轨道高空作业车技术现状及发展趋势研究

段 晓，史 卫，王道永

（济南轨道交通装备有限责任公司机电装备研究所，山东济南 250022）



轨道高空作业车技术现状及发展趋势研究

段 晓，史 卫，王道永

（济南轨道交通装备有限责任公司机电装备研究所，山东济南 250022）

摘 要：轨道高空作业车是一种铁路、地铁专用高空作业产品，是一种能够在地铁隧道内或桥梁上运送工作人员和装备到全断面指定区域进行检修作业的特种车辆。阐述国内外轨道高空作业车的技术现状和水平，分析国内自主研发的轨道高空作业车与国外系列化的高空作业车的差距，以及国内发展轨道高空作业车的必要性和紧迫性，总结指出轨道高空作业车朝高安全性、高组合性、高效率性、高智能化方向发展的趋势。

关键词：轨道高空作业车；技术现状；发展趋势中图分类号：U273

0　概述

随着中国城市化进程加速，城市交通拥堵成为制约城市发展的瓶颈。为了解决这一状况，我国各地政府大力发展城市轨道交通，其中地铁是城市轨道交通中非常重要的一部分，截止到 2015 年，我国建成近 90 条地铁线路，总里程达到了 2000 多 km。随着我国地铁里程的增加，确保地铁正常运营的线路养护工作日益繁重。

轨道高空作业车是一种铁路、地铁专用高空作业产品，是一种能够在隧道内或桥梁上运送工作人员和装备到指定区域进行检修作业的特种车辆。该车主要用于接触网悬挂、附加线、支持定位装置、支柱及吊柱的维护、日常检查、保养等工作；可以绕过接触网到达轨道正上方十几米的隧道顶部，并且保证无缝维修隧道壁的全断面任何区域。桥梁检测车作为轨道高空作业车的一种重要车型，主要用于公路、铁路、地铁等线路上的桥梁流动检测或维护抢修等工作，技术含量高，最早在欧美等发达国家得以推广，是适用于特大型公路桥、城市高架桥、铁路桥、公铁两用桥等周期性的日常检查作业的特种工程车，为高空作业人员在维护桥梁各部分时提供安全保护措施[1]。图 1 和图 2 分别展示了应用于我国铁路线路上的轨道高空作业车以及桥梁检测车。

图1　轨道高空作业车

图2　桥梁检测车

1　发展轨道高空作业车的必要性

在地铁、铁路的检修工作中，隧道壁、接触网和桥梁等维护非常重要，隧道、桥梁、接触网的状态好坏直接关系到行车畅通及安全。轨道高空作业车在确保城市轨道交通维护工作的高效性、安全性方面必不可少，这主要表现在以下两个方面。

1.1隧道维修的需要

在地铁中，隧道受地下水、地基等自然因素的影响，隧道壁普遍存在渗漏水现象。隧道渗水现象严重影响了隧道的稳定性，造成轨道交通设备的腐蚀，甚至会影响到隧道上方的基础建筑和隧道周围的水环境。为了减少和消灭隧道壁的渗漏水现象，确保地铁运营的安全，必须日常巡检，一旦发现有渗漏点等异常情况，应立即组织维修人员进行处理。对已发现的渗漏点，要及时进行修复和记录并定期进行复查，防止再次渗漏。而目前地铁隧道的维修主要依靠搭脚手架和垂直升降式作业平台来维护，但是由于地铁隧道内设备多、接触网交错，现有的高空作业设备无法满足地铁隧道无缝维修的需求，搭脚手架的方式不仅效率低，而且危险性大，无法满足地铁实际维护需求，因此，需要采用新型的轨道高空作业车。

1.2接触网维修的需要

接触网悬挂、附加线、支持定位装置、支柱及吊柱的状态好坏直接关系到行车畅通及安全。因此，确保高空轨道作业的高效性、安全性、便捷性以及加强接触网动态检测力度，及时掌握接触网状态，正确指导接触网养护维修，确保地铁运营安全，已成为地铁工作中的一项重要基础工作。

根据市场调研，上海地铁、广州地铁、西安地铁等各大地铁公司每周都要进行人工作业，检查记录接触网和其他设备情况，发现有问题，需要记录并及时维修。目前国内的地铁公司主要采用搭脚手架、直升式升降台来维修接触网，危险性高、效率低。各大地铁公司对轨道高空作业车需求旺盛，几乎每条线都需要配备 1～2台相关产品。因此，新型的轨道高空作业车的开发势在必行。

2　国内外技术发展现状

2.1国外技术发展水平及现状

轨道高空作业车从上世纪 50 年代初问世以来，其需求量不断攀升。世界各国的轨道高空作业车也得到了大力的推广和持续的更新换代。在欧美等发达国家高空作业车很早就应用于园林、道桥、水利等建设工程方面，其技术水平发展迅速。经济发达国家一般都有专业部门、集团公司研发、生产和销售高空作业产品，如法国吉斯马（GEISMAR）、奥地利帕尔菲格（PALFINGER）、美国穆格（MOOGE）、英国西蒙（COLES）、意大利利高（RICO）、芬兰布朗多云梯（BRONTO）等公司。目前国外专业的高空作业车产品具有高科技水平、大作业高度、产品系列化、高智能性、功能齐全等特点[2]。从总体上看，技术已很成熟。

奥地利帕尔菲格公司的铁路装备产品为该公司的主要拳头产品，拥有高技术含量，在欧洲的高科技铁路装配产品中占有率第一。随着中国铁路及地铁迅速发展，该公司也致力于中国铁路及地铁的建设和维护。帕尔菲格进入亚洲市场已有 10 年之久，在高空作业机具方面技术水平高，其曲臂式作业平台、桥梁检测作业平台（图 1、图 3），在中国轨道交通领域得到了广泛应用，但由于其产品都是进口到国内使用，其价格较高。

法国吉斯马公司成立于 1924 年，专门做铁路维护产品，其产品已在中国各铁路局、工程局有成熟应用，他们的产品具有很高的机动性，工作效率高，安全性能好，爬坡能力强。吉斯马从 2011 年开始进入中国市场，跟中国中车有诸多合作，图 2 和图 4 为吉斯马在中国高铁上广泛应用的轨道高空作业车产品。

2.2国内技术发展水平及现状

目前我国轨道高空作业车与国外相比技术发展水平较低，开展研发、生产、应用的时间较晚。从上世纪80年代中期，我国开始着手研制高空作业车、登高平台消防车、剪叉式升降台 3 个系列的高空作业产品，为发展高空作业系列产品奠定了技术基础。从总体结构来看，国内生产的轨道高空作业车有曲臂式、直臂式、剪刀式等。目前，这些产品高度低、技术水平落后，主要应用于路灯、园林、城市建设、消防和石油系统。

图3　帕尔菲格公司的折臂式高空作业机具

图4　吉斯马公司的轨道高空作业车

江苏徐州徐工集团对高空作业平台的研究比较早，其生产的高空作业车、桥梁检测车在公路市场占有率处于国内前列，并且在一些铁路线路、地铁得到运用。2012 年，徐工集团随车起重机公司与北车合作开发的国内首台铁路多功能作业机具装车、调试完毕，该车的研制成功填补了我国在该领域的空白。徐工集团液压气动机械公司、河南公路局和西安公路交通大学在引进先进技术的基础上，通过消化吸收和创新，成功研制出了具有自主知识产权的 XZJ5140JQJ10 型折叠臂式桥梁检测车[3]。昆明中铁集团公司选用奥地利帕尔菲格公司的 P 系列桥梁检查设备，开发了 QJC190 桥梁检查车。

目前国外涉及轨道高空作业车行业的公司进入中国市场已有 10 年之久，但是只有吉斯马等少数公司定位于提供整车方案，而其他公司只是局限于提供高空作业机具，其中典型的是奥地利的帕尔菲格公司。这些公司的高空作业机具在中国市场上的占有率很高，这是由于国内轨道交通装备中的工程机械发展相对滞后所造成的，国内的工程机械在轨道交通装备中的应用还需要向国外借鉴学习。

国内轨道高空作业车发展还不成熟，所以，高效率、高质量、高作业范围的轨道高空作业车的研制工作仍需进行。

3　国内主要生产厂家及产品

目前国内涉及轨道高空作业车行业的公司主要有中国铁建高新装备股份有限公司（以下简称“昆明中铁”）、中车北京二七机车有限公司（以下简称“北京二七机车”）、宝鸡南车时代工程机械有限公司（以下简称“宝鸡南车时代”）、金鹰重型工程机械有限公司（以下简称“金鹰重工”）、济南轨道交通装备有限责任公司（以下简称“济南装备公司”）等。

3.1昆明中铁

昆明中铁研发的型号为 QJ-280 自行式桥梁、隧道、高空作业的桥梁检测车（图 5），作业覆盖范围广，吊臂在作业状态时，最大能达到轨面下 13.5m，轨面上24.5m；水平距离线路中心 21m，可对桥梁及桥梁以外的附属设备进行检查养护。其桥梁检测机具采用的是奥地利帕尔菲格的产品，这也是国内轨道高空作业车厂家经常采用的方案，这也反映出帕尔菲格的高空作业机具在国内市场上的应用是很成熟的。

图5　昆明中铁的桥梁检测车

3.2北京二七机车

北京二七机车研发的快速多功能综合作业车配有升降旋转作业平台、旋转伸缩臂式工作台等高空作业设备，是接触网维护、检修、救援专业设备，该车运行速度能达到 160km/h，能够迅速到达现场进行维护工作。该车的旋转伸缩臂式工作台的作业范围能达到轨面上 18m 和轨面下 14m，载重 280kg；升降旋转作业平台的作业范围能达到车顶以上 6m，载重 400kg，2 个工作台可实现对接（图 6）。北京二七机车与德国 GBM 公司签订了引进 BR711 型接触网作业车技术协议，项目总投资 6500 万元，在此基础上，开发了上述快速多功能综合作业车。

图6　北京二七机车的快速多功能作业车的旋转伸缩臂式工作台

3.3宝鸡南车时代

宝鸡南车时代研发的 DAS 型快速多功能综合作业车见图 7。该车安装有升降回转作业平台，最大作业高度能达到 8m，承重 450kg，同时此产品采用的是帕尔菲格型号为 PA360 的高空作业机具，其最大工作高度（距轨面）20.5m，最小工作高度（距轨面）8m，载重 280kg。

图7　宝鸡南车时代的快速多功能综合作业车

3.4金鹰重工

金鹰重工产品包括轨道车辆、电气化铁路接触网施工维修检测车辆、大中型养路机械、城市轨道交通工程车辆四大系列共 50 多种产品。金鹰重工研发的接触网高空作业车（图 8）已应用于广州铁路集团公司和沈阳铁路局等。

3.5济南装备公司

济南装备公司是中国中车旗下专业铁路装备企业，公司机电研究所专业研究高空轨道作业车技术，已经与徐工集团以及帕尔菲格、吉斯马等国际著名公司进行技术对接，开展满足隧道、高架桥检修堵漏技术研究和产品开发，以满足地铁、铁路市场需求。

济南装备公司为深圳地铁开发设计的接触网综合作业车（图 9）安装有曲臂式高空作业平台，特点是利用具有 3 个回转机构的高空作业机具，通过控制其动作的先后顺序，使高空作业平台可以绕过接触网到达轨道正上方十几米的隧道顶部，并且保证无缝维修隧道壁的全断面任何区域。曲臂式高空作业平台的作业范围及尺寸参数见表 1。该车是专为地铁维保中心在正线、车辆段及停车场内对接触网进行特殊检修作业（包括接触网动态检测、大张力作业、高净空检修及绝缘子清洗等作业）而设计的产品。

从以上公司的高空作业产品中可以看出，目前国内厂家普遍采用高空作业机具引进的方式进行设计，而帕尔菲格的高空作业机具占主要部分。但是引进国外的高空作业机具会使整车成本较高，如果能充分利用国内优秀工程机械厂家的产品，并形成良好的合作关系，共同研发轨道高空作业车，那无论是设计成本还是生产成本都会大大降低，同时也能提高企业的竞争优势，促进本土产品的发展。

图8　金鹰重工接触网高空作业车

图9　济南装备公司接触网综合作业车

表1　济南装备公司曲臂式高空作业平台的作业范围及尺寸参数

4　轨道高空作业车技术发展趋势

4.1高安全性

轨道高空作业车相对于其他轨道工程车辆的最大区别在于，前者进行的是高空载人作业，其安全性能要求要高很多。在作业过程中，只有“零失误”才能保证高空作业人员的人身安全，所以，高安全性是轨道高空作业车首先要考虑的因素。未来轨道高空作业车可以从以下几方面去提高其安全性。

（1）采用更合理的机械结构。通过改变臂架的尺寸和结构对臂架的应力分布进行充分的优化，设计出更合理的结构。

（2）采用更轻质、更高强度的材料。根据不同构件的受力状况选择不同的材料，应力较小的构件可以采用低密度、低强度的铝合金等金属，用以减轻执行构件的重量；而重要的受力构件采用更高强度、更轻质的合金或其他材料[4]，用以提高作业的安全性。

（3）采用更安全的控制系统。轨道高空作业车作业过程中的动作几乎都是通过控制系统来执行的，目前高空作业的产品一般都设有 2～3 种控制系统（主控制系统、备用控制系统、紧急控制系统）。控制系统的可靠性直接决定着轨道高空作业车的安全性。

（4）安全的整车防倾覆设计。考量轨道高空作业车质量的一个重要标准就是其安全性，而整车的防倾覆设计是其中最关键的部分之一。不管是从配重方面还是整车增重方面或是设置液压支腿、抓轨器方面考虑，都要保证不同的高空作业机具在作业过程中安全的防倾覆性能。

4.2高适用、高组合性

目前轨道高空作业产品较多，但多数产品均由车辆走行机构（包括车体、转向架等）、高空作业机具（包括曲臂式作业机具、桥梁检测作业机具等）、控制系统（包括液压控制系统、电气控制系统等）组成。不同的轨道高空作业车，其车辆走行机构和控制系统具有高度的相似性，不同的是高空作业机具。如果将不同的高空作业机具安装于通用的车辆走行机构上，在进行不同的高空作业时，只要将所需的高空作业机具安装于车辆走行机构的底盘上即可，这样不同的高空作业机具共用同一种车辆走行机构，不仅会大大节省资源，同时也会大大降低地铁公司的维保费用。车辆走行机构与高空作业机具组合性的提高是未来轨道高空作业车的发展趋势。高空作业机具与车体的接口需要解决以下问题。

（1）高空作业机具底盘与车体的接口。不同的高空作业机具需要安装于同一个车体上，可以考虑将它们的底盘设计为同一种结构，或者安装于车体的不同位置上。接口的通用性、强度、疲劳寿命是设计的关键部分。

（2）液压和电气控制系统的接口。目前高空作业机具的控制都是通过液压系统和电气系统来实现的，而不同的高空作业机具对液压系统和电气系统的要求具有差异性，如液压系统的压力、流量等。在设计阶段就要充分考虑液压系统和电气系统的通用性。

4.3高效率性

新型的轨道高空作业车与人工搭建的脚手架式作业平台和升降式作业平台的最大区别就是前者具有高效率性，所以，高效率性一直是高空作业产品极力追求的一个目标。目前的轨道高空作业产品其作业机具伸出和收回所用的时间以及作业过程中的动作都还有待优化。

4.4高智能性

由于地铁运营的高效性以及地铁维保的紧急性，这就要求轨道高空作业车不仅要保证能快速到达现场，而且能精准、快速地对设备出现的损坏进行检查与修复。作业过程中，既要保证作业人员的安全，也要保证救援物资和抢修设备的安全性，这样就能防止二次灾害的发生。只有高智能化的轨道高空作业车才能满足其安全性、高效性的要求。

5　结束语

轨道高空作业车是将公路高空作业车应用于铁路、地铁行业的工程车产品。从轨道高空作业车产生以来，各大铁路和地铁运营商对其需求不断攀升。与公路高空作业车相比，轨道高空作业车的作业环境更加复杂，用户对产品都有定制化的要求。国内各地铁公司都是通过招标方式购买轨道高空作业车产品，其招标文件对产品的要求较为详细，包括最大工作高度、最大工作范围、安全保护措施方案等，并且用户越来越重视高空作业车的作业效率、安全性能等。国外轨道高空作业车产品已经系列化，产品种类比较丰富，具有适用于多种场合的高空作业产品，且其产品型号齐全，适用于不同要求的客户。而国内轨道高空作业车的发展与国外比较，相差很远，未来国内轨道高空作业车的发展要在借鉴国外先进技术的基础上实现创新与突破，技术发展要以客户需求为导向，并向高安全性、高组合性、高效率性、高智能性方向发展。

目前国内高端的轨道高空作业车产品匮乏，行业技术标准尚不健全。国内轨道高空作业车领域的企业应与国内优秀的高空作业机具厂家以及各大高校建立紧密合作关系，共同开发高安全性、高适应性、高效率以及高智能的产品，推动未来系列化高空轨道作业车发展以及技术进步，并尽快完善轨道高空作业车领域的行业标准，这是未来高空轨道作业车技术发展的重要趋势，也是实现国内产品占领高端市场的发展需要。

参考文献

[1] 胡晓辉. 桥梁检测车在桥梁检测中应用的新探析[J].交通世界（建养机械），2015（13）：18-19.

[2] 曹学鹏，程磊，焦生杰，等. 高空作业车技术现状及发展趋势[J]. 世界科技研究与发展，2012，34 （5）：801-804.

[3] 厉军. QJ10型自行式桥梁检测作业车[J]. 工程机械，1999（6）：4-6.

[4] 张华，霍玉兰. 我国高空作业车行业发展与展望[J].建筑机械，2009（23）：38-43.

责任编辑 冒一平

Technical Status and Development Trend of Track Aerial Working Vehicle

Duan Xiao, Shi Wei, Wang Daoyong

Abstract:Track aerial working vehicle is a special products for both railway and metro use, and it is a special vehicle transporting staff and equipment in the metro tunnel or on bridge to the designated area for repair and maintenance. The paper introduces the status and level of domestic aerial working vehicles, makes an analysis of domestic independent development track aerial working vehicles and foreign series of aerial working vehicles, as well as the necessity and urgency of development of aerial working vehicle, it was summarized that the aerial working vehicle are of more high security, more function， high effi ciency and high intelligence as its development direction of the trend.

Keywords:track aerial working vehicle, technical status, development trend

作者简介：段晓（1975—），男，高级工程师

收稿日期2016-01-06