作者單位：中國(guó)鐵路武漢局集團(tuán)有限公司科學(xué)技術(shù)研究所，武漢420000

作者簡(jiǎn)介：朱春信，男，高級(jí)工程師。

摘要：目前現(xiàn)場(chǎng)使用的四輪平車普遍沒(méi)有減速、剎車、駐車和防溜等安全配置，車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在局限性，在軌道運(yùn)行或停放時(shí)存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。為解決這一問(wèn)題，本文提出一種整體式四輪平車，詳細(xì)介紹了其設(shè)計(jì)方案。該小推車采用模塊化設(shè)計(jì)，具有輕量化、高強(qiáng)度、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。通過(guò)仿真計(jì)算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，證明了新型整體式四輪平車的設(shè)計(jì)方案具有良好的操作性能和安全性能，適用于鐵路工務(wù)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)運(yùn)送物料和小型機(jī)具。

關(guān)鍵詞：四輪平車；整體式設(shè)計(jì)；方案研究

1引言

工務(wù)系統(tǒng)日常作業(yè)需攜帶大量物料和小型機(jī)具，四輪平車作為一種運(yùn)送物料和小型機(jī)具的運(yùn)載工具，是工務(wù)日常作業(yè)的主要機(jī)具之一。目前現(xiàn)場(chǎng)使用的四輪平車普遍存在沒(méi)有減速、剎車、駐車和防溜等安全配置的設(shè)計(jì)缺陷，在軌道運(yùn)行或停放時(shí)存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，對(duì)傳統(tǒng)四輪平車進(jìn)行改進(jìn)，研制一款全新整體式結(jié)構(gòu)的四輪平車，以提高其安全性、穩(wěn)定性，改善使用效果。

2四輪平車使用條件

四輪平車的使用條件有以下幾點(diǎn)：

（1） 四輪平車用于軌道上工具、零配件的運(yùn)輸，可在-20～+50 ℃的環(huán)境下全天候工作。

（2）四輪平車至少由2人操作，在使用前必須檢查輪子是否運(yùn)行靈活。

（3）四輪平車不得有動(dòng)力，嚴(yán)禁載人。

（4）在有軌道電路的線路或道岔上使用時(shí)，應(yīng)設(shè)置絕緣車軸或絕緣墊。

（5）四輪平車應(yīng)在封鎖線路的施工、維修作業(yè)中使用，且不得在15‰及以上坡道使用。需要在15‰及以上坡道使用時(shí)，應(yīng)制定專項(xiàng)安全措施，安排車間管理人員盯控。

（6）在線路上停留時(shí)，應(yīng)采取防溜措施，嚴(yán)禁在線路上長(zhǎng)時(shí)間停留。

3四輪平車存在的問(wèn)題

3.1安全性能問(wèn)題

根據(jù)對(duì)鐵路工務(wù)系統(tǒng)四輪平車情況的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)存在以下安全性問(wèn)題。

（1）穩(wěn)定性問(wèn)題。四輪平車在使用過(guò)程中靠車輛的重心和質(zhì)量來(lái)穩(wěn)定車身，當(dāng)遇到復(fù)雜路面時(shí)容易發(fā)生側(cè)翻或溜逸。

（2）制動(dòng)不及時(shí)問(wèn)題。四輪平車自身沒(méi)有減速和剎車功能，靠人工推拉操作來(lái)制動(dòng)，容易導(dǎo)致制動(dòng)不及時(shí)等安全問(wèn)題。

（3）防溜安全裝置缺失。四輪平車沒(méi)有配備防溜安全裝置，在靜止時(shí)容易發(fā)生溜逸，導(dǎo)致使用過(guò)程中的安全風(fēng)險(xiǎn)增加。

（4）人員操作問(wèn)題。由于人員技術(shù)不熟練或操作失誤，容易導(dǎo)致車輛失控或發(fā)生事故。

這些安全性問(wèn)題嚴(yán)重影響了四輪平車的使用效果和安全性能。針對(duì)這些問(wèn)題，根據(jù)文獻(xiàn)［1］的相關(guān)規(guī)定，對(duì)四輪平車進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)改進(jìn)。

3.2車身結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)的局限性

四輪平車一般采用板式車身結(jié)構(gòu)，由于其采用簡(jiǎn)單的板材拼接，結(jié)構(gòu)不夠牢固，承載能力有限，車身強(qiáng)度和剛度較低，難以承受重載或大幅振動(dòng)所帶來(lái)的應(yīng)力變化，影響了小車的使用壽命和運(yùn)行安全。此外，結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)過(guò)于簡(jiǎn)單，車身的載重量、長(zhǎng)度、高度、寬度等參數(shù)指標(biāo)只適合特定的場(chǎng)景，無(wú)法滿足通用性的需求。因此，需要對(duì)四輪平車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行升級(jí)和改進(jìn)，以提高其安全性、穩(wěn)定性和適應(yīng)性，更好地滿足日常需求。

4整體式四輪平車設(shè)計(jì)方案

4.1設(shè)計(jì)要求

為了提高鐵路工務(wù)系統(tǒng)作業(yè)效率和安全性，需要設(shè)計(jì)一種新型整體式四輪平車，設(shè)計(jì)要求如下。

（1）高強(qiáng)度和高剛度。車身結(jié)構(gòu)需要采用高強(qiáng)度面板，以提高車身的牢固性和抗壓強(qiáng)度，并具有較高的剛度，以承受更大的載荷和更高振動(dòng)頻率。

鐵道工務(wù)第2卷

第5期

朱春信，等：整體式四輪平車設(shè)計(jì)方案研究

（2）安全性。新型車型需要設(shè)置減速、剎車、防溜等裝置，使該車在軌道運(yùn)行或停放時(shí)能夠隨時(shí)制動(dòng)并且不發(fā)生溜逸，有效避免事故的發(fā)生。

（3）適應(yīng)性。新型車型應(yīng)預(yù)留擴(kuò)展功能，能夠適應(yīng)不同用途、場(chǎng)景和需求。如預(yù)留增加車體長(zhǎng)度、尺寸的接口，以適應(yīng)不同物料、小機(jī)具的運(yùn)輸及不同裝卸場(chǎng)地的需求。

（4）輕便化。新型車質(zhì)量要輕，方便作業(yè)時(shí)搬運(yùn)、操作。

（5）經(jīng)濟(jì)實(shí)用。新型車型設(shè)計(jì)應(yīng)考慮成本、使用壽命和維護(hù)成本，做到經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

4.2關(guān)鍵技術(shù)

通過(guò)精密模具精鑄技術(shù)、數(shù)控加工中心精加工技術(shù)進(jìn)行加工，并使用低密度高強(qiáng)度材料。

4.3結(jié)構(gòu)形式

4.3.1整車構(gòu)成

整車長(zhǎng)1 700 mm、寬900 mm、高980 mm（含推手），護(hù)欄高500 mm，主要由以下部分構(gòu)成：絕緣輪、剎車機(jī)構(gòu)、裝載平臺(tái)、折疊推手、易拆卸護(hù)欄（根據(jù)需要安設(shè)擋板）、防溜鞋，如圖1所示。車身尺寸如圖2所示。

4.3.2車身結(jié)構(gòu)

采用整體式的車身結(jié)構(gòu)，使車輛具有較好的強(qiáng)度和剛度，同時(shí)車身板材也更易于維修和更換。車身由統(tǒng)一模具制造，可以實(shí)現(xiàn)車內(nèi)結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)短、寬窄靈活設(shè)置，能夠運(yùn)送不同物料、小機(jī)具，適應(yīng)不同使用環(huán)境。

4.3.3部件配置

整體式四輪平車主要配置和可選配置見(jiàn)表1。

4.4技術(shù)要求

整體式四輪平車的基本要求是上道使用時(shí)不得侵入限界，可以露天存放，此外還應(yīng)滿足以下要求。

4.4.1技術(shù)指標(biāo)要求

整體式四輪平車下部高度須滿足機(jī)車車輛車輛下部限界（距離軌面不得小于150 mm）；裝載平臺(tái)面板采用PP塑料注塑而成，規(guī)格為900 mm（順軌道方向）×1 700 mm（順枕木方向）×60 mm（邊緣高度）；設(shè)置可折卸護(hù)欄，高度為500 mm；單邊固定可折疊傾倒推手，高度為800 mm；整車自重不超過(guò)40 kg，最重可承載400 kg，限速（最高速度）5 km/h，限高（裝載貨物高度）2 m；承載平臺(tái)的承載力不小于2.7 kPa；最大作業(yè)坡度15‰；工作溫度為-20～+50 ℃。

4.4.2外觀要求

（1）外部表面平整，邊角圓滑；表面沒(méi)有外露的螺栓頭、螺帽、毛邊或裂紋；金屬零部件不應(yīng)有銹蝕及其他機(jī)械損傷；噴漆（塑）零件的表面光滑平整、色澤一致，不應(yīng)有劃痕、流掛、脫落和破損。

（2）各個(gè)部件應(yīng)按模塊化的結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行設(shè)計(jì)，便于使用、維護(hù)和保養(yǎng)，應(yīng)符合人體工程學(xué)設(shè)計(jì)，適合于工作人員操作。

（3）絕緣輪在正常使用狀態(tài)下，運(yùn)動(dòng)應(yīng)平穩(wěn)、靈活、無(wú)卡滯現(xiàn)象。

（4）剎車系統(tǒng)在正常使用狀態(tài)下應(yīng)準(zhǔn)確、靈敏，在靜態(tài)時(shí)始終保持剎車狀態(tài)。

4.4.3部件要求

（1）塑料面板。采用3 000 t大功率注塑機(jī)，整體注塑而成。面板材質(zhì)宜采用PP塑料。工作溫度為-20～+50 ℃；耐酸性要求為濃度35%酸性液體浸泡后表面無(wú)明顯腐蝕損傷；耐堿性要求為濃度40%堿性液體浸泡后表面無(wú)明顯腐蝕損傷；承載量要求為承載400 kg，下沉不超過(guò)50 mm。

（2）輪子。在有軌道電路的線路或道岔上使用時(shí)，應(yīng)設(shè)置絕緣車軸或絕緣墊，材質(zhì)為尼龍輪。工作溫度為-20～+50 ℃；承載要求為150 kg承壓不形變；靈敏度要求為輪子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，靈活、無(wú)噪聲。

（3）剎車系統(tǒng)。采用箱體、剎車桿、剎車塊、剎車?yán)K、剎車把手等組裝而成。工作溫度為-20～+50 ℃；工作時(shí)準(zhǔn)確、靈敏、無(wú)卡滯。工作要求：小車靜態(tài)時(shí)，保持剎車狀態(tài)，即剎車桿松開(kāi)；小車運(yùn)行時(shí)，保持行進(jìn)狀態(tài)，即剎車桿捏住，小車承載400 kg時(shí)，剎車桿無(wú)形變。

（4）圍欄。采用不銹鋼材質(zhì)加工而成。

4.4.4性能要求

（1）靜態(tài)時(shí)，小車處于剎車狀態(tài)，剎車系統(tǒng)工作靈敏、穩(wěn)定可靠。

（2）小車推動(dòng)時(shí)，剎車松開(kāi)，小車推動(dòng)靈活、輕便。

（3）小車工作面極限承載400 kg時(shí)，小車可以平穩(wěn)推動(dòng)并可靠制動(dòng)。

（4）推車把手可以折疊，折疊后與面板在同一平面。

（5）小車在鋼軌上工作時(shí)，不短接電氣軌道。輪對(duì)相對(duì)兩條軌道的正常絕緣電阻大于500 MΩ，潮濕絕緣電阻大于0.25 MΩ。

4.5制造工藝

利用鋁合金材料制作模具，通過(guò)材料恒定流速的注入模具中，確保整個(gè)車身表面的光潔度和精度，消除傳統(tǒng)制造方法中的焊接、研磨、翻邊和操作改善等工藝環(huán)節(jié)，增強(qiáng)整個(gè)車身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，更好地承受重載或大振幅振動(dòng)所帶來(lái)的應(yīng)力變化，從而提高車輛的使用壽命和運(yùn)行安全性。

通過(guò)使用先進(jìn)的制造工藝和高強(qiáng)度材料，大大減輕車身質(zhì)量。設(shè)計(jì)了減速、剎車、防溜等功能，進(jìn)一步提高車輛的安全穩(wěn)定性。通過(guò)車身表面處理延長(zhǎng)車輛的使用壽命，減少維修和保養(yǎng)成本。

5仿真分析與試驗(yàn)驗(yàn)證

5.1仿真分析

為驗(yàn)證整體式四輪平車的可行性，建立3D模型并進(jìn)行仿真分析。

對(duì)四輪平車的裝載平臺(tái)（塑料面板）、輪子、剎車機(jī)構(gòu)（剎車系統(tǒng)）、護(hù)欄（圍欄）等全部部件進(jìn)行精確建模。通過(guò)建立摩擦力模型，計(jì)算車輪與軌道之間的摩擦力大小，分析其對(duì)車輛穩(wěn)定性的影響。在3D模型中施加不同的載重條件，計(jì)算部件受力情況，分析哪些部件受力較大，是否需要加強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

5.2下坡制動(dòng)試驗(yàn)

首先選擇一條15‰坡度進(jìn)行下坡試驗(yàn)。將小車置于坡頂，根據(jù)小車的負(fù)載能力和設(shè)計(jì)需求，將一定量的物體裝載在小車上，操作小車讓其從坡頂沿陡坡路段向下運(yùn)行，觀察小車的制動(dòng)情況、穩(wěn)定性和安全性能。

在試驗(yàn)過(guò)程中，記錄不同負(fù)載下小車的下坡速度、制動(dòng)時(shí)間、制動(dòng)距離、制動(dòng)裝置狀態(tài)等參數(shù)，見(jiàn)表2。試驗(yàn)結(jié)果表明，小車在15‰坡度上穩(wěn)定不位移并且不發(fā)生傾倒側(cè)翻，制動(dòng)裝置無(wú)形變。

5.3車身在負(fù)載下的平移試驗(yàn)

首先選擇一段平坦且長(zhǎng)度符合要求的路段進(jìn)行試驗(yàn)；其次在路段前部和后部分別設(shè)置一個(gè)測(cè)斜儀，測(cè)斜儀測(cè)得的角度用于標(biāo)識(shí)車身的平移情況；最后在車輛前后各設(shè)置一個(gè)固定點(diǎn)，并在車輛與固定點(diǎn)之間設(shè)置繩索和拉力計(jì)，測(cè)量車輛的拉力。平移試驗(yàn)的數(shù)據(jù)見(jiàn)表3，試驗(yàn)結(jié)果表明，小車在平移過(guò)程中保持穩(wěn)定，不會(huì)發(fā)生傾覆。

6結(jié)語(yǔ)

整體式四輪平車具有整車結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、承載能力大、輕便、耐用、安全等特點(diǎn)，適用于鐵路工務(wù)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)運(yùn)送物料和小型機(jī)具，提升了工務(wù)專業(yè)各單位現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的安全性和勞動(dòng)生產(chǎn)效率，可以在工務(wù)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)中廣泛應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

［1］ 中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司.普速鐵路工務(wù)安全規(guī)則：TG/GW 101—2023[S]. 北京：中國(guó)鐵道出版社有限公司，2023.