SS4B机车GPF-4型复轨器固定装置设计与应用论文_马国柱

（朔黄铁路发展有限责任公司机辆分公司 河北肃宁 062350）

摘要：针对GPF-4型复轨器在朔黄铁路SS4B机车的更新安装问题，提出了设计GPF-4型复轨器固定装置的技术方案，并将固定装置的设计与SS4B机车实际布局和复轨器结构特点等结合起来，进行技术分析，阐述了GPF-4型复轨器固定装置的安装设计、固定支架设计、复轨器底板设计、选材与安全性设计的设计思路，研究提出了该装置的设计理念、原理，设计过程数据和结构性能，给出了该装置的应用方法和流程，提出了目前该装置在朔黄铁路的应用情况。

关键词：SS4B机车；复轨器；固定装置；设计；应用

引言

SS4B机车（韶山4B型电力机车）是我国铁路使用的电力机车车型之一，神华集团是SS4B机车的唯一用户，除首两台为试制机车外，其余258台SS4B机车均为神华集团旗下神朔铁路、朔黄铁路、大准铁路、包神铁路的企业自备车，是煤炭运输的主要机车。复轨器是一种能使脱轨机车、车辆的轮对复位到钢轨上的专用工具，按外形分为人字型复轨器、海参型复轨器、组装式复轨器以及S－1型铝合金双向复轨器等；按用途分为普通线路上用、岔区专用、桥上专用、及端面复轨等。SS4B机车出厂时装配了S－1型铝合金双向复轨器，作为机车车辆脱轨时的简易自救装置。朔黄铁路随着万吨、两万吨重载时代的到来，经研究探索选择了更安全高效且适合重载铁路机车的GPF-4型复轨器，作为SS4B机车新配装的复轨装置，该复轨器与原S-1型铝合金双向复轨器在外形结构、尺寸规格等方面完全不同，因此，如何使GPF-4型复轨器安全、可靠、合理地装配在SS4B机车上并能便捷使用成为一个重要课题，GPF-4型复轨器固定装置的研究设计与应用是解决这一问题的重要手段和根本途径。

1 SS4B机车内部固定装置设计环境分析

SS4B机车是由两节完整的单司机室4轴机车通过机械和电气重联组成的8轴机车，采用双边走廊、分室斜对称布置方式，车内设备屏柜化、成套化，而原车复轨器安装在车内一号端子柜与一号牵引通风机组之间，两侧分别临近高压隔离挡板和司机侧走廊，并靠近司机室，方便复轨器拆装和搬用，是机车内部安装放置复轨器的理想位置。经对比考察车内可安装复轨器的位置，因SS4B机车已上线使用多年，车内各种技术装置的改造和加装使用，已很难找出其他合适的空间位置重新进行复轨器的安装布局设置，因此，唯有遵从原车设备布局原则和习惯，还在两节车一号端子柜和一号牵引通风机组之间的原S-1型铝合金双向复轨器位置进行设计安装，是符合机车设备布局和司乘检修人员识别使用习惯的，也有利于隔离车内高压部分，有利于救援时搬用方便，有利于日常检查和维护，有利于使用原车安装架进行设计安装。

2 GPF-4型复轨器结构特点分析

GPF-4型复轨器是近年来研制的一种适合30t轴重的高普通用复轨器，其有效复轨距离350mm，适用于高速、普速线路，通用于各型号机车、车辆、动车、轨道车，适用于43kg/m、50kg/m、60kg/m、75kg/m轨型。其抗拉强度≥1050 Mpa，表面硬度≥HB300，薄壁壳形整体结构，采用加强筋设计增加了强度、减轻了重量，逼轨与复轨功能一体化。外形采用避轨枕结构设计，主要分为内侧复轨器、外侧复轨器和导向棱，其中内侧复轨器上有左右插槽，导向棱插接在内侧复轨器上。工具配件集中配装在工具箱，因此，复轨器固定装置设计主要研究解决内、外侧复轨器及导向棱的固定安装。

图1：GPF-4型复轨器实物图（内、外侧复轨器）

2.1外形结构对比分析

原S-1型铝合金双向复轨器采用拱形弧面中空竖板结构，是由两只完全相同的单件主体复轨器组成，其单件主体复轨器外形长900mm、宽310mm、高290mm。有效复轨距离260mm，其固定导向棱的顶部高出钢轨面70mm，复轨器未设轮缘槽。GPF-4型复轨器采用薄壁壳形整体结构，避轨枕结构解决了轨枕及扣件影响复轨器安装问题，其内侧复轨器长867mm、宽420mm（小端宽119mm）、高196mm，其外侧复轨器长820mm，宽320mm（小端宽137mm）、高260mm，导向棱与内侧复轨器为可拆装式安装，总体对比分析，两种复轨器外形结构相近而不同，外形尺寸均不尽相同。

2.2材质重量对比分析

原S-1型铝合金双向复轨器采用铝合金材质铸造，其硬度低于其他所有复轨器，起复救援时容易造成复轨器磨损、断裂，其抗拉强度≥1050 Mpa，复轨器硬度≥HB100，单件主体复轨器重量45.5kg。GPF-4型复轨器采用ADI（奥贝球墨铸铁）材质铸造，其硬度、强度较大，薄壁壳形整体结构，单件复轨器重量40-45kg。对比复轨器重量基本相同，原车复轨器安装固定架承重基本不变。

3 GPF-4型复轨器固定装置设计

3.1复轨器固定装置的安装设计

以原车复轨器安装架为底架进行固定设计，该安装架为半包围立体框架结构，可用作固定设计的为两个立体侧面和一个底面，其中一个侧面框架主要用来安装固定和承重，另一个侧面用来定位固定，地面主要用来承重放置。而采用原车安装架的螺孔进行固定设计最为省时省力，将固定装置安装在该安装架上作为设计构想。

图1：原车复轨器安装架示意图

3.2复轨器固定装置设计

根据复轨器安装架结构，复轨器固定装置设计分为上固定支架和下固定支架，分别利用原安装架4个螺孔进行安装固定，固定支架与复轨器底板连接固定组成。

3.2.1固定支架设计

GPF-4型复轨器内外侧复轨器外形尺寸不一致，为使得安装方便与通用，其中上固定支架设计两个椭圆孔，分别安装内侧复轨器和外侧复轨器，下固定支架设计一个椭圆孔槽，方便安装固定调整间隙。

图2：上、下固定支架设计图

3.2.2复轨器底板设计

复轨器底板固定在复轨器底面，起到连接复轨器与上、下固定支架的重要作用。根据复轨器结构需在底板相应位置进行钻孔和焊接固定螺母，与固定支架进行紧固连接。

图3：内、外侧复轨器底板钻孔设计图

3.2.3复轨器固定装置材料选用与安全性设计

为保证复轨器固定装置安装使用牢固、可靠，对复轨器起到安全固定作用。该装置固定支架选用Q345板材，其综合力学性能良好，低温性能亦可，塑性和焊接性良好，材料屈服强度为345Mpa。固定支架与原安装架连接螺栓选用性能等级为8.8级高强度螺栓，使用GB/T 70.3-2008内六角沉头螺钉M16*50，复轨器与固定支架连接螺栓选用GB/T5781-2016，M16*70，复轨器底板焊接螺母选用GB/T41-2016六角螺母。内侧复轨器上导向棱固定绑扎的卡箍选用镀锌钢带卡箍，强度高，为复轨器固定装置安装使用提供安全可靠保证。

4 GPF-4型复轨器固定装置应用

4.1 复轨器固定装置应用原理

本装置重新设计了GPF-4型复轨器的安装支架，对复轨器底板设计了安装孔和锁紧螺母，安装使用M16螺栓将上、下固定支架紧固连接在原车安装架上。安装复轨器时，将复轨器移动到安装架处，利用M16紧固螺栓将复轨器与上下固定支架连接。安装内侧复轨器时，使用M16紧固螺栓将复轨器与上固定支架上侧椭圆孔连接紧固，并与下固定支架椭圆孔槽连接紧固，安装内侧复轨器后，将导向棱插装在内侧复轨器上，利用卡箍将复轨器与导向棱箍紧。安装外侧复轨器时，使用M16紧固螺栓将复轨器与上固定支架下侧椭圆孔连接紧固，并与下固定支架椭圆孔槽连接紧固。本装置操作简便、安装效果好，完全起到了GPF-4型复轨器的安全固定效果。

图4：GPF-4型复轨器固定装置应用原理图

图5：内、外侧复轨器固定应用示意图

4.2复轨器固定装置应用方法与流程

4.2.1复轨器固定装置应用安装备品

每套GPF-4型复轨器在SS4B机车上使用该固定装置进行固定安装，均需准备如下材料备品：

4.2.2复轨器固定装置应用方法流程

4.2.2.1在SS4B机车上拆掉原铝合金复轨器，拆掉铝合金复轨器安装螺栓，检查安装架完好。

4.2.2.2在安装架上利用原安装复轨器的孔进行定位，安装GPF-4型复轨器固定装置上下固定支架并用M16沉头螺栓连接紧固。

4.2.2.3 SS4B机车AB节安装架结构位置完全一致，将内外侧复轨器分别安装在两节机车，为方便统一布置和定位管理，将内侧复轨器安装在A节，外侧复轨器安装在B节，将对应复轨器移动到两节机车各自机械间。

4.2.2.4安装内外侧复轨器：将内侧复轨器移动到A节机车机械间复轨器安装架处，复轨器底板有安装孔，利用M16紧固螺栓将复轨器与上下固定支架连接，其中上固定支架的紧固螺栓安装在靠上侧的椭圆形螺孔中，将内侧复轨器与上下固定支架连接的螺栓安装紧固。

4.2.2.5内侧复轨器安装紧固后，将复轨器导向棱插装在内侧复轨器上，利用卡箍将复轨器与导向棱可靠箍紧。

4.2.2.6安装外侧复轨器：将外侧复轨器移动到B节机车机械间复轨器安装架处，利用M16紧固螺栓将复轨器底板处与上下固定支架连接，其中上固定支架的紧固螺栓安装在靠下侧的椭圆形螺孔中，将外侧复轨器与上下固定支架连接的螺栓安装紧固。

图6：复轨器固定装置应用安装效果图

4.3复轨器固定装置应用范围与效果

根据企业三年滚动规划，对朔黄铁路配属的87台SS4B机车陆续开始更换GPF-4型复轨器，经过使用本装置进行试装后，SS4B机车GPF-4型复轨器固定装置得到了广泛应用，目前在朔黄铁路已成功安装使用55台机车，经检查验证无任何不良反馈，复轨器安装稳固、安全，日常维护检查简单、便捷，安装使用可靠快捷，该装置大范围的应用取得了良好效果，对GPF-4型复轨器在SS4B机车上的安装使用起到了重要的支撑作用。

参考文献：

[1] 刘友梅.韶山4B型电力机车.北京：中国铁道出版社，1999.

[2] 穆士华，杨志义.机车复轨器的有限元分析[J].内燃机车，2005（11）：24-25.

[3] 谭立德.轨道车、机车、车辆起复设备[J].铁道建筑，1987（12）：33-34.

论文作者:马国柱

论文发表刊物:《电力设备》2019年第19期

论文发表时间:2020/1/15

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