赫 磊

（中車戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所有限公司，常州 213011）

目前，地鐵車輛段和主機(jī)廠等經(jīng)常需要對(duì)軌道車輛進(jìn)行牽引、轉(zhuǎn)場和移動(dòng)等作業(yè)，主要采用工程作業(yè)車牽引的方式[1]。工程作業(yè)車適合于大批量的牽引作業(yè)，對(duì)一些使用頻率不高的地鐵公司來說，使用不夠靈活，不能快速轉(zhuǎn)換場地，工作效率和經(jīng)濟(jì)性偏低。

針對(duì)這一實(shí)際需求，設(shè)計(jì)了一種軌道車輛牽引小車，可單人完成車輛牽引作業(yè)，具有牽引力大、質(zhì)量輕、尺寸小、操作靈活方便以及作業(yè)效率高等優(yōu)點(diǎn)。它的主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 設(shè)計(jì)的牽引小車的主要技術(shù)參數(shù)

1 工作原理

如圖1所示，當(dāng)需要對(duì)軌道車輛進(jìn)行牽引作業(yè)時(shí)，將牽引小車沿軌道垂直方向移動(dòng)到被牽引車輛的車輪處，夾緊輪與車輪的輪緣對(duì)齊；啟動(dòng)夾緊油缸，夾緊油缸連接的兩個(gè)鋼輥及夾緊輪將車輛輪緣的兩側(cè)向內(nèi)推壓抬起車輪；啟動(dòng)液壓馬達(dá)，驅(qū)動(dòng)走行輪和被牽引車輛移動(dòng)。

圖1 牽引小車機(jī)構(gòu)圖

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

牽引小車包括電池、液壓系統(tǒng)、液壓馬達(dá)、走行輪、夾緊輪、鋼輥、框架以及夾緊油缸等。

2.1 動(dòng)力系統(tǒng)

動(dòng)力系統(tǒng)包括電池和液壓系統(tǒng)，為走行機(jī)構(gòu)和夾緊機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力源。

2.2 走行機(jī)構(gòu)

液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)走行輪走行。走行輪由鋼制輪芯和耐磨聚氨酯橡膠組成。橡膠車輪可增加車輪與混凝土地面的摩擦系數(shù)。

2.3 夾緊機(jī)構(gòu)

夾緊機(jī)構(gòu)由夾緊油缸、鋼輥和夾緊輪組成。夾緊油缸提供夾緊力，控制兩個(gè)鋼輥抱緊被牽引車輛的車輪輪緣。兩個(gè)鋼輥安裝在框架的導(dǎo)向槽內(nèi)，導(dǎo)向槽沿夾緊方向向上傾斜。當(dāng)兩根鋼輥夾緊被牽引車輛的車輪時(shí)，它對(duì)車輪施加了夾緊力和向上的作用力；相反，被夾緊車輪會(huì)對(duì)兩根鋼輥施加一個(gè)向下的作用力，且該作用力傳遞到整個(gè)牽引小車上，增加了牽引小車的附著力，使其在較低質(zhì)量和較小外形的情況下，牽引較大質(zhì)量的軌道車輛。

3 牽引阻力計(jì)算

現(xiàn)以地鐵車輛的牽引能力計(jì)算為例，被牽引車輛重量G1為1 500 kN，牽引小車重量及附加載荷G2為30 kN，最大牽引速度v為0.85 m·s-1。需要注意，這些要求是設(shè)計(jì)計(jì)算的依據(jù)。

3.1 被牽引車阻力計(jì)算

運(yùn)行時(shí)，被牽引車輛總阻力為：

起動(dòng)時(shí)，被牽引車輛總阻力為：

式中：w0為車輛運(yùn)行單位基本阻力，單位為N·kN-1；wj為車輛單位加算附加阻力，單位為N·kN-1；wq為起動(dòng)單位附加阻力，單位為N·kN-1。

地鐵車輛運(yùn)行單位的基本阻力w0為：

式中：v為車輛運(yùn)行速度，單位為m·s-1。于是，可計(jì)算得w0=2.271 N·kN-1。

車輛單位加算附加阻力wj為列車在坡道上、曲線上以及隧道里所增加的阻力。被牽引車輛的使用條件為平直線路，所以車輛單位加算附加阻力wj可以忽略不計(jì)。

起動(dòng)單位附加阻力wq為列車因停留而產(chǎn)生的附加阻力。目前，我國沒有總結(jié)出起動(dòng)附加阻力公式，建議采用前蘇聯(lián)“牽引”規(guī)程中用以計(jì)算滾動(dòng)軸承車輛的起動(dòng)單位附加阻力公式[2]：

式中：q0為軸的質(zhì)量，單位為t，選擇軸的質(zhì)量為16 t；k為考慮列車中車輛輛數(shù)影響的系數(shù)，取1.3。于是，計(jì)算可得wq=1.58 N·kN-1。

將上述參數(shù)代入式（1）和式（2），得Fy1=3.406 kN，F(xiàn)q1=5.776 kN。

3.2 牽引小車運(yùn)行阻力

牽引小車運(yùn)行阻力的計(jì)算公式為：

式中：Fy2為牽引小車運(yùn)行阻力，單位為kN；G2為牽引小車重量，單位為kN；β為橡膠輪胎滾動(dòng)摩擦系數(shù)，取值0.018[3]。通過式（5），計(jì)算得Fy2=0.54 kN。

牽引小車起動(dòng)阻力的計(jì)算公式為：

式中：Fq2為牽引小車起動(dòng)阻力，單位為kN；ε為靜態(tài)起步阻力系數(shù)，取值0.075。通過式（6），計(jì)算得Fq2=2.25 kN。

4 總牽引力計(jì)算及驗(yàn)證

4.1 牽引小車牽引力計(jì)算

根據(jù)力學(xué)分析，牽引小車牽引力即為牽引小車所受的總阻力。

起動(dòng)工況時(shí)，起動(dòng)牽引力Fq為[4]：

運(yùn)行工況時(shí)，不考慮加速度情況，運(yùn)行牽引力Fy為：

4.2 牽引力計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證

牽引力不能無限制增加，由車輪與地面間的最大靜摩擦力限制[5]。

式中：Fmax為牽引小車最大牽引力；Fμ為牽引小車粘著牽引力；μmax為車輪與混凝土地面的最大物理粘著系數(shù)，取值0.65。將上述參數(shù)代入式（10），得Fμ=19.5 kN?？梢?，牽引小車的粘著牽引力大于牽引小車起動(dòng)和運(yùn)行牽引力，可以正常作業(yè)。

5 結(jié)語

根據(jù)地鐵公司軌道車輛牽引作業(yè)的具體需求，設(shè)計(jì)了一款牽引小車，具有牽引力大、體積小、質(zhì)量輕以及使用簡單方便的特點(diǎn)。牽引小車能夠在自身質(zhì)量較低和外形較小的情況下，牽引較大質(zhì)量的軌道車輛，大大擴(kuò)大了牽引小車的使用范圍。通過對(duì)牽引小車牽引能力的計(jì)算、驗(yàn)證，結(jié)構(gòu)顯示設(shè)計(jì)的牽引小車的牽引能力能夠滿足設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。