（北京二七軌道交通裝備有限責(zé)任公司，北京 100072）

邊坡清篩機(jī)用于線路兩側(cè)道床邊坡的清篩作業(yè)，通過(guò)對(duì)邊坡道碴的挖掘、清篩、回填和整形，改善道床的排水性能，維護(hù)路基的承載能力[1]。邊坡清篩機(jī)整機(jī)由裝載車(chē)和篩分車(chē)兩節(jié)連掛組成，裝載車(chē)在前，篩分車(chē)在后。

SBC-HP/BS1200型邊坡清篩機(jī)是中國(guó)北車(chē)股份北京二七軌道交通裝備公司（簡(jiǎn)稱(chēng)“二七公司”）與美國(guó)LORAM公司合作，進(jìn)行技術(shù)引進(jìn)與國(guó)產(chǎn)化的項(xiàng)目。該車(chē)用于軌枕兩側(cè)的道床邊坡道碴層的篩分，能夠一次性完成道床邊坡道碴的挖掘、輸送、篩分、回填、整形等過(guò)程，以改善道床邊坡的彈性、排水性能，從而恢復(fù)承載能力。整車(chē)全長(zhǎng)45米，由裝載車(chē)和篩分車(chē)2節(jié)車(chē)組成。全車(chē)分動(dòng)力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、空氣及制動(dòng)系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、物料輸送系統(tǒng)、車(chē)體鋼結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)向架等構(gòu)造系統(tǒng)，同時(shí)配置挖掘斗輪、松碴裝置、回填裝置、篩分裝置、整形裝置、清掃裝置等特殊的工作裝置。圖1為作業(yè)車(chē)在接受運(yùn)用考核。

邊坡清篩機(jī)是針對(duì)于軌枕兩側(cè)的道床進(jìn)行作業(yè)，所以其作業(yè)裝置如挖掘斗輪、松碴裝置、回填裝置、整形裝置都需布置在車(chē)架兩側(cè)，由于其中一些作業(yè)裝置體積較大，這就要求車(chē)架在保證足夠強(qiáng)度的同時(shí)，車(chē)架左右兩側(cè)有足夠的空間來(lái)布置這些作業(yè)裝置。同時(shí)車(chē)架上要安裝機(jī)器間、司機(jī)室等裝置，這也要求車(chē)架在橫向?qū)挾确较蛏嫌凶銐虻目臻g和支撐。這就決定了邊坡車(chē)以一根主梁為主貫穿車(chē)架前后，在特定位置通過(guò)在主梁兩車(chē)對(duì)稱(chēng)增加副梁的方法，實(shí)現(xiàn)了車(chē)架橫向與縱向的承載與空間要求。

這種以一根主梁為主貫穿車(chē)架前后的車(chē)架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尤其是在總體布局時(shí)，可以比較靈活地按照布局需求在主梁兩側(cè)增加小副梁或者只是簡(jiǎn)單的支架就能滿足要求。本文從該車(chē)的總體布局及性能參數(shù)等需求出發(fā)，以設(shè)計(jì)理念及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為著眼點(diǎn)，對(duì)該車(chē)的車(chē)架、兩車(chē)連接、作業(yè)裝置支架等進(jìn)行介紹和分析，并總結(jié)了設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，以供設(shè)計(jì)和技術(shù)人員進(jìn)行參考。

1 總體布局及性能參數(shù)

邊坡清篩機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如表1所示，作業(yè)流程如圖2所示，根據(jù)其作業(yè)流程需要，邊坡車(chē)有裝載車(chē)和篩分車(chē)兩節(jié)連掛組成，裝載車(chē)在前，篩分車(chē)在后。裝載車(chē)的總體布局見(jiàn)圖3所示，裝載車(chē)集中布置了邊坡清篩機(jī)主要?jiǎng)恿ρb置，擔(dān)負(fù)驅(qū)動(dòng)整機(jī)走行的任務(wù)。主要的作業(yè)裝置之一——挖掘輪也布置在裝載車(chē)上。篩分車(chē)的總體布局見(jiàn)圖4所示，篩分車(chē)集中了邊坡清篩機(jī)上大部分作業(yè)裝置，通過(guò)兩車(chē)連接裝置與裝載車(chē)掛接在一起，由裝載車(chē)帶動(dòng)走行。

表1車(chē)輛主要技術(shù)參數(shù)

圖2邊坡清篩機(jī)作業(yè)過(guò)程

圖3裝載車(chē)總體布局圖

圖4篩分車(chē)總體布局

2 車(chē)體底架特點(diǎn)分析

邊坡清篩機(jī)車(chē)架部分包含裝載車(chē)車(chē)架和篩分車(chē)車(chē)架兩部分，這兩部分的車(chē)架對(duì)于整個(gè)清篩機(jī)起著至關(guān)重要的支撐作用和牽引力的傳遞作用，整個(gè)清篩機(jī)的所有工作裝置、輸送帶、柴油機(jī)等都需要車(chē)架來(lái)承載，同時(shí)在工作時(shí)，邊坡車(chē)的作業(yè)裝置如挖掘斗輪、松碴裝置、整形裝置等會(huì)對(duì)車(chē)架產(chǎn)生附加力與附加力矩，可以說(shuō)一臺(tái)清篩機(jī)的承載能力完全取決于車(chē)架部分的組裝水平和焊接水平。

2.1 裝載車(chē)車(chē)體底架

裝載車(chē)車(chē)體底架由鋼制部件及鋼板制成，其縱向（車(chē)行駛的方向）承壓能力不小于1 250 kN，縱向承拉能力不小于980 kN，主體由主梁、枕梁、加強(qiáng)梁、主滑動(dòng)座套、松渣裝置支架五部分組成，如圖5所示。

圖5裝載車(chē)車(chē)體底架

裝載車(chē)重量（含兩個(gè)動(dòng)力轉(zhuǎn)向架）為88 t，最大軸重22 t.由于工作裝置布局與工作空間需求，整個(gè)裝載車(chē)主要由一根貫穿于車(chē)架前后的主梁承載。所以說(shuō)主梁是整個(gè)車(chē)架的主體承載和傳力部件。主梁長(zhǎng)度為20 465 mm，最寬位置為711 mm，主要由三個(gè)蓋板（厚度為 25 mm）、六個(gè)立板（厚度為20 mm）及底板（厚度為25 mm），筋板四部分厚板組成的箱型梁[2]。此梁的特點(diǎn)之一就是主體材料板厚較大，在我國(guó)通常的車(chē)架主梁一般厚度在15 mm~20 mm左右，正是由于大大厚度的鋼板保證了主梁的大的承載界面。主梁的另一個(gè)顯著特點(diǎn)為魚(yú)腹結(jié)構(gòu),如圖5所示，魚(yú)腹設(shè)計(jì)在在主梁的中部位置。因?yàn)檠b載車(chē)單位面積承重最大的位置為挖掘斗輪的安裝位置，挖掘輪的總重為21 t，挖掘輪在工作的時(shí)候，斗輪的挖掘與提升過(guò)程會(huì)對(duì)整個(gè)主梁產(chǎn)生一個(gè)扭矩，在挖掘輪的安裝位置（即主滑動(dòng)座套位置）設(shè)計(jì)為魚(yú)腹結(jié)構(gòu)，同時(shí)在主梁內(nèi)部布置三個(gè)加強(qiáng)板，來(lái)保證其足夠的強(qiáng)度和剛度。裝載車(chē)的重量為88 t，僅僅由一根簡(jiǎn)易的、貫穿于車(chē)架首尾的主梁承載，對(duì)主梁的考驗(yàn)是相當(dāng)大的，正是由于此主梁的厚板材料和魚(yú)腹結(jié)構(gòu)滿足了整個(gè)車(chē)體底架的強(qiáng)度和剛度的要求。圖6為垂直載荷時(shí)車(chē)架有限元分析，從圖中可以看到魚(yú)腹結(jié)構(gòu)有效的承擔(dān)垂直載荷，為整個(gè)車(chē)體底架的垂向剛度做出了重大貢獻(xiàn)。從圖7中可以看出主梁有效地傳遞在列車(chē)牽引運(yùn)行中所產(chǎn)生的車(chē)鉤縱向力。

裝載車(chē)架主梁的前端裝有邊坡清篩機(jī)的主要?jiǎng)恿ρb置，如主發(fā)動(dòng)、泵組成等，尾端裝有1號(hào)裝載輸送帶，因此在主梁前端與尾端左右兩側(cè)設(shè)有簡(jiǎn)易的加強(qiáng)梁框結(jié)構(gòu)，以此作為機(jī)組安裝平臺(tái)和工作平臺(tái)。車(chē)鉤緩沖裝置都安裝在主梁內(nèi)部，無(wú)牽引梁。

圖6垂向載荷篩分車(chē)車(chē)架應(yīng)力分布

圖7拉伸工況下的車(chē)體底架應(yīng)力分布

2.2 篩分車(chē)車(chē)體底架

篩分車(chē)重量（含兩個(gè)從動(dòng)轉(zhuǎn)向架）：72 t，最大軸重為18 t。篩分車(chē)車(chē)體底架主體由主梁、枕梁、加強(qiáng)梁、尾部橫梁和輸送帶支架組成，如圖8所示。

圖8篩分車(chē)車(chē)體底架

篩分車(chē)的主梁長(zhǎng)2 345 mm，最寬位置為558 mm。此主梁與裝載車(chē)主梁結(jié)構(gòu)相似，主要的區(qū)別是篩分車(chē)魚(yú)腹結(jié)構(gòu)的面積較大，這正滿足了篩分車(chē)的功能與總體布局。在篩分車(chē)的魚(yú)腹位置兩側(cè)裝有回填裝置和整形裝置，魚(yú)腹結(jié)構(gòu)的上部承載著振動(dòng)篩、輸送帶的縱向載荷。圖9為垂直載荷時(shí)車(chē)架有限元分析，從圖中可以看到魚(yú)腹結(jié)構(gòu)有效的承擔(dān)垂直載荷，為整個(gè)車(chē)體底架的垂向剛度做出了重大貢獻(xiàn)。圖10為拉伸工況下車(chē)體底架應(yīng)力分布，從圖中可以看出主梁有效的傳遞在列車(chē)牽引運(yùn)行中所產(chǎn)生的車(chē)鉤縱向力。

圖9垂向載荷篩分車(chē)車(chē)架應(yīng)力分布

圖10拉伸工況下的車(chē)體底架應(yīng)力分布

2.3 車(chē)體底架的特點(diǎn)

（1）車(chē)架鋼結(jié)構(gòu)為主梁承載，一根主梁貫穿于車(chē)架的前后屬于平板結(jié)構(gòu)，單根的主梁結(jié)構(gòu)很好地傳遞了縱向力的走向。主梁為厚板組成的帶魚(yú)腹的箱型梁；

（2）主梁是邊坡車(chē)五大作業(yè)裝置和輸送帶的全部承載體，魚(yú)腹結(jié)構(gòu)效地有承擔(dān)了整車(chē)的垂直載荷；

（3）車(chē)架前后兩端采用型鋼組成加強(qiáng)梁框作為機(jī)組安裝平臺(tái)及工作平臺(tái)，平臺(tái)上部布置防滑走板；

（4）車(chē)架前部和尾部采用100型車(chē)鉤與牽引車(chē)連接，裝載車(chē)后端采用緩沖裝置和牽引桿與篩分車(chē)架連接。

3 兩車(chē)連接裝置特點(diǎn)分析

邊坡清篩機(jī)由于裝載車(chē)和篩分車(chē)在工作時(shí)是同步的，裝載車(chē)主要功能為挖掘，并將挖掘出的石碴運(yùn)送到篩分車(chē)的篩分裝置上，其中負(fù)責(zé)運(yùn)輸石碴的1號(hào)輸送帶橫跨裝載車(chē)和篩分車(chē)連接處，這就要求要保證兩車(chē)的連續(xù)性與同步性。牽引桿連接裝置很好地滿足了邊坡車(chē)對(duì)此的需求。邊坡清篩機(jī)兩車(chē)連接裝置，主要由牽引桿、沖擊座、鉤尾框、鉤尾銷(xiāo)、緩沖器、從板組成。車(chē)鉤鉤體尾部，通過(guò)鉤尾銷(xiāo)，與鉤尾框相連如圖11所示。

圖11 原型車(chē)兩車(chē)連接裝置

此兩車(chē)連接裝置的主要特點(diǎn)為：（1）使用牽引桿代替車(chē)鉤的連接方式改善了兩車(chē)的動(dòng)力學(xué)性能，降低了零部件采購(gòu)和定期檢查的工作量[3]，降低了兩車(chē)連接的自重（兩個(gè)車(chē)鉤共重404 kg，牽引桿重223 kg）。（2）牽引桿的尾端為球面結(jié)構(gòu)，從板與牽引桿的接觸面為球面，與機(jī)車(chē)常用的圓面結(jié)構(gòu)相比，增加了牽引桿的自由度。（3）由于邊坡車(chē)的軸重較大，緩沖裝置減少了兩車(chē)之間的縱向沖擊。（4）此連接裝置直接裝入兩車(chē)架的主梁內(nèi)，使得牽引力的方向直接由主梁、牽引桿、再到主梁，很大程度地提高了牽引力的傳遞效率。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文以邊坡清篩機(jī)為實(shí)例，從總體方案布局需求出發(fā)，詳細(xì)介紹了一種簡(jiǎn)易、便于靈活布局的車(chē)架設(shè)計(jì)理念及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并對(duì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及制造工藝等進(jìn)行了分析總結(jié)。

其優(yōu)點(diǎn)總結(jié)如下：

（1）車(chē)架橫向體積小，因此在軌道有限的區(qū)域內(nèi)有較大的布局空間，方便于車(chē)體整體的布局。同時(shí)根據(jù)布局的需求可以依附于主梁兩側(cè)設(shè)計(jì)作業(yè)平臺(tái)，并且根據(jù)載荷的需求設(shè)計(jì)魚(yú)腹結(jié)構(gòu)。所以此車(chē)體底架的設(shè)計(jì)理念可以被多種車(chē)型所借鑒，尤其適用于需在車(chē)架兩端安裝工作裝置的車(chē)型，如清篩機(jī)、整型車(chē)等養(yǎng)路機(jī)械。

（2）首尾貫穿一根成單一直線的主梁，力的傳遞方向明確直接，有效的傳遞了車(chē)的縱向牽引力，魚(yú)腹結(jié)構(gòu)有效地承擔(dān)了整車(chē)的垂直載荷；

（3）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，利于生產(chǎn)可以很大程度上降低生產(chǎn)成本。

（4）帶有鉤緩裝置的牽引桿兩車(chē)連接裝置，既保證了兩車(chē)的連續(xù)性與同步性，又減少了兩車(chē)之間的縱向沖擊。

[1]田繼新，李少華，王少華.BSC型邊坡清篩車(chē)設(shè)計(jì)[J].哈爾濱鐵道科技，1999，(3):16-17.

[2]劉 娜，孫保林，劉 宇.淺談SBC-HP3型邊坡清篩機(jī)裝載車(chē)車(chē)架結(jié)構(gòu)及組裝工藝[J].裝備制造技術(shù)，2014，(1):54-55.

[3]孟慶民，等.牽引桿技術(shù)在大秦鐵路重載貨車(chē)上的應(yīng)用[J].鐵路機(jī)車(chē)車(chē)輛，2008，(28)：91-94.