韓鵬賢 中國鐵路上海局集團有限公司上海經(jīng)濟開發(fā)公司

1 概述

擋車器一般安裝于軌道盡頭線終端，是為了避免列車意外失控時沖出線路，防止人員傷害及車輛和其他設(shè)施（建筑物、軌道、車站、遂道等等）的損壞，確保運營安全的必不可少的安全設(shè)備。

但在某些特殊情況下，擋車器需要安裝于線路中端區(qū)域而不是軌道盡頭線終端，以達到阻斷軌道線路的目的，不僅能夠適用于有特殊運營需求的既有線路，也適用于新建線路的分期、分階段建設(shè)的正線、或與正線接通的聯(lián)絡(luò)線、工程線或營業(yè)線改造的臨時“開通”和“遮斷”等有特殊要求的線路。既能保證運營線路的行車安全，又能為后續(xù)工程的建造與銜接提供安全的線路運行環(huán)境、便利的運輸聯(lián)絡(luò)。

為此，需要研究開發(fā)一種新型的擋車器產(chǎn)品，以滿足上述應(yīng)用要求。例如，上海軌道交通二號線，實際是分段運行，廣蘭路站是分段運行的交匯點，所以需要有擋車器設(shè)備安裝于股道中間，把虹橋站方向和浦東機場方向的列車隔開，以防止意外發(fā)生。通常情況下，安裝在軌道上的這種擋車器處于制動狀態(tài)，以防止來自虹橋機場方向列車失控，沖撞處于正常運營、折返浦東機場方向的列車。當線路需要全線貫通時，擋車器則需要開啟，處于非制動狀態(tài)、矗立于軌道一側(cè)保證線路貫通、列車安全通過。

2 開啟式擋車器的設(shè)計依據(jù)

開啟式液壓緩沖擋車器與普通擋車器的應(yīng)用場景完全不同，所以其設(shè)計必須根據(jù)使用場合的實際工況作為依據(jù)。

2.1 限界要求

根據(jù)建筑限界和設(shè)備限界之間應(yīng)充分考慮建筑物上的設(shè)備和管線安裝位置，在寬度方向上設(shè)備和管線與設(shè)備限界之間應(yīng)留出20 mm～50 mm安全間隙。

線路貫通時，擋車器矗立于軌道一側(cè)，設(shè)備內(nèi)側(cè)邊緣距軌道中心≥1750 mm（凈距）。

2.2 擋車器設(shè)計參數(shù)

最大撞擊載荷：514 t（8輛、重載）；

最大撞擊速度：5 km/h（惰性速度）；

撞擊中心距軌面高度：720 mm；

鋼軌型號：60軌；

鋼軌軌距：1435 mm。

2.3 運行要求

安裝于鐵路軌道混凝土基礎(chǔ)上，平時處于制動狀態(tài)（中斷線路），可承受失控車輛的撞擊；當線路需要貫通時，擋車器開啟，處于非制動狀態(tài)，并矗立于軌道一側(cè),保證線路貫通，車輛安全通過。

3 開啟式液壓緩沖擋車器的設(shè)計

開啟式液壓緩沖擋車器的設(shè)計分兩大部分，即擋車器主機設(shè)計和安裝基礎(chǔ)設(shè)計。

3.1 擋車器主機設(shè)計

3.1.1 結(jié)構(gòu)特征

主機由鋼結(jié)構(gòu)主架、液壓緩沖器、鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、卷揚機開啟牽引系統(tǒng)、電路控制系統(tǒng)等五大部分組成。擋車器結(jié)構(gòu)如圖1所示。擋車器的主要受力部件主架三維圖如圖2所示。

圖1 擋車器結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 擋車器主架三維圖

鋼結(jié)構(gòu)主架上部安裝液壓緩沖器，液壓緩沖器定位于線路中心位置，液壓緩沖器的前端裝有旋轉(zhuǎn)撞擊頭，鋼結(jié)構(gòu)主架的下部通過前后支撐座鉸接于鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，同時鋼結(jié)構(gòu)主架內(nèi)部會自動伸出支腿支撐于軌道中間，使鋼結(jié)構(gòu)主架保持工作時的穩(wěn)定性。

卷揚機開啟牽引系統(tǒng)由固定于鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)后部的卷揚機、鋼絲繩、固定于墻壁上的定滑輪、固定于主架上的動滑輪和固定于墻壁上的復位緩沖器組成。3.1.2受力分析和液壓緩沖器的選取

根據(jù)工況要求，設(shè)備須滿足車輛撞擊動能：

需要選用一種制動能力不小于上述撞擊動能的液壓緩沖器，可滿足設(shè)計要求。

3.1.3 擋車器的工作原理

開啟式液壓緩沖擋車器定位于線路中心位置。當失控車輛沖撞擋車器時，車輛與旋轉(zhuǎn)撞擊頭接觸，承受失控車輛的慣性撞擊，并將失控車輛的慣性動能傳遞給液壓緩沖器。液壓緩沖器吸收車輛撞擊動能的同時，將撞擊力通過主架傳遞至鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，從而達到止停車輛的目的。鋼結(jié)構(gòu)主架的下部通過前后支撐座鉸接于鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，同時鋼結(jié)構(gòu)主架內(nèi)部會自動伸出支腿支撐于軌道中間，使鋼結(jié)構(gòu)主架保持工作時的穩(wěn)定性。

當需要線路貫通時，卷揚機通過鋼絲繩，經(jīng)過多組定滑輪和動滑輪，提升鋼結(jié)構(gòu)主架到垂直位置，此時擋車器結(jié)構(gòu)部分處于鐵路機車車輛限界條件（距軌道中心1750 mm）以外，復位緩沖器被壓縮，此時車輛可以安全通行；當需要阻斷線路時，卷揚機反轉(zhuǎn)，復位緩沖器推動鋼結(jié)構(gòu)主架至一定角度，使其可以靠自身重力使液壓緩沖器定位于軌道中心位置，中斷線路。

開啟式液壓緩沖擋車器的開啟和中斷的極限位置由位置開關(guān)通過電控箱控制，并由保險銷鎖定。

手動葫蘆用于斷電狀態(tài)下的應(yīng)急操作。當出現(xiàn)電力故障或其他不可估計的問題時，只能采取人工操作，可利用手動葫蘆，以保證線路的正常使用，確保安全運輸。

該擋車器操作簡單、可在車控室和現(xiàn)場分別操作或組合操作，以保證操作過程的安全性。設(shè)備中通過手拉葫蘆、保險銷、限位開關(guān)的組合應(yīng)用保證了設(shè)備使用的安全性。

液壓緩沖器是擋車器的核心部件，用于吸收撞擊列車的動能。其為一閉式液壓系統(tǒng)，其油缸體內(nèi)填充有一定壓力的氮氣及一定量的液壓油。氮氣與液壓油被一活塞分別隔離于兩個密閉空間內(nèi)。由于氮氣具有可壓縮的特性，故而失控車輛撞擊液壓緩沖器的緩沖過程顯而易見，然后在失控車輛持續(xù)作用下液壓油從油缸體內(nèi)的一腔通過閥孔排向另一腔，此時會產(chǎn)生大量的熱量。這一過程是液壓緩沖擋車器作制動功的過程，即消耗失控車輛慣性動能的過程。

液壓緩沖器在被壓縮的同時，油缸體內(nèi)的總?cè)莘e在縮小、氮氣的壓力在增大，液壓緩沖器內(nèi)腔積聚了大量的壓力能，當列車撤離后，液壓緩沖器可通過壓力能的自動釋放幫助其自動復位至原始工作位。液壓緩沖擋車器自動復位功能將大大縮短事故處理時間，盡快恢復運營通車。

3.2 擋車器的安裝基礎(chǔ)設(shè)計

安裝基礎(chǔ)是連接擋車器主機和道床的部件，除了起到連接的作用，也承受來自車輛的撞擊力和扭矩，安裝基礎(chǔ)的設(shè)計必須根據(jù)擋車器的受力狀況來決定。

為滿足軌道交通的要求，擋車器和土建結(jié)構(gòu)接口采取防迷流的絕緣措施，即中間增加10 mm厚的橡膠絕緣板。

3.2.1 擋車器安裝基礎(chǔ)的受力分析

根據(jù)上述對擋車器的結(jié)構(gòu)設(shè)計，分析擋車器基礎(chǔ)的受力狀況。擋車器需承受F＝700 kN的水平撞擊力，其撞擊中心距軌面高度為720 mm，由于受到限界的控制，擋車器的設(shè)計主要尺寸如圖3和圖4所示。

圖3 擋車器安裝基礎(chǔ)示意圖

圖4 擋車器安裝基礎(chǔ)受力圖

擋車器安裝基礎(chǔ)分為基礎(chǔ)A和基礎(chǔ)B。

基礎(chǔ)A位于軌道路基上，與擋車器的鋼板基座通過螺栓連接，與隧道底板通過鋼筋連接，由于擋車器的水平撞擊力為700 kN，基礎(chǔ)A需承受的扭矩可分為水平面和垂直面的扭矩。計算中擋車器自重較小，可忽略不計。

水平面（側(cè)向）扭矩：M=700 kN×1.9 m=1330 kN·m

垂直面（縱向）扭矩：M=700 kN×0.861 m=603 kN·m

基礎(chǔ)B位于整體道床上，與擋車器通過銷釘連接，需承受垂直上拔力，其上拔力約為F=100 kN。

3.2.2 基礎(chǔ)A設(shè)計

基礎(chǔ)A采用C50鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，長度為6 450 mm，寬度為450 mm。為保證基礎(chǔ)A能承受并傳遞擋車器巨大的縱向力和扭矩至矩形隧道底板上，通過植筋膠在矩形隧道底版上植入55根HRB500級φ20 mm鋼筋，鋼筋縱向布置間隔為350 mm，以保證基礎(chǔ)和底版的整體性，使基礎(chǔ)A和底板能錨固為一體；在基礎(chǔ)兩端設(shè)置高為300 mm的混凝土擋肩，以抵抗縱向撞擊力和水平扭矩。

擋車器鋼板基座和基礎(chǔ)的連接采用預埋尼龍?zhí)坠芎吐菪泪斁o固連接，并在基座和基礎(chǔ)間設(shè)置10 mm厚橡塑絕緣墊板，要求絕緣墊板與混凝土基礎(chǔ)及鋼板的摩擦系數(shù)大于0.55，并滿足絕緣電阻大于108 Ω，預埋套管和螺旋道釘?shù)目拱瘟Υ笥?00 kN。圖5為基座鋼板和基礎(chǔ)連接設(shè)計示意圖。

3.2.3 基礎(chǔ)B設(shè)計

基礎(chǔ)B長度為600 mm，寬度為600 mm?；A(chǔ)B直接在原整體道床上鉆孔通過植筋膠植入4個尼龍?zhí)坠?，采用螺旋道釘緊固連接，并在鋼板基座和道床間設(shè)置10mm厚橡塑絕緣墊板，并滿足絕緣電阻大于108 Ω，預埋套管和螺旋道釘?shù)目拱瘟Υ笥?0 kN。圖6為基礎(chǔ)B和道床連接結(jié)構(gòu)設(shè)計示意圖。

3.2.4 其他配套設(shè)計

擋車器用電功率約2 kW，在安裝現(xiàn)場需配套380 V動力電源，用于開啟擋車器。車站控制室與擋車器安裝現(xiàn)場間需敷設(shè)控制電纜。

4 結(jié)束語

開啟式液壓緩沖擋車器屬于國內(nèi)首創(chuàng)，填補了軌道交通行業(yè)內(nèi)開、啟合一擋車器的又一空白，為軌道交通的安全運營提供了又一新型保障設(shè)備。

安裝于上海軌道交通二號線東延伸段工程廣蘭路站地下隧道內(nèi)的GYKQ720712型開啟式液壓緩沖擋車器，經(jīng)過幾年的正常使用，目前狀態(tài)良好，受到用戶好評。

隨著軌道交通的高速發(fā)展，對軌道交通運行的安全設(shè)施要求越來越高，同時軌道交通形式多樣，應(yīng)用場景層出不窮，由此需要性能優(yōu)良高質(zhì)量擋車器滿足現(xiàn)場運用要求。開啟式液壓緩沖擋車器的創(chuàng)新設(shè)計，對保證軌道交通運營安全暢通具有十分重要的意義。