铁路电力机车塞门的便携式摘解及锁闭工具的研究

李宏波、周子恩、郭敬洋、孙家正、刘博义

（中国铁路北京局集团有限公司邯郸机务段，河北邯郸056000）

1 研究背景

近些年来，中国的铁路运输体系发生着诸多变化，已然成了纵横交错、东南西北全面覆盖的巨大运输网络，同时中国现在正处于实现伟大复兴的冲刺阶段，交通强国、铁路先行的方针是强有力的发展方向引导，是国家加速发展时期的一剂强心针。

2 研究意义

铁路运输看似完美，但其中存在着的安全隐患是非常多的，比如本课题研究的便携式机车塞门关闭装置就是为了解决货物列车乘务员到达摘车时只能对侧关闭机车折角塞门作业中存在的安全问题。

在列车到达后，机车与车辆的摘解环节包括了多种操作，同时司机与副司机、副司机显示信号、司机操作机车、使机车前移、完成机车与车辆的摘解工作，即平常所说的“一关前，二关后，三摘风管，四提钩”，而其中唯一存在操作难度的过程为机车折角塞门的关闭工作。

一般操作流程中，列车停车位置的右侧为非正线时，副司机在摘车过程中可以进行绕行，去左侧关闭机车的折角塞门，这种情况为一般操作流程，也为一般规定，目的是为了避免在左侧关闭机车折角塞门时，由于副司机身高不够或其他原因需要脚踩钢轨才能够到而带来的危险问题，并且脚踩钢轨在铁路作业中是严厉禁止的。

但右侧为正线时，在摘车过程中不可以在其一侧进行任何作业，因为正线为客车和其他货物列车直通线路，速度较高，在其一侧作业危险极大。所以在左侧为正线或无法在左侧进行作业的情况中，就需要一种工具来辅助副司机在右侧对机车的折角塞门进行关闭，而本文就为研究一种便携可靠的机车折角塞门关闭辅助工具。同时根据摘车的具体流程，需要使工具也可以完成风管的摘解和防跳插销的拉出工作。

3 理论基础

3.1 机车折角塞门

折角塞门是铁路机车与机车、机车与车辆、车辆与车辆之间空气连通与切断的控制阀，其手把提起后可进行90o旋转，实现风路的开闭。

机车车辆列车管上的折角塞门，构造简单，可靠性高，但存在着在开通状态下不能自锁的缺点，往往因此造成折角塞门关闭的事故。折角塞门安装在车辆制动主管的两端，它的用途是：开通或遮断制动主管与制动软管之间的空气通路，以利于在列车中处理制动软管或制动主管故障，保存或排出制动管压力空气[1]。

3.2 机车风管

3.2.1 摘管方法

正手摘管：先关闭两风管折角塞门，使其手把同制动软管垂直，而后将右腿伸入两轨中间，并稍加屈膝，紧紧靠住两制动软管管接头，右手用力向上提拉靠近自身一边的制动软管管接头，使制动软管头部扭转即可摘开[2]。

3.2.2 摘管时应注意的问题

(1)要重视摘管工作，严格按调车作业计划的要求摘管。

(2)摘管中，为防止发生挤伤手或打伤腿的现象发生，必须按照摘管的要领进行。

(3)摘解带风的制动软管，应在两制动软管头刚刚错开时略停一下，待制动软管的余风排除一些后再继续往上提，以防制动软管端部的连结器受风压的冲力而打伤腿。

3.3 防跳销

以HXD2B 型机车防跳销为例，其组成包括了基座、活动拉环、复位弹簧、销体几部分。在机车和车辆的车钩连挂好，并且试拉好后，副司机将防跳销插入固定位置，由于内有弹簧，只要将卡点与卡槽位置对上，防跳销就自动弹入固定位置。在摘车过程中，拉住活动拉环将防跳销拉出后，再用卡点将其卡住，不再起防跳作用后，就可以进行摘车的其他操作了[3]。

4 创新设计

根据折角塞门、防跳销和风管的基础数据，设计出一种符合实际应用的便携式机车折角塞门关闭工具，并在结构上加强设计，基于其拔防跳销和摘解风管的功能，并用简单的Pro/e 三维软件进行建模(见图1)。

图1 便携式机车折角塞门关闭装置

此装置分为两杆，直径20mm，长度400mm，左侧杆下方有75mm 的标度，用于在连挂后测量车钩中心线的距离，右侧为不锈钢弯制，杆下方的弯钩为钩起防折关塞门作用，侧叉用于旋转防折关塞门并置于关闭位。

5 理论验证

5.1 材料选择

不锈钢管，具有较好的耐腐蚀性、成型性、相容性以及在相应温度范围内的强韧性等特点，所以在重工业、轻工业、生活用品行业以及建筑装饰等行业中获得较广泛的应用。

5.1.1 不锈钢管的性能

不锈钢管在生产的过程中表面会形成一层氧化保护膜，这层防锈膜虽然很薄但是很强劲，如果有轻微的破坏，只要在空气中就可以再次生产一层氧化膜达到保护作用。不锈钢管的抗扭曲性很好，这主要是在于不锈钢管的强度比较高，不容易扭曲。不锈钢管的耐高温、耐低温性能很强。装饰效果好，这也是由于不锈钢管的塑性很好，表面比较光亮、拉丝后稳重素雅，可以制作不同的工艺品[4]。

5.1.2 小结

根据上面理论基础，结合铁路工作特性，选择型号304 的不锈钢无缝管作为制作原料，其在室外和潮湿环境都可以长时间使用，同时其耐腐蚀、耐酸性强。

5.2 壁厚确认

5.2.1 不锈钢管的厚度测量方法

钢管承受压力壁厚计算公式：

钢管承受压力计算方法

（1）以知无缝钢管外径规格壁厚求能承受压力计算方法（钢管不同材质抗拉强度不同）

压力=（壁厚×2×钢管材质抗拉强度）/（外径×系数）

（2）以知无缝管外径和承受压力求壁厚计算方法：

壁厚=（压力×外径×系数）/（2×钢管材质抗拉强度）

（3）钢管压力系数表示方法：

压力 P＜7MPa，系数 S=8，7＜钢管压力 P＜17.5MPa，系数S=6，压力P＞17.5MPa，系数S=4。

5.2.2 小结

以本设计外壁直径为20mm，壁厚为1mm 为计算基础，目标压力为P＞17.5 得到抗压为：

所以要达到P＞17.5 的抗压值，管壁厚度最少要

为1.65mm，根据现有生产标准，选择2mm 厚钢管。

5.3 重量确认

5.3.1 不锈钢管的重量计算公式

不锈钢管重量计算公式：

不锈钢圆管：（外径-厚度）×厚度×管长×0.02491，例6m 51 圆管0.9 实厚的理论重量是（51-0.9）×0.9×6×0.02491=6.74；

式中，外径和壁厚单位是毫米（mm），管长单位是米（m），计算出来的重量单位是千克（kg）。

5.3.2 小结

根据以上公式得总量=（20-2）×2×0.8×0.02491=0.717408kg，右侧下弯角若加厚制作，重量可以大约估为0.8kg，左边0.35kg，右边0.45kg。

6 成本分析和可行性分析

6.1 成本分析

根据网络各钢管生产公司报价，以上材料所需要的钢管成本在40 元，加上钢管弯钩和侧岔的制作人工成本，一个工具的成本在60 元左右，而若因为脚踩钢轨或排障器管塞门导致的发牌成本的2000 元和100 元相比还是极其合适的。

6.2 可行性分析

便携式机车塞门关闭装置解决了货物列车乘务员到达摘车时只能对侧关闭机车折角塞门作业中存在的安全问题，同时工具简单方便容易操作，适合自身条件不允许一侧关闭塞门的师傅使用。

7 结语

该装置的设计解决了列车停车位置的右侧为正线，副司机在摘车过程中只能在左侧关闭机车的折角塞门，但由于副司机身高不够或其他原因需要脚踩钢轨才能够到而带来的危险问题，实现了在右侧为正线或无法在右侧进行作业的情况中，副司机可以实现在左侧对机车的折角塞门进行关闭，同时根据摘车的具体流程，在工具设计同时也完成了风管的摘解和防跳插销的拉出，实现了设计简单但功能强大的目标。