客车铰接系统技术逻辑安全

　　GaborKokesch
　　作者介绍：GaborKokesch博士是欧洲著名的客车铰接系统（ArticulationSystems）设计专家，这篇文章是根据他在大学讲课教案整理翻译而成，他通过对世界各类客车铰接系统的比较和分析，从技术逻辑性方面来论证铰接系统的安全性，从专家的角度来看待产品的性质。
　　一、铰接系统技术逻辑安全
　　在世界各地主要城市公交线路上，人们总会看到铰接式客车在运行。铰接式客车因为其投资少、运量大，可以有效地缓解高峰期时的交通压力，投入运行的铰接客车的种类和数量也在不断地增加。同时也发现，近20年来运行在各个国家的铰接客车综合性能在加强，车辆密封性在提高，车厢噪音在下降，平均车速在上升，乘客舒适度在提升，这些都是普通乘客可以感觉到的。但是作为运营公司和专业人士，可能还需要更多的来关注铰接系统在安全方面的改善，铰接客车上最重要的部件铰接系统经过多年的发展，归纳起来有几种不同的结构形式，不同的结构就会体现出不同的技术逻辑安全。
　　铰接客车最大的风险就是铰接系统的断裂，最终导致铰接客车的前车厢和后车厢分离。需说明的是，大部分铰接系统都是专业公司生产的，凭借几十年专业积累，在质量和安全性方面令人信服。
　　这里所讲的技术逻辑安全，就是在产品结构上要有逻辑安全（LogicalSecurity）的考量，避免铰接系统在极端工况下造成突然的前后车厢分离的现象。要有足够的时间让车辆使用人员、维护人员发现问题，最终排除故障，保证乘客的安全，这是铰接系统产品在结构优化、品质控制这些物理安全（PhysicalSecurity）之前的逻辑保障，也就是说：物理安全是基础，逻辑安全是前提。
　　铰接系统的铰接盘部分，是连接前后车厢底盘部分的受力部件，其技术逻辑安全性决定铰接客车的安全系数。从铰接盘把前后车厢底盘连接起来的结构形式上可以分为三种：一种是前后车厢的连接为球头销式结构，这种结构出现在早期的铰接客车上；第二种是前后车厢的连接为大直径的转盘轴承结构，通过转盘轴承进行连接，并保证车辆的转弯性能；第三种是前后车厢的连接为销轴式结构，通过轴套进行连接，并保证车辆的转弯等性能。下面以简单的结构图示来分析说明每种产品结构的技术逻辑安全。
　　如图1所示，球头销式的前置铰接客车，其铰接系统产品特点就是通过一个球头销（图18）把前后车厢牵引架连接起来，以实现前后车厢底盘部分的连接，这种结构类似于货车的挂车连接形式。当在极端工况（极端路况和极端承载相叠加）或长时间疲劳极限使用的情况下，如果球头销发生断裂，会出现前后车厢的分离状况。为了弥补这种风险，一般这种铰接机构都会额外增加一套保护措施，就是前、后车厢的牵引架再用安全索（钢丝绳或锚链）（图110）后备连接。这种结构的铰接机构因为连接点少，在连接强度方面和抗扭转能力方面较弱，只能通过增加安全索的办法来保证技术逻辑安全。
　　由于低地板铰接客车的普及推广，对客车铰接系统提出了轻薄结构的需求，因为结构空间所限，各个部件的结构紧凑，受力几乎接近边界极限，这样对结构的电算、材料金相控制、品质的保障，都是挑战。
　　图2所示的转盘轴承式结构的铰接盘的连接部件通常由前架、后架、转盘轴承、液压阻尼装置、高强度标准件等组成，其中前架（图21）同转盘轴承外圈是通过24个高强度螺栓（图22）进行连接的，转盘轴承内圈与后架也是通过另外24个高强度螺栓（图23）进行连接的，转盘轴承的内外圈间是满满的一圈钢珠，既可以实现转动，又可以保证内外圈进行连接。液压阻尼缸通过连接件分别连接前架和后架的孔上，左右各一套液压阻尼装置。
　　从结构上分析转盘轴承式产品的技术逻辑安全性，前提条件是铰接盘上的零部件是安全的（专业公司要通过大型超声探伤或X射线探伤，保证零部件零缺陷）。铰接客车受到极端工况的影响或长时间的疲劳极限使用，可能出现的故障通常是连接螺栓松动，引起个别螺栓脱落或剪断，不会突然螺栓全部一起失效，这样车辆使用人员或车辆检修人员就会发现并避免进一步加大故障，同样前架、后架或转盘轴承出现强度不好的情况时，也会从一个裂纹开始逐渐发展，不会突然出现两处及以上的开裂处，这时铰接盘也会发生异响等，车辆使用人员会及时发现，车辆检修人员也会在例行的检修时发现问题并处理，避免发生更大的故障。这种铰接系统的特点就是通过大直径的转盘轴承使前后车厢多点连接，在技术逻辑上就保证铰接系统是绝对安全可靠的。
　　随着竞争的加剧，有的铰接系统制造商为了迎合发展中国家的低价位市场，开发了所谓紧凑型的铰接系统。为了降低成本，此种铰接系统明显的特征是设计上尽可能缩小尺寸，把许多铰接系统部件方面的成本转移至OEM厂家，但因为OEM厂商不是专业生产铰接系统的厂家，一方面该系统零部件误差较大，另一方面该系统刚性不足，最终铰接系统一些运动部件磨损严重，使用寿命受到影响。更可怕的是，这种紧凑型的铰接系统是采用销轴式结构，不符合铰接系统的技术逻辑安全。
　　由图3可以看出，销轴式铰接系统的前架和后架是通过中间的上下销轴（图33、图36）进行连接的，再通过销轴的连接螺栓（图32）进行锁紧，这种结构有点类似于早期的球销式结构，只不过是将球销换成了轴套，前后车厢的连接是通过单点连接的。
　　具体分析销轴式铰接机构的技术逻辑安全，在极端工况下假如发生意外，连接前架和后架的上销轴断裂，前架和后架就会分开；或者销轴的连接螺栓脱落，下销轴也会脱落，上销轴也会很快因为松动而损坏，最终导致铰接客车前后车厢突然分离；另外该种铰接盘结构前架只有一个连接点连接在前车厢，如果前架前部发生断裂损坏时，前后车厢也会马上分离。这两种分离后果都是灾难性的，严重时可能造成车上乘员及车外行人伤亡。
　　不管产品价格有多便宜，只要是不顾铰接系统逻辑安全的产品，对于车辆的使用者和管理者，都潜藏着极大的安全隐患。
　　二、如何选用技术逻辑安全的铰接系统
　　虽然以上介绍的三种结构的铰接系统，在投放市场时都经过了充分的验证，一般情况下是不会出现重大质量问题的，但因为使用者的环境不同、道路条件不同、客流量不同等，还是要有预防极端工况出现的风险意识，这就需要我们不仅要注重产品的质量、品牌，更要注重产品的技术逻辑安全，尽量选择技术逻辑安全性高的产品。
　　在选择技术逻辑安全性高的铰接系统产品时，第一要看连接在前后车厢间的铰接系统是单点连接还是多点连接的结构，多点连接的技术逻辑安全就较高；另外还要看看当一处多点或单点连接失效时，是不是还有额外的结构保证前后车厢不分离。
　　前面介绍的几种铰接系统结构中，老结构的前置球头销式铰接的车辆因为舒适性差，车内美观性差等原因已基本上没有新的车辆生产，属已淘汰的产品；销轴式的铰接系统因为OEM厂商工作量增大，成本增加，集成质量难以控制，系统刚性不足，加之技术逻辑安全严重不足，存在使用安全隐患，产量也逐年减少；转盘轴承式的结构产品，是国际市场上的主流产品，在结构强度上最成熟可靠，在技术逻辑上最安全，也是现今市场保有量最大的产品，选择这种铰接系统产品是最佳的方案，不仅可以保证乘客的舒适性，还可以保证安全。
　　希望通过以上介绍，可以对铰接系统的技术逻辑安全有一个简单的了解，以便车辆使用者以及管理者选择安全可靠的铰接车辆。