JSQ 特种车辆驼峰溜放防控装置的结构化设计

崔耸巍 中国铁路上海局集团有限公司科研所

1 研究背景

中国国家铁路集团有限公司《铁路技术管理规程》（普速铁路部分）第296条“机车（调车机车除外）、铁路救援起重机、客车、动车组、大型养路机械、凹型车、落下孔车、钳夹车及其他涂有禁止上驼峰标记的车辆禁止通过驼峰……”

JSQ 特种车辆因为其自身的特殊构造，也被列入了禁止通过驼峰的类型之中。

2017 年起，中国铁路上海局集团有限公司在全路率先展开了JSQ 特种车辆溜放试验研究。综合运用多种技术完成了对JSQ6 特种车辆的溜放试验，并逐步开始推广应用。监测掌握溜放车辆的车底距钢轨面距离动态距离是实现安全溜放的重点之一。

1.1 安全溜放评判标准

通过测量计算得到的车辆底部与钢轨轨顶面的距离，并且对试验车辆的轮对踏面磨耗的数值进行修正，应对最不利于通过驼峰的车辆状态符合《铁路技术管理规程》（普速铁路部分）第296 条规定的要求，当车辆通过驼峰时，车辆与钢轨以及地面设备没有发生摩擦、碰撞现象。

1.2 JSQ 车辆溜放难点

1.2.1 溜放过程中车辆底部存在的问题

由于目前国内允许通过驼峰进行溜放作业的车型种类众多，在此我们选取数量较多的C61 型敞车与JSQ 车型进行对比（表 1）。

表1 JSQ6 车辆主要技术参数

由表1 可知由于JSQ 的定距和换长相对C61 车型数值较大，又因为JSQ 车辆底部与钢轨轨顶面190mm 的设计间距，其安全溜放着实存在不小的困难，通过变坡点区间时很有可能发生车辆底部和钢轨抵触。

在以往溜放实验时为了避免车辆通过变坡点区间发生抵触，均提前采集驼峰纵断面数据以及静态条件下溜放车辆底部与轨顶面之间的距离。再运用模拟仿真计算和现场试验数据，分析过驼峰时车辆运行的安全性。为JSQ6 车辆安全驼峰溜放提供数据支持，当预测结果不理想时还需进行技术处理，从而有效防控风险。

1.2.2 JSQ 车辆限界的可能遇到安全问题

由于JSQ 车辆底部距离钢轨的位置较低，因此除了要考虑车辆底部与本线钢轨的距离，还应该考虑车辆会不会侵限，钢轨与邻线钢轨产生擦伤的问题。特别是在道岔附近，邻线和本线两边股道的钢轨有明显的高差，容易出现此类情况，在实际的溜放过程中出现了该类问题（图 1）。

图1 车辆底部与邻线钢轨刮擦模拟图

图2 防控装置外部结构预览图

2 车底数据采集装置的设计

在以往的溜放试验中，JSQ 系列车型由于各种因素的影响导致车底距钢轨面的实际高度与设计值有明显误差，因此在溜放过程中掌握车列中JSQ 车型底面距离钢轨高度十分重要。

2.1 在Solidworks 中创建模型

通过对实验过程中溜放车辆车底距钢轨距离的动态变化以及溜放现场环境的观察。主体设计由采集设备固定装置、底座连接件和数据采集盒组成。通过采集盒中的数据测量仪对即将溜放的JSQ 车辆车底高度进行实时动态测量（图2）。

2.2 采集设备固定装置

考虑到现场安全，在保证钢轨综合性能良好，数据采集稳定的前提下，我们采用如图3 所示的结构以避免对钢轨的破坏。底座部分的钢轨固定槽，需根据现场钢轨型号进行调整加工。同时，为了固定连接件，底座部分还需加工连接件固定槽，用以限制连接件的自由度。最后利用螺栓螺母将整个结构固定在一起。出于对现场情况和制作成本的综合考虑，固定底座的材料建议选择铸铁。加工方式为线切割和铣削加工。

图3 采集设备固定装置

2.3 底座连接件（图4）

图4 底座连接件

底座连接件既与采集设备固定底座相连同样也是采集设备结构盒的一部分，底部开孔有利于采集数据盒进水时快速将水排出同样也有利于采集盒内部空气流通，为采集设备盒内部的气流防雨系统提供充足的空气，避免潮湿损坏内部电器设备。当车列行驶过检测区域附近会引起钢轨一定范围的振动。因此连接部分的材料在考虑耐腐蚀、耐氧化的情况下还应适当增加厚度减少振动。

2.4 采集设备盒（图 5、图 6）

采集设备盒中电磁铁主要用来驱动采集盒盖的打开便于激光测距仪对车列底部进行测量，当车列接近时采集设备盒内通电，气流系统最先工作，马达驱动扇叶产生的气流，形成保护层，尽可能避免采集设备盒内进水。随后电磁铁驱动盒盖打开，数据测量仪开始工作。当车列通过后电磁铁断电，采集设备盒盖在弹簧的作用下自动闭合，数据测量仪和气流系统依次断电停止工作，最大限度的避免进水问题。盒盖中安装了橡胶刮片可以跟随盒盖的滑动在每次的检测前后对数据测量仪工作面进行清洁，有效避免灰尘对测量结果的影响。

图5 采集设备盒内部

图6 采集设备盒盖

2.4.1 气流防雨系统结构（图7）

图7 气流防雨系统透视图

气流防雨水系统包括导流外壳、小型电机、电机扇叶以及电机固定块组成。导流壳为整个系统的主体框架，既与采集设备盒相连接又为数据测量仪提供固定支撑。电机固定块将小型电机固定在导流壳中为电机输出气流提供环境。由于导流壳自身结构比较特殊，传统加工工艺难以加工成型，且导流壳部分所受外力较小，因此导流壳部分建议选择工程塑料为制作材料运用3D 打印技术加工成型。

2.4.2 气流防雨系统原理（图8、图9）

图8 气流系统45°视图

图9 气流流向示意图

连接件镂空底部和盒盖移动产生的空间保证了采集盒内空气充分。有了充分的空气电机带动风叶便可以将采集盒内空气增压，并通过导流壳排出从而达到增强气流的目的。增强后持续不断的气流可以让雨水甚至雪花改变运动轨迹进而形成防护屏障，从而达到有效防护的目的。

3 结束语

本文利用了Solidworks 软件，建立了设备固定底座、底座连接件和采集设备盒三部分再结合现场溜放试验要点设计出车底数据采集装置。为JSQ 特种车辆驼峰溜放防控装置提供了一种结构化设计的解决方案。