公铁两用工程车锁桥装置的型式与设计

董雯霞

（中车四方车辆有限公司，山东青岛 266000）

0 引言

在类型众多的铁道车辆中，有一种车较为特殊，它可以在公路和铁路上自由切换，是公路、铁路双栖车辆，被称为公铁两用车（以下简称公铁车），公铁车主要用来实现铁路牵引和铁路工程作业等多种功能[1]。常见的公铁车根据功能可细分为公铁高空作业车、公铁桥检车、公铁放线车、公铁除雪车、公铁焊轨车、公铁清洗车、公铁检测车等多种类型[2]。除去具有牵引功能的公铁牵引车外，其他均可归类为公铁两用工程车，这类车辆正常功能的实现离不开一个特殊装置——锁桥装置。

锁桥装置通过锁定车桥和解锁车桥两种状态的切换，既可以使车辆在公路行走时正常发挥汽车车桥的减振功能，又可以保证车辆在进行铁路行走或作业时汽车车桥不晃动振动，从而保证铁路作业的安全稳定。锁桥装置的基本原理是通过在汽车车桥处加装一整套能够控制车桥位置的装置，实现在铁路和公路模式切换时将车桥刚性固定或松开的功能。

1 锁桥装置的四种常见型式

1.1 汽车车桥结构及对应常见锁桥型式

锁桥装置没有具体的分类方式，不同的结构类型可以分别应用于汽车单桥结构、汽车双桥结构。图1为一种汽车前单桥结构，图2为一种汽车后双桥结构，图3为一种汽车后单桥结构。

图1 汽车前桥板簧连接处

图2 汽车后双桥板簧连接处

图3 汽车后单桥板簧连接处

对于汽车底盘单桥结构，轮胎、车桥、车架等结构的常见连接方式是车架与板簧两端连接固定，板簧中部通过两个U形螺栓与车桥固定，板簧处于车桥正下方，距离较远，由于卡车多为后桥驱动，此种连接方式多见于汽车前桥，如图1所示。

对于汽车前桥，锁桥装置的实施方式即通过油缸和起重链联合限制连接处的竖直位移来锁定车桥[3]，这种装置被应用于一些轻量级底盘的公铁车上。图4为此种锁桥的实物照片，两套锁桥装置分别安装于前桥左、右轮胎的内侧，主体结构为油缸、起重链、安装座等，可称为油缸-起重链式。

图4 油缸-起重链式锁桥装置

油缸-起重链式锁桥装置的液压油缸通过安装座安装在车体车架上，下部安装座与车桥固定，进行锁桥动作时，油缸活塞杆伸出，起重链被拉直，与车桥固定的安装座一方面受到起重链的牵拉，另一方面与活塞杆下平面接触以防止车桥向上跳动，从而起到固定车桥的作用。

当汽车底盘后桥为单桥结构时，与前桥不同的是板簧布置在车架外侧、轮胎内侧，所在区域与车架区域持平，如图3所示。因此图4的竖直布置的锁桥型式并不适用于汽车后桥的单桥结构。图5中整体水平布置的锁桥装置则较多应用于汽车后桥单桥结构。这种装置通过一个异形转臂和油缸伸缩动作的配合完成对车桥的锁定和解锁作用，这种型式可称为油缸-旋转臂-起重链组合式。

图5 油缸-旋转臂-起重链组合式锁桥装置

对于汽车底盘双桥结构，轮胎、车桥、车架的常见连接方式为车架与板簧中部固定，板簧两端分别与两个车桥连接，板簧布置在车架外侧、轮胎内侧，高度基本与车架区域持平。在这种布置形式下，需要根据实际情况设计不同的锁桥结构，如链条式锁桥装置，（如图6），油缸-调整螺杆摆转式锁桥装置（如图7）。

图6 链条式锁桥装置

图7 油缸-调整螺杆摆转式锁桥装置

其中链条式锁桥装置大部分布置在车体内部，通过链条将走行部和车桥固连，当铁路走行部进行提升和收放时，车桥通过链条跟随动作，此种方案对所有连接件的抗拉和抗变形要求较高。

油缸-调整螺杆摆转式锁桥装置是以油缸为动力，油缸活塞杆伸出后，推动叉口向车桥方向移动，直到叉口和车桥上的圆柱体嵌合，即将车桥位置固定。此装置可以设置在车架侧面也可以设置在车架下侧，所需空间相对灵活，但对应改造工作也稍显复杂。

1.2 4种锁桥装置横向对比和应用

为更好地理解4种常用锁桥装置特点，表1将其从原理、优缺点方面进行了横向对比。

表1 四种锁桥装置型式对比

目前在我公司生产的公铁两用工程车辆中，应用成熟、效果较好的为前两种，在设计及安装时充分考虑、调试成功后，一般可正常工作。第三种锁桥装置由于在车上有其它装置遮盖，安装空间较为逼仄狭窄且不易维护检修，所用链条由于在受力后具有一定延伸特性而抵消了部分提升高度，最终锁桥效果欠佳。第四种在国外生产车辆中有实际应用，目前暂未在我公司内部应用。

2 锁桥装置设计过程注意项点

需要注意的是，锁桥装置对于公铁工程车来说是属于改造加装装置，每种车型的布置和锁桥结构根据品牌不同、型号不同而有差别，锁桥装置的设计必须根据底盘实际布置情况进行设计，锁桥型式根据底盘结构大体确定后，需确定具体参数，如油缸安装位置、油缸安装距、油缸行程、安装座具体位置、机构运动关系、起重链长度等。

其中最重要的是根据胶轮离地间隙确定锁桥后的车桥在垂直方向上的具体高度，确定好锁桥位置，其他参数均可以在二维图上通过图解法完成。设计原理则可以做如下考虑：如果没有锁桥装置，那么胶轮离地间隙等于铁路走行部提升高度减去悬挂系统和胶轮因底盘离地而释放的变形量之和。锁桥的一个作用就是通过吊挂减少悬挂系统的变形量，将车桥拉住以使其不下降过多。另外设计时需要始终满足以下几个方面的要求：1）锁桥装置加装后不影响原车辆功能。比如锁桥预定安装位置有减震器、U形栓安装座、ABS阀块等，一般方法为将这些部件拆除后集成安装至锁桥装置上，因此在锁桥装置上需预留位置安装原车部件；2）锁桥装置加装后，在铁路状态需保证一定的胶轮离地间隙，一般要求为100 mm；3）锁桥装置在锁定后需具有一定的位置保持能力，既能保证车桥不向上跳动，也能保证车桥不向下运动；4）锁桥装置（前桥）加装后，不得影响车辆转弯；5）锁桥装置承受拉力可能包含车桥质量、轮胎质量、板簧变形恢复力等，锁桥装置各零部件强度应满足条件，必要时进行强度仿真计算。

3 其它锁桥装置结构举例

德国的ZARGO、ZWEIWEG、SRT三家共属一个集团公司，它们改造的公铁车使用奔驰底盘，因底盘设计参与公铁车设计制造，公铁车与底盘融合程度较高，因此锁桥装置的整体外观效果和车辆整体较为协调，如部分结构件为铸造件，表面油漆用色和整车一致，而我公司公铁车同一型号多为单产或少量生产，结构件以焊接为主。

图8、图9所示为使用钢丝绳作为牵拉提升工具的锁桥装置，将钢丝绳两端分别固定与公路车桥和铁路钢轮上，中间通过导轨类机构引导钢丝的走向。当钢轮落至钢轨上，钢丝绳随动将公路车桥提起。

图8 钢丝绳牵拉式锁桥装置

图9 油缸-调整螺杆摆转式锁桥装置

油缸-调整螺杆摆转式也是SRT公司较早使用的锁桥型式。这种设计和底盘融合度较高，设计外观一致性较好，后期几乎没有改造部分。

另外还有空气弹簧支撑式（如图10），通过充气和放气完成车桥位置锁定和解锁的功能。充气后，车桥和车架之间位置相对固定，放气后，车辆自身板簧发挥减振作用。整体结构相对复杂，安装占用空间较大，涉及充气放气还需要增加气室、气路和控制单元。

图10 空气弹簧支撑式锁桥装置

德国MOOG公司也有一种直接利用油缸活塞杆伸出和收回来锁定和解锁车桥位置的装置，如图11所示，油缸竖直布置，并且将油缸活塞杆端与车桥固定在一起，这种锁桥装置结构简单，空间占用也较小，但是锁桥状态时对液压缸自身性能和液压系统的保压功能都有较高要求[4]，在公铁车进行铁路行走或作业时液压缸需持续受力。

图11 油缸下压式锁桥装置

4 结语

本文主要介绍了4种我公司内部设计过或使用过的锁桥装置，并分析了其优缺点和应用对象，给出了一些设计注意项点，为锁桥装置的设计工作提供了一些指导和方向，最后对世界范围内各个公铁车品牌目前在用的锁桥装置类型进行了简要介绍和分析，为未来的设计提供了一定的开放性思路。