李宏波、周子恩、郭敬洋、孫家正、劉博義

（中國鐵路北京局集團(tuán)有限公司邯鄲機(jī)務(wù)段，河北邯鄲056000）

1 研究背景

近些年來，中國的鐵路運(yùn)輸體系發(fā)生著諸多變化，已然成了縱橫交錯(cuò)、東南西北全面覆蓋的巨大運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)中國現(xiàn)在正處于實(shí)現(xiàn)偉大復(fù)興的沖刺階段，交通強(qiáng)國、鐵路先行的方針是強(qiáng)有力的發(fā)展方向引導(dǎo)，是國家加速發(fā)展時(shí)期的一劑強(qiáng)心針。

2 研究意義

鐵路運(yùn)輸看似完美，但其中存在著的安全隱患是非常多的，比如本課題研究的便攜式機(jī)車塞門關(guān)閉裝置就是為了解決貨物列車乘務(wù)員到達(dá)摘車時(shí)只能對側(cè)關(guān)閉機(jī)車折角塞門作業(yè)中存在的安全問題。

在列車到達(dá)后，機(jī)車與車輛的摘解環(huán)節(jié)包括了多種操作，同時(shí)司機(jī)與副司機(jī)、副司機(jī)顯示信號、司機(jī)操作機(jī)車、使機(jī)車前移、完成機(jī)車與車輛的摘解工作，即平常所說的“一關(guān)前，二關(guān)后，三摘風(fēng)管，四提鉤”，而其中唯一存在操作難度的過程為機(jī)車折角塞門的關(guān)閉工作。

一般操作流程中，列車停車位置的右側(cè)為非正線時(shí)，副司機(jī)在摘車過程中可以進(jìn)行繞行，去左側(cè)關(guān)閉機(jī)車的折角塞門，這種情況為一般操作流程，也為一般規(guī)定，目的是為了避免在左側(cè)關(guān)閉機(jī)車折角塞門時(shí)，由于副司機(jī)身高不夠或其他原因需要腳踩鋼軌才能夠到而帶來的危險(xiǎn)問題，并且腳踩鋼軌在鐵路作業(yè)中是嚴(yán)厲禁止的。

但右側(cè)為正線時(shí)，在摘車過程中不可以在其一側(cè)進(jìn)行任何作業(yè)，因?yàn)檎€為客車和其他貨物列車直通線路，速度較高，在其一側(cè)作業(yè)危險(xiǎn)極大。所以在左側(cè)為正線或無法在左側(cè)進(jìn)行作業(yè)的情況中，就需要一種工具來輔助副司機(jī)在右側(cè)對機(jī)車的折角塞門進(jìn)行關(guān)閉，而本文就為研究一種便攜可靠的機(jī)車折角塞門關(guān)閉輔助工具。同時(shí)根據(jù)摘車的具體流程，需要使工具也可以完成風(fēng)管的摘解和防跳插銷的拉出工作。

3 理論基礎(chǔ)

3.1 機(jī)車折角塞門

折角塞門是鐵路機(jī)車與機(jī)車、機(jī)車與車輛、車輛與車輛之間空氣連通與切斷的控制閥，其手把提起后可進(jìn)行90o旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)路的開閉。

機(jī)車車輛列車管上的折角塞門，構(gòu)造簡單，可靠性高，但存在著在開通狀態(tài)下不能自鎖的缺點(diǎn)，往往因此造成折角塞門關(guān)閉的事故。折角塞門安裝在車輛制動(dòng)主管的兩端，它的用途是：開通或遮斷制動(dòng)主管與制動(dòng)軟管之間的空氣通路，以利于在列車中處理制動(dòng)軟管或制動(dòng)主管故障，保存或排出制動(dòng)管壓力空氣[1]。

3.2 機(jī)車風(fēng)管

3.2.1 摘管方法

正手摘管：先關(guān)閉兩風(fēng)管折角塞門，使其手把同制動(dòng)軟管垂直，而后將右腿伸入兩軌中間，并稍加屈膝，緊緊靠住兩制動(dòng)軟管管接頭，右手用力向上提拉靠近自身一邊的制動(dòng)軟管管接頭，使制動(dòng)軟管頭部扭轉(zhuǎn)即可摘開[2]。

3.2.2 摘管時(shí)應(yīng)注意的問題

(1)要重視摘管工作，嚴(yán)格按調(diào)車作業(yè)計(jì)劃的要求摘管。

(2)摘管中，為防止發(fā)生擠傷手或打傷腿的現(xiàn)象發(fā)生，必須按照摘管的要領(lǐng)進(jìn)行。

(3)摘解帶風(fēng)的制動(dòng)軟管，應(yīng)在兩制動(dòng)軟管頭剛剛錯(cuò)開時(shí)略停一下，待制動(dòng)軟管的余風(fēng)排除一些后再繼續(xù)往上提，以防制動(dòng)軟管端部的連結(jié)器受風(fēng)壓的沖力而打傷腿。

3.3 防跳銷

以HXD2B 型機(jī)車防跳銷為例，其組成包括了基座、活動(dòng)拉環(huán)、復(fù)位彈簧、銷體幾部分。在機(jī)車和車輛的車鉤連掛好，并且試?yán)煤?，副司機(jī)將防跳銷插入固定位置，由于內(nèi)有彈簧，只要將卡點(diǎn)與卡槽位置對上，防跳銷就自動(dòng)彈入固定位置。在摘車過程中，拉住活動(dòng)拉環(huán)將防跳銷拉出后，再用卡點(diǎn)將其卡住，不再起防跳作用后，就可以進(jìn)行摘車的其他操作了[3]。

4 創(chuàng)新設(shè)計(jì)

根據(jù)折角塞門、防跳銷和風(fēng)管的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)出一種符合實(shí)際應(yīng)用的便攜式機(jī)車折角塞門關(guān)閉工具，并在結(jié)構(gòu)上加強(qiáng)設(shè)計(jì)，基于其拔防跳銷和摘解風(fēng)管的功能，并用簡單的Pro/e 三維軟件進(jìn)行建模(見圖1)。

圖1 便攜式機(jī)車折角塞門關(guān)閉裝置

此裝置分為兩桿，直徑20mm，長度400mm，左側(cè)桿下方有75mm 的標(biāo)度，用于在連掛后測量車鉤中心線的距離，右側(cè)為不銹鋼彎制，桿下方的彎鉤為鉤起防折關(guān)塞門作用，側(cè)叉用于旋轉(zhuǎn)防折關(guān)塞門并置于關(guān)閉位。

5 理論驗(yàn)證

5.1 材料選擇

不銹鋼管，具有較好的耐腐蝕性、成型性、相容性以及在相應(yīng)溫度范圍內(nèi)的強(qiáng)韌性等特點(diǎn)，所以在重工業(yè)、輕工業(yè)、生活用品行業(yè)以及建筑裝飾等行業(yè)中獲得較廣泛的應(yīng)用。

5.1.1 不銹鋼管的性能

不銹鋼管在生產(chǎn)的過程中表面會(huì)形成一層氧化保護(hù)膜，這層防銹膜雖然很薄但是很強(qiáng)勁，如果有輕微的破壞，只要在空氣中就可以再次生產(chǎn)一層氧化膜達(dá)到保護(hù)作用。不銹鋼管的抗扭曲性很好，這主要是在于不銹鋼管的強(qiáng)度比較高，不容易扭曲。不銹鋼管的耐高溫、耐低溫性能很強(qiáng)。裝飾效果好，這也是由于不銹鋼管的塑性很好，表面比較光亮、拉絲后穩(wěn)重素雅，可以制作不同的工藝品[4]。

5.1.2 小結(jié)

根據(jù)上面理論基礎(chǔ)，結(jié)合鐵路工作特性，選擇型號304 的不銹鋼無縫管作為制作原料，其在室外和潮濕環(huán)境都可以長時(shí)間使用，同時(shí)其耐腐蝕、耐酸性強(qiáng)。

5.2 壁厚確認(rèn)

5.2.1 不銹鋼管的厚度測量方法

鋼管承受壓力壁厚計(jì)算公式：

鋼管承受壓力計(jì)算方法

（1）以知無縫鋼管外徑規(guī)格壁厚求能承受壓力計(jì)算方法（鋼管不同材質(zhì)抗拉強(qiáng)度不同）

壓力=（壁厚×2×鋼管材質(zhì)抗拉強(qiáng)度）/（外徑×系數(shù)）

（2）以知無縫管外徑和承受壓力求壁厚計(jì)算方法：

壁厚=（壓力×外徑×系數(shù)）/（2×鋼管材質(zhì)抗拉強(qiáng)度）

（3）鋼管壓力系數(shù)表示方法：

壓力 P＜7MPa，系數(shù) S=8，7＜鋼管壓力 P＜17.5MPa，系數(shù)S=6，壓力P＞17.5MPa，系數(shù)S=4。

5.2.2 小結(jié)

以本設(shè)計(jì)外壁直徑為20mm，壁厚為1mm 為計(jì)算基礎(chǔ)，目標(biāo)壓力為P＞17.5 得到抗壓為：

所以要達(dá)到P＞17.5 的抗壓值，管壁厚度最少要

為1.65mm，根據(jù)現(xiàn)有生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，選擇2mm 厚鋼管。

5.3 重量確認(rèn)

5.3.1 不銹鋼管的重量計(jì)算公式

不銹鋼管重量計(jì)算公式：

不銹鋼圓管：（外徑-厚度）×厚度×管長×0.02491，例6m 51 圓管0.9 實(shí)厚的理論重量是（51-0.9）×0.9×6×0.02491=6.74；

式中，外徑和壁厚單位是毫米（mm），管長單位是米（m），計(jì)算出來的重量單位是千克（kg）。

5.3.2 小結(jié)

根據(jù)以上公式得總量=（20-2）×2×0.8×0.02491=0.717408kg，右側(cè)下彎角若加厚制作，重量可以大約估為0.8kg，左邊0.35kg，右邊0.45kg。

6 成本分析和可行性分析

6.1 成本分析

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)各鋼管生產(chǎn)公司報(bào)價(jià)，以上材料所需要的鋼管成本在40 元，加上鋼管彎鉤和側(cè)岔的制作人工成本，一個(gè)工具的成本在60 元左右，而若因?yàn)槟_踩鋼軌或排障器管塞門導(dǎo)致的發(fā)牌成本的2000 元和100 元相比還是極其合適的。

6.2 可行性分析

便攜式機(jī)車塞門關(guān)閉裝置解決了貨物列車乘務(wù)員到達(dá)摘車時(shí)只能對側(cè)關(guān)閉機(jī)車折角塞門作業(yè)中存在的安全問題，同時(shí)工具簡單方便容易操作，適合自身?xiàng)l件不允許一側(cè)關(guān)閉塞門的師傅使用。

7 結(jié)語

該裝置的設(shè)計(jì)解決了列車停車位置的右側(cè)為正線，副司機(jī)在摘車過程中只能在左側(cè)關(guān)閉機(jī)車的折角塞門，但由于副司機(jī)身高不夠或其他原因需要腳踩鋼軌才能夠到而帶來的危險(xiǎn)問題，實(shí)現(xiàn)了在右側(cè)為正線或無法在右側(cè)進(jìn)行作業(yè)的情況中，副司機(jī)可以實(shí)現(xiàn)在左側(cè)對機(jī)車的折角塞門進(jìn)行關(guān)閉，同時(shí)根據(jù)摘車的具體流程，在工具設(shè)計(jì)同時(shí)也完成了風(fēng)管的摘解和防跳插銷的拉出，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)簡單但功能強(qiáng)大的目標(biāo)。