三模塊有軌電車調(diào)運(yùn)及工裝結(jié)構(gòu)方案研究

焦祎軍，李亞學(xué)，于建方，周 浩，汪康康

（1.蘇州中車軌道交通車輛有限公司，江蘇蘇州 215163；2.中鐵特貨大件運(yùn)輸有限責(zé)任公司，北京 100070）

0 引言

有軌電車作為中低運(yùn)量軌道交通和大運(yùn)量地面公交系統(tǒng)，已經(jīng)成為城市公交結(jié)構(gòu)中的重要組成部分。目前，國(guó)內(nèi)有?22?個(gè)城市或地區(qū)正在建設(shè)有軌電車，共計(jì)?39?條線路，總里程達(dá)?620.55??km，形成了從有軌電車規(guī)劃、建設(shè)、裝備到運(yùn)營(yíng)全產(chǎn)業(yè)鏈的巨大的市場(chǎng)需求。與此同時(shí)，許多建設(shè)有軌電車的城市遠(yuǎn)離有軌電車生產(chǎn)廠，有軌電車的長(zhǎng)途物流成為各有軌電車生產(chǎn)廠面臨的問(wèn)題。

三模塊有軌電車的特殊結(jié)構(gòu)，使得其縱向車廂連接的折角不能大于?3°（圖?1）。在整個(gè)車輛調(diào)運(yùn)過(guò)程中，只能水平方向進(jìn)行推移牽引，無(wú)法整體吊裝。因此，如何從底部加強(qiáng)有軌電車的整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，使其成為一個(gè)穩(wěn)定的整體，具備整體吊運(yùn)的條件；如何在運(yùn)輸過(guò)程中采取有效的防護(hù)措施，避免自身車體和轉(zhuǎn)向架之間因?yàn)橄鄬?duì)位移而對(duì)轉(zhuǎn)向架產(chǎn)生沖擊傷害，實(shí)現(xiàn)用“公轉(zhuǎn)鐵”方案向邊遠(yuǎn)地區(qū)交付三模塊有軌電車，是本文研究的主要課題。

1 調(diào)運(yùn)及工裝結(jié)構(gòu)方案

1.1 運(yùn)輸方案

交付西南某地的有軌電車為三模塊化結(jié)構(gòu)，車輛總長(zhǎng)度?21??430??mm，寬度?2??650??mm，高度?3??600??mm，運(yùn)輸重量?32.6??t，轉(zhuǎn)向架中心距?11??230??mm，軸距?1??850??mm，車輪直徑（新）φ620??mm，標(biāo)準(zhǔn)軌距1??435??mm（圖?2）。

鐵路運(yùn)輸車輛選擇使用?D22A?型鐵地板平車，該車標(biāo)記載重?120??t，承載面有效長(zhǎng)?25??m，承載面有效寬?3??m（圖?3），可以滿足三模塊有軌電車的尺寸要求。

根據(jù)廠內(nèi)裝車條件、三模塊有軌電車運(yùn)輸相關(guān)要求以及鐵路運(yùn)輸特點(diǎn)，采用“公轉(zhuǎn)鐵”運(yùn)輸方案，“公轉(zhuǎn)鐵”的流程如下：廠內(nèi)裝汽車→汽車短駁至火車站→裝火車→鐵路長(zhǎng)途運(yùn)輸至目的地火車站→卸火車→汽車短駁至有軌電車車輛段。

圖1 有軌電車 3°最大折角示意圖

圖2 三模塊有軌電車編組示意圖

圖3 D22A 型鐵地板平車

1.2 吊運(yùn)工裝及架車工裝方案

1.2.1 吊運(yùn)及工裝結(jié)構(gòu)方案

三模塊有軌電車整車吊運(yùn)工裝結(jié)構(gòu)主要由水平支架結(jié)構(gòu)和垂直起吊支架結(jié)構(gòu)組成，水平支架結(jié)構(gòu)包括過(guò)渡支架?1、過(guò)渡支架?2?和承載支架。水平支架結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖?4，垂直起吊支架結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖?5、圖?6。

圖4 水平支架結(jié)構(gòu)示意圖

圖5 垂直起吊支架結(jié)構(gòu)示意圖

圖6 起吊時(shí)側(cè)面圖

三模塊有軌電車整車吊運(yùn)過(guò)程如下。

（1）通過(guò)過(guò)渡支架?1?和過(guò)渡支架?2，將有軌電車平緩?fù)埔频脚c車間軌道平齊的承載支架上。承載支架既是三模塊有軌電車的走行軌道，也是吊裝過(guò)程中三模塊有軌電車的承重平臺(tái)，它使三模塊有軌電車的底部成為一個(gè)穩(wěn)定的整體。

（2）三模塊有軌電車就位后，為每個(gè)車輪安裝?2?個(gè)止輪器，止輪器安裝及固定見(jiàn)圖?7。通過(guò)有軌電車架車孔拉牽φ14??mm?雙股鋼絲繩與承載支架固定，同時(shí)拆除過(guò)渡支架?1、過(guò)渡支架?2。

圖7 止輪器安裝和固定

（3）在靠近承載支架兩端對(duì)應(yīng)三模塊有軌電車的轉(zhuǎn)向架位置，安裝?2?組垂直起吊支架，將承載支架連同三模塊有軌電車一起吊裝到運(yùn)輸車輛上（圖?5、圖?6）。垂直起吊支架與承載支架以及垂直起吊支架各部件間全部采用銷接結(jié)構(gòu)，便于拆卸和安裝。起吊時(shí)使用?2?臺(tái)50??t?或以上吊車分別吊住前后?2?套垂直起吊支架起吊。

1.2.2 架車結(jié)構(gòu)方案

三模塊有軌電車在運(yùn)輸車輛上就位后，拆除φ14??mm鋼絲繩加固，在三模塊有軌電車兩側(cè)架車方孔位置分別安裝?8?個(gè)可調(diào)節(jié)式架車立柱（圖?8）共同承載?24??t?的三模塊有軌電車車體（轉(zhuǎn)向架除外）。架車立柱高度調(diào)節(jié)到剛好使車體和轉(zhuǎn)向架脫離，以防止在運(yùn)輸過(guò)程中由于二者間的相對(duì)位移而產(chǎn)生沖擊，造成轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)破壞（架車立柱采用100??mm×100??mm?方鋼制作）。將架車立柱上的連接方鋼（60??mm×90??mm）逐一插入架車方孔（70??mm×90??mm），并利用壓板上吊耳拉牽φ14??mm鋼絲繩綁扎在運(yùn)輸車輛的車板上。連接方鋼與架車方孔的間隙采用薄鋼板墊平，再利用壓板、螺栓固定在架車方孔上。

2 吊運(yùn)及架車工裝結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

對(duì)于在吊運(yùn)和架車過(guò)程中可能存在的風(fēng)險(xiǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算分析。經(jīng)分析，吊運(yùn)和架車過(guò)程中可能存在2?個(gè)風(fēng)險(xiǎn)環(huán)節(jié)：①當(dāng)三模塊有軌電車前部第?1?組輪對(duì)通過(guò)斜坡（圖?4?綠色部位）壓過(guò)左起第?1?組支撐腿時(shí)，水平支架最后端（最右端）可能有翹起；②三模塊有軌電車運(yùn)輸過(guò)程中，重量約?24??t?的車體（不含轉(zhuǎn)向架）會(huì)對(duì)圖?8?所示可調(diào)節(jié)式架車立柱產(chǎn)生扭力。基于此，本文僅對(duì)水平支架和架車立柱進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算分析。

圖8 架車（立柱）結(jié)構(gòu)示意圖

2.1 水平支架結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

水平支架結(jié)構(gòu)采用?16?號(hào)槽鋼及?14?號(hào)方鋼等型鋼拼焊，將?16?號(hào)槽鋼進(jìn)行?R13?的倒角，以盡量模擬?50??kg/m?鋼軌軌道，并可作為三模塊有軌電車走行軌道（圖??9）。

圖9 16號(hào)槽鋼倒角模擬 50 kg/m 鋼軌

圖?10?給出了水平支架結(jié)構(gòu)計(jì)算圖示，圖中?F1=40.425??kN、F2?=?40.425??kN?為三模塊有軌電車的車輪輪載。根據(jù)圖?10?計(jì)算圖示，計(jì)算后得到的水平支架結(jié)構(gòu)應(yīng)力云圖見(jiàn)圖?11，水平支架結(jié)構(gòu)變形云圖見(jiàn)圖?12。

圖10 有軌電車輪對(duì)荷載

圖11 水平支架結(jié)構(gòu)應(yīng)力云圖（單位：MPa）

圖12 水平支架結(jié)構(gòu)變形云圖（單位：mm）

由圖?11?可以看出，水平支架結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力發(fā)生在過(guò)渡支架?1?和過(guò)渡支架?2?的聯(lián)接部位，最大內(nèi)應(yīng)力43.8??MPa，遠(yuǎn)小于材料的許用應(yīng)力?160??MPa。

由圖?12?可以看出，水平支架結(jié)構(gòu)最大變形約4.2??mm，會(huì)造成水平支架最遠(yuǎn)端（最右端）翹起，可能影響水平支架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。為保證水平支架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，在水平支架遠(yuǎn)端（右側(cè)）放置?50??kg（490??N）的配重以保持平衡（圖?13），并且重新進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖?14、圖?15。由圖?14、圖?15?可見(jiàn)，在增加平衡配重后，水平支架變形僅?0.45??mm，且變形更加均勻，不會(huì)對(duì)水平支架的穩(wěn)定性造成影響。此時(shí)，雖然有軌電車輪對(duì)處應(yīng)力有所增加（約?48.8??MPa），但仍小于材料的許用應(yīng)力?160??MPa。

圖13 水平支架結(jié)構(gòu)平衡配重

圖14 水平支架結(jié)構(gòu)左側(cè)平衡配重后應(yīng)力云圖（單位：MPa）

圖15 水平支架結(jié)構(gòu)左側(cè)平衡配重后變形云圖（單位：mm）

2.2 架車立柱計(jì)算分析

無(wú)論是汽車還是鐵路運(yùn)輸途中，都要防護(hù)三模塊有軌電車的轉(zhuǎn)向架免受?3?個(gè)方向的沖擊力，尤其是要防護(hù)三模塊有軌電車車體和轉(zhuǎn)向架之間的相對(duì)位移帶來(lái)的沖擊。三模塊有軌電車車體（除轉(zhuǎn)向架）由?8?個(gè)架車立柱支撐，總重量約?24??t，運(yùn)輸中考慮?2?倍安全系數(shù)，每個(gè)架車立柱受力約?58??800??N，架車立柱與受力點(diǎn)距離按?75??mm?計(jì)算，每個(gè)架車立柱受彎矩?4.4×106N?·?mm。結(jié)構(gòu)計(jì)算得到的架車立柱內(nèi)應(yīng)力云圖和變形云圖見(jiàn)圖?16、圖?17。從圖?16、圖?17?中可以看出，運(yùn)輸中架車立柱最大的應(yīng)力是?38??MPa，依然小于?160??MPa?的材料許用應(yīng)力；最大變形是?0.15??mm，小于?0.5??mm，不會(huì)發(fā)生危及運(yùn)輸安全的問(wèn)題。

圖16 架車立柱應(yīng)力云圖（單位：MPa）

圖17 架車立柱變形云圖（單位：mm）

3 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)分析測(cè)算，本文研究的有軌電車調(diào)運(yùn)及工裝結(jié)構(gòu)方案可以滿足三模塊有軌電車整體吊運(yùn)的要求。整套方案簡(jiǎn)便、省時(shí)省力，為有軌電車選擇更為安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的“公轉(zhuǎn)鐵”物流方案，提供了一條有效的路徑。