（交通运输工程专业论文）铁路轨道车安全设计.pdf

中文摘要 摘要：本文的研究内容为铁路轨道车安全设计。轨道车是指功率在1 3 3 k w 以上 7 3 6 k w 以下，能够在铁路线路上运行和牵引的专用小型内燃机车，是铁路建设、设 备修理、抢险和检查等工作的主要运输设备，广泛应用于铁路工程、工务、供电、 房建等部门，承担着材料、机具和人员的运送任务。轨道车如在设计制造时安全 性能不好，极易发生各类人身伤害事故和铁路交通事故。 截至2 0 0 8 年5 月，全国铁路轨道车总量大约为4 5 0 0 台，随着铁路建设的跨越式 发展，目前全国铁路轨道车以每年4 0 0 台左右的数量递增。与其他机械产品相比， 铁路轨道车应用面较窄、市场容量较小，所以国内尚无系统研究轨道车安全设计 的论文及成果发表。 本文从系统安全的角度，应用机械安全、安全系统工程、人机工程学等学科， 首先对轨道车进行系统安全分析，然后进行系统安全评价，根据安全分析评价的 结果，最后对轨道车进行系统安全设计，系统安全设计采用“三步法 ，即结构 安全设计、安全防护装置的设计和安全信息的提供，通过系统安全设计达到轨道 车的本质安全要求。 关键词：铁路轨道车；安全设计 分类号： j 匕立交垣太堂童些亟堂僮论塞曼曼! b ! a bs t r a c t a b s t r a c t ：t h em a i np o i n to ft h i sa r t i c l ei st od i s c u s st h es e c u r ed e s i g no f r a i l c a r r a i l c a r i st h es m a l l s p e c i a l d i e s e lr a i l c a rw i t ht h e p o w e r b e t w e e n l3 3 k w 一7 3 6 k w , w h i c hc a nm o v ea n dh a u lo nt h e r a i l w a y i ti s t h em a j o r t r a n s p o r t a t i o nf a c i l i t y f o rr a i l w a yc o n s t r u c t i o n ，e q u i p m e n t r e p a i r i n g ，e m e r g e n c y r e l i e f ，i n s p e c t i o na n ds oo n w i t ht h ec a p a b i l i t yo fd e l i v e r i n gm a t e r i a l s ，m a c h i n ea n d i n s t r u m e n ta n dc r e w , i ti sw i d e l yu s e di nt h er a i l w a yc o n s t r u c t i o n ，p o w e rs u p p l ya n d b u i l d i n g i ft h es e c u r ep e r f o r m a n c ea ren o tg o o dd u r i n gd e s i g na n dm a n u f a c t u r e ，i ti s e a s yt oc a u s ea c c i d e n t sa b o u tp e r s o n a li n j u r i ea n dr a i l w a yt r a f f i c u pt om a y , 2 0 0 8 ，t h et o l ln u m b e ro fr a i l c a ra r o u n dc h i n ai s4 5 0 0 n o ww i t ht h e g r e a t - l e a p - f o r w a r dd e v e l o p m e n to ft h er a i l w a yc o n s t r u c t i o n ，t h en u m b e ro ft h er a i l c a ri s g r o w i n ga tas p e e do f4 0 0e v e r yy e a ra r o u n dc h i n a c o m p a r i n gw i t ho t h e rm e c h a n i c a l ， t h er a i l c a rw i t has m a l lm a r k e tc a no n l yb eu s e di nas m a l ls c a l e s ot h e r ei sn o ta n y s y s t e m a t i cp u b l i s h e de s s a yo ra c h i e v e m e n t sd i s c u s s i n gt h es e c u r ed e s i g no fr a i l c a ri n c h i n a f r o mt h ea s p e c to fs y s t e m a t i cs e c u r i t y ，1w i l lu s et h es c i e n t i f i cm e t h o do fs e c u r i t y s y s t e m a t i cp r o j e c t ，e r g o n o m i c s ，r e l i a b i l i t yp r o j e c ta n dm a i n t a i n a b i l i t ys c i e n c et o a n a l y z et h es y s t e m a t i cs e c u r i t ya b o u tr a i l c a r ，t h e na s s e s s t h es y s t e m a t i cs e c u r i t y a c c o r d i n gt ot h ea s s e s s m e n to ft h es e c u r i t ya n a l y s e s1w i l lm a k et h es y s t e m a t i cs e c u r e d e s i g n s y s t e m a t i cs e c u r ed e s i g nw i l lb ed i v i d e di n t ot h r e es t e p s ：s e c u r ed e s i g na b o u t s t r u c t u r e ，d e s i g na b o u ts e c u r ep r o t e c t i o nd e v i c e sa n dp r o v i d i n go fs e c u r i t yi n f o r m a t i o n a l li na l lt om e e tt h en e e do fs e c u r i t yt h r o u g hs y s t e m a t i cs e c u r ed e s i g n k e y w o r d s ：r a i l c a r ；s a 脚d e s i g n c i 。a s s n o ： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解= l 匕塞交通大学有关保留、使斓学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 念忙 f 导师签名： 飘吠 签字目期：矿占年多月子目 签字日期：俐年月莎曰 北京交适大学工程硕士专业学位论文独剖性声明 独创性声明 本人声明所警交蛉学位论文是本人在导翔指导下进笱的硗究王铬和取褥豹研究成 果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究 成果，龟不包含为获得j 艺京交避大学或其他教育撬构的学位或证书丽捷冀；过豹材辩。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签 捌徘批夕日 致谢 本论文的工作是在我的导师肖贵平教授的悉心指导下完成的，肖贵平教授严 谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响，对于我的科研工作和 论文都提出了许多的宝贵意见，在此衷心感谢肖贵平老师对我的关心和指导。 在撰写论文期间，许多在铁路系统从事轨道车制造生产、运用维修的同仁、 专家给我的研究工作给予了热情帮助，提供了许多参考资料，在此向他们表达我 的感激之情。 另外也感谢我的单位和家人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我 的学业和论文。 北京交通人学硕+ 学位论文 1 。 机械安全 1 绪论 机械安全是指机械在按使用说明书规定的预定使用条件下执行其功能和在对 其进行运输、安装、调试、维修、拆卸和处理时对操作者不发生损伤或危害其健 康的能力。 机械安全包括两个方面的内容：其一是机械产品在预定使用期间执行预定功 能和预见的误用时，不会给人身带来不安全；其二是机械产品在整个寿命周期内， 发生可预见酶非正常愤况下任何风险事故时机械是安全的h 1 。 机械产晶应达到以下本质安全的要求：在预定使用条件下，除具有稳定、可 靠的正常安全防护功能外，一凰发生误操作时，还兼具岛动保障入身安全与设备 安全的功能；机械发生非预期失效或故障时，能自动切除或隔离故障部位，安全 地停止运行或转变到备用部分，同时发出警报；不产生有毒害的造成污染和二次 污染的排放物；符合人类工效学原则；可能产生危害的损失程度应处于当代可接 受的水平。 机械安全技术源予机械故障诊断技术。美医于1 9 6 7 年4 胃成立了机械故障预 防小组，开始专门研究机械故障。我国于2 0 世纪7 0 年代末正式接触机械诊断技 术，于8 0 年代正式研究它，真正应用它是9 0 年代。机械安全技术的另一个重要 组成部分是机械安全设计3 。 1 2 机械安全设计 机械安全设计是2 0 世纪8 0 年代新兴起来的一种新的设计方法，是现代设计方 法的重要组成部分。它主要应用安全科学的理论与最先进的机械安全技术，在设 计时首先必须对枧械系统内部可能发生的危险进行识别、分析和评价，然焉再根 据其评价结果进行结构、防护装置及使用信息的设计，以保证所设计的机械安全 地度过整个生命周期n j 。 机械安全设计的总体目标是使机械产品在其整个寿命周期内都是充分安全 的，即从制造、运输、安装、调试、设定、示教、编程、过程转换、运行、清理、 查找故障、维修、停止使用、拆卸及处理各个阶段内都是安全的。凡是能通过设 计解决的安全措施，决不能留给用户解决。当设计无力解决时，可通过提供使用 绪论 信息的方式将遗留风险告知和警示用户n 3 。除了对机械正常使用采取的安全措施 外，还要考虑能合理预见到各种误用情况下的安全性。另外，应该知道的是，无 论采取何种安全措施，均以不影响机械正常的使用功能为前提。 进行安全设计时，设计者应对机械产品进行危险因素分析和风险评价。 机械安全设计的主要内容是：危险识别、风险评价、安全设计。 1 2 1 危险识别( 安全分析) 危险识别在机械安全设计中占有十分重要的地位，它的目的是描述危险的性 质和识别它们各自危险所产生的后果。在对机械进行安全设计、制定有关安全标 准和风险评价时，必须要对机械可能产生的危险进行识别。它是安全评价和安全 设计的主要依据，危险识别的准确与否，直接影响到安全性能的好坏 。 机械可能产生的危险主要分为2 大类： ( 1 ) 机械危险：主要包括挤压危险、剪切危险、切割危险、缠绕危险、吸入或 卷入危险、冲击或碰撞危险、刺伤或扎伤危险、摩擦和磨损危险、高压流体喷射 危险等。 ( 2 ) 非机械危险：主要包括电气危险、热危险、噪声危险、振动危险、辐射危 险、材料或物质产生的危险、未遵循人类工效学原则而产生的危险及综合性危险 等。 1 2 2 风险评价( 安全评价) 风险评价是在危险识别的基础上，根据现有工艺水平对机械在每种危险状态 下可能产生伤害的概率和严重度进行全面评估和判定。安全评价的目的是帮助设 计者根据现有技术水平，以及由此引起的各种约束确定最优的安全措施使机械 达到最高安全水平聃 。 ( 1 ) 风险评价要素风险评价要素由以下因素组合而成：伤害的严重度；伤 害出现的概率。 影响伤害严重度的因素有：防护对象的性质；损伤的严重度；对人伤害的范 围和限度；对机械伤害的范围和限度。 影响伤害出现概率的因素有：危险事件出现的概率；避免或限制伤害的可能 性。 ( 2 ) 风险评价的方法风险评价的方法比较多，常用的方法有预先危险性分析 ( p h a ) 、故障模式及影响性分析( f m e a ) 、致命度分析( c a ) 、故障树分析( f t a ) 、 2 北京交通人学硕士学位论文 事件树分析( e t a ) 、前因后果分析、德尔菲( d e l p h l ) 法、风险系统分析组织 ( m o s a r ) 法等。 例如预先危险性分析( p h a ) 的做法是：第一步，把要评价的机械或系统划 分为若干个部件或子系统；第二步，分析确定哪些部件或子系统最有可能出现危 险；第三步，确定每项危险后，评估其可能产生伤害的风险并按其可能伤害的严 重度进行分类；第四步，根据可能产生伤害风险的类别采取适当的安全措施，消 除或充分减小危险或风险。 ( 3 ) 风险评价应注意的问题目前风险评价所依据的信息除少量定量数据 外，大部分都是定性的。因此，一般只能定性评价，较难进行定量评价。在这种 情况下，评价水平的高低在很大程度上取决于评价者的明智判断。而要作出明智 判断，就必须掌握足够的信息，并需进行仔细的研究分析，绝不能根据少量不严 重的事故资料而简单作出低风险的预测并从而采取不严格的安全措施。 1 2 3 安全设计 根据风险评价的结果进行安全设计，在选择安全设计的最优方法时，必须遵 循以下原则1 ： ( 1 ) 结构安全设计机械安全设计的第一步是对其进行结构安全设计，结构安 全设计应考虑的主要因素如下：使机械外观达到本质安全的结构设计使机 械有关运动参数达到安全的设计；合理规定和计算零部件的强度和应力；合 理选用材料；选用本质安全技术和动力源；应用强制机械作用原则；应 用人机工程原则；应用人类工效学原则；提高机械及零件的可靠性；使 机械的调整、维修点位于危险区之外。 ( 2 ) 安全防护措施的选用与设计对通过合理的结构设计仍不能避免或充分 减小的危险或风险，应合理选用和设计安全装置和( 或) 防护装置进行防护。 ( 3 ) 提供充分的安全使用信息对通过合理结构设计和采用安全防护措施都 无法消除或充分减小的那些遗留风险，应通过提供安全使用信息的方式通知和警 告用户和使用者，使他们在使用机械时采取相应的补救安全措施。 1 2 4 机械产品系统安全设计基本程序皿1 3 绪论 图卜1 机械产品系统安全设计基本程序 4 北京交通大学硕士学位论文 1 3 机械安全法规与标准 机械安全技术法规与标准也是机械安全技术的一个重要组成部分。 目前在机械安全方面影响最大的行政法规是原欧洲共同体( 欧盟) 所制定与 发布的机械安全指令9 8 3 7 殴。该指令从1 9 9 8 年8 月起实施。按照机械安全指令 9 8 3 7 e c 的规定，除了医疗机械、低压电器设备及建筑用升降机设备外，所有机 器和安全性零件都在其适用范围。指令由7 个附件组成。 为推动安全设计技术的普及应用，欧共体于1 9 8 5 年5 月通过了“关于技术协调 和标准化工作新方案的决议”，欧共体理事会与欧洲标准化委员会( c e n ) 达成协 议，由c e n 负责机械安全标准的制定工俸。为了完成欧洲机械安全标准的制定工 作，在c e n 内建立了2 3 个有关机械安全的标准化技术委员会( t c ) ，其中c e n t c l l 4 为“机械安全技术委员会 ，负责机械安全基础标准和逶溺标准制定工作，其余 2 2 个是各专业机械产品的安全技术委员会，如c e n t c l 4 2 是木加工机械安全技术 委员会，c e n t c l 4 3 是金属切削机床安全技术委员会，c e n 玎c 1 4 4 是农业机械安 全技术委员会等等。除了这2 3 个专业技术委员会外，还有近4 0 个技术委员会也与 机械安全标准有关。各标准化技术委员会共有有关机械安全的标准制定计划项目 6 5 0 多项，其中有2 0 0 多项是欧共体委员会的委托项目酲1 。 鉴于欧共体的这一行动，i s o 认为，囡际化标准化组织在机械安全方面有必要 与欧溯标准化委员会( c e n ) 加强联系与合作，以尽快消除阑际范圈内可能产生的 机械产品贸易技术壁垒。为此，i s o 与c e n 先后签订了“技术信息交换协议 ( 即 里凝本协议) 和“技术合作协议 ( 鄹维也纳协议) 。在此基础上，i s o 于1 9 9 1 年1 月成立了“机械安全技术委员会 ，最p l s o t c l 9 9 i s o t c l 9 9 。 为了解决囡内机械安全标准化工作统一归口阅题，1 9 9 4 年1 1 月1 9 成立了全国 机械安全标准化技术委员会( n a t i o n a ls t a n d a r d a t i o nt e c h n i c a lc o m m i t t e ef o rs a f e t y o f m a c h i n e r y ) ，是i s o t c l 9 9 的正式成员，隶属于国家标准化管理委员会，挂靠在 机械科学研究院生产力促进中心。2 0 0 2 年进行了委员会的调整换届，第二溜全国 机械安全标准化技术委员会由来自2 2 个科研院所、高等院校及企业的2 7 位委员组 成。 全国机械安全标准化技术委员会的专业领域与i s o t c l 9 9 ( 机械安全) 的工 作领域楣一致，其主要职责是： 一负责全国机械安全基础( a 类) 标准和通用( b 类) 标准的技术归口及 i s o t c l 9 9 的国内对口管理工作； 负责全国视械安全的a 类标准和8 类标准的制修订工作； 一负责协调机械安全的c 类( 专业机械) 标准与a 类和b 类标准之间的关系 5 绪论 及技术一致性问题。 全凰机械安全标准化技术委员会已完成标准制修订2 6 项，主要为a 类、b 类标 准。 。4 机械安全设计的研究现状 西方发达国家对安全设计已有较成熟的理论和方法。在安全系统工程思想的 指导下，从2 0 世纪9 0 年代初开始，欧盟和美国将机械产品和安全设计j 下式列入国 家先进制造技术的体系之中，并将作为研究领域的部分给予扶植，他们将安全 系统工程方法、安全人机工程学、可靠性工程及可维护性等学科结合起来，从机 械的安全评估来确定机械的安全性和安全设计目标，从机械结构设计、安全防护 和提供使用信息三大方面来保证机器的安全性。美国在9 0 年代已建立了一套机械 安全设计一风险评价模式和设计程序。旨在把危险消除在设计过程的每一环节上， 使机械产最达到本质上的安全h ，。 机械安全设计在我国还处于起步阶段，国内虽然在人机工程、可靠性设计等 方面有所研究，但如何从安全系统工程的焦度对机械产品进行安全设计，几乎迸 属空白。 据全国机械安全标准化技术委员会的报告，我国枧械产品只相当于发达国家 2 0 世纪8 0 年代的安全水平。国际标准化组织将枫械安全标准分为a 、b 、c 三类， 其中，a 、b 类是基础标准，c 类是专业机械安全标准。欧盟为实施“机械指令 发布的4 7 0 余顼挤调标准中，a 、8 类标准有9 0 顼，其余全部是c 类，占标准总 数的8 0 。而在我国的1 8 0 多项机械安全国家标准中，5 0 为a 、b 类标准，照然它 们基本都是采用了相应的国际标准和欧洲标准，但c 类专业机械安全标准的数量 远远不能满足要求，不仅涉及的产品面较窄，标准的技术水平较低，而且一些与 生产和检验密切相关的专业机械安全技术，还没有制定相应的机械安全标准。从 2 0 0 5 年开始，我国要完成5 0 项机械安全标准的制( 修) 订工作，并在此基础上建 立完善我国的机械安全标准体系。同时在先进制造与自动化科学数据共享网中， 建立机械安全与可靠性设计技术数据库，为与机械制造褶关的各个方面提供所需 信息。 1 5 铁路轨道车安全设计研究现状 1 5 1 轨道车的概念及分类 6 北京交通大学硕士学位论文 轨道车( 图卜2 ) 是指功率在1 3 3 k w 以上7 3 6 k w 以下，能够在铁路线路上运行 和牵引的专用小型内燃机车，是铁路建设、设备修理、抢险和检查等工作的主要 运输设备，广泛地被铁路工程、工务、供电、房建部门采用，承担着材料、机具 和人员的运送任务。 图卜22 2 9 0 重型轨道车 按照轨道车的性能、作用和传动方式，可分为以下几种类型。 ( 1 ) 重型轨道车和轻型轨道车 重型轨道车的质量、牵引力和功率均较大，运用中必须按列车办理。随着铁路 运量和列车密度的不断加大，要求重型轨道车速度更高，功率和牵引力更大。 轻型轨道车的质量、牵引力和功率均较小，运用中能由搭乘人员或借助机械下 道装置随时撤出线路以外，一般可不按列车办理。安装有发电机的轻型轨道车称 为发电轨道车。 ( 2 ) 机械传动式轨道车和液力传动式轨道车 以内燃机为动力，齿轮为主要传动部件，通过离合器、变速箱、换向箱、车轴 齿轮箱等机构完成动力传递的轨道车称为机械传动轨道车。机械传动方式结构简 单，制造成本低，操作方便，维修容易，是目前的主要车型。 以内燃机为动力，通过液力变速( 变矩) 箱传递动力和转速的轨道车，称为液 力传动式轨道车。液力传动式轨道车的关键部分是液力变速箱。液力变速箱内设 有起动和运转变矩器各一个。其工作介质为液压油，通过充油量的变化完成功率 传递。利用充、排油的变化，实现起动和运转的工况，称为液力换挡。在换挡过 程中无明显的功率中断现象，因此在运行中牵引力不会变化。液力传动式轨道车 操作简单，大大降低了司机摘挂档的劳动强度，但液力变速箱成本较高、制造维 修困难、传动效率较低，目前较多应用于大马力轨道车。 7 绪论 ( 3 ) 其它专用变形轨道车 这些轨道车主要包括：适用于调车工况的低速大扭矩轨道车；适用于电气化接 触网施工维修的作业车( 图卜3 ) 、综合维修车( 图卜4 ) 和安装测试车；适用于 装卸用途的轨道吊车等。 图卜3 接触网作业车 图卜4 综合维修车 囤 北京交通火学硕十学位论文 1 5 2 轨道车安全设计研究现状 截至2 0 0 8 年5 月，全国铁路轨道车总量为4 5 0 0 多台，随着铁路建设的跨越式发 展，目前轨道车以每年4 0 0 台左右的数量递增。 铁路轨道车因主要应用于铁路部门或煤矿、电厂、码头、钢铁企业等与铁路 接轨的专用线，与其它机械产品相比，市场容量较小；由于市场容量的限制，全 国生产商较少，主要有襄樊金鹰轨道车车辆公司、宝鸡工程机械厂、太原机车车 辆厂、郑州铁路局工务机械厂等厂家。 原国家技术监督局曾于1 9 9 6 年出台重型轨道车技术条件国家标准 ( g b l 0 0 8 2 1 9 9 6 ) ，对轨道车的以下各个方面的技术标准提出要求：使用环境条 件、基本要求、一般要求、各部技术条件、实验方法、验收规则等。随着技术的 不断发展和市场需求的变化，有些标准已不能适应现实需要，现铁道部正在组织 人员对此标准进行修订，但尚未出台新的国家标准。 虽然各生产商分别针对所生产的轨道车制定出内部使用的轨道车安全审查项 目表，但从系统安全的角度，应用安全系统工程方法、安全人机工程学、可靠性 工程及可维护性等学科，深入进行轨道车安全设计的研究，国内目前尚无论文及 成果发表，国家也没有关于轨道车的安全技术标准。因为铁路轨道车的应用面较 窄，所以短期内不会纳入c 类安全标准的制定r 程。 有鉴于此，有必要以系统的观点，对轨道车的安全设计作深入研究。本文以 市场上占主导地位的机械传动的重型轨道车为对象展开研究。 9 轨道车系统安全分析 2 轨道车系统安全分析 2 i 系统安全分析的概念及方法 2 1 1 概念 系统安全分析裁是扶安全的角度对所研究的系统进行分析，识别系统中导致 故障和事故的危险源及其影响因素，找出各影响因素之间的相互关系，以便采取 必要的预防措麓e s 。 2 。 。2 方法 系统安全分析的方法有许多种，在危险因素辨识中得到广泛应用的安全分析 方法有以下几种随1 ： ( 1 ) 统计图表分析( s t a t i s t i cf i g u r ea n a l y s i s ，s f a ) ( 2 ) 因采图分析( c a u s e c o n s e q u e n c ea n a l y s i s ，c c a ) ( 3 ) 安全检奄表( s a f e t yc h e c kl i s t ，s c l ) ( 4 ) 预先危险性分析( p r e l i m i n a r yh a z a r da n a l y s i s , p h a ) ( 5 ) 故障模式及影响性分析( f a i l u r em o d e la n de f f e c t sa n a l y s i s ，f m e a ) ( 6 ) 危险性和可操作性研究( h a z a r da n do p e r a b i l i t y a n a l y s i s ，h a z o p ) ( 7 ) 事件树分析( e v e n tt r e ea n a l y s i s ，e t a ) ( 8 ) 事故树分析( f u a l tt r e ea n a l y s i s ，f t a ) 各种安全分析方法都是根据危险性的分析、预测以及特定的评价需要丽开发 研究的，因此，它们都有各自的特点和一定的适用范围。 预先危险性分析( p 珏a ) 方法是一种应用范围较广的定性的安全分析方法， 是在系统开发初期阶段和设计阶段，在人们还没有掌握该系统详细资料的时候， 对系统中存在的危险类别、形成条件、事故后果等进行安全分析识别，尽可熊在 系统付诸实施之前找出预防、改正、补救的措旖，消除或控制危险源。 2 _ i 3 预先危险性分析的步骤溯 在进行预先危险性分析时，一般是利用安全检查表、经验和技术事先查饔危 险因素存在方位，然后识别使危险因素演变为事故的触发因素和必要条件，对可 1 0 ，l 匕京交通大学专业硕士学位论文 能出现的事故后采进行分析，并采取相应的措施。预先危险性分析酌一般步骤如 下： ( 1 ) 明确被分析的系统：翡确所分析系统的功麓及分析范围。 ( 2 ) 调查、收集资料 包括其它类似系统的资料以及使用类似设备、工艺、材料的系统的资料。 ( 3 ) 系统功能分解 一个系统往往由若干个功能不同的子系统组成，为便于分析，应将系统进行 功能分解，弄清其功麓、构造、主要作业过程以及选用的设备、物质、材料等。 ( 4 ) 分析、识别危险性 确定系统审的主要危险因素、危险类型，研究其产生原因、可能发生的事故 及伤害，对潜在的危险点要仔细判定。 ( 5 ) 确定危险等级 根据事故原因的重要性和事故后果的严重程度，确定危险因素的危险等级。 对于轨道车安全设计这一课题面言，采用预先危险性分析这一方法有利予在 系统开发初期和设计阶段识别、控制危险因素，用最小的代价消除或减少系统中 的危险源。 2 2 轨道车系统结构分析 轨道车由发动机、传动系统、走行部、车体车架装置、电气系统、制动系统 及其它部件等组成。 2 。2 。1 发动机 轨道车的动力源是发动机。轨道车采用的是由液体燃料燃烧时产生的热能转 变为机械能的发动机，称为热力发动祝( 简称热视) 。由予燃料燃烧是在发动机气 缸内部进行的，所以这种发动机也称为内燃发动机或内燃机，最常用的有汽油机 和柴油桃两种，轨道车一般选用柴油机作动力。 2 2 。2 传动系统 传动系统的作用是将发动机输出的扭矩增大，并传给驱动轮对，推动轨道车行 驶。轨道车的传动形式主要有机械传动、液力传动两种，其中机械传动系统应用 最为广泛。机械传动系统( 图2 1 ) 主要由离合器、变速器、换向箱、传动轴、车 轨道车系统安全分析 轴齿轮箱等组成。 r l 图2 - 1 发动机及传动系统( 该图来源于j y 2 9 0 轨道车说明书，本章下同) 1 发动机2 离合器3 变速箱4 传动轴5 固定轴6 换向分动箱7 车轴齿轮箱 离合器( 图2 - 2 ) 是设置在发动机与变速器之间的动力传递机构，它能使二者 的动力得到可靠的接合或彻底分离。轨道车大多数都采用常接合、弹簧压力的磨 擦式离合器。 图2 2 离合器的结构 1 前摩擦片2 中压板3 后摩擦片4 压紧弹簧5 后压板6 开口销7 离合器盖 8 分离轴承总成9 紧固螺栓1 0 弹簧垫圈1 1 分离杠杆圆柱销1 2 垫圈1 3 小圆 柱销1 4 锁紧螺母1 5 调整螺母1 6 调整螺杆1 7 卡环1 8 分离杠杆1 9 弹簧 变速器的主要作用是改变传动系统的传动比，使轨道车能随行驶阻力的变化 获得所需的牵引力和行驶速度。在离合器结合时，也能保证发动机空转，使发动 机动力不能驱动车轮，并在较长时间内保持分离。 换向箱的作用是变换轨道车正行和逆行，把变速器的动力分别传到前后车轴齿 轮箱和发电机。换向分动箱的结构见图2 3 所示。 1 2 ，l 匕京交通大学专业硕士学位论文 翻2 - 3换囱分动藉 1 换向滑杆2 输入法兰3 二二轴4 三轴5 前半轴6 输出法兰7 前箱体8 放油塞 9 差速器l o 后箱体1 1 游动拨轮1 2 后半轴1 3 。拨叉杆罩1 4 拨叉杆1 5 。拨叉杆 销1 6 甩油齿轮1 7 滑动直齿轮1 8 滑动齿轮1 9 一轴2 0 发电机法兰2 l 。齿轮轴 2 2 发电机控制装鼹2 3 。箱盏2 4 定位杆2 5 透气孔2 6 油位螺栓 传动轴( 图2 4 ) 的功能是将动力从变速器传递到换向箱、车轴齿轮箱的，从而 驱动轨道车。其结构如图： 23456 图2 - 4传动轴 1 突缘叉2 十字节总成3 花键轴总成4 油封盖5 套管叉6 ，锁片 车轴齿轮箱位于轨道车圊一轴两轮之闻的车轴上，是轨道车传动系统的最盖一 个总成。它的功用是将旋转方向改变9 0 。，并将输入扭矩放大，驱动轮对，使轨 道车行驶。车轴齿轮籍由上籍体、下箱体、前箱体、锥齿轮和圆柱齿轮等构成， 见图2 5 。 1 3 轨道车系统安全分析 一一一一 图2 5 车轴齿轮箱 1 下箱体2 下油面针阀3 上油面针阀4 上箱体5 悬挂6 圆柱主动齿轮 7 机油泵8 灌油呼吸器9 圆锥主动齿轮1 0 圆锥被动齿轮1 1 齿轮轴1 2 轴承 1 3 甩油环1 4 毛毡油封1 5 挡油环 1 6 车轴圆柱被动齿轮1 7 前箱体 1 8 油底壳。 2 2 3 走行部 走行部分由轮对、轴箱和弹簧组成，它承受着轨道车的全部质量，缓和钢轨 接头和通过道岔时的冲击，使轨道车平稳可靠地行驶。 轮对分车轮和车轴两个部分。如图2 - 6 所示。 3 5 07 5 一 勃 旨桥中心机宣中心 乏皆产! 批i 4 o 5 5 一么 只以m 仉。r _ hi_ l iij bii i i 嚣 ，气i 1 l t 3 s 3 2 图2 - 6 轮对 1 车轮2 车轴3 螺帽4 开口销 1 4 北京交通大学专业硕士学位论文 轴承箱安装在车轴两端，箱内装两个圆锥滚子轴承，两侧有矩形导向槽，导 框的导向板和衬板就插入该槽内作上下滑动。结构如图2 7 所示： l t 图2 7 轴承箱 1 螺栓2 垫圈3 黄油嘴4 轴承壳外盖5 轴承壳垫6 轴承壳7 圆锥滚子轴承 8 轴承壳外盖9 垫圈1 0 螺栓1 1 毡圈1 2 压板1 3 轴套1 4 调整垫1 5 调整垫 弹簧装置。轨道车整个车体的质量是通过圆柱螺旋弹簧、钢板弹簧传递到车轴 轴承箱上，这些弹簧保证轨道车的质量按一定比例分配给各车轮，当线路不良或 车轮失圆时，重量分配不发生显著变化，减轻车轮与钢轨的冲击，降低动载荷。 液压减振器是为迅速衰减振动而设，它将振动冲击能量通过各种阻尼形式变为 热量散发，从而使振动衰减，达到平稳运行的目的。 2 2 4 车体、车架装置 轨道车车架( 图2 8 ) 是安装各总成的载体。车架一般采用型钢铆焊而成，牵 引力大的轨道车已采用箱式结构，以提高强度和刚度。 1 5 图2 - 8车架 轨道卞系统安全分析 车体是安装在车架上具有防风雨侵袭，有一定空间及配置操纵和生活必须设 施的车箱，也称车棚。 轨道车车体是用薄钢板压制成各种断面和杆件( 也可用小型型钢) ，拼焊成的 车棚骨架。骨架外面包有薄钢板作外护板，骨架内面铺有胶合板作内护板。顶棚 外部车体两端装有供夜间和在隧道内行驶用的照明大灯、防护灯和喇叭。车两端 设有晾望窗，装有挡风玻璃，为了在雨雪天能正常晾望，还装有刮雨器。 车箱的两端设有操纵台，操纵台右侧设有副司机坐椅，左侧设有可根据司机 条件变化的可调式坐椅。还设有变速杆、手动油门、空气制动机等操纵手柄、离 合器和喇叭踏板、电源开关和风管上的截断塞门。坐椅前方装有指示发动机和其 它系统工作情况的仪表盘。最右边还有撒砂阀，以供上坡起步和紧急制动等需要 的情况下使用。操纵台上方装有旱程速度表。 有些轨道车两端操纵台还装备有无线调度电话，可与运行区段各车站联络。有 的还安装有机车信号设备和监控记录装置，以满足行车安全的需要。 轨道车的车架部分包括车架、车钩和排障器等，它们是轨道车的重要组成部分。 车辆两端装有排障器，可有效清除轨道上的障碍物，保证车辆的安全运行。 轨道车装有大、小车钩，其作用是连接轨道车和轨道车或其它车辆，传递轨道 车的牵引力，车钩结构如图2 - 9 所示： 2 2 5 电气系统 图2 9车钩 1 螺栓2 螺母3 大钩垫圈4 车钩钩座5 车钩总成 6 开口销7 大钩销8 垫圈9 小车钩( 选装件) 1 6 北京交通人学专业硕十学位论文 轨道车供电为直流2 4 v 负极搭铁的单线制供电系统。 轨道车上电气系统的作用是起动发动机，同时保证声、光、仪表和辅助装置 的用电。电气设备是轨道车构造的重要组成部分。 电源是电气设备的核心，包括蓄电池、发电机和发电机调节器； 起动装置包括起动机、啮合开关和起动开关； 照明装鼹包括内、外灯光、信号和仪表灯及开关； 仪表及辅助装置仪表板上有电流表、永温表、压力表、柴油表、发动 机转速表、报警灯等；有雨刮器、车载式无线电台和风扇、收放机等。 2 2 6 制动系统 轨道车具有较高的行驶速度，在运行中需降速或停驶，以保证准确的控制和安 全运行，因此必须具有相适应的制动能力。 制动系统幽空气制动、基础制动、撒砂装置和手制动装置组成。 空气制动是轨道车的主要制动系统，它通过对空气制动机和其它附件的控制， 使风压变纯蔼产生制动、傈压和缓解功能；空气利动由空气压缩橇、总风缸、单 向阀、油水分离器、集尘器、给风阀、压力调节阀、制动机、分配阀、副风缸、 制动缸等组成，蓬2 - 1 0 为整车空气制动原理图。 巷嚣 l | i 1 5 鍪2 - 1 0 空气刳动系统原理图 1 空压机2 单向阀3 油水分离器4 风包5 放水开关6 远心集尘器7 分配器 8 。双针压力表9 均衡风包l o 珏6 自动制动机l l 。截断塞门1 2 m - 3 a 型减压阀 1 3 。折角塞门1 4 软管连接器1 5 k l 型三通阀1 6 副风缸1 7 制动缸1 8 空滤器 1 9 。压力调节阀2 0 安全阀2 1 缓解阀 1 7 轨道车系统安全分析 手制动的作用主要是在轨道车停放时防止溜放，也可以在紧急情况下配合空 气制动进行制动，或在行驶中遇空气制动失效时进行制动。 基础制动装置( 图2 1 1 ) 是轨道车辆制动系统的主要组成部分，是满足车辆紧 急制动距离要求及确保行车安全的重要装置。 图2 1 l 基础制动装置 1 制动缸2 鞲鞴杆3 连杆4 吊板5 前座体6 后座体7 制动杠杆8 闸瓦托 9 闸瓦1 0 闸瓦平衡螺栓1 1 闸瓦平衡弹簧1 2 闸瓦平衡螺母1 3 安全吊钩 1 4 调整套1 5 锁紧螺母1 6 闸瓦钎 基础制动装置是将制动缸鞲鞴的推力经杠杆系统增大后传给闸瓦压紧轮箍， 通过轮轨的粘着产生制动作用。基础制动装置由制动缸所驱动的杠杆系统和闸瓦 组成。 撒砂装置撒砂的目的是提高车辆的粘着力，防止车辆轮对空转和在紧急制动 时车轮滑行。 2 3 轨道车的限制条件阳3 ( 1 ) 轨道车适用于铁路、工厂、矿山和地方铁路等使用，适用于1 4 3 5 n - d n 标 准轨距，以柴油机为动力，采用机械传动、电力传动、液力传动等传动方式，发 动机最大功率在1 0 0 0 k w 以下。 ( 2 ) 轨道车应能在周围环境为一2 0 + 4 0 条件下使用，超出上述温度时， 根据不同地区，采取不同防寒、降温措施。 ( 3 ) 轨道车应能承受风、沙、雨、雪的侵袭。 ( 4 ) 轨道车只能由经过培训合格、持有铁道部核发的轨道车驾驶证的人员操 作，其修理亦只能由经过专业培训的专业人员进行。 1 8 北京交通大学专业硕+ 学位论文 ( 5 ) 轨道车外形尺寸应符合铁路机车车辆限界要求。 ( 6 ) 大车钩在规定牵引重量内，应有足够的强度，小车钩只允许牵引6 0 t 。 ( 7 ) 在门窗紧( 密) 闭的情况下，司机室稳态噪声满足：司机室中央为9 0 d b ； 司机座位上方为9 2 d b 。 ( 8 ) 大车钩中心线距轨面高度为8 8 0 1 0 m m ，小车钩距轨面高度为3 7 1 2 0 m m 。 ( 9 ) 轨道车通过的最小曲线半径不大于1 4 0 m ，并能在半径2 5 0 m 的曲线上进 行摘挂作业。 ( 1 0 ) 轨道车控制及照明电路电压一般采用2 4 v 直流电压。 ( 1 1 ) 在车速8 0 k m h 条件下，平直道的单机紧急制动距离不得大于4 0 0 m 。 2 4 轨道车可能产生的危险 2 4 1 机械危险吲 机械危险是指由于机器零件、工具、工件或飞溅的固体、流体物质的机械作 用可能产生伤害的各种物理因素的总称。 ( 1 ) 机械危险的基本形式主要有：挤压危险、剪切危险、切割或切断危险、缠 绕危险、吸入或卷入危险、冲击危险、刺伤或扎穿危险、磨擦或磨损危险、高压 流体喷射危险。 轨道车可能发生的机械危险主要有：旋转部件引起的切割或切断危险；皮带 转动零l 起的缠绕危险；尖角、锐边导致的剌伤或扎穿危险；地板、踏梯防滑不当 引起的滑到、滑落危险。 ( 2 ) 产生橇械危险的主要因素： 形状，如切割要素、锐边、角形部分； 相对位置，如机械零件运动时可能产生挤压、剪切、缠绕等区域的相对位 置； 质量和稳定性，如在重力的影响下可能运动的零部件的位能； 质量和速度，可控或不可控运动中的零部件的动能； 加速度； 橇械强度不够，如可能产生危险的断裂或破裂； 弹性元件( 如弹簧) 的位能或在压力或在真空下的液体或气体的位能； 与辊械有关的滑倒、倾倒和跌落。 1 9 轨道乍系统安全分析 2 4 2 非机械危险嘲 ( 1 ) 电气危险。部分轨道车配备3 8 0 v 或2 2 0 v 发电机及其它用电设备，如设 计或使用不当，可能对人体造成电击伤害。 ( 2 ) 热危险。轨道车的发动机、排气管、变速箱等部件在运转时发热，其温度 超出人体可接受的温度范围，可能造成烧伤烫伤。 ( 3 ) 嗓声危险。轨道车在运转或运行时各部均产生噪声，且噪声控制难度较大， 因噪声可能引起如下后果：永久听力损失，耳鸣，疲劳，精神压抑，失去平衡，失 去知觉，于扰语言通讯和听觉信号等。 ( 4 ) 振动危险。轨道车如设计缺陷或维修不当，传动系统或整车可能产生严重 的振动，振动可能传到全身，可能产生生理严重失调，如血脉失调，神经失调，骨 关节失调，腰痛和坐骨神经痛等。 ( 5 ) 材料和物质产生的危险。轨道车排出的废气含有一氧化碳、二氧化碳、碳 氢化合物、颗粒物等有害物质，既损害环境同时对人体有一定危害，尤其是发动 机工作异常时危害更大；轨道车使用柴油作燃料，有时司机在室内生活做饭，所 以在加油、停车、运行时均有可能发生火灾。 ( 6 ) 设计时忽略人类工效学原则而产生的危险 轨道车操作装雹或仪表设备与人的特征和能力不协调，可能产生的危险有： 生理影响，如：不利于健康的姿势，极度或重复用力所导致的危险： 心理一生理影响，对其进行操作、监视或维护而造成心理负担过重或准备不 足、紧张等丽产生的危险。 2 。5 轨道车系统危险识别 采用预先危险性分析法，对轨道车各系统可能存在的危险分析如下： 系 伤害 统部件故障危险 危险描述 危险 严重控制方法建议 名 名称状态概率 影响 度 称 发严重 动 散热 可能 旋转时切割 切割或伤害设置护罩以防 机 风扇或切断危险 切断人或轻检修时手指碰 及 手、臂度致到风扇 附残 北京交通人学专业硕士学位论文 属过热时 装 散热产生高烫伤手、中度在水箱盖处作 置水箱压水蒸 可能烫伤 臂伤害提示 气 涡轮烫伤手、中度 增压器 可能烫伤 设置隔热挡板 臂伤害 损伤听轻度安装发动机罩， 发动机可能噪声危险 力 伤害加装隔音材料 水温过设置发动机水 高或机造成设温高报警及机 发动机可能发动机损坏 油压力备故障 油压力低报警 过低灯 燃油箱应设置 损坏轨在车外侧适当 极小道车或中度位置，即使发生 燃油箱泄漏引发火灾 可能烧伤人伤害泄漏只能漏在 口 轨道车外地面贝 上 损坏轨燃油管不得布 极小道车或中度置在靠近高温 燃油管泄漏引发火灾 可能烧伤人伤害部件，设计可靠 口 接头贝 极小产生热量及 噪音伤 安装消声器、用 轻度隔热层包覆，安 排气管破损古，t 了歹k 可能噪声伤害装废气催化装 环境 置 传 轨道车失去造成重 动断裂或 动力，传动大事故 严重 进行强度校核， 系 传动轴可能轴断头顶在