公鐵兩用工程車鎖橋裝置的型式與設計

董雯霞

（中車四方車輛有限公司，山東青島 266000）

0 引言

在類型眾多的鐵道車輛中，有一種車較為特殊，它可以在公路和鐵路上自由切換，是公路、鐵路雙棲車輛，被稱為公鐵兩用車（以下簡稱公鐵車），公鐵車主要用來實現鐵路牽引和鐵路工程作業等多種功能[1]。常見的公鐵車根據功能可細分為公鐵高空作業車、公鐵橋檢車、公鐵放線車、公鐵除雪車、公鐵焊軌車、公鐵清洗車、公鐵檢測車等多種類型[2]。除去具有牽引功能的公鐵牽引車外，其他均可歸類為公鐵兩用工程車，這類車輛正常功能的實現離不開一個特殊裝置——鎖橋裝置。

鎖橋裝置通過鎖定車橋和解鎖車橋兩種狀態的切換，既可以使車輛在公路行走時正常發揮汽車車橋的減振功能，又可以保證車輛在進行鐵路行走或作業時汽車車橋不晃動振動，從而保證鐵路作業的安全穩定。鎖橋裝置的基本原理是通過在汽車車橋處加裝一整套能夠控制車橋位置的裝置，實現在鐵路和公路模式切換時將車橋剛性固定或松開的功能。

1 鎖橋裝置的四種常見型式

1.1 汽車車橋結構及對應常見鎖橋型式

鎖橋裝置沒有具體的分類方式，不同的結構類型可以分別應用于汽車單橋結構、汽車雙橋結構。圖1為一種汽車前單橋結構，圖2為一種汽車后雙橋結構，圖3為一種汽車后單橋結構。

圖1 汽車前橋板簧連接處

圖2 汽車后雙橋板簧連接處

圖3 汽車后單橋板簧連接處

對于汽車底盤單橋結構，輪胎、車橋、車架等結構的常見連接方式是車架與板簧兩端連接固定，板簧中部通過兩個U形螺栓與車橋固定，板簧處于車橋正下方，距離較遠，由于卡車多為后橋驅動，此種連接方式多見于汽車前橋，如圖1所示。

對于汽車前橋，鎖橋裝置的實施方式即通過油缸和起重鏈聯合限制連接處的豎直位移來鎖定車橋[3]，這種裝置被應用于一些輕量級底盤的公鐵車上。圖4為此種鎖橋的實物照片，兩套鎖橋裝置分別安裝于前橋左、右輪胎的內側，主體結構為油缸、起重鏈、安裝座等，可稱為油缸-起重鏈式。

圖4 油缸-起重鏈式鎖橋裝置

油缸-起重鏈式鎖橋裝置的液壓油缸通過安裝座安裝在車體車架上，下部安裝座與車橋固定，進行鎖橋動作時，油缸活塞桿伸出，起重鏈被拉直，與車橋固定的安裝座一方面受到起重鏈的牽拉，另一方面與活塞桿下平面接觸以防止車橋向上跳動，從而起到固定車橋的作用。

當汽車底盤后橋為單橋結構時，與前橋不同的是板簧布置在車架外側、輪胎內側，所在區域與車架區域持平，如圖3所示。因此圖4的豎直布置的鎖橋型式并不適用于汽車后橋的單橋結構。圖5中整體水平布置的鎖橋裝置則較多應用于汽車后橋單橋結構。這種裝置通過一個異形轉臂和油缸伸縮動作的配合完成對車橋的鎖定和解鎖作用，這種型式可稱為油缸-旋轉臂-起重鏈組合式。

圖5 油缸-旋轉臂-起重鏈組合式鎖橋裝置

對于汽車底盤雙橋結構，輪胎、車橋、車架的常見連接方式為車架與板簧中部固定，板簧兩端分別與兩個車橋連接，板簧布置在車架外側、輪胎內側，高度基本與車架區域持平。在這種布置形式下，需要根據實際情況設計不同的鎖橋結構，如鏈條式鎖橋裝置，（如圖6），油缸-調整螺桿擺轉式鎖橋裝置（如圖7）。

圖6 鏈條式鎖橋裝置

圖7 油缸-調整螺桿擺轉式鎖橋裝置

其中鏈條式鎖橋裝置大部分布置在車體內部，通過鏈條將走行部和車橋固連，當鐵路走行部進行提升和收放時，車橋通過鏈條跟隨動作，此種方案對所有連接件的抗拉和抗變形要求較高。

油缸-調整螺桿擺轉式鎖橋裝置是以油缸為動力，油缸活塞桿伸出后，推動叉口向車橋方向移動，直到叉口和車橋上的圓柱體嵌合，即將車橋位置固定。此裝置可以設置在車架側面也可以設置在車架下側，所需空間相對靈活，但對應改造工作也稍顯復雜。

1.2 4種鎖橋裝置橫向對比和應用

為更好地理解4種常用鎖橋裝置特點，表1將其從原理、優缺點方面進行了橫向對比。

表1 四種鎖橋裝置型式對比

目前在我公司生產的公鐵兩用工程車輛中，應用成熟、效果較好的為前兩種，在設計及安裝時充分考慮、調試成功后，一般可正常工作。第三種鎖橋裝置由于在車上有其它裝置遮蓋，安裝空間較為逼仄狹窄且不易維護檢修，所用鏈條由于在受力后具有一定延伸特性而抵消了部分提升高度，最終鎖橋效果欠佳。第四種在國外生產車輛中有實際應用，目前暫未在我公司內部應用。

2 鎖橋裝置設計過程注意項點

需要注意的是，鎖橋裝置對于公鐵工程車來說是屬于改造加裝裝置，每種車型的布置和鎖橋結構根據品牌不同、型號不同而有差別，鎖橋裝置的設計必須根據底盤實際布置情況進行設計，鎖橋型式根據底盤結構大體確定后，需確定具體參數，如油缸安裝位置、油缸安裝距、油缸行程、安裝座具體位置、機構運動關系、起重鏈長度等。

其中最重要的是根據膠輪離地間隙確定鎖橋后的車橋在垂直方向上的具體高度，確定好鎖橋位置，其他參數均可以在二維圖上通過圖解法完成。設計原理則可以做如下考慮：如果沒有鎖橋裝置，那么膠輪離地間隙等于鐵路走行部提升高度減去懸掛系統和膠輪因底盤離地而釋放的變形量之和。鎖橋的一個作用就是通過吊掛減少懸掛系統的變形量，將車橋拉住以使其不下降過多。另外設計時需要始終滿足以下幾個方面的要求：1）鎖橋裝置加裝后不影響原車輛功能。比如鎖橋預定安裝位置有減震器、U形栓安裝座、ABS閥塊等，一般方法為將這些部件拆除后集成安裝至鎖橋裝置上，因此在鎖橋裝置上需預留位置安裝原車部件；2）鎖橋裝置加裝后，在鐵路狀態需保證一定的膠輪離地間隙，一般要求為100 mm；3）鎖橋裝置在鎖定后需具有一定的位置保持能力，既能保證車橋不向上跳動，也能保證車橋不向下運動；4）鎖橋裝置（前橋）加裝后，不得影響車輛轉彎；5）鎖橋裝置承受拉力可能包含車橋質量、輪胎質量、板簧變形恢復力等，鎖橋裝置各零部件強度應滿足條件，必要時進行強度仿真計算。

3 其它鎖橋裝置結構舉例

德國的ZARGO、ZWEIWEG、SRT三家共屬一個集團公司，它們改造的公鐵車使用奔馳底盤，因底盤設計參與公鐵車設計制造，公鐵車與底盤融合程度較高，因此鎖橋裝置的整體外觀效果和車輛整體較為協調，如部分結構件為鑄造件，表面油漆用色和整車一致，而我公司公鐵車同一型號多為單產或少量生產，結構件以焊接為主。

圖8、圖9所示為使用鋼絲繩作為牽拉提升工具的鎖橋裝置，將鋼絲繩兩端分別固定與公路車橋和鐵路鋼輪上，中間通過導軌類機構引導鋼絲的走向。當鋼輪落至鋼軌上，鋼絲繩隨動將公路車橋提起。

圖8 鋼絲繩牽拉式鎖橋裝置

圖9 油缸-調整螺桿擺轉式鎖橋裝置

油缸-調整螺桿擺轉式也是SRT公司較早使用的鎖橋型式。這種設計和底盤融合度較高，設計外觀一致性較好，后期幾乎沒有改造部分。

另外還有空氣彈簧支撐式（如圖10），通過充氣和放氣完成車橋位置鎖定和解鎖的功能。充氣后，車橋和車架之間位置相對固定，放氣后，車輛自身板簧發揮減振作用。整體結構相對復雜，安裝占用空間較大，涉及充氣放氣還需要增加氣室、氣路和控制單元。

圖10 空氣彈簧支撐式鎖橋裝置

德國MOOG公司也有一種直接利用油缸活塞桿伸出和收回來鎖定和解鎖車橋位置的裝置，如圖11所示，油缸豎直布置，并且將油缸活塞桿端與車橋固定在一起，這種鎖橋裝置結構簡單，空間占用也較小，但是鎖橋狀態時對液壓缸自身性能和液壓系統的保壓功能都有較高要求[4]，在公鐵車進行鐵路行走或作業時液壓缸需持續受力。

圖11 油缸下壓式鎖橋裝置

4 結語

本文主要介紹了4種我公司內部設計過或使用過的鎖橋裝置，并分析了其優缺點和應用對象，給出了一些設計注意項點，為鎖橋裝置的設計工作提供了一些指導和方向，最后對世界范圍內各個公鐵車品牌目前在用的鎖橋裝置類型進行了簡要介紹和分析，為未來的設計提供了一定的開放性思路。