石砟漏斗车现状及发展

李建超， 王爱民， 杨诗卫， 黄　盼， 张超德， 彭　燎

(中车眉山车辆有限公司　产品开发部, 四川眉山 620020)



石砟漏斗车现状及发展

李建超， 王爱民， 杨诗卫， 黄盼， 张超德， 彭燎

(中车眉山车辆有限公司产品开发部, 四川眉山 620020)

阐述了国内外石砟漏斗车的运用概况，指出我国石砟漏斗车运用存在的问题，并对我国石砟漏斗车的技术发展提出了建议。

石砟漏斗车； 现状； 发展

近年来铁路客货运量快速增长，为提高运输效率，铁路运输部门千方百计挖潜扩能，线路铺设及维护时间大大缩短。轨道维修工作量增加与维修天窗之间的矛盾日益加大，对石砟漏斗车的作业效率和作业安全提出了更高的要求。因此，总结国内外石砟漏斗车的运用经验，探讨我国石砟漏斗车技术发展方向十分必要。

1　国外石砟漏斗车运用概况

1.1美国石砟漏斗车

美国石砟漏斗车主要采用板柱式侧墙结构，有焊接和铆接两种型式，其车辆轴重一般为29.8 t或32.43 t。

美国石砟漏斗车一般配备4组底门开闭结构，能适应轨道内侧或轨道外侧卸砟的需要。常用的底门开闭机构主要有AggreGate和M-K PHASE IV两种，配装两种底门的石砟漏斗车分别如图1、图2所示。

图1　BNSF石砟漏斗车(AggreGate底门)

图2　Herzog石砟漏斗车(M-K PHASE IV底门)

AggreGate底门是美国最大的底门系统制造商W.H.Miner公司研发的，目前为止，超过80万个卸砟底门系统运行可靠。该底门通过人字形固定导槽能实现轨道外侧卸砟、轨道中间卸砟及轨道内外同时卸砟，图3为AggreGate底门外侧卸砟状态。该底门系统除了可以选择石砟的流向，还可以根据操作员的指令调节石砟流的大小，以便在道岔、明桥等处及时关闭。

图3　AggreGate底门卸砟情况

美国HERZOG公司的石砟漏斗车装用了美国Morison Knudsen公司研制的M-K PHASE IV摆动式卸货机构(图4)。每个底门可以控制向轨道内或轨道外卸砟，不能满足轨道内外同时卸砟的要求。该卸货机构可以通过控制底门摆动角度调整石砟流量和石砟落点，其底门摆动角度一般为36°，最大可达45°。

图4　M-K PHASE IV底门卸砟情况

AggreGate底门和M-K PHASE IV底门的卸砟控制方式均多样化，主要有手动、风控风动、电控风动及电控液动等。考虑卸砟操作人员的人身安全，针对石砟漏斗车大部分时间在野外作业的特点，美国近代制造的石砟漏斗车大多采用无线遥控控制，配备太阳能供电装置和蓄电池。太阳能供电装置将太阳能转化为电能，除了储存在蓄电池中为车辆电气系统供电外，还能够对该车配备的手持遥控装置的电池充电。

为了提高石砟铺设的效率及操作安全性，美国蒙大拿液压公司研发了一种安装于漏斗车中部的双向平砟犁。配装平砟犁的漏斗车(图5)自重较一般车辆重约900 kg，其车辆容积保持不变。

图5　美国BNSF石砟漏斗车(带平砟犁)

平砟犁通过液压动力控制升降，车辆运行时平砟犁处于上升锁闭位，平砟作业时平砟犁处于下降工作位。平砟犁能与轨面保持较小的间隙实现2 896 mm宽度范围内的石砟平整(图6)，可取代配砟整形车部分功能，方便捣固作业立即进行，有效节约作业时间。平砟作业通过无线遥控操作，仅需2人就可完成石砟铺设工作，大大节约人力成本。

图6　平砟犁运用情况

1.2俄罗斯石砟漏斗车

以俄罗斯为代表的独联体国家石砟漏斗车主要采用板柱式侧墙结构(图7)，其车辆轴重一般为23.5 t。

图7　俄罗斯石砟漏斗车

俄罗斯石砟漏斗车基本采用风控风动操作，无手动操作，其风动卸货机构中应用最广泛的是杠杆传动风动机构。杠杆传动风动机构不能实现车内散粒货物的定量卸出，石砟漏斗车单独采用这种机构不能满足线路石砟铺设的定量要求。为此，俄罗斯石砟漏斗车配套采用了一种高度可调的整体框架式平砟机构，该机构既可以完全控制石砟在线路上的分布，又能实现石砟的整形铺设。俄罗斯石砟漏斗车无需配套配砟整形车就可完成线路石砟铺设和整形工作，其铺设后的线路状态如图8所示。

图8　俄罗斯石砟漏斗车铺设的线路

1.3澳大利亚石砟漏斗车

澳大利亚石砟漏斗车主要采用圆弧包板式侧墙结构(图9)，其车辆轴重最大为32.5 t。

图9　澳大利亚石砟漏斗车

澳大利亚石砟漏斗车一般采用GEMCO底门系统，全车设有8个下卸式机械底门，内侧、外侧各4个，底门采用液压油缸驱动。通过开启不同底门的组合，可实现轨道外侧卸砟、轨道中间卸砟及轨道内外同时卸砟3种卸砟方式。其卸砟控制具有无线遥控和手动两种操作方式，通常情况下采用遥控操作，遥控装置出现故障时，可采用手动操作。

1.4英国石砟漏斗车

英国石砟漏斗车主要采用圆弧包板式侧墙结构(图10)，其车辆轴重为22.5 t。

图10　英国石砟漏斗车

同美国、澳大利亚等国的石砟漏斗车类似，英国石砟漏斗车卸砟系统也采用无线遥控操作，不同之处在于电气系统未采用太阳能供电装置。英国石砟漏斗车一般5辆一组，其中1辆带有柴油发电机，为整组车辆提供动力及照明。

1.5国外石砟漏斗车主要特点

国外石砟漏斗车的主要特点为轴重、载重大，底门开闭机构结构简单、实用，卸砟控制方式先进，平砟机构安全可靠，车辆运用效率高。国外石砟漏斗车主要技术数据如表1所示。

表1　国外石砟漏斗车主要技术数据

2　我国石砟漏斗车运用现状

我国首次设计制造的石砟漏斗车是1959年开始研发的60 t级石砟漏斗车，该型车经几次转产、修改，于1982年正式定名为K13型石砟漏斗车，填补了我国机械化卸砟的空白。自K13型石砟漏斗车以来，石砟漏斗车在我国逐步得到推广应用，先后研制了K13、K13N、K13NA、K13NT、K13NK、KZ70、KZ80等型石砟漏斗车，较好地满足了我国铁路新线铺设及旧线补砟作业要求。

我国石砟漏斗车普遍采用板柱式侧墙结构，其主要技术数据如表2所示。

表2　我国石砟漏斗车主要技术数据

2.1轴重和载重

2005年以前研制生产的石砟漏斗车轴重均是21 t，载重60 t。2005年研制的KZ70型石砟漏斗车轴重23 t、载重70 t。2009年开始研制、2013年完成研制的KZ80型石砟漏斗车轴重26 t、载重80 t，实现了单车载重由70 t级向80 t级的跨越。

2.2底门开闭机构

我国各型石砟漏斗车的两侧和中间均设有底门开闭机构，底门开闭机构基本采用多个四杆机构，操作以风动为主、手动为辅，操纵装置设置在车上。风动卸砟时，两侧卸砟既可集中操纵，亦可单独操纵，中门卸砟单独操纵。手动卸砟时，两侧卸砟单独操纵，中门无手动。早期研发的K13、K13N型石砟漏斗车手动装置采用笨重的开式蜗轮蜗杆机构，为使手动卸砟灵活省力，1998年后生产的车辆全部改进为二级减速箱机构。

2.3我国石砟漏斗车存在的主要问题

(1) 中门风动卸砟易造成安全事故

我国石砟漏斗车中门卸砟只能采用风动操作，风动操作动作较快，易在轨道中间形成堆砟致使车辆脱轨。多数铁路局基于安全考虑，明文规定石砟漏斗车不能使用中门卸砟，中门形同虚设。部分工务段干脆放弃石砟漏斗车铺砟作业，改用通用敞车进行卸砟作业(图11)。

(2) 石砟铺设效率低

新线铺设时，需进行上砟整道作业，道床石砟一般平齐或略低于轨面，石砟需求量较大。既有石砟漏斗车卸砟行车速度一般控制在8～20 km/h，多次卸砟才能满足线路石砟需求量，卸砟效率低下。同时，既有石砟漏斗车卸砟后道砟堆尖放置，起拔、捣固作业前，还需配套人工或大型养路设备进行配砟整形工作，铺砟效率低下且成本高昂，整体影响线路通车时间。

图11　敞车卸砟作业情况

3　我国石砟漏斗车的主要发展方向

石砟漏斗车需同时具备新建线路铺设石砟和既有线路补砟两种功能。既有石砟漏斗车能基本满足补砟作业要求，但在新线铺设方面略有欠缺。同时，铁路运输的快速发展，对石砟漏斗车的作业效率和作业安全提出了更高的要求。因此应该对石砟漏斗车进行技术创新。在我国发展石砟漏斗车，应重点研究以下几个问题：

3.1车体结构形式

漏斗车车体一般采用板柱式侧墙和圆弧包板式侧墙两种结构形式。板柱式结构不利于车辆容积的增加，但制造和检修工艺简单。圆弧包板式结构能增加车辆容积，但装砟作业时的装载机碰撞和卸载冻砟时的锤击作业对侧墙损伤较大，不易于修复。p应研究采用既有利于车辆容积增加，又可避免圆弧包板式结构不足的直板圆弧结构。该结构上部为直立平板，下部为圆弧包板，中间通过横带过渡，充分利用了车辆限界，同时墙板变形较小，容易修复。

3.2底门开闭机构

底门开闭机构是漏斗车的一个重要部件，该机构的简便程度和工作可靠性，在很大程度上决定着整辆车的运用效率。底门开闭机构常用的传动型式包括手动、风动、液压传动及电动等。

手动卸货机构的主要优点是可以实现车内定量卸货和在任何瞬时终止卸货，主要缺点是操作该机构要用繁重的体力劳动，不能远距离控制卸货过程。风动卸货可以改善操作人员劳动强度，其工作环境适应性好，可直接由牵引机车供风，成本不高，在铁路货车上应用广泛。与风动机构相比，液压卸货机构的特点在于结构紧

凑，传动工作平稳，运用可靠性更高。四种传动机构中，电动卸货机构最为复杂，其需要地面设施供电，仅适用于定点卸货的车辆，基本不用于石砟漏斗车。

既有石砟漏斗车采用风动为主、手动为辅的传动方式，风动装置占用空间较大，造成中门无法实现手动控制。风动装置出现故障时，若无手动装置，就无法在指定时间内完成补砟作业。因此，手动传动作为卸砟的辅助装置十分必要，中门开闭机构应研究增加手动传动装置。

风动装置使用情况较好，但也暴露出结构复杂、自重大等不足。近期，可以通过优化风动装置，实现其集成化、小型化和轻量化满足运用要求，远期应研究运用工作更平稳的液压传动。国内很多企业在出口石砟漏斗车上均有液压传动研发经验，适当时应开展液压传动技术在国内的应用推广。

无论采用风动还是液压传动，底门开闭机构均应研究电子控制技术，以提高卸砟作业的自动化程度。电控阀可以无线遥控操纵或手动操纵。采用无线遥控时，操作人员能够在车下远距离实施卸砟，可改善作业人员的劳动环境。

3.3平砟机构

我国石砟漏斗车不具备平砟功能，主要采用SPZ-200型配砟整形车进行拢砟、配砟及道床成形作业。为解决既有车卸砟安全隐患，提高线路石砟铺设作业效率，石砟漏斗车应研究漏斗两端配装气动平砟机构。通过高度可调的平砟机构，满足新线铺设道床平齐轨面、旧线维护道床低于轨面的不同要求，实现石砟漏斗车的边走边卸、边走边平。

4　结束语

应借鉴国外遥控卸砟、自动平砟等先进技术，研究适应我国运用要求的电控风动底门开闭机构和高度可调气动平砟机构，实现石砟漏斗车边走边卸、边卸边平的突破，彻底解决中门卸砟难题，提高线路石砟铺设效率，促进石砟漏斗车在我国的应用。

[1]AAR,The Car and Locomotive Cyclopedia[M] . Sixth Edition .USA:Simmons-Boardman,1997.

[2]AAR,The Car and Locomotive Cyclopedia[M]. Fourth Edition .USA:Simmons-Boardman,1980.

[3]黄美林,陈伟.出口澳大利亚FMG道碴车研制[J]. 铁道车辆,2009, (8):20-22.

[4]岳凌汉,王胜坤.出口澳大利亚石砟漏斗车研制[J]. 铁道车辆,2012, (9):14-16.Current Situation and Development of Ballast Hopper Wagon

LIJianchao,WANGAimin,YANGShiwei,HUANGPan,ZHANGChaode,PENGLiao

(Product Development, CRRC Meishan Co.,Ltd., Meishan 620032 Sichuan, China)

This paper describes the application state of ballast hopper wagon at home and abroad, points out the existing technical problems, and proposes several suggestions for the ballast hopper wagons development in our country.

ballast hopper wagon； present condition； development

1008-7842 (2016) 02-0041-04

��)男，高级工程师(

2015-09-09)

U272.6+2

Adoi:10.3969/j.issn.1008-7842.2016.02.09