運營隧道運輸車輛雙向駕駛設計與分析

摘要：由于運營隧道的行駛場地受限，而要求運輸車具有前后雙向駕駛功能。隨著施工效率以及成本控制的要求越來越高，普通的運輸車已無法滿足要求。介紹一種運營隧道運輸車輛的組成結構、技術特點和工作原理，該車具有前后雙向控制的轉向、油門、制動、變速功能，能夠在隧道這種空間狹窄的環境下安全運行，雙向駕駛。通過更換軌道輪和汽車輪，可以實現鐵路和公路兩用運輸，既可作為運輸設備，運送隧道施工所需物料與施工設備，又可將其作為施工時所需的承載平臺，實現一車多用，大大提高了設備的利用率及施工效率。

關鍵詞：運營隧道；雙向駕駛；運輸車；結構特點

0" "引言

在運營鐵路隧道建設及施工過程中，隧道內部施工裝備以及物料等等需要運輸設備進行轉運，而運營鐵路隧道的“天窗”時間有限，隨著施工效率以及成本控制的要求越來越高，人們對運營隧道用運輸車的要求也越來越高。

運營隧道內施工區域相對狹小，傳統運輸車只能單向行駛，在運營隧道內開展運輸作業時，由于車輛無法掉頭或需要很大的場地才能掉頭，以及運輸車在行駛過程中倒車距離長、倒車視線不好等問題，導致運輸車的可操作性差、安全性低、運輸效率低。

為解決上述問題，我們設計并制造出一種可雙向駕駛、鐵路公路兩用的電動運輸平板車。該設備承重性能好，能滿足運營隧道施工作業的運輸要求，不僅可以運送隧道施工所需物料及設備，還可作為承載平臺，同時將汽車輪換成火車軌道輪，可以在火車軌道上行走。該設備可實現鐵軌與路面兩用，節約了運營隧道內的施工成本，大幅提高了設備的利用率。

1" "研發背景

多數隧道環境密閉，結構復雜，長度較長，容易引發安全事故，因此對運營隧道需要定期進行災害的識別與治理，以便及時發現并排除運營隧道中存在的潛伏隱患。運營鐵路隧道的“天窗”時間有限，為此必須提高運輸和施工效率。

隧道空間有限，隧道內施工機械折返常因受限于空間，導致往返效率較低。現有的運輸工具大都只能進行單向行駛，在需要掉頭時，只能采用人工抬起后搬運的方式，需要耗費大量的人力和時間。除此之外，現有大部分隧道內運輸車沿著軌道行駛，由于線纜和箱式變電站的質量較大，沿著軌道運輸很容易將軌道板壓壞，因而需要根據不同的工況選擇不用的運輸方式。

2" nbsp;運營隧道運輸車輛概述

2.1" " 整體結構

運營隧道運輸車輛由車架、轉向系統、動力系統、制動系統、變速系統、駕駛室、電控系統等組成，具有雙向駕駛功能。其中，雙向駕駛控制部分有兩套制動系統、變速系統分別獨立工作，只采用一套轉向裝置，通過改變方向盤的傾斜方向，使方向盤外軸上焊接的弧形連接件分別與轉向支架兩側的連接板進行連接，從而實現雙向駕駛。本文介紹的運營隧道運輸車輛結構如圖1所示。

該車操作簡單，無需調頭，整車采用一橋驅動、一橋轉向，前后雙向駕駛的制動系統整體控制前后橋，任何一個制動系統均可同時控制前后橋，且前后操作的關聯性不高。除此之外，還配備有緊急手剎，同樣能起到緊急制動和駐車制動的功能。

雙向駕駛不受道路、地形等因素的影響，對于轉向、起步、換擋等操作，不會隨著換向操作的改變而改變，只是利用雙向駕駛替代了掉頭操作，使其在運營隧道維護和修理過程中節省了大量時間，提高了車輛的機動性。該運營隧道運輸車的實物圖展示如圖2所示。

2.2" " 主要技術參數

該車主要技術參數如表1所示。

3" "主要組成結構及特點

3.1" " 驅動方式

該運輸車本身的載重要求不高，整體載重不超過2t，整體采用后橋單橋驅動的方式，省略了傳動軸裝置，從而使運輸車更加輕量化，結構更加緊湊。驅動電動機選擇體積小、質量輕永磁直流無刷電動機，大大減輕了整車質量。除此之外，利用電能驅動比利用燃油驅動，更利于保護隧道內的環境，避免對運營隧道造成污染。

3.2" " 轉向系統

運輸車只采用一套轉向裝置，通過一種用于固定方向盤的自動式卡扣來固定方向盤，使前后雙向駕駛時根據不同的要求，來鎖住方向盤。當運輸車向前運行時，則調整方向盤向后傾斜，當運輸車向后運行時，則調整方向盤向前傾斜。

一套轉向裝置的優點在于整體結構相當簡單，整體的功能完全可以通過此雙向駕駛的轉向系統完成，而且整車在前后雙向駕駛切換的過程也極為簡便，只需通過自動式卡扣來進行自動切換并固定。整體的轉向系統布置如圖3所示。

3.3" " 輪胎

由于采用真空輪胎，減少了內胎和墊帶，使得整體的質量大大降低。真空輪胎具有耐磨性能好、替換方便、爆胎風險低等優點。除此之外，該運輸車輛還具有公路、鐵路兩用行駛，可根據不同的工況替換輪胎，替換不需要改變車橋。擰下相應的固定螺栓，更換為相應的真空輪胎或者單邊軌道輪即可。

3.4" " 車身

整體車身采用鋁合金制作，極大減少了運輸車輛的自重。車架上方覆蓋有不銹鋼花紋板，整體車架采用米字型結構，在設計時利用Solidworks中Simulation模塊，對運輸車車身結構進行有限元分析，對車身的強度與剛度進行了校核。車架四周配有可打開式的圍擋板，采用彈簧搭扣和銷軸連接，在運送隧道施工所需物料與施工設備時，可根據需要進行支起和放下。在運輸車輛作為承載平臺時，可將運輸車四周擋板拆卸，便于完成施工作業，實現一車多用。

車架下方焊接有座椅連接管，座椅通過螺紋連接與座椅連接管相連接。車板上方安裝有壓力傳感器，當承載質量超過車架所能承載的極限質量時，控制系統發出警報信息。車架前后四周安裝有距離傳感器，當行駛過程中四周出現障礙物，控制系統發出警報或運輸車自動停止，借助各傳感器向控制系統反饋信號，實現運輸車的檢測、避險、避障功能，提高操作安全性。

3.5" " 儀表盤及擋位

前后駕駛時由于駕駛室安裝在車身側邊，所以可以共用同一個儀表盤，儀表盤上會顯示電池的百分比電量、電池電壓、里程和運行速度。擋位把手設置在轉向架的側邊，當需要正向駕駛時，將把手調到D擋位。當需要反向駕駛時，將把手調到R擋，以此來控制車輛的行進方向。

3.6" " 座椅

座椅安裝在車身側邊的駕駛室，占用空間較小，避免了空間浪費，可提供更大的空間來完成運營隧道內的運輸及施工作業。采用可拆卸式調節座椅，便于維修和更換。座椅的前后左右位置可調，以適應不同體型的操作人員。

3.7" " 電池及電池倉

鋰電池相較于鉛蓄電池來說，能大大減輕整車質量，同時也有利于提高續航能力。可顯示鋰電池的剩余電量、電壓等信息，便于在充電或準備啟動時查看相應信息。電池倉設置在座椅對側，用以平衡駕駛室的質量，防止發生側翻。電池倉四周采用半包圍隔板，便于散熱。電池倉蓋板通過合頁與車架連接，便于開合取放電池以及長時間停用時拔除電池接口。

3.8" " 油門及制動

油門采用并聯式電路。將電機控制器的油門控制線路分為并聯式電路，再分別與控制前后駕駛的油門相連，從而解決了雙向駕駛的動力方面問題。整體的調整方式為將原本的單控制電路調整為并聯式雙控制電路。

制動采用單出口泵四剎的方式，即踩下制動踏板后，泵受到制動踏板的壓力后，將壓力通過油路傳導到前后橋輪胎的碟剎，最后控制制動。雙向駕駛所用油路為同一個油路，避免了油路的復雜化，運營隧道運輸車輛板簧連接結構如圖4所示。

該運營隧道運輸車輛還配備有手動制動，是為了防止液壓油剎失效而導致發生意外事故，手剎也能起到同樣的制動效果以及駐車制動功能。

3.9" " 板簧連接

在不平坦的公路上行駛時，一般考慮到其需要緩沖減振。該運營隧道運輸車輛可以根據需要，增加板簧連接，剛性連接和板簧連接的切換不需要更改車架或者車橋結構，直接拆開連接車架和車橋的U形螺栓，增加板簧即可替換，增強了設備的通用性。運營隧道運輸車輛板簧連接結構簡圖如圖5所示。

4" "工況分析

本文以貴州省黔東南州榕江縣境內的貴廣高速鐵路的結構為例，進行工況分析。該隧道為雙線隧道，既可以裝上軌道輪，利用鐵軌來運送隧道施工所需物料及設備，又可以裝上汽車輪，通過排水溝兩側來運送隧道施工所需物料及設備。

汽車輪與軌道輪工況對比對比如圖6所示。（轉下頁）（接上頁）該運輸車輛作為承載平臺進行時，可以搭建腳手架，從而減少搭建腳手架所需時間，在寶貴的“天窗”期提高工人的工作效率。

5" "結語

運營隧道內施工區域相對狹小，傳統的運輸車輛只能單向行駛。在狹窄的隧道內進行運輸作業時，運輸車輛無法掉頭或需要很大場地才能掉頭，同時由于運輸車行駛過程中倒車距離長、倒車視線不好等問題，導致運輸車的可操作性差、安全性低、運輸效率低。

針對以上問題，本文設計了一種運營隧道用雙向駕駛運輸車，可在運營隧道狹窄的空間中實現雙向駕駛，提高了施工效率。本文詳細介紹了該運輸車輛的設計與過程、主要技術參數、各部分組成結構及特點，并對不同工況進行了對比分析。

該運輸車輛較于現有運輸設備的優點主要有以下三點：該車在進行運輸過程中可以隨時切換駕駛方向，無需掉頭，即可實現雙向駕駛。該車可以根據工況不同，簡單地更換輪胎類型來實現軌道和公路兩用。該車既可以作為運輸車輛，還可以根據需要作為承載平臺。

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