牛愛(ài)成

（中鐵工程設(shè)計(jì)院有限公司，北京，100038）

150噸淺坑式重載機(jī)車(chē)移車(chē)臺(tái)設(shè)計(jì)

牛愛(ài)成

（中鐵工程設(shè)計(jì)院有限公司，北京，100038）

本文以淺坑式移車(chē)臺(tái)專(zhuān)利技術(shù)為基礎(chǔ)，首先設(shè)計(jì)了150噸淺坑式重載機(jī)車(chē)移車(chē)臺(tái)的結(jié)構(gòu)框架，分析且計(jì)算了重載機(jī)車(chē)移車(chē)臺(tái)的整體受力；接著進(jìn)一步優(yōu)化了設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果，調(diào)整了移車(chē)臺(tái)的承載構(gòu)件，實(shí)現(xiàn)了150噸淺坑式重載機(jī)車(chē)平行轉(zhuǎn)軌的目標(biāo)。

移車(chē)臺(tái)；重載；平行轉(zhuǎn)軌；淺坑式

引言

為解決鐵道車(chē)輛生產(chǎn)檢修過(guò)程中的平行轉(zhuǎn)軌問(wèn)題，我院于1996年成功的研制了27m-60t淺坑式移車(chē)臺(tái)，屬國(guó)內(nèi)首例，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，獲實(shí)用新型專(zhuān)利（專(zhuān)利號(hào)：ZL9621418.X）。

隨著機(jī)車(chē)載重及速度的提高，生產(chǎn)檢修部門(mén)對(duì)檢修設(shè)備提出了新的要求。北京二七廠希望能設(shè)計(jì)制作150噸重載的淺坑式機(jī)車(chē)移車(chē)臺(tái)，解決車(chē)間內(nèi)的機(jī)車(chē)平行轉(zhuǎn)軌作業(yè)問(wèn)題。我院根據(jù)用戶的要求，在現(xiàn)有淺坑式移車(chē)臺(tái)專(zhuān)利技術(shù)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)程序模擬計(jì)算，并根據(jù)優(yōu)化的計(jì)算結(jié)果，對(duì)移車(chē)臺(tái)的承載構(gòu)件進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整，完成了我國(guó)第一臺(tái)150噸重載的淺坑式機(jī)車(chē)移車(chē)臺(tái)設(shè)計(jì)制作。

1 設(shè)計(jì)研發(fā)目標(biāo)

淺坑式移車(chē)臺(tái)兩端設(shè)各設(shè)1.5米長(zhǎng)的過(guò)橋，對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)地面兩端設(shè)置斜坡，允許無(wú)軌車(chē)輛通過(guò)。采用淺坑式移車(chē)臺(tái)，移車(chē)臺(tái)基礎(chǔ)地面不會(huì)妨礙無(wú)軌車(chē)輛的通行，有效地解決了深坑式移車(chē)臺(tái)地坑兩側(cè)交通受阻問(wèn)題和消防通道問(wèn)題，使廠區(qū)或車(chē)間物流暢通，生產(chǎn)安全。淺坑式移車(chē)臺(tái)得到了廣泛的應(yīng)用，并根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)需要，衍生出許多種載重和尺寸接近的移車(chē)臺(tái)。淺坑式移車(chē)臺(tái)已經(jīng)成為鐵路行業(yè)生產(chǎn)檢修作業(yè)過(guò)程中必備的專(zhuān)用設(shè)備［1］。

150噸重載機(jī)車(chē)移車(chē)臺(tái)主要用于車(chē)長(zhǎng)不超過(guò)25米，車(chē)重不大于150噸，軌距1435毫米的鐵路機(jī)車(chē)平行移軌作業(yè)。

2 總體技術(shù)要求

150噸淺坑式重載機(jī)車(chē)移車(chē)臺(tái)的設(shè)計(jì)，關(guān)鍵是要解決移車(chē)臺(tái)載重大（承載150噸）的問(wèn)題；同時(shí)還要考慮解決移車(chē)臺(tái)的運(yùn)行軌道所在地坑要淺，不能影響地面無(wú)軌車(chē)輛的通行問(wèn)題。因此需要在移車(chē)臺(tái)載荷傳遞路線的關(guān)鍵環(huán)節(jié)——橫梁上采取措施。根據(jù)程序模擬計(jì)算結(jié)果，對(duì)組成橫梁的各焊接構(gòu)件進(jìn)行優(yōu)化組合，選擇最佳的力學(xué)截面，進(jìn)行施工圖設(shè)計(jì)，達(dá)到所要求的性能參數(shù)［2］。

表1　性能與指標(biāo)要求

3 關(guān)鍵方案與設(shè)計(jì)計(jì)算

根據(jù)用戶對(duì)150噸淺坑式重載機(jī)車(chē)移車(chē)臺(tái)的要求，需要對(duì)移車(chē)臺(tái)的承載構(gòu)件——車(chē)架進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整，并根據(jù)計(jì)算機(jī)程序輸出結(jié)果，對(duì)關(guān)鍵部位進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)［3-5］。

3.1供電方案

移車(chē)臺(tái)的供電采用拖鏈供電，與常用的安全滑觸線相比，不占用地面以上的空間，同時(shí)拖鏈供電也不影響地面無(wú)軌車(chē)輛的通行［6］。電纜線放置在拖鏈內(nèi)，隨拖鏈運(yùn)行。拖鏈的一端固定在地面以下的地溝內(nèi)（移車(chē)臺(tái)的供電電源線從此處引入），另一端固定在移車(chē)臺(tái)上，隨移車(chē)臺(tái)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)供電的功能。

3.2保護(hù)方案

移車(chē)臺(tái)的兩側(cè)主梁外面設(shè)置護(hù)罩。驅(qū)動(dòng)移車(chē)臺(tái)的主動(dòng)車(chē)輪、電氣元件及連接電氣元件的電纜電線均安裝在護(hù)罩內(nèi)，移車(chē)臺(tái)外觀整潔美觀，同時(shí)也提高了移車(chē)臺(tái)的安全性。

由于150噸的載重，與之前的移車(chē)臺(tái)（載重60噸左右）相比，移車(chē)臺(tái)的載重明顯增加，移車(chē)臺(tái)終端保護(hù)措施需要加強(qiáng)。

3.3移車(chē)臺(tái)的設(shè)計(jì)計(jì)算

移車(chē)臺(tái)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)是減少移車(chē)臺(tái)車(chē)架承載主體結(jié)構(gòu)的厚度，在不影響地面無(wú)軌車(chē)輛通行的情況下，通過(guò)計(jì)算選擇車(chē)架各承載構(gòu)件的結(jié)構(gòu)和材料，保證車(chē)架的承載能力。根據(jù)移車(chē)臺(tái)的結(jié)構(gòu)，分析移車(chē)臺(tái)傳遞機(jī)車(chē)重量的路線：機(jī)車(chē)車(chē)輪——移車(chē)臺(tái)上面的鋼軌——副梁——橫梁——主梁——車(chē)輪——地面鋼軌。

由于需要減少移車(chē)臺(tái)車(chē)架承載主體結(jié)構(gòu)的厚度，因此對(duì)車(chē)架各承載構(gòu)件進(jìn)行精確計(jì)算是十分必要的。組成車(chē)架的各個(gè)承載構(gòu)件副梁、橫梁和主梁是焊接在一起的、類(lèi)似井字結(jié)構(gòu)，形成一個(gè)整體，力的傳遞路線比較復(fù)雜，需要設(shè)計(jì)移車(chē)臺(tái)車(chē)架的力學(xué)模型，通過(guò)計(jì)算程序?qū)αW(xué)模型進(jìn)行模擬計(jì)算，檢查機(jī)車(chē)處于車(chē)架不同位置處，構(gòu)件承受的最大載荷，確定構(gòu)件的結(jié)構(gòu)尺寸，最大限度的發(fā)揮材料的性能，節(jié)約設(shè)備材料，降低設(shè)備投資。

4 設(shè)備組成及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

150噸重載機(jī)車(chē)移車(chē)臺(tái)主要由車(chē)架、過(guò)橋、走行機(jī)構(gòu)、操作平臺(tái)、拖鏈供電裝置、護(hù)罩裝配、電氣控制系統(tǒng)、多功能終端保護(hù)裝置等部分組成，如圖1所示。

圖1　北京二七廠淺坑式重載機(jī)車(chē)移車(chē)臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)照片

4.1車(chē)架

車(chē)架是移車(chē)臺(tái)的受力載體，整個(gè)機(jī)車(chē)的重量全部由車(chē)架承擔(dān)。臺(tái)面上安裝走行軌道，軌道的軌距為1435mm，供機(jī)車(chē)在臺(tái)面上行走。車(chē)架主梁為箱型焊接結(jié)構(gòu)，車(chē)架主體總長(zhǎng)25米，寬4.2米。組成車(chē)架的各個(gè)承載構(gòu)件均經(jīng)過(guò)計(jì)算程序的力學(xué)模擬計(jì)算，使組成車(chē)架的各承載構(gòu)件處于等強(qiáng)度受力狀態(tài)，整個(gè)車(chē)架結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度和剛度；在車(chē)架臺(tái)面上鋪設(shè)花紋鋼板供工作人員在臺(tái)面上操作行走。制作成形的車(chē)架，經(jīng)過(guò)150噸機(jī)車(chē)負(fù)載運(yùn)行，具有足夠的強(qiáng)度和剛度。

4.2過(guò)橋

過(guò)橋設(shè)置在車(chē)架的兩端，作為機(jī)車(chē)上下移車(chē)臺(tái)的過(guò)渡機(jī)構(gòu)。電動(dòng)推桿驅(qū)動(dòng)過(guò)橋做上下擺動(dòng)。當(dāng)過(guò)橋落下時(shí)，允許車(chē)輛上下移車(chē)臺(tái)。過(guò)橋的位置狀態(tài)與移車(chē)臺(tái)的運(yùn)行狀態(tài)互鎖。當(dāng)過(guò)橋處于抬起狀態(tài)時(shí)，允許移車(chē)臺(tái)運(yùn)行。當(dāng)過(guò)橋處于落下?tīng)顟B(tài)時(shí)，移車(chē)臺(tái)不能運(yùn)行。共設(shè)兩套過(guò)橋，分別控制，以保證可靠進(jìn)出機(jī)車(chē)。過(guò)橋?yàn)殇摪搴附拥臍んw結(jié)構(gòu)，具有良好的抗扭性能。當(dāng)電動(dòng)推桿從過(guò)橋的一側(cè)驅(qū)動(dòng)過(guò)橋上下擺動(dòng)時(shí)，過(guò)橋臺(tái)面具有足夠的剛度。過(guò)橋上設(shè)置1435毫米軌距的鋼軌，供機(jī)車(chē)在過(guò)橋上通過(guò)。過(guò)橋下部為斜坡結(jié)構(gòu)，與地面基礎(chǔ)上的淺坑斜坡相吻合。

4.3走行機(jī)構(gòu)

走行機(jī)構(gòu)由4個(gè)主動(dòng)車(chē)輪裝配和4個(gè)從動(dòng)車(chē)輪裝配組成，采取4主動(dòng)車(chē)輪分別驅(qū)動(dòng)、8車(chē)輪同時(shí)承載結(jié)構(gòu)。在車(chē)體的左右兩側(cè)，一側(cè)為4組主動(dòng)車(chē)輪裝配，另一側(cè)為4組從動(dòng)車(chē)輪裝配。主動(dòng)車(chē)輪裝配由4臺(tái)三合一減速機(jī)（電機(jī)、減速機(jī)、制動(dòng)器連為一體）和車(chē)輪、軸、角型軸承箱等組成，主要功能是驅(qū)動(dòng)車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)移車(chē)臺(tái)走行、對(duì)位、停車(chē)和鎖定，并與從動(dòng)車(chē)輪裝配共同支承移車(chē)臺(tái)整機(jī)和車(chē)上被移動(dòng)物體——機(jī)車(chē)的重量。從動(dòng)車(chē)輪裝配由車(chē)輪、車(chē)軸、角型軸承箱等組成。

4.4操作平臺(tái)

操作平臺(tái)是操作人員操控移車(chē)臺(tái)的場(chǎng)所。整個(gè)移車(chē)臺(tái)設(shè)置2個(gè)操作平臺(tái)，對(duì)角安裝在移車(chē)臺(tái)的兩端。為適應(yīng)室內(nèi)使用的特點(diǎn)，操作平臺(tái)為開(kāi)放式結(jié)構(gòu)。臺(tái)面周邊焊接1.2米高的不銹鋼欄桿，便于操作司機(jī)瞭望車(chē)間內(nèi)的環(huán)境情況。臺(tái)面上僅僅設(shè)置操控按鈕箱，移車(chē)臺(tái)的控制柜安裝在車(chē)架側(cè)面的主梁上，以便縮小操作平臺(tái)的臺(tái)面尺寸，減少移車(chē)臺(tái)的總體寬度，使移車(chē)臺(tái)在車(chē)間內(nèi)具有盡量大的運(yùn)行區(qū)間。

4.5拖鏈供電裝置

移車(chē)臺(tái)在室內(nèi)使用，拖鏈供電裝置放置在地面電纜溝內(nèi)，電纜溝深250、寬80，不影響車(chē)間內(nèi)無(wú)軌車(chē)輛的通過(guò)。移車(chē)臺(tái)基礎(chǔ)地面以上部分，沒(méi)有固定裝置，車(chē)間地面整潔美觀。

4.6護(hù)罩裝配

在移車(chē)臺(tái)車(chē)架主梁外側(cè)，設(shè)置護(hù)罩裝配，遮蓋車(chē)輪和電器、電纜，使移車(chē)臺(tái)外觀整潔美觀。護(hù)罩裝配用2毫米厚鋼板折彎，分段安裝在護(hù)罩安裝架上?？筛鶕?jù)檢修需要，將護(hù)罩從安裝架上拆下。安裝架配合護(hù)罩焊接在主梁上，使護(hù)罩外觀整潔美觀。

4.7電氣控制系統(tǒng)

電氣控制系統(tǒng)實(shí)施對(duì)移車(chē)臺(tái)運(yùn)行、調(diào)速、換向、對(duì)軌、制動(dòng)等各種動(dòng)作的操控；控制系統(tǒng)的核心部件選用變頻器，可實(shí)現(xiàn)移車(chē)臺(tái)的低速行走，便于對(duì)軌；由于使用變頻器控制行走電機(jī)，使移車(chē)臺(tái)運(yùn)行平穩(wěn)，在移車(chē)臺(tái)啟動(dòng)及停車(chē)時(shí)沒(méi)有沖擊。在移車(chē)臺(tái)的四角裝有緊急停車(chē)按鈕，遇有緊急情況時(shí)能迅速停車(chē)，并報(bào)警。在移車(chē)臺(tái)的兩端各裝有一個(gè)點(diǎn)動(dòng)開(kāi)關(guān)，用來(lái)控制移車(chē)臺(tái)的前進(jìn)、后退，便于對(duì)軌。在移車(chē)臺(tái)的兩端各裝有一個(gè)聲光報(bào)警器，當(dāng)移車(chē)臺(tái)行走時(shí)提醒周?chē)藛T注意安全。

在移車(chē)臺(tái)兩側(cè)主梁下部安裝了接近開(kāi)關(guān)，當(dāng)移車(chē)臺(tái)運(yùn)行到工作場(chǎng)地的兩端接近極限位置時(shí)，行程開(kāi)關(guān)動(dòng)作，切斷行走電路，使移車(chē)臺(tái)停止運(yùn)行。

4.8多功能終端保護(hù)裝置

150噸淺坑式重載機(jī)車(chē)移車(chē)臺(tái)屬大型設(shè)備，需保證移車(chē)臺(tái)在車(chē)間地面上運(yùn)行的安全性，防止移車(chē)臺(tái)沖撞車(chē)間墻壁或立柱。1）設(shè)置接近開(kāi)關(guān)：當(dāng)移車(chē)臺(tái)接近運(yùn)行終點(diǎn)時(shí)，移車(chē)臺(tái)上的接近開(kāi)關(guān)發(fā)出停車(chē)信號(hào)，電控系統(tǒng)做出反應(yīng)，對(duì)移車(chē)臺(tái)實(shí)施電控自動(dòng)停車(chē)。2）緩沖器終端軟停車(chē)：當(dāng)接近開(kāi)關(guān)失靈時(shí)，緩沖器吸收移車(chē)臺(tái)的運(yùn)行動(dòng)能，強(qiáng)迫移車(chē)臺(tái)停車(chē)。3）止擋裝置硬停車(chē)：當(dāng)接近開(kāi)關(guān)、緩沖器都失去功能時(shí)，止擋裝置直接阻止移車(chē)臺(tái)前進(jìn)，對(duì)移車(chē)臺(tái)實(shí)施終點(diǎn)定位硬停車(chē)。

5 結(jié)束語(yǔ)

150噸淺坑式重載機(jī)車(chē)移車(chē)臺(tái)的出現(xiàn)，為鐵路機(jī)務(wù)段進(jìn)行廠區(qū)規(guī)劃和改造提供了技術(shù)手段。繼北京二七廠150噸淺坑式重載機(jī)車(chē)移車(chē)臺(tái)的投產(chǎn)使用后不久，南昌機(jī)務(wù)段到我院協(xié)商訂購(gòu)150噸淺坑式重載機(jī)車(chē)移車(chē)臺(tái)。

南昌機(jī)務(wù)段通過(guò)使用機(jī)車(chē)移車(chē)臺(tái)，對(duì)廠區(qū)進(jìn)行改造，將聯(lián)合廠房前的許多鐵路進(jìn)出線道岔取消，改成移車(chē)臺(tái)平行轉(zhuǎn)軌，節(jié)約了地面面積，將節(jié)約的地面面積做成柴油機(jī)庫(kù)、柴油機(jī)邊跨和噴漆庫(kù)，如圖2所示。

圖2　南昌機(jī)務(wù)段淺坑式重載機(jī)車(chē)移車(chē)臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)照片

目前，國(guó)內(nèi)越來(lái)越多的機(jī)務(wù)段已經(jīng)開(kāi)始使用淺坑式重載機(jī)車(chē)移車(chē)臺(tái)對(duì)機(jī)車(chē)進(jìn)行平行轉(zhuǎn)軌作業(yè)，淺坑式重載機(jī)車(chē)移車(chē)臺(tái)開(kāi)始在機(jī)務(wù)段得到廣泛的應(yīng)用。

［1］陳國(guó)民，雙股道100t移車(chē)臺(tái)［J］，鐵道車(chē)輛，1996.

［2］翟明選，新型移動(dòng)供電裝置——拖鏈系統(tǒng)［J］，起重運(yùn)輸機(jī)械，2004.

［3］鄒慧君，機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］，上海交通大學(xué)出版社，1994.

［4］成大先，主編機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第2卷）［S］，化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

［5］陳秀，嚴(yán)國(guó)良，機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)圖冊(cè)［M］，高等教育出版社，2004.

［6］周希章，周平，等，如何正確選用電動(dòng)機(jī)［M］，機(jī)械工業(yè)出版社.

牛愛(ài)成（1962-），男，畢業(yè)于蘭州交通大學(xué)，高級(jí)工程師，一直就職于北京中鐵工程設(shè)計(jì)院，從事鐵路檢修設(shè)備的研發(fā)工作。在移車(chē)臺(tái)、轉(zhuǎn)車(chē)盤(pán)、機(jī)車(chē)牽引電動(dòng)機(jī)真空壓力浸漆設(shè)備、鐵路貨車(chē)拋丸除銹設(shè)備研制方面，有比較多的研究。

Design of 150-tons Overloading on Shallow Pit Type Locomotive Moving Car

Aicheng Niu（China Railway Engineering Design Institute Co.，LTD.， Beijing， 100038， China）

Based on mobile platform patent technology， frame structure was designed that was 150 tons of shallow pit type locomotive mobile platform. Calculating for locomotive mobile platform overall stress，further optimizing the design calculation results and adjust the locomotive mobile platform components，150 tons of shallow locomotive mobile platform Parallel transition goal is realized.

Mobile Platform； Overload； Parallel Transition； Shallow Pit Type

U279

A

2095-8412 （2016） 04-687-04

工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新 URL： http://www.china-iti.com 10.14103/j.issn.2095-8412.2016.04.028