崔聳巍 中國鐵路上海局集團有限公司科研所

1 研究背景

中國國家鐵路集團有限公司《鐵路技術管理規(guī)程》（普速鐵路部分）第296條“機車（調(diào)車機車除外）、鐵路救援起重機、客車、動車組、大型養(yǎng)路機械、凹型車、落下孔車、鉗夾車及其他涂有禁止上駝峰標記的車輛禁止通過駝峰……”

JSQ 特種車輛因為其自身的特殊構造，也被列入了禁止通過駝峰的類型之中。

2017 年起，中國鐵路上海局集團有限公司在全路率先展開了JSQ 特種車輛溜放試驗研究。綜合運用多種技術完成了對JSQ6 特種車輛的溜放試驗，并逐步開始推廣應用。監(jiān)測掌握溜放車輛的車底距鋼軌面距離動態(tài)距離是實現(xiàn)安全溜放的重點之一。

1.1 安全溜放評判標準

通過測量計算得到的車輛底部與鋼軌軌頂面的距離，并且對試驗車輛的輪對踏面磨耗的數(shù)值進行修正，應對最不利于通過駝峰的車輛狀態(tài)符合《鐵路技術管理規(guī)程》（普速鐵路部分）第296 條規(guī)定的要求，當車輛通過駝峰時，車輛與鋼軌以及地面設備沒有發(fā)生摩擦、碰撞現(xiàn)象。

1.2 JSQ 車輛溜放難點

1.2.1 溜放過程中車輛底部存在的問題

由于目前國內(nèi)允許通過駝峰進行溜放作業(yè)的車型種類眾多，在此我們選取數(shù)量較多的C61 型敞車與JSQ 車型進行對比（表 1）。

表1 JSQ6 車輛主要技術參數(shù)

由表1 可知由于JSQ 的定距和換長相對C61 車型數(shù)值較大，又因為JSQ 車輛底部與鋼軌軌頂面190mm 的設計間距，其安全溜放著實存在不小的困難，通過變坡點區(qū)間時很有可能發(fā)生車輛底部和鋼軌抵觸。

在以往溜放實驗時為了避免車輛通過變坡點區(qū)間發(fā)生抵觸，均提前采集駝峰縱斷面數(shù)據(jù)以及靜態(tài)條件下溜放車輛底部與軌頂面之間的距離。再運用模擬仿真計算和現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)，分析過駝峰時車輛運行的安全性。為JSQ6 車輛安全駝峰溜放提供數(shù)據(jù)支持，當預測結果不理想時還需進行技術處理，從而有效防控風險。

1.2.2 JSQ 車輛限界的可能遇到安全問題

由于JSQ 車輛底部距離鋼軌的位置較低，因此除了要考慮車輛底部與本線鋼軌的距離，還應該考慮車輛會不會侵限，鋼軌與鄰線鋼軌產(chǎn)生擦傷的問題。特別是在道岔附近，鄰線和本線兩邊股道的鋼軌有明顯的高差，容易出現(xiàn)此類情況，在實際的溜放過程中出現(xiàn)了該類問題（圖 1）。

圖1 車輛底部與鄰線鋼軌刮擦模擬圖

圖2 防控裝置外部結構預覽圖

2 車底數(shù)據(jù)采集裝置的設計

在以往的溜放試驗中，JSQ 系列車型由于各種因素的影響導致車底距鋼軌面的實際高度與設計值有明顯誤差，因此在溜放過程中掌握車列中JSQ 車型底面距離鋼軌高度十分重要。

2.1 在Solidworks 中創(chuàng)建模型

通過對實驗過程中溜放車輛車底距鋼軌距離的動態(tài)變化以及溜放現(xiàn)場環(huán)境的觀察。主體設計由采集設備固定裝置、底座連接件和數(shù)據(jù)采集盒組成。通過采集盒中的數(shù)據(jù)測量儀對即將溜放的JSQ 車輛車底高度進行實時動態(tài)測量（圖2）。

2.2 采集設備固定裝置

考慮到現(xiàn)場安全，在保證鋼軌綜合性能良好，數(shù)據(jù)采集穩(wěn)定的前提下，我們采用如圖3 所示的結構以避免對鋼軌的破壞。底座部分的鋼軌固定槽，需根據(jù)現(xiàn)場鋼軌型號進行調(diào)整加工。同時，為了固定連接件，底座部分還需加工連接件固定槽，用以限制連接件的自由度。最后利用螺栓螺母將整個結構固定在一起。出于對現(xiàn)場情況和制作成本的綜合考慮，固定底座的材料建議選擇鑄鐵。加工方式為線切割和銑削加工。

圖3 采集設備固定裝置

2.3 底座連接件（圖4）

圖4 底座連接件

底座連接件既與采集設備固定底座相連同樣也是采集設備結構盒的一部分，底部開孔有利于采集數(shù)據(jù)盒進水時快速將水排出同樣也有利于采集盒內(nèi)部空氣流通，為采集設備盒內(nèi)部的氣流防雨系統(tǒng)提供充足的空氣，避免潮濕損壞內(nèi)部電器設備。當車列行駛過檢測區(qū)域附近會引起鋼軌一定范圍的振動。因此連接部分的材料在考慮耐腐蝕、耐氧化的情況下還應適當增加厚度減少振動。

2.4 采集設備盒（圖 5、圖 6）

采集設備盒中電磁鐵主要用來驅(qū)動采集盒蓋的打開便于激光測距儀對車列底部進行測量，當車列接近時采集設備盒內(nèi)通電，氣流系統(tǒng)最先工作，馬達驅(qū)動扇葉產(chǎn)生的氣流，形成保護層，盡可能避免采集設備盒內(nèi)進水。隨后電磁鐵驅(qū)動盒蓋打開，數(shù)據(jù)測量儀開始工作。當車列通過后電磁鐵斷電，采集設備盒蓋在彈簧的作用下自動閉合，數(shù)據(jù)測量儀和氣流系統(tǒng)依次斷電停止工作，最大限度的避免進水問題。盒蓋中安裝了橡膠刮片可以跟隨盒蓋的滑動在每次的檢測前后對數(shù)據(jù)測量儀工作面進行清潔，有效避免灰塵對測量結果的影響。

圖5 采集設備盒內(nèi)部

圖6 采集設備盒蓋

2.4.1 氣流防雨系統(tǒng)結構（圖7）

圖7 氣流防雨系統(tǒng)透視圖

氣流防雨水系統(tǒng)包括導流外殼、小型電機、電機扇葉以及電機固定塊組成。導流殼為整個系統(tǒng)的主體框架，既與采集設備盒相連接又為數(shù)據(jù)測量儀提供固定支撐。電機固定塊將小型電機固定在導流殼中為電機輸出氣流提供環(huán)境。由于導流殼自身結構比較特殊，傳統(tǒng)加工工藝難以加工成型，且導流殼部分所受外力較小，因此導流殼部分建議選擇工程塑料為制作材料運用3D 打印技術加工成型。

2.4.2 氣流防雨系統(tǒng)原理（圖8、圖9）

圖8 氣流系統(tǒng)45°視圖

圖9 氣流流向示意圖

連接件鏤空底部和盒蓋移動產(chǎn)生的空間保證了采集盒內(nèi)空氣充分。有了充分的空氣電機帶動風葉便可以將采集盒內(nèi)空氣增壓，并通過導流殼排出從而達到增強氣流的目的。增強后持續(xù)不斷的氣流可以讓雨水甚至雪花改變運動軌跡進而形成防護屏障，從而達到有效防護的目的。

3 結束語

本文利用了Solidworks 軟件，建立了設備固定底座、底座連接件和采集設備盒三部分再結合現(xiàn)場溜放試驗要點設計出車底數(shù)據(jù)采集裝置。為JSQ 特種車輛駝峰溜放防控裝置提供了一種結構化設計的解決方案。