于連玉,郭 強(qiáng),白云記

(濟(jì)南軌道交通裝備有限責(zé)任公司 軌道車輛研究所,山東濟(jì)南250022)

地鐵隧道清潔車是為地鐵維保中心設(shè)計(jì)的地鐵線路專業(yè)清潔車輛,是鐵路平車、高壓水沖洗、毛刷洗刷、真空系統(tǒng)自然排風(fēng)吹干組成的高度集成的機(jī)電一體化專業(yè)產(chǎn)品。隧道清潔車由1號平車車輛和2號平車車輛連掛組成,依靠地鐵配備的機(jī)車牽引,可以雙向牽引連掛。1號平車具有高壓水沖洗、毛刷清潔、真空系統(tǒng)自然排風(fēng)吹干功能;2號平車提供清潔水源和電力。就2號平車設(shè)計(jì)參數(shù)確定做一闡述。

1 車輛參數(shù)設(shè)計(jì)依據(jù)

根據(jù)需方設(shè)計(jì)任務(wù)書要求,2號平車設(shè)計(jì)參數(shù)要求如下:

底架長度:17 500 mm;

車輛寬度:2 460 mm;

地板面高度:1 200 mm;

車輛定距:12 600 mm;

車體自重:≤20 t;

整備質(zhì)量:≤29.25 t;

載重(水):25 t;

軸重:14 t;

最小曲線半徑:140 m;

回送速度:80 km/h;

作業(yè)速度:3—5 km/h;

編組數(shù):2輛;

制動型式:風(fēng)制動、手制動。

2 車輛結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)

2.1 車體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書要求,確定車體底架結(jié)構(gòu)形式,底架結(jié)構(gòu)方案如圖1所示。車輛載重25 t,自重系數(shù)1.17,比較大,且相對集中載荷比較大,選擇傳統(tǒng)造價(jià)低廉的GB/T 11263—2005《熱軋工字鋼560×200×11×17做中梁》。由于地板上要設(shè)置水箱和發(fā)電機(jī)組(留出必要的人行通道),底架下設(shè)置風(fēng)、手制動裝置,故高壓水管只能在側(cè)梁處布置。為滿足并排3根高壓水管在側(cè)梁的布置,選用300槽鋼作為側(cè)梁,側(cè)梁槽口朝外,在側(cè)梁頂車位加裝頂車筋板。為滿足水箱將力合理傳遞給底架,擬采用兩個(gè)雙腹板大橫梁和一小槽鋼作為水箱的支撐梁(圖1中件號6、7、8),同理采用雙腹板大橫梁(圖1中件號10)和二位端枕梁來承載發(fā)電機(jī)組。為了滿足車輛停車的要求,在底架一位端地板上設(shè)置手制動裝置(圖1中件號1)。為保證作業(yè)人員安全,地板下設(shè)置冷彎槽鋼小橫梁(圖1中件號5和11)。

2.2 風(fēng)制動方案設(shè)計(jì)

圖1 底架方案圖

根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書要求,清潔車編組兩輛,作業(yè)速度僅3—5 km/h,回送速度為80 km/h,載重為25 t。風(fēng)制動擬采用254×254旋壓密封式制動缸,120制動機(jī),50 dm3副風(fēng)缸,17 dm3加速緩解風(fēng)缸,ST2-250閘瓦間隙自動調(diào)整器。由于載重輕,本車不設(shè)置空重車調(diào)整裝置和脫軌自動制動裝置。風(fēng)制動設(shè)計(jì)方案如圖2所示。

圖2 底架方案圖

2.3 轉(zhuǎn)向架方案設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書要求及配件采購難易程度及供貨周期,擬選用K2轉(zhuǎn)向架。

3 車輛設(shè)計(jì)參數(shù)確定

3.1 轉(zhuǎn)向架參數(shù)確定

車輛整備質(zhì)量29.25 t,載重25 t,當(dāng)整車落成后,通過計(jì)算外圓彈簧被壓縮15.2 mm,距內(nèi)圓彈簧22-15.2=6.8 mm(轉(zhuǎn)K2彈簧參數(shù)如表1);當(dāng)裝載25 t,內(nèi)圓彈簧被壓縮。車輛在運(yùn)行中作業(yè),由于清潔水的使用,車輛載重慢慢減輕,當(dāng)水箱清潔水剩余8 t時(shí),外圓彈簧被壓縮22 mm,搖枕剛剛接觸到內(nèi)圓彈簧,由于車輛運(yùn)行中的振動,此時(shí)搖枕由于剛度突變,受力極為惡劣。為了改善車輛作業(yè)平穩(wěn)性,將K2轉(zhuǎn)向架全部內(nèi)圓彈簧和中間的外圓彈簧取出,并在中間的外圓彈簧處焊接彈簧擋圈。通過計(jì)算此方案滿足車輛作業(yè)要求。

表1 轉(zhuǎn)K2彈簧參數(shù)

3.2 中梁參數(shù)確定

轉(zhuǎn)向架方案確定后,根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書要求,地板面高為1 200 mm,轉(zhuǎn)向架心盤自由高710 mm,選用560工字鋼必須抽魚腹,才能滿足任務(wù)書要求。整車(車體自重+整備質(zhì)量)落成后轉(zhuǎn)向架心盤高675 mm,則轉(zhuǎn)向架下心盤到地板面高度為525 mm,轉(zhuǎn)向架下心盤到地板面之間有:心盤磨耗盤(厚度為7±0.2 mm),上心盤(厚度70+20mm),心盤墊板(厚度 12 mm),中梁(魚腹高度待定),地板(厚度為6 mm)。則枕梁處中梁的高度為525-7-70-12-6=430 mm,則中梁須抽掉的高度為560-430=130 mm。

3.3 全車制動倍率的確定

根據(jù)《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》203條最高速度90 km/h的貨物列車制動距離為800 m,在保證空車制動時(shí)不滑行,重車最高運(yùn)行速度在800 m內(nèi)能停車,沒有空重車調(diào)整裝置的前提下通過反復(fù)計(jì)算,全車制動倍率定為5.6。

4 參數(shù)校核

4.1 車體強(qiáng)度、剛度計(jì)算

參照TB/T 1335—1996《鐵道車輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及其試驗(yàn)鑒定規(guī)范》對2號平車進(jìn)行了靜強(qiáng)度和剛度評定,分析結(jié)果如下:

(1)剛度分析

在垂直靜載荷作用下,中梁最大位移1.95 mm,側(cè)梁最大位移1.91 mm,車輛定距12 600 mm,1.95/12 600遠(yuǎn)小于TB/T 1335—1996要求的1/700,車體具有較大的剛度儲備。

(2)強(qiáng)度

根據(jù)TB/T 1335—1996要求,按最不利工況合成,給出了如下組合工況的最大應(yīng)力值和部位(以下給出的均為當(dāng)量應(yīng)力—Von Mises應(yīng)力),應(yīng)力單位為兆帕。所得應(yīng)力結(jié)果如表2所示。在各載荷工況和合成工況作用下,該車在各組合工況所有部位應(yīng)力均不超出該部位所選材料的許用應(yīng)力值。

(3)分析結(jié)果

該車車體在TB/T 1335—1996規(guī)定的各工況下的等效應(yīng)力均小于相應(yīng)工況下的許用應(yīng)力值。車體結(jié)構(gòu)的垂向彎曲剛度滿足要求。車體靜強(qiáng)度及剛度計(jì)算合格,該車體強(qiáng)度及剛度符合要求。

4.2 制動能力計(jì)算

根據(jù)TB/T 1407—1998《列車牽引計(jì)算規(guī)程》,計(jì)算結(jié)果表明:機(jī)車牽引質(zhì)量為112 t時(shí),隧道清洗車在重車和空車工況下,80 km/h速度緊急制動時(shí),緊急制動距離分別為518.55 m和285.27 m,都小于800 m,空車黏著利用率為80.28%,不產(chǎn)生滑行。分段制動距離計(jì)算如表3所示。

4.3 車輛曲線通過能力校核

由于車輛定距比較大,2號平車選用材質(zhì)為ZG230—450的沖擊座,其里口寬度350 mm,外口寬度360 mm。選用13B上作用車鉤及配套的13B鉤尾框,ST緩沖器;車體長度(鉤舌面內(nèi)側(cè)距)18 430 mm,定距12 600 mm。根據(jù)TB/T 1335—1996對車輛曲線通過能力進(jìn)行校核。半徑為140 m曲線通過能力校核通過計(jì)算結(jié)果如表4所示。

4.4 計(jì)算結(jié)論

緩沖器完全壓縮時(shí)車輛通過反向曲線條件最為惡劣;車輛正常狀態(tài)下(緩沖器未壓縮及拉伸狀態(tài)下或最大拉伸狀態(tài)下)能通過半徑為140 m的定圓曲線和圓曲線與直線及反向3種類型的曲線,當(dāng)隧道清洗車在緩沖器處于最大壓縮位狀態(tài)下通過反向曲線時(shí)車鉤鉤身與沖擊座外口側(cè)壁干涉,建議車輛通過“S”型曲線時(shí)提前限速后,勻速狀態(tài)通過。

表2 靜強(qiáng)度應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

表3 有效制動距離分段計(jì)算表

表4 沖擊座與車鉤相對位置計(jì)算結(jié)果 mm

5 結(jié)束語

2號隧道清潔車車體鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要尺寸參數(shù)的制定,充分考慮了用戶的要求及車輛應(yīng)用中所遇到的實(shí)際情況,在各方面性能都能滿足用戶需求的前提下進(jìn)行了優(yōu)化,降低了車輛制造成本。

[1]嚴(yán)雋耄.車輛工程[M].北京:中國鐵道車版社,2008.

[2]濟(jì)南軌道交通裝備有限責(zé)任公司.隧道清潔車(TCV)平車車輛設(shè)計(jì)任務(wù)書[R].2010.

[3]濟(jì)南軌道交通裝備有限責(zé)任公司.隧道清潔2號車車體靜強(qiáng)度剛度有限元分析報(bào)告[R].2010.

[4]濟(jì)南軌道交通裝備有限責(zé)任公司.隧道清潔2號車制動計(jì)算報(bào)告[R].2010.

[5]濟(jì)南軌道交通裝備有限責(zé)任公司.隧道清潔2號車曲線通過能力校核報(bào)告[R].2010.

[6]邵旦華.車輛設(shè)計(jì)參考手冊-制動裝置[M].北京:中國鐵道出版社,1990.

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