宋延文 尹紅霞

1.中集車輛（集團）股份有限公司 廣東深圳 518000

2.漢陽專用汽車研究所 湖北武漢 430056

隨著中置軸貨車列車在國內(nèi)的推廣和使用，其裝載貨物時的操作、運行安全和道路安全等成為生產(chǎn)企業(yè)和用戶普遍關(guān)注的問題。其中，中置軸貨車列車中的牽引桿、機械連接器和支腿承載裝置等部件，涉及到各個環(huán)節(jié)的安全問題，但由于中置軸貨車列車產(chǎn)品和標準在我國還處于發(fā)展初期[1]，這些零部件的標準還在引進和消化吸收階段，因此中置軸貨車列車的研發(fā)和使用還有待進一步成熟和完善。

本文通過介紹中置軸貨車列車的關(guān)鍵零部件標準、專業(yè)知識和相關(guān)應(yīng)用經(jīng)驗，希望能為研究中置軸掛車及汽車列車產(chǎn)品的設(shè)計工程師和生產(chǎn)廠家提供借鑒，使他們能夠快速了解和掌握中置軸汽車列車關(guān)鍵零部件的核心技術(shù)和應(yīng)用方法，避免走研發(fā)彎路以及出現(xiàn)列車產(chǎn)品設(shè)計缺陷。

1 關(guān)鍵零部件介紹

中置軸貨車列車的主要部件包含牽引桿與掛環(huán)總成、牽引車輛的機械連接器、支腿支承裝置總成等，中置軸貨車列車的機械連接器用于連接牽引汽車和中置軸掛車，是非常重要的連接部件，它對中置軸貨車列車的安全運行起到非常重要的作用。

中置軸貨車列車連接部件的選擇應(yīng)遵循中置軸掛車、中置軸貨車列車和零部件相關(guān)設(shè)計標準要求。同時，中置軸貨車列車連接的關(guān)鍵部件選擇還需考慮其尺寸、強度、列車互換性，以及適應(yīng)的車型等要素[2]。本文將分別進行介紹。

2 中置軸掛車列車關(guān)鍵零部件的選型

2.1 牽引桿選型

2.1.1 牽引桿尺寸

牽引桿是中置軸掛車的重要部件，是連接中置軸掛車與牽引汽車的連接結(jié)構(gòu)件，與牽引汽車后部的牽引桿連機械接器相耦合。牽引桿的長度尺寸、高度安裝尺寸均應(yīng)符合ISO 11407標準要求[3]。牽引桿選型主要涉及尺寸計算和強度計算。

牽引桿長度尺寸與牽引汽車和中置軸掛車之間的間隙、牽引桿伸入前車（牽引汽車）下面的長度尺寸有關(guān)系，在確定牽引桿長度時首先要對中置軸貨車列車的整體長度尺寸進行布置。根據(jù)列車總長度、前后車車廂長度、牽引桿連接器在前車上的位置，計算出前后車在極限轉(zhuǎn)彎時不干涉的間隙尺寸。在牽引桿安裝位置高度尺寸計算方面，一方面要考慮連接器安裝位置高度尺寸，另一方面還要考慮牽引桿的離地間隙，即中置軸掛車的通過性。

牽引桿鉸接點至牽引桿后支架中心線的距離L2+A=L1+ X1+A，其中L1為引桿鉸接點中心線至前車后端面的距離，L2為牽引桿鉸接點中心線至牽引桿前支架中心線的水平距離，X1為前后車之間的間隙，A為牽引桿后支架中心線至后車前端面的距離（最小為100 mm），如圖1所示。

圖1 中置軸掛車牽引桿尺寸選型尺寸圖

一方面，按照標準ISO 11407的推薦，中置軸貨車列車前后車廂間隙至少為750 mm，以保證前后車在極限轉(zhuǎn)彎、上坡或上坡加轉(zhuǎn)彎情況下，前車與后車不發(fā)生結(jié)構(gòu)尺寸干涉。另一方面，由于前車的后懸尺寸和結(jié)構(gòu)原因，牽引桿連接器的在前車上安裝位置尺寸根據(jù)各種車型不同會有較大區(qū)別，一般前后車廂的尺寸間隙范圍在890～2 025 mm之間。ISO 11407標準推薦牽引桿連接器耦合中心離地間距為(380±25) mm，歐洲牽引桿供應(yīng)商WAP提供的牽引桿連接器耦合中心離地間距為220～690 mm。

牽引桿的長度FL（從牽引桿耦合中心至前安裝支架的距離）尺寸與牽引桿的V值有直接關(guān)系，如圖2所示。

圖 2 中置軸掛車牽引桿尺寸

2.1.2 牽引桿強度計算

中置軸掛車的牽引桿強度校核評價參數(shù)為Dc值和V值（如圖3），并在歐洲標準94/20/EC Annex I, 2.1.18 &2.1.19中進行了規(guī)定[4]。

圖3 中置軸掛車動載荷計算圖

Dc值是用來衡量牽引貨車與中置軸掛車之間產(chǎn)生的水平方向力的理論參考值，Dc值 計算公式為：

式中，g為重力加速度，g=9.81 m/s2；T為裝有牽引桿連接器的牽引貨車的最大總質(zhì)量，t；C為達到最大設(shè)計總質(zhì)量的中置軸掛車車軸（軸組）傳遞到地面的的質(zhì)量，t。

V值是根據(jù)牽引貨車和中置軸掛車之間產(chǎn)生的水平方向的理論參考值，kN。V值計算公式如下：

式中，X為中置軸掛車載荷區(qū)域的長度，m；L為牽引桿的理論長度，為牽引桿耦合中心至中置軸掛車后軸組中心線的水平距離，m；C為達到最大設(shè)計總質(zhì)量的中置軸掛車車軸（軸組）傳到地面的質(zhì)量，kg。S值是牽引鉤靜載，最大值為中置軸掛車總質(zhì)量的10%或1 000 kg，取兩者低者。根據(jù)計算出的Dc值、V值、S值，選擇對應(yīng)的連接器類型、牽引桿掛環(huán)，在確定連接器與牽引桿掛環(huán)耦合點離地高度情況下，設(shè)計連接器和牽引桿連接支架。牽引桿掛環(huán)由專業(yè)廠家生產(chǎn)并進行質(zhì)量認證，牽引桿生產(chǎn)廠家一般會采購標準的牽引桿掛環(huán)，與牽引桿焊接后成為總成進行銷售。

2.2 機械連接器選型

2.2.1 機械連接器類別介紹

中置軸掛車的牽引桿連接器有很多種，按照歐洲標準ECE R55 Uniform provisions concerning the approval of mechanical coupling components of combinations of vehicles[5]關(guān)于組合列車的機械連接裝置的認證規(guī)定，拖車和被拖掛車之間的機械連接裝置分為A、B、C、D、E、F、G、H、J、K、L、S、T共計13個類別，每一類又細分出更多小類別，中置軸掛車可以采用的連接器規(guī)格有限。

其中，廂式中置軸掛車采用歐洲標準ECE R55 D類（Class D）機械連接器，該機械連接器與牽引掛環(huán)連接時，鎖銷自動從連接器上方落下，插入牽引掛環(huán)孔中，并自動鎖緊（或手動鎖緊）。D類中的D50-A、D50-B、D50-C和D50-D分別表示標準直徑50 mm的插銷，牽引桿掛環(huán)與牽引桿之間為焊接連接、螺紋連接、螺栓連接形式。D50-X表示非標準50 mm直徑的牽引桿掛環(huán)（如圖4）。

車輛運輸中置軸掛車的機械連接器采用歐洲標準ECE R55 中的T類（Class T），即非標準的連機器與牽引桿掛環(huán)之間非自動掛接和脫掛，需要使用工具將連接器與牽引桿掛環(huán)之間解除掛接（如圖 5）。

圖4 喇叭口連接器

圖5 球型連接器

由于在運營過程中，廂式中置軸掛車與貨車組成的中置軸貨車列車甩掛的機會較多，廂式中置軸掛車與貨運汽車的掛接會經(jīng)常脫掛。從歐洲的掛車機械連接標準和多年的使用經(jīng)驗看，中置軸掛車選用歐洲標準E/ECE/R505中D類（Class D）機械連接器。該類連接器為喇叭口型結(jié)構(gòu)，適合與直徑50 mm牽引桿的掛環(huán)進行自動連接。

中置軸車輛運輸車的機械連接器選用歐洲標準E/ECE/R505中T類（Class T），非標準牽引桿掛環(huán)與連接器主銷非自動連接和拖掛，需要采用專用工具將牽引桿掛環(huán)與主車上的連接器主銷脫掛。歐洲中置軸車輛運輸車的掛車連接器主銷直徑一般為80 mm或90 mm，標準中沒有規(guī)定連接器主銷的直徑。

2.2.2 連接器選型原則

中置軸掛車的牽引桿連接器總體上分為：車輛運輸中置軸掛車機械連接器和廂式中置軸掛車機械連接器。兩類機械連接器選擇的原則一致，都是根據(jù)牽引桿的牽引能力Dc值、牽引鉤的靜載值S、牽引鉤動載值V確定相應(yīng)的連接器型號。

根據(jù)上述牽引桿強度計算公式和中置軸掛車的已知參數(shù)（拖掛車和中置軸掛車的質(zhì)量、中置軸掛車的長度尺寸等），計算出Dc值、S值和V值，選擇出車輛運輸車中置軸掛車或者廂式中置軸掛車的機械連接器。

2.2.3 喇叭口型連接器（D類-Class D）

按照國家標準GB 1589-2016規(guī)定，拖掛車最大總質(zhì)量25 t，兩軸中置軸掛車總質(zhì)量18 t，計算出Dc值為104.65 kN，V值為70.1 kN，S值為1 000 kg，所以可以選擇某品牌生產(chǎn)的中置軸掛車連接器RO500A66000（如圖6)。RO500A66000的技術(shù)參數(shù)為：Dc=140 kN，V=90 kN，S=1 100 kg。

圖6 廂式中置軸掛車喇叭口式連接器

如果廂式中置軸掛車以后液壓尾板為后門，卸貨時中置軸掛車的后尾板放平與拖掛車連成通道，叉車可以從中置軸掛車進入拖掛車卸貨，此時中置軸掛車的連接器和掛環(huán)承受更大的垂直力。因此，靜載荷S要達到2 500 kg。雖然選用同一型號的連接器RO500A66000，但連接器的S值應(yīng)選擇更大的，適合承受叉車的靜載荷力和動載荷。

意大利V.ORLANDI公司的廂式中置軸車機械連接器E525符合歐洲和中國掛車及配件相關(guān)標準，在歐洲廣泛應(yīng)用。E525連接器的技術(shù)參數(shù)：Dc=135 kN，V=75 kN，S= 1000 kg，另外一個選項是Dc=135 kN，V=50 kN，S=2 500 kg，如圖7所示。

2.2.4 球型連接器(T類-Class T)

中置軸車輛運輸車的機械連接器型號選擇方法與廂式中置軸掛車機械連接器相同，只是中置軸車輛運輸車的機械連接器選用R55標準中的T類，即球型連接器。球型連接器與牽引桿掛上半球碗型掛環(huán)連接緊密，球面之間通過潤滑脂進行潤滑。所以，中置軸車輛運輸車都選用球型連接器。

圖7 廂式中置軸掛車喇叭口式連接器

球型連接器中的連接球的直徑尺寸為非標，在標準R55 Class T中沒有規(guī)定。按照強度計算和試驗結(jié)果，中置軸車輛運輸車選用直徑為80 mm或90 mm的連接器。如J O S T 公 司 的R O K U 8 0（ 如 圖8） ， 或 意 大 利V.ORLANDI公司的GS900（如圖9）。這兩款產(chǎn)品都是符合中國標準的機械連接器，并且在國內(nèi)市場應(yīng)用較多。

ROKU80（型號RO908H61000）的技術(shù)參數(shù)：Dc=140 kN，V=90 kN，S=1 000 kg，另外一個選項是Dc=1 450 kN，V=75 kN，S=2 500 kg。ROKU80的最大允許連接角度在同類型產(chǎn)品中領(lǐng)先，三個方向的最大角度達到了垂直方向±20o，水平方向±90o，軸線轉(zhuǎn)動方向±25o?？v向角度的高許容值在一定程度提高了車輛的抗側(cè)翻性能。如圖8所示。

圖8 JOST ROKU80中置軸車輛運輸車連接器

GS900的技術(shù)參數(shù)為：Dc=145 kN，V=90 kN，S=2 500 kg，或者為：Dc=145 kN，V=110 kN，S=1 000kg。如圖9所示。

圖9 GS900中置軸車輛運輸車連接器

2.3 中置軸掛車支承裝置

由于中置軸掛車的車軸位于掛車的中間位置，因此在中置軸掛車與牽引汽車連接狀態(tài)下，使用叉車裝置貨物時，中置軸掛車前端的支承裝置需要處于支撐狀態(tài)。即使中置軸掛車處于脫掛狀態(tài)，中置軸掛車的前端也需要支撐，以免中置軸掛車向前傾斜。中置軸掛車后端也需要設(shè)置支承裝置，保障中置軸掛車處于水平安全位置。

一方面，中置軸掛車的重心與軸組中心線基本重合。因此當(dāng)中置軸掛車處于拖掛狀態(tài)下，中置軸掛車廂體內(nèi)的貨物布置不均勻時，中置軸掛車將向前傾或者后傾。另一方面，中置軸掛車的牽引桿最大只能承受10 kN的垂直載荷。因此中置軸掛車在裝貨時，為了保證中置軸掛車的平穩(wěn)性，需要在其前端設(shè)置支承裝置，以免中置軸掛車在裝載過程中產(chǎn)生傾覆。如圖10所示。

圖10 中置軸掛車前支承裝置

2.3.1 支承裝置的位置設(shè)定

中置軸掛車支承裝置無論對空載還是滿載的中置軸掛車的靜態(tài)穩(wěn)定性都起到很大作用，以保證中置軸掛車不向前或向后傾斜。中置軸掛車支承裝置的位置尺寸在中置軸掛車的相關(guān)標準中沒有規(guī)定，只能根據(jù)中置軸掛車載荷分配計算來設(shè)置前支承裝置的位置尺寸，如圖5和圖6所示。

中置軸掛車車架后部也需要設(shè)置支承裝置。一般設(shè)置在中置軸掛車后輪外緣至最后端中間偏后一點的位置，保證中置軸掛車滿載脫掛狀態(tài)下，中置軸掛車不向后傾覆，以及叉車在向中置軸掛車或列車上裝載貨物時，中置軸掛車的牽引桿受力不超過10 kN，還可以防止叉車裝卸中置軸掛車內(nèi)貨物時中置軸掛車向后傾斜，如圖11所示。

圖11 中置軸掛車后支承裝置

2.3.2 支承裝置的參數(shù)確定

中置軸掛車的前后支承裝置的主要參數(shù)為支承裝置的安裝高度M、離地高度H和安裝寬度E。其中，安裝高度M、離地高度H與中置軸掛車車架大梁上平面離地面的距離有關(guān)，H與中置軸掛車的通過性有關(guān)，離地高度H的尺寸最小需要250 mm，安裝寬度E為中置軸掛車縱梁外側(cè)安裝板之間的距離。支承裝置結(jié)構(gòu)和尺寸如圖12所示，參數(shù)如表1所示。

3 中置軸掛車關(guān)鍵零部件出現(xiàn)的問題及解決方案

中置軸掛車的機械連接器、牽引桿和支承裝置在使用過程中操作不當(dāng)也會出現(xiàn)一些意外問題，尤其是在中置軸貨車列車運行中，司機駕駛中置軸貨車列車在貨運場站或上下高速急轉(zhuǎn)彎狀態(tài)下，如果操作不當(dāng)極有可能釀成重大交通事故。筆者對目前國內(nèi)中置軸車輛運輸車列車在實際使用時發(fā)現(xiàn)的問題進行了分析，并提出了解決問題的方法。

表1 支承裝置參數(shù)表

3.1 牽引桿和連接器損壞的原因

按照中置軸貨車列車正常轉(zhuǎn)彎操作，無論是球形連接器還是喇叭型連接器，前車轉(zhuǎn)彎±90o是允許的，如果轉(zhuǎn)彎超過90o，個別品牌的牽引桿將會與機械連接器的結(jié)構(gòu)相接觸。再繼續(xù)加大轉(zhuǎn)彎角度，使后車的牽引桿與機械連接器的后座板產(chǎn)生干涉而使牽引桿變形，嚴重情況下可以使牽引桿斷裂。如果牽引桿與機械連接器之前沒有鋼絲繩連接作為保險，前后車可能會脫離而釀成重大事故。

在歐洲中置軸掛車列車發(fā)展歷史比較久，司機駕駛中置軸貨車列車轉(zhuǎn)彎時會比較小心，不會突然轉(zhuǎn)超過90o的彎，因此不會發(fā)生中置軸掛車牽引桿損壞的事故。而中置軸貨車列車在中國剛剛興起，貨車司機沒有駕駛中置軸貨車列車的經(jīng)驗，上崗前沒有經(jīng)過專業(yè)的培訓(xùn)，對中置軸貨車列車及其配件的性能不了解，還用老習(xí)慣駕駛中置軸貨車列車。因此，就會發(fā)生轉(zhuǎn)彎超過90o而損壞牽引桿的情況。

3.2 解決損壞牽引桿或中置軸掛車的方案

首先，要對駕駛中置軸貨車列車的司機進行培訓(xùn)，講解機械連接器和中置軸掛車牽引桿的結(jié)構(gòu)、性能和使用要求，以及如何正確駕駛中置軸貨車列車，以及在進行低速轉(zhuǎn)急彎如何進行操作。

其次，在機械連接器上安裝角度轉(zhuǎn)動行程開關(guān)和感應(yīng)器，在前車轉(zhuǎn)彎接近90o使發(fā)出報警，司機在駕駛室內(nèi)可以聽到報警，及時改變轉(zhuǎn)彎角度，避免轉(zhuǎn)超過90o發(fā)生意外。還可以采用在機械連接器上設(shè)置機械限位的方式，防止前車轉(zhuǎn)彎超過90 o，但即使設(shè)置了機械限位，如果司機繼續(xù)加大轉(zhuǎn)彎角度，也有可能損壞牽引桿或者機械連接器。因此，最有效的方法還是對司機進行培訓(xùn)，讓司機了解中置軸貨車列車的駕駛規(guī)范和操作規(guī)程。

4 結(jié)語

目前國內(nèi)中置軸貨車列車的關(guān)鍵零部件基本上使用的是進口產(chǎn)品，其中機械連接器、牽引桿和支承裝置基本都集中在歐洲幾個主要品牌，隨著我國中置軸貨車列車零部件產(chǎn)品標準的完善和廣大技術(shù)人員對這些零部件的設(shè)計、工藝和標準認識加深，這些重要零部件的國產(chǎn)化進程將會不斷加快。

另外，我國中置軸車輛運輸車列車和中置軸廂式貨車列車現(xiàn)在還處于初級發(fā)展階段，未來有很大的發(fā)展空間，這樣會促使中置軸貨車列車的關(guān)鍵零部件供應(yīng)商投入更多人力和物力進行研發(fā)和創(chuàng)新，從而加快中置軸貨車列車的零部件技術(shù)進步和擴大應(yīng)用范圍。

同時，中置軸貨車列車在使用過程中，也遇到一些問題。通過物流公司對中置軸貨車列車駕駛員的培訓(xùn)和訓(xùn)練，讓他們了解和掌握中置軸貨車列車的駕駛要求和操作技能與技巧，減少和杜絕中置軸貨車列車運營中由于駕駛不當(dāng)而造成對中置軸掛車連接裝置的破壞，甚至是車輛廂體的破壞。

中置軸貨車列車的關(guān)鍵零部件在中國還有很大的發(fā)展空間，值得相關(guān)企業(yè)投入研發(fā)與制造。