車外，其他均可歸類為公鐵兩用工程車，這類車輛正常功能的實(shí)現(xiàn)離不開一個(gè)特殊裝置——鎖橋裝置。

鎖橋裝置通過鎖定車橋和解鎖車橋兩種狀態(tài)的切換，既可以使車輛在公路行走時(shí)正常發(fā)揮汽車車橋的減振功能，又可以保證車輛在進(jìn)行鐵路行走或作業(yè)時(shí)汽車車橋不晃動(dòng)振動(dòng)，從而保證鐵路作業(yè)的安全穩(wěn)定。鎖橋裝置的基本原理是通過在汽車車橋處加裝一整套能夠控制車橋位置的裝置，實(shí)現(xiàn)在鐵路和公路模式切換時(shí)將車橋剛性固定或松開的功能。

1 鎖橋裝置的四種常見型式

1.1 汽車車橋結(jié)構(gòu)及對(duì)應(yīng)常見鎖橋型式

鎖橋裝置沒有具體的分類方式，不同的結(jié)構(gòu)類型可以分別應(yīng)用于汽車單橋結(jié)構(gòu)、汽車雙橋結(jié)構(gòu)。圖1為一種汽車前單橋結(jié)構(gòu)，圖2為一種汽車后雙橋結(jié)構(gòu)，圖3為一種汽車后單橋結(jié)構(gòu)。

圖1 汽車前橋板簧連接處

圖2 汽車后雙橋板簧連接處

圖3 汽車后單橋板簧連接處

對(duì)于汽車底盤單橋結(jié)構(gòu)，輪胎、車橋、車架等結(jié)構(gòu)的常見連接方式是車架與板簧兩端連接固定，板簧中部通過兩個(gè)U形螺栓與車橋固定，板簧處于車橋正下方，距離較遠(yuǎn)，由于卡車多為后橋驅(qū)動(dòng)，此種連接方式多見于汽車前橋，如圖1所示。

對(duì)于汽車前橋，鎖橋裝置的實(shí)施方式即通過油缸和起重鏈聯(lián)合限制連接處的豎直位移來鎖定車橋[3]，這種裝置被應(yīng)用于一些輕量級(jí)底盤的公鐵車上。圖4為此種鎖橋的實(shí)物照片，兩套鎖橋裝置分別安裝于前橋左、右輪胎的內(nèi)側(cè)，主體結(jié)構(gòu)為油缸、起重鏈、安裝座等，可稱為油缸-起重鏈?zhǔn)健?/p>

圖4 油缸-起重鏈?zhǔn)芥i橋裝置

油缸-起重鏈?zhǔn)芥i橋裝置的液壓油缸通過安裝座安裝在車體車架上，下部安裝座與車橋固定，進(jìn)行鎖橋動(dòng)作時(shí)，油缸活塞桿伸出，起重鏈被拉直，與車橋固定的安裝座一方面受到起重鏈的牽拉，另一方面與活塞桿下平面接觸以防止車橋向上跳動(dòng)，從而起到固定車橋的作用。

當(dāng)汽車底盤后橋?yàn)閱螛蚪Y(jié)構(gòu)時(shí)，與前橋不同的是板簧布置在車架外側(cè)、輪胎內(nèi)側(cè)，所在區(qū)域與車架區(qū)域持平，如圖3所示。因此圖4的豎直布置的鎖橋型式并不適用于汽車后橋的單橋結(jié)構(gòu)。圖5中整體水平布置的鎖橋裝置則較多應(yīng)用于汽車后橋單橋結(jié)構(gòu)。這種裝置通過一個(gè)異形轉(zhuǎn)臂和油缸伸縮動(dòng)作的配合完成對(duì)車橋的鎖定和解鎖作用，這種型式可稱為油缸-旋轉(zhuǎn)臂-起重鏈組合式。

圖5 油缸-旋轉(zhuǎn)臂-起重鏈組合式鎖橋裝置

對(duì)于汽車底盤雙橋結(jié)構(gòu)，輪胎、車橋、車架的常見連接方式為車架與板簧中部固定，板簧兩端分別與兩個(gè)車橋連接，板簧布置在車架外側(cè)、輪胎內(nèi)側(cè)，高度基本與車架區(qū)域持平。在這種布置形式下，需要根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)不同的鎖橋結(jié)構(gòu)，如鏈條式鎖橋裝置，（如圖6），油缸-調(diào)整螺桿擺轉(zhuǎn)式鎖橋裝置（如圖7）。

圖6 鏈條式鎖橋裝置

圖7 油缸-調(diào)整螺桿擺轉(zhuǎn)式鎖橋裝置

其中鏈條式鎖橋裝置大部分布置在車體內(nèi)部，通過鏈條將走行部和車橋固連，當(dāng)鐵路走行部進(jìn)行提升和收放時(shí)，車橋通過鏈條跟隨動(dòng)作，此種方案對(duì)所有連接件的抗拉和抗變形要求較高。

油缸-調(diào)整螺桿擺轉(zhuǎn)式鎖橋裝置是以油缸為動(dòng)力，油缸活塞桿伸出后，推動(dòng)叉口向車橋方向移動(dòng)，直到叉口和車橋上的圓柱體嵌合，即將車橋位置固定。此裝置可以設(shè)置在車架側(cè)面也可以設(shè)置在車架下側(cè)，所需空間相對(duì)靈活，但對(duì)應(yīng)改造工作也稍顯復(fù)雜。

1.2 4種鎖橋裝置橫向?qū)Ρ群蛻?yīng)用

為更好地理解4種常用鎖橋裝置特點(diǎn)，表1將其從原理、優(yōu)缺點(diǎn)方面進(jìn)行了橫向?qū)Ρ取?/p>

表1 四種鎖橋裝置型式對(duì)比

目前在我公司生產(chǎn)的公鐵兩用工程車輛中，應(yīng)用成熟、效果較好的為前兩種，在設(shè)計(jì)及安裝時(shí)充分考慮、調(diào)試成功后，一般可正常工作。第三種鎖橋裝置由于在車上有其它裝置遮蓋，安裝空間較為逼仄狹窄且不易維護(hù)檢修，所用鏈條由于在受力后具有一定延伸特性而抵消了部分提升高度，最終鎖橋效果欠佳。第四種在國外生產(chǎn)車輛中有實(shí)際應(yīng)用，目前暫未在我公司內(nèi)部應(yīng)用。

2 鎖橋裝置設(shè)計(jì)過程注意項(xiàng)點(diǎn)

需要注意的是，鎖橋裝置對(duì)于公鐵工程車來說是屬于改造加裝裝置，每種車型的布置和鎖橋結(jié)構(gòu)根據(jù)品牌不同、型號(hào)不同而有差別，鎖橋裝置的設(shè)計(jì)必須根據(jù)底盤實(shí)際布置情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，鎖橋型式根據(jù)底盤結(jié)構(gòu)大體確定后，需確定具體參數(shù)，如油缸安裝位置、油缸安裝距、油缸行程、安裝座具體位置、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)關(guān)系、起重鏈長度等。

其中最重要的是根據(jù)膠輪離地間隙確定鎖橋后的車橋在垂直方向上的具體高度，確定好鎖橋位置，其他參數(shù)均可以在二維圖上通過圖解法完成。設(shè)計(jì)原理則可以做如下考慮：如果沒有鎖橋裝置，那么膠輪離地間隙等于鐵路走行部提升高度減去懸掛系統(tǒng)和膠輪因底盤離地而釋放的變形量之和。鎖橋的一個(gè)作用就是通過吊掛減少懸掛系統(tǒng)的變形量，將車橋拉住以使其不下降過多。另外設(shè)計(jì)時(shí)需要始終滿足以下幾個(gè)方面的要求：1）鎖橋裝置加裝后不影響原車輛功能。比如鎖橋預(yù)定安裝位置有減震器、U形栓安裝座、ABS閥塊等，一般方法為將這些部件拆除后集成安裝至鎖橋裝置上，因此在鎖橋裝置上需預(yù)留位置安裝原車部件；2）鎖橋裝置加裝后，在鐵路狀態(tài)需保證一定的膠輪離地間隙，一般要求為100 mm；3）鎖橋裝置在鎖定后需具有一定的位置保持能力，既能保證車橋不向上跳動(dòng)，也能保證車橋不向下運(yùn)動(dòng)；4）鎖橋裝置（前橋）加裝后，不得影響車輛轉(zhuǎn)彎；5）鎖橋裝置承受拉力可能包含車橋質(zhì)量、輪胎質(zhì)量、板簧變形恢復(fù)力等，鎖橋裝置各零部件強(qiáng)度應(yīng)滿足條件，必要時(shí)進(jìn)行強(qiáng)度仿真計(jì)算。

3 其它鎖橋裝置結(jié)構(gòu)舉例

德國的ZARGO、ZWEIWEG、SRT三家共屬一個(gè)集團(tuán)公司，它們改造的公鐵車使用奔馳底盤，因底盤設(shè)計(jì)參與公鐵車設(shè)計(jì)制造，公鐵車與底盤融合程度較高，因此鎖橋裝置的整體外觀效果和車輛整體較為協(xié)調(diào)，如部分結(jié)構(gòu)件為鑄造件，表面油漆用色和整車一致，而我公司公鐵車同一型號(hào)多為單產(chǎn)或少量生產(chǎn)，結(jié)構(gòu)件以焊接為主。

圖8、圖9所示為使用鋼絲繩作為牽拉提升工具的鎖橋裝置，將鋼絲繩兩端分別固定與公路車橋和鐵路鋼輪上，中間通過導(dǎo)軌類機(jī)構(gòu)引導(dǎo)鋼絲的走向。當(dāng)鋼輪落至鋼軌上，鋼絲繩隨動(dòng)將公路車橋提起。

圖8 鋼絲繩牽拉式鎖橋裝置

圖9 油缸-調(diào)整螺桿擺轉(zhuǎn)式鎖橋裝置

油缸-調(diào)整螺桿擺轉(zhuǎn)式也是SRT公司較早使用的鎖橋型式。這種設(shè)計(jì)和底盤融合度較高，設(shè)計(jì)外觀一致性較好，后期幾乎沒有改造部分。

另外還有空氣彈簧支撐式（如圖10），通過充氣和放氣完成車橋位置鎖定和解鎖的功能。充氣后，車橋和車架之間位置相對(duì)固定，放氣后，車輛自身板簧發(fā)揮減振作用。整體結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，安裝占用空間較大，涉及充氣放氣還需要增加氣室、氣路和控制單元。

圖10 空氣彈簧支撐式鎖橋裝置

德國MOOG公司也有一種直接利用油缸活塞桿伸出和收回來鎖定和解鎖車橋位置的裝置，如圖11所示，油缸豎直布置，并且將油缸活塞桿端與車橋固定在一起，這種鎖橋裝置結(jié)構(gòu)簡單，空間占用也較小，但是鎖橋狀態(tài)時(shí)對(duì)液壓缸自身性能和液壓系統(tǒng)的保壓功能都有較高要求[4]，在公鐵車進(jìn)行鐵路行走或作業(yè)時(shí)液壓缸需持續(xù)受力。

圖11 油缸下壓式鎖橋裝置

4 結(jié)語

本文主要介紹了4種我公司內(nèi)部設(shè)計(jì)過或使用過的鎖橋裝置，并分析了其優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用對(duì)象，給出了一些設(shè)計(jì)注意項(xiàng)點(diǎn)，為鎖橋裝置的設(shè)計(jì)工作提供了一些指導(dǎo)和方向，最后對(duì)世界范圍內(nèi)各個(gè)公鐵車品牌目前在用的鎖橋裝置類型進(jìn)行了簡要介紹和分析，為未來的設(shè)計(jì)提供了一定的開放性思路。