地铁运营中公铁两用牵引车运行安全系统

富 锐， 潘文海， 管 鑫， 王 喆

（1.中机生产力促进中心有限公司， 北京 100044； 2.广州地铁交通发展有限公司， 广东 广州 510000）

0 引言

公铁两用牵引车具备在公路、 铁路两种运输环境下良好行驶的能力。在地铁维修基地中的无动力铁轨段，用于对地铁车辆的牵引作业，牵引至相应工作位置，进行维修作业。作为地铁车辆基地数控不落轮车床的配套设备，公铁两用牵引车的主要功能是进行待修列车的调车牵引和对位操作，可以快速移动到不同地点，适应不同的作业需求，提高维修工作的作业效率和安全性。

董浩等[1]深入研究公铁两用车连挂冲击下的纵向载荷传递规律，为提高运输安全性提供了关键信息。田葆栓等[2]研究公铁两用货车的运用发展与关键技术，强调其可持续发展和社会价值。陈新华等[3]针对踏面对独立轮对公铁两用车动力学性能的影响进行了深入分析， 提供了改善动力学性能的技术方案。张仕林等[4]深入剖析了连挂状态下的纵向载荷传递机制。 这些研究为公铁车领域的发展提供了重要的指导和启示， 从多个角度揭示了公铁车的技术特点、应用前景和挑战。 这些论文的紧密联系构建了一个完整的研究框架， 为公铁车的综合发展提供了宝贵的思路和支持。

在公铁两用车牵引电客车至不落轮镟床进行维修作业过程中，可能会存在脱轨风险。 为降低这些脱轨风险，建立有效的公铁车安全系统至关重要。 公铁车安全系统的建立不仅能够降低脱轨风险， 还可以有效保障作业人员的安全，减少设备损坏，确保作业进度。 这对于公铁车运营的安全和可靠性， 以及维护人员的安全健康具有重要意义。

1 安全系统

公铁两用车运行安全系统的构建应是一个多层次、多方面的系统工程，旨在最大程度地减少事故风险，确保公铁两用车在道路和铁路上的安全运行。 通过导向轮轮廓优化，增加柔性保压装置，显著改善公铁两用车安全性能。 同时，通过脱轨监控装置、视频监控装置防范环境中的安全隐患，进行远程监控与控制，构建公铁两用牵引车运行安全系统。 安全系统的建立对于保障人员和设备的安全，提高作业流程的整体安全性具有重要意义。

2 导向轮轮廓优化

导向轮转换装置是公铁两用牵引车的核心组件，其结构如图1 所示。 在公路模式下，导向轮升起，仅驱动轮与路面接触。 在铁路模式下，导向轮降下落轨，对车辆左右转向进行限位。通过液压系统伸缩油缸，能够控制导向轮轴升降， 将车辆驾驶模式在公路模式与铁路模式之间进行切换。

图1 导向轮结构

在铁路模式下的牵引作业中， 公铁两用车需要牵引电客车前往不落轮镟床的修理位置。 这一过程涉及从外轨道转入车床内轨道， 然后再从车床内轨道转回外轨道， 同时需要导向轮的再入。 如图2 所示，方框两处分别为从外轨到内轨的转换位置， 以及从内轨到外轨的转换位置。 如果导向轮外形不适合于轨道作业条件，将导致车辆轨道再入状态不良，存在脱轨风险。

图2 不落轮镟床内外轨道转换位置

通过对导向轮轮廓进行优化，其结构如图3 中所示， 由踏面、外轨贴合轮廓及内轨贴合轮廓组成。 在未受力状态下，导向轮轮廓与铁轨之间的啮合状态如图4（a）所示，呈现出稳定的状态。 然而，在车辆方向倾斜时，如果导向轮出现脱轨趋势，其受力状态将发生变化，如图4（b）所示。 导向轮在此情况下受到相对较小的垂向分力和较大的横向分力， 而这种横向分力则能够自动地对车辆方向进行调整。 此设计使得导向轮能够在脱轨趋势发生时自动对车辆进行稳定校正，从而减少脱轨风险。

图3 导向轮轮廓曲线

图4 导向轮轮廓啮合状态

此外，导向轮轮廓的最大位置圆弧的设计也是关键因素之一。 这样的设计有利于在图2 中的轨道转换位置进行轨道再入，从而避免导向轮轮廓处与轨道面发生接触无法进行车身方向的稳定校正， 进而防止了潜在的脱轨风险。

3 柔性保压装置

公铁两用车在铁路模式下，导向轮与行驶轮同时与轨道接触，共有8 个轮子。所有这些轮子都采用刚性结构，面对轨道的不平顺，车辆可能出现轮子悬空的情况，导致行驶动力中心不断变化，进而对车辆的行进稳定性造成不利影响。为了克服这一问题，采用了柔性保压结构，通过在导向轮轴与导向油缸之间加入悬挂结构，如图5 所示。

图5 柔性保压结构

柔性保压结构具有3～5mm 的变形要求，这使得它能够适应轨道的前后起伏， 确保在不平顺的轨道上保持足够的轮轨下压力。通过柔性保压结构，导向轮和行驶轮能够在轨道表面保持平稳的接触，适应轨道的起伏，稳定车辆的行驶动力中心， 确保车辆在铁路模式下的稳定性和平稳性，从而防止轮子悬空和不稳定的情况发生。在不同轨道条件下能够保持稳定的行驶状态， 提高了公铁车轨道环境的适应性。

采用柔性保压结构可以有效改善公铁两用车在铁路模式下可能出现的安全风险有助于确保车辆与轨道之间的稳定接触， 为公铁两用车在铁路模式下的安全行驶提供了支持。

4 脱轨监控装置

脱轨检测装置采用电感式接近开关， 其结构如图6所示，技术参数如表1 所示，其精度在7mm 以内。 工作原理是根据传感器的对轨面有效测距A（0～60mm）进行安装，其定位安装距离为A-15mm。 导向轮从踏面到轮缘直径的最大距离为30mm。

表1 电感式传感器技术参数

图6 电感式传感器

当导向轮产生脱轨倾向时，传感器将随着导向轮的抬升而抬升。在抬升高度达到15mm 后，传感器超过其测量范围。 此时，导向轮尚未完全脱离轨道，车辆的整体作业流程仍处于安全状态。系统会发送制动信号到整车控制器，切断动力并进行刹车制动，同时发出警报声音，以防止进一步的脱轨发生。 作业人员根据警报提示，可以及时检查并排除故障。

在具体实施中， 电感式传感器被安装在图7 中所示的位置，共有四处，分别置于每个导向轮前方。 这样的设计确保了在车辆作业过程中， 可以全方位地监测导向轮的状态，从而提高行车作业的安全性。

图7 脉冲传感器安装位置

脱轨检测装置的设计有助于提高公铁两用车在铁路模式下的安全性能，避免脱轨事故的发生。

5 视频监控系统

视频监控系统的实时分屏视角设计如图8 所示，上方屏幕呈现车辆行进中的前后视角， 下方屏幕则展示车辆右侧的两个导向轮与铁轨贴合状态的观测视角。 这种设计旨在为驾驶人员提供全方位的视觉信息， 帮助他们在公铁车转换为铁路模式时更加准确地完成车轮对位作业，确保导向轮准确进入轨道，从而防止脱轨风险。

在车辆处于铁路模式下行驶时， 视频系统也能够协助驾驶人员监控车体行进情况。 这种监控有助于确保导向轮在轨道运转时的定位情况，减少脱轨风险。 另外，视频系统还能用于观察车体行进过程中其他作业人员的位置，确保作业过程的安全性。

视频监控系统的运用有助于提高公铁两用车在铁路模式下的作业安全性， 确保车辆能够平稳进入轨道并保持稳定安全的行驶状态，最大程度地降低脱轨风险。

6 结束语

本文系统地探讨了关于公铁两用车安全系统的关键技术，为公铁两用车的安全运行提供了有力保障，使得公铁两用车在行驶、 转轨以及牵引作业等方面都具备了更高的安全性和可靠性。