工务四轮运输小平车的研制

 

张庆知 王景磊 张金殿 恽海涛 张统伟

摘要：随着中国铁路的高速建设与发展，为满足当前高密度、高速度的行车需求，工务维修作业也正朝着智能化、机械化、集成化发展。而基于全国各大工务段的维修里程不断增长，工人劳动强度日益增加的现状，工务维修设备的智能化、集成化需求日益增加。当前工务运输作业仍旧采用手推式轨道平车，安全事故频发，作业效率底下，鉴于此，本文研制一款自行式工务四轮运输小平车，保证工务维修作业的安全性，提高作业效率。

关键词：工务运输；智能化；自行式；轨道平车

1 绪论

目前现代化铁路和工务管理信息化的快速发展导致各工务段的营业维修里程不断增长，而受限于天窗期的存在，工务维修作业的智能化、集成化需求愈发急迫。在工务维修作业中，轨枕、道砟以及相关器具的运输极耗人力，且作业效率低下，而且由于当前工务段人力老龄化的趋势以及新生力量的不足，工务运输作业效率日益下降。因此，为了减轻工务段人员的劳动强度，提高作业效率，研制了一款自行式、可拆卸、操作简便的工务运输设备——工务四轮运输小平车。

1.1研制背景

现行国内工务维修使用的运输工具主要是各工务段自行设计的简易式小平车。此类小平车体积大，比可拆卸，上下道不方便，且不具备动力系统，需靠人力推行，作业时工人劳动强度大，作业效率提高有限。此外，此类小平车没有制动系统，在工务维修中经常会出现溜车现象，安全事故多发易发，且无充分的试验验证，作业安全性无法保证，可能会造成严重人员和设备危害。因此基于此现状，各工务段对此类小车的使用都出台了严格的规范，即必须要两个人操作一台小车，一人负责推行，一人负责制动，而这又造成了严重的人员浪费。降低工务段人员的劳动强度，提高工务维修作业的效率。

1.2研制的目的与意义

设计一款轻量化、模块化设计的工务四轮运输小平车，具有上下道方便、操作使用方便、工作效率高等特点，以降低了工务段工人的劳动强度，节省人力资本。同时符合国内轨道车辆向着集成化、智能化、新能源、个性化定制等要求、产品质量稳定和安全性高等方向发展的需求，具有十分重要的意义。

1.3国内外现状

国外工务维修作业运输工具分为人力推行式和自行走式两种，自行走式小车占主导地位。英国BANCE公司、法国的GEISMAR公司、澳大利亚Donfabs and Consillia 公司都有相关自行走式小车产品，主要用来工务巡检、搭载小型检测设备、物料运输、应急救援等，速度可以达到15km/h，该种小车平台具有轻量化、模块化设计，具有上下道方便、操作使用方便、工作效率高等特点，极大的降低了工人的劳动强度。

国内现有的自行轨道平车仅限于厂房内部或厂房之间的重物运输，且不具备拆分结构，自重太大，不便于上下道，因此无法胜任工务段维修作业。因此，一种轻量化、模块化的轨道平车的研发十分必要。

2 机械结构与基本数据

2.1 小车结构

工务四轮运输小平车（以下简称工务小车）组成结构如图1所示。

图1 工务小车组成结构

工务小车采用模块化结构设计，各个模块间通过快速连接结构实现组装与拆卸。整车主要分为以下模块：驱动模块、从动模块、底板（两块）、支撑梁（两根）。

其中，驱动单元集成了驱动电机及传动机构、制动装置等机构，前框架采用型材焊接式结构，强度高，承载能力强。为了实现轻量化的目标，驱动框架铝管焊接而成，整体框架通过螺栓与驱动与传动机构连接。小车的传动与驱动系统中，驱动电机通过减速箱，驱动驱动轴转动，而驱动轮通过平键与驱动轴连接并随转，以实现整车的动作。此外，为达到驱动轮的减重目标，驱动轮采用铝合金车轮及轮毂，并外层包胶，以提高粘着系数。从动单元则集成了从动轮系、驱动电池、电控系统等机构。工务小车采用锂电池供电，搬运及运输过程中需取出电池。锂电池具有能量密度大，重量轻，寿命长等特点，在轨道车辆中使用愈加广泛。

工务小车包含两套制动装置，即电磁制动器与碟刹。电磁制动器作为驻车制动，安装在驱动电机尾部，主要实现断电驻车和紧急制动的功能，电磁制动器在应急状况下可通过机械手柄以解除驻车制动，实现人工推行。碟刹则是作为行车制动，主要功能是实现车辆常规动作下的减速和制动。

2.2 主要性能

（1）尺寸：组装尺寸1790mm×1760mm×442mm，拆卸运输尺寸1760mm×1150mm×660mm;

（3）重量：整车重255kg（不含电池），单个模块重量≤90kg；

（4）组装拆卸时间：≤5min；

（5）额定载荷：1.5T；

（6）最高行驶速度：5km/h；

（7）连续作业里程：30km；

（8）控制：整车包含两套制动系统，并通过遥控器实现车辆的前进、后退、速度控制、制动、急停等动作。此外，整车包含示廓灯、反光条、喇叭等功能。

2.3 关键技术

（1）工务小车满载坡道启动时的动力验证；

（2）整车的重量控制；

（3）整车的模块化及便携性设计；

（3）制动系统设计；

（4）走行功能，辅助照明方案设计。

2.4 研制过程

通过对现有自行式轨道平车的深入研究，研发一种稳定性好、操作简便、安全性高、续航充足的工务四轮运输小平车，以提高当前工务维修作业中料具及器具运输的作业效率。

研制过程包括：调研现场需求与市场前景→主要性能参数输入→驱动系统校核与选型→走行轮、驱动轴轻量化改进设计→轻量化车架材料选择→机械结构设计→整车性能验证→产品试制→产品试验与调试→改进与完善→验收→广泛运用。

图2 工务小车最终产品结构

根据前期调研结果，结合潜在市场的实际需求，合理设定结构尺寸，搭配组合专用配件，在保障工务小车走行功能、负载性能的前提下，完善小车的工艺结构，最终形成最终的小车结构，如图2所示。工务小车材料选择优先满足工务运输作业中对相关设备轻便性、便携性、高强度的技术要求。通过不断的现场试用测试，工务小车的稳定性、可靠性、便携性在实际工务维修作业中完全满足作业要求，在道砟、轨枕、相关工务维修设备的运输作业中发挥了巨大作用，符合未来智能化工务维修作业的发展方向。

2.5 工艺设计

（1）驱动轴采用毛坯料焊接后精加工的形式，在保证强度的同时实现大幅度减重；

（2）底板、支撑梁与驱动模块、从动模块间采用搭扣、销轴连接，电气件均以对接插头连接，安全牢靠，简单易拆，大大提高组装或拆卸效率；

（3）走行轮采用铝合金轮毂+聚氨酯包胶层的形式，最大程度上提高了车轮与钢轨的黏着系数，保证小车起动性能；车轮与驱动轴件采用深沟球轴承，是的传动效率提高；

（4）为应对突发状况，整车可在无动力情况下手动推行，保证运行安全性。

3 工务四轮运输小平车效益

3.1 技术性能

（1）结构简单轻便，模块化拆装，工务作业中三人协作5min内即可完成组装或拆卸作业，实际作业单人即可操作；

（2）使用锂电池作为动力源，续航足，体积小，污染小；

（3）整车运行稳定可靠，经济耐用，维护成本较小；

（4）操作简便，实用性强，满足35‰坡道、160m超高线路运行。

3.2 预期效益

工务小车具有简单轻便、负载能力高、操作简单等优点，解决了目前工务段运输作业中人员浪费、作业效率低下的问题。

（1）工务小车包括两套制动系统，针对在天窗期内可能发生的突发紧急情况均有应对方案，大大保障了工务运输作业的安全性；

（2）现行工务段使用的无动力平车满载时需5-6人参与推行，劳动强度大，工务小车采用有线遥控器控制，作业时仅需1人实时操作，大大节省了人工成本；

（3）组装拆卸简便易学，电池续航满足一个天窗期使用，使用成本极低；

（4）日常保养、维修方便，降低劳动强度。

4 结束语

随着近年来铁路建设工作的不断投入，各工务段工作量不断增长，工务四轮运输小平车在工务运输作业中展现的无污染、低噪音、简单轻便、操作简单、负载能力强等优点完全符合当前工务维修作业集成化、绿色化、智能化的发展方向，在降低工人劳动强度、节省人工成本、降低维修成本等方面优势明显。而基于此小车平台，进行更多智能化维保功能模块的集成是我们今后的课题。