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【摘 要】国内外列车脱轨时有发生，将造成铁路运输中断，甚至车毁人亡。脱轨研究从来都是各国轨道交通领域的重大课题。轨道交通运输安全研究己经纳入中国《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006--2020年）中的重点领域及优先主题。我国铁路自提速以来，货物列车脱轨呈上升趋势，脱轨在铁路行车重大、大事故中的比例高达70%左右；随着我国高速客运专线建设的广泛展开，保证列车安全运行更为重要。
【关键词】工程运输列车；脱轨；自动报警装置；设计
前言：
列车脱轨是铁路行车事故中比较难以防范的偶发性事故。导致脱轨的原因比较复杂，有较明显的单一因素，如线路的明显缺陷或机车车辆本身存在的问题等；也有不太明显的综合性因素，其原因难以确定。就其脱轨的形态来看，有车轮爬轨脱轨、车轮跳轨脱轨、车轮悬浮脱轨，技术性脱轨以及轮轨关系方面的脱轨等。列车脱轨的规律性不太明显，因此预防脱轨的措施难以落实。目前除有针对性的加强安全设施和管理之外，尚无周全的防止列车脱轨的办法，脱轨事故时有发生，严重地威胁着行车安全。
一、脱轨原因
国内外总结了引起脱轨的10种主要原因
1、外部条件不良时的紧急制动或完全的常用制动，占俄罗斯脱轨事故的30%；2、超过额定的列车运行速度；3、接头拉开和轨缝胀大造成的断轨；4、温度应力或无缝线路在列车作用下的横向跑道（胀道）：5、车辆或转向架零部件断裂：6、不合理的车辆悬挂刚度及车体扭转刚度；7、严重的水平方向的线路不平顺或水平、三角坑、沉陷等不平顺组合；8、提速状态下的全列空载货车和轻、重货车混编；9、桥梁横向刚度不够；10、若干种不同因素的组合，这些因素个别存在时不构成脱轨危险。
二、列车脱轨可能造成的严重后果
列车脱轨势必对线路设备造成破坏、车辆受损，如果不能及时发现继续运行，不仅对线路设备破坏延伸，而且在脱轨车轮的横向和纵向附加力的作用下，邻近的车轮也有可能相继脱轨，最终导致车辆颠覆，使事故扩大、损失严重。尤其值得注意的是装有易燃易爆品种的车辆发生颠覆时，由于车体在道床地面上滑行产生静电火花，很容易造成起火爆炸，其后果更为严重，国内外铁路都曾经发生过列车颠覆后引起爆炸的事故。此外，列车在隧道内发生脱轨颠覆时，救援非常困难，尤其是长大隧道区段发生列车颠覆时，救援工作更是难上加难。因为隧道的空间有限，无法使用大型吊设备，要将颠覆的车辆运出隧道、开通线路是非常费时费事。鉴于以上理由，必须在列车脱轨的第一时间内便被发现，才能有效地减少损失和防止列车颠覆事故的发生，这就是本装置的研究目的。如何及时发现工程运输列车脱轨，对保证铁路新线铺架工程运输的行车安全、防止事故扩大、减少经济损失具有重要意义。设计了一种列车脱轨自动报警装置，能及时发现脱轨并向列车乘务员报警，可以避免列车脱轨后事故进一步扩大。
三、机构设计及其动作原理
1、机构设计
每组安装机构由吊环、吊杆俩个、横梁、扁铁座、开关、弹簧组成。扁铁座上加工开关安装孔、吊杆定位孔（俩个）上部焊弹簧挂钩，开关安装在扁铁座上。安装时将吊环和扁铁座焊在车辆中梁一侧、车轴上方两侧，水平距离约3 60mrn，然后将长吊杆挂在吊环内，弹簧一端挂扁铁座上挂钩内，一端挂吊杆，吊杆环套在开关扳钮上，并用铁丝通过定位孔将吊竖向杆定位，吊杆自然下垂，将横梁安装在吊杆上，用螺母固定并定位。动作机构每车轴安装一套车辆脱轨后报警装置的原理根据货车脱轨自动制动装置原理，在车辆上加装机械动作报警开关，在机车上利用机车电源，加装自锁电路和报警设备，形成整套的脱轨后的报警装置。该装置采用机械作用开关，蜂鸣、灯光报警，继电器自锁方式，结构简单、实用性强，特别适合固定编组的工程列车。当列车中有车辆脱轨后，安装在车辆底部的可拉伸的机械传动机构与车轴碰撞，造成短吊杆端部拉环拨动开关手柄使回路连通并自锁，使机车上的报警装置即时发生报警，在车辆脱轨后能第一时间通知司机采取措施，有效避免脱轨事故扩大。
3、横梁距车轴底部距离调整
横梁距车轴底部距离示意图及横梁距车轴底部距离数值，实际安装时的距离按空车△Y1调整，装车后重车距离不做调整。
4、电路原理及电路布置
1）电路原理
利用机车110v直流电源，接入中间继电器及脱扣开关。当车辆脱轨时，车轴下落造成扳钮开关K闭合，电路连通，中间继电器得电，Z，T闭合形成自锁回路，机车报警电路工作，蜂鸣器和指示灯进行声光报警。此时，断开扳钮开关长由于机车报警电路自锁，报警电路继续工作。当同时断开K和脱扣开关方能使报警电路停止工作。
当扳钮开关K（ K1，k2 ... Kn）闭合后，中间继电器得电，自锁开关闭合，机车报警电路形成单独回路，指示灯和蜂鸣器同时工作，进行声光报警。
2）电路布置
每辆车沿车体侧梁布置10mm2多股双芯护套线主线路一条，一端接插座，另一端接插头并预留lm长度方便与后一辆车电路连接，用1.5mm2单股多芯铜线接通主线路与动作开关。机车上报警回路接中间继电器一个，在中间继电器与车辆动作回路问接自锁脱扣开关一个，指示灯和蜂鸣器安装在操纵端司机室，与车辆连挂端接插座（插头）一個。
5、试验过程
1）灵敏性试验。该装置在空车时横梁与车轴问垂直距离为△Y1，重车时为△Y2，由于重车时报警装置横梁随车体下降，△Y1大于△Y1，根据报警装置设计原理，报警装置灵敏性空车明显优于重车，所以报警装置如果在重车脱轨情况下能够报警，空车脱轨时必将能够报警。试验车号及编组顺序从机次依次为N 17AK5064502（隔离车）、N17GK5050156（重车）和NX 17K5270798（重车、脱轨试验车）。装载货物重约120t 25m轨排（钢轨50kg/m、新II型轨枕）7片，装载方式为两车跨装。其脱轨方式为脱轨器脱轨，脱轨车轴数为3轴，脱轨车轴△Y2取55mm试验机车车号为DF4B3754.试验前调试报警电路，扳钮开关闭合时发生报警，断开后由于机车报警电路自锁，警报不能自动解除，通过机车报警电路解锁（即将机车报警脱扣开关断开再闭合久警报解除，满足试验要求。在NX 17K5270798平车3位轴6位车轮前方安装脱轨器，由机车牵引试验车组运行，NX 17K5270798平车3位轴脱轨，3位轴动作机构拉伸弹簧拉伸距离约70mm，开关扳钮扳至闭合位并折断，机车报警蜂鸣器产生报警音响信号。
2）安定性试验
机车牵引试验车组及卸碴列车，由基地钉联站始发，运行约1.5km机车报警蜂鸣器报警，经停车检查，发现试验车组各轴均未脱轨，车组末位车轴扳钮开关处于闭合位，动作机构正常未见损坏，认定为误动作，恢复后列车继续运行，途中进行卸碴作业，一直运行至过某车站外约3km停车，检查各车轴动作机构无误后返回。返回运行至距钉联站约1.5km处机车报警电路发生报警，停车检查发现还是同一车轴处发生误动作，此时该动作机构横梁与车轴距离△Y1实际不足15mm恢复后运行至站内。
6、数据分析
1）重车灵敏性。重车装车前△Y1全部调为25mm装车后△Y2部分数据变化较大，原因有两点：一是主要集中在轨排跨装中间位置，各转向架负重不均衡，二是钉联站线路不平顺导致误差较大。经过分析，车辆载重60t左右时，摇枕弹簧的压缩量为30mm左右。试验时△Y2采用55mm一次试验成功
结论：
根据试验数据采集及分析，工程运输列车脱轨自动报警装置在空车时△Y1值调整为25mm装载货物后重车△Y2值约55mm，既能满足工程线路运输时报警装置安定性，也可以满足重车灵敏性要求，达到列车脱轨后报警的要求。
参考文献：
[1]马琪，张学森，孙波.货物列车空车脱轨的原因分析及对策研究.铁道机车车辆，2002， （3）：38一40
[2] A lexander L Lisitsyn俄罗斯铁路货车空车脱轨研究[J].国外铁道车辆，2006，43 （5 ）： 21 23.
【关键词】工程运输列车；脱轨；自动报警装置；设计
前言：
列车脱轨是铁路行车事故中比较难以防范的偶发性事故。导致脱轨的原因比较复杂，有较明显的单一因素，如线路的明显缺陷或机车车辆本身存在的问题等；也有不太明显的综合性因素，其原因难以确定。就其脱轨的形态来看，有车轮爬轨脱轨、车轮跳轨脱轨、车轮悬浮脱轨，技术性脱轨以及轮轨关系方面的脱轨等。列车脱轨的规律性不太明显，因此预防脱轨的措施难以落实。目前除有针对性的加强安全设施和管理之外，尚无周全的防止列车脱轨的办法，脱轨事故时有发生，严重地威胁着行车安全。
一、脱轨原因
国内外总结了引起脱轨的10种主要原因
1、外部条件不良时的紧急制动或完全的常用制动，占俄罗斯脱轨事故的30%；2、超过额定的列车运行速度；3、接头拉开和轨缝胀大造成的断轨；4、温度应力或无缝线路在列车作用下的横向跑道（胀道）：5、车辆或转向架零部件断裂：6、不合理的车辆悬挂刚度及车体扭转刚度；7、严重的水平方向的线路不平顺或水平、三角坑、沉陷等不平顺组合；8、提速状态下的全列空载货车和轻、重货车混编；9、桥梁横向刚度不够；10、若干种不同因素的组合，这些因素个别存在时不构成脱轨危险。
二、列车脱轨可能造成的严重后果
列车脱轨势必对线路设备造成破坏、车辆受损，如果不能及时发现继续运行，不仅对线路设备破坏延伸，而且在脱轨车轮的横向和纵向附加力的作用下，邻近的车轮也有可能相继脱轨，最终导致车辆颠覆，使事故扩大、损失严重。尤其值得注意的是装有易燃易爆品种的车辆发生颠覆时，由于车体在道床地面上滑行产生静电火花，很容易造成起火爆炸，其后果更为严重，国内外铁路都曾经发生过列车颠覆后引起爆炸的事故。此外，列车在隧道内发生脱轨颠覆时，救援非常困难，尤其是长大隧道区段发生列车颠覆时，救援工作更是难上加难。因为隧道的空间有限，无法使用大型吊设备，要将颠覆的车辆运出隧道、开通线路是非常费时费事。鉴于以上理由，必须在列车脱轨的第一时间内便被发现，才能有效地减少损失和防止列车颠覆事故的发生，这就是本装置的研究目的。如何及时发现工程运输列车脱轨，对保证铁路新线铺架工程运输的行车安全、防止事故扩大、减少经济损失具有重要意义。设计了一种列车脱轨自动报警装置，能及时发现脱轨并向列车乘务员报警，可以避免列车脱轨后事故进一步扩大。
三、机构设计及其动作原理
1、机构设计
每组安装机构由吊环、吊杆俩个、横梁、扁铁座、开关、弹簧组成。扁铁座上加工开关安装孔、吊杆定位孔（俩个）上部焊弹簧挂钩，开关安装在扁铁座上。安装时将吊环和扁铁座焊在车辆中梁一侧、车轴上方两侧，水平距离约3 60mrn，然后将长吊杆挂在吊环内，弹簧一端挂扁铁座上挂钩内，一端挂吊杆，吊杆环套在开关扳钮上，并用铁丝通过定位孔将吊竖向杆定位，吊杆自然下垂，将横梁安装在吊杆上，用螺母固定并定位。动作机构每车轴安装一套车辆脱轨后报警装置的原理根据货车脱轨自动制动装置原理，在车辆上加装机械动作报警开关，在机车上利用机车电源，加装自锁电路和报警设备，形成整套的脱轨后的报警装置。该装置采用机械作用开关，蜂鸣、灯光报警，继电器自锁方式，结构简单、实用性强，特别适合固定编组的工程列车。当列车中有车辆脱轨后，安装在车辆底部的可拉伸的机械传动机构与车轴碰撞，造成短吊杆端部拉环拨动开关手柄使回路连通并自锁，使机车上的报警装置即时发生报警，在车辆脱轨后能第一时间通知司机采取措施，有效避免脱轨事故扩大。
3、横梁距车轴底部距离调整
横梁距车轴底部距离示意图及横梁距车轴底部距离数值，实际安装时的距离按空车△Y1调整，装车后重车距离不做调整。
4、电路原理及电路布置
1）电路原理
利用机车110v直流电源，接入中间继电器及脱扣开关。当车辆脱轨时，车轴下落造成扳钮开关K闭合，电路连通，中间继电器得电，Z，T闭合形成自锁回路，机车报警电路工作，蜂鸣器和指示灯进行声光报警。此时，断开扳钮开关长由于机车报警电路自锁，报警电路继续工作。当同时断开K和脱扣开关方能使报警电路停止工作。
当扳钮开关K（ K1，k2 ... Kn）闭合后，中间继电器得电，自锁开关闭合，机车报警电路形成单独回路，指示灯和蜂鸣器同时工作，进行声光报警。
2）电路布置
每辆车沿车体侧梁布置10mm2多股双芯护套线主线路一条，一端接插座，另一端接插头并预留lm长度方便与后一辆车电路连接，用1.5mm2单股多芯铜线接通主线路与动作开关。机车上报警回路接中间继电器一个，在中间继电器与车辆动作回路问接自锁脱扣开关一个，指示灯和蜂鸣器安装在操纵端司机室，与车辆连挂端接插座（插头）一個。
5、试验过程
1）灵敏性试验。该装置在空车时横梁与车轴问垂直距离为△Y1，重车时为△Y2，由于重车时报警装置横梁随车体下降，△Y1大于△Y1，根据报警装置设计原理，报警装置灵敏性空车明显优于重车，所以报警装置如果在重车脱轨情况下能够报警，空车脱轨时必将能够报警。试验车号及编组顺序从机次依次为N 17AK5064502（隔离车）、N17GK5050156（重车）和NX 17K5270798（重车、脱轨试验车）。装载货物重约120t 25m轨排（钢轨50kg/m、新II型轨枕）7片，装载方式为两车跨装。其脱轨方式为脱轨器脱轨，脱轨车轴数为3轴，脱轨车轴△Y2取55mm试验机车车号为DF4B3754.试验前调试报警电路，扳钮开关闭合时发生报警，断开后由于机车报警电路自锁，警报不能自动解除，通过机车报警电路解锁（即将机车报警脱扣开关断开再闭合久警报解除，满足试验要求。在NX 17K5270798平车3位轴6位车轮前方安装脱轨器，由机车牵引试验车组运行，NX 17K5270798平车3位轴脱轨，3位轴动作机构拉伸弹簧拉伸距离约70mm，开关扳钮扳至闭合位并折断，机车报警蜂鸣器产生报警音响信号。
2）安定性试验
机车牵引试验车组及卸碴列车，由基地钉联站始发，运行约1.5km机车报警蜂鸣器报警，经停车检查，发现试验车组各轴均未脱轨，车组末位车轴扳钮开关处于闭合位，动作机构正常未见损坏，认定为误动作，恢复后列车继续运行，途中进行卸碴作业，一直运行至过某车站外约3km停车，检查各车轴动作机构无误后返回。返回运行至距钉联站约1.5km处机车报警电路发生报警，停车检查发现还是同一车轴处发生误动作，此时该动作机构横梁与车轴距离△Y1实际不足15mm恢复后运行至站内。
6、数据分析
1）重车灵敏性。重车装车前△Y1全部调为25mm装车后△Y2部分数据变化较大，原因有两点：一是主要集中在轨排跨装中间位置，各转向架负重不均衡，二是钉联站线路不平顺导致误差较大。经过分析，车辆载重60t左右时，摇枕弹簧的压缩量为30mm左右。试验时△Y2采用55mm一次试验成功
结论：
根据试验数据采集及分析，工程运输列车脱轨自动报警装置在空车时△Y1值调整为25mm装载货物后重车△Y2值约55mm，既能满足工程线路运输时报警装置安定性，也可以满足重车灵敏性要求，达到列车脱轨后报警的要求。
参考文献：
[1]马琪，张学森，孙波.货物列车空车脱轨的原因分析及对策研究.铁道机车车辆，2002， （3）：38一40
[2] A lexander L Lisitsyn俄罗斯铁路货车空车脱轨研究[J].国外铁道车辆，2006，43 （5 ）： 21 23.