王自超，徐 旭，洪海峰，張 航，周 琪

（西南交通大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，四川 成都 611756）

近年來(lái)，隨著我國(guó)鐵路建設(shè)水平的不斷提高、規(guī)模的不斷擴(kuò)大，鐵路建設(shè)領(lǐng)域各種亟待解決的問(wèn)題也越來(lái)越多。鐵路貨運(yùn)在整個(gè)鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)中占有很高的比例，如何高效、節(jié)能、環(huán)保地在現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上提高鐵路貨運(yùn)的經(jīng)濟(jì)效率是許多專家學(xué)者長(zhǎng)久以來(lái)研究的方向。目前，實(shí)際應(yīng)用較多的鐵路貨車轉(zhuǎn)向架有轉(zhuǎn)K2型、轉(zhuǎn)K4型、轉(zhuǎn)K6型等。本文針對(duì)齊齊哈爾鐵路車輛（集團(tuán)）有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的轉(zhuǎn)K 6型轉(zhuǎn)向架，通過(guò)分析其彈簧組內(nèi)部空間尺寸，設(shè)計(jì)出一種尺寸合適的發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)模型，將其安裝在彈簧內(nèi)部，通過(guò)絲杠連接車體和發(fā)電裝置，將貨車的上下振動(dòng)轉(zhuǎn)換成發(fā)電裝置內(nèi)部轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)（旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)）運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而達(dá)到將車體的振動(dòng)儲(chǔ)能轉(zhuǎn)化為電能的目的。

1 轉(zhuǎn)K 6轉(zhuǎn)向架彈簧組

（1）彈簧組簡(jiǎn)介。彈簧由6個(gè)外圓彈簧（1）、1個(gè)外圓彈簧（2）和7個(gè)內(nèi)圓彈簧組成。外圓彈簧（1）比內(nèi)圓彈簧高23 mm，外圓彈簧（2）與內(nèi)圓彈簧同高。空車時(shí)僅外圓彈簧（1）承載，重車時(shí)內(nèi)圓彈簧和外圓彈簧（2）參與承載，實(shí)現(xiàn)空、重車兩級(jí)剛度，如圖1所示。

（2）彈簧組排列方式，如圖1所示。

（3）彈簧組基本參數(shù)，如表1所示。

圖1 懸掛系統(tǒng)彈簧組排列方式

表1 轉(zhuǎn)K 6型轉(zhuǎn)向架彈簧組基本參數(shù)

2 彈簧組尺寸分析

（1）徑向分析。承載內(nèi)簧和減振內(nèi)簧中徑尺寸不一樣。為了充分利用彈簧內(nèi)部空間，在減震彈簧和承載彈簧中分別設(shè)計(jì)兩種不同的發(fā)電裝置。其中減振內(nèi)簧中發(fā)電裝置直徑Dj≤12 mm，承載內(nèi)簧中發(fā)電裝置直徑Dc≤16 mm。

（2）縱向分析。發(fā)電裝置高度受彈簧高度的限制。分析上表可知，發(fā)電裝置的總高度滿足H≤262 mm。

3 車體振動(dòng)分析

表2 鐵路貨車運(yùn)行過(guò)程中彈簧組震動(dòng)參數(shù)

車體在空車和載重兩種情況下的彈簧組振動(dòng)情況不同，周期性振動(dòng)儲(chǔ)能也不同。車體的振動(dòng)儲(chǔ)能是發(fā)電裝置的動(dòng)力來(lái)源。

4 結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)

（1）三維模型建立。在彈簧的數(shù)量上，由于轉(zhuǎn)向架每個(gè)側(cè)架上可以安放9個(gè)彈簧，每節(jié)車廂上配有前后兩組轉(zhuǎn)向架，所以在一個(gè)車廂上可以安放2種共36個(gè)發(fā)電裝置。

用Solid WorkS2012軟件建立圖示裝置的三維結(jié)構(gòu)模型，如圖2所示。

圖2 發(fā)電裝置三維模型

（2）實(shí)體模型建立。根據(jù)三維模型，參考國(guó)外一些研究者的設(shè)計(jì)思路，可以設(shè)計(jì)出發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)模型如圖3所示。

圖3 發(fā)電裝置實(shí)體模型

5 結(jié)語(yǔ)

為了給鐵路貨車提供小功率電力（貨車上主要為電空制動(dòng)系統(tǒng)及電子防滑器的電力供應(yīng)）資源，同時(shí)避免安裝高成本的供電系統(tǒng)大材小用，設(shè)計(jì)一種低成本的可以滿足低電力需求且相對(duì)獨(dú)立的供電裝置有其意義所在。嘗試?yán)秘涇噾覓煜到y(tǒng)中的未利用空間，在不改變貨車原有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，將列車行進(jìn)中的振動(dòng)儲(chǔ)能轉(zhuǎn)化為可利用的電能，滿足較小的電力需求。

[1]湯勁松,王紅,商躍進(jìn).轉(zhuǎn)K6型轉(zhuǎn)向架變剛度彈簧組的疲勞壽命分析[J].蘭州交通大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）,2006,（6）.

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