550T公鐵兩用牽引車前導向裝置結構設計

姜青霞 安赟 蓋曉東 王泓幃

1.中車四方車輛有限公司 山東青島 266000

2.哈爾濱理工大學 黑龍江哈爾濱 150000

公鐵兩用牽引車是指既能在公路上行使，又能在鐵路上運行的特種車。主要承擔軌道車輛在鐵路的牽引、搶修、施工、檢修和救援等任務。公鐵兩用牽引車應快速方便完成車輛運行方式轉換，即要迅速方便地進行膠輪和鋼輪轉換[1]。該前導向裝置是在550T叉車底盤基礎上設計，是公鐵兩用牽引車在鐵路作業時的保障，使公鐵車牽引車能自動沿鐵路鋼軌通過鐵路曲線及道岔。導向裝置包括前導向裝置和后導向裝置，本文主要介紹前導向裝置結構設計[2-4]。

1 使用條件和技術參數

1.1使用條件

環境溫度-10℃-45℃

平均相對濕度 ≤90%

軌距1435mm

最大坡道1‰

1.2導向裝置設計參數

前后導向鋼輪輪徑220mm

公路模式下導向輪離地距離≥230mm

前導向軸重2.8T

2 前導向裝置性能

2.1鐵路狀態下，前導向裝置可將鋼輪與車體安全可靠連接在一起，實現牽引車能在鐵路上行駛；

2.2前導向裝置要能夠傳遞和承載車體至輪對之間，以及鋼軌至車體之間的各種載荷和作用力，且還要合理分配軸重；

2.3前導向裝置要便于安裝減震裝置，并有足夠的強度和剛度，用于保證減震裝置能發揮其減振特性，緩和公鐵兩用牽引車公路與鐵路之間轉換過程中，減少其振動和沖擊，提高公鐵兩用牽引車運行時的平穩性和安全性；

2.4鋼輪踏面應符合鐵路標準規定的車輪踏面形狀；

2.5導向裝置能自動升降，可順利進行鐵輪和膠輪轉換。

3 前導向裝置結構設計方案

前導向裝置主要由升降裝置、鐵路走行裝置、隨動裝置。

3.1升降裝置

升降裝置由液壓缸、彈簧、彈簧座等組成，用于牽引車膠輪和鋼輪的轉換；隨動裝置由彈簧、滑塊等保障車輛安全運行的必要機構。

此結構有兩個液壓缸，其輸出力作用在導向框架，作用力與支撐中心在同一軸線上，要求液壓缸速度變化緩慢，根據對公鐵兩用牽引車鐵路和公路狀態時前導向裝置受力分析得，單個前導向框架當施加力約為20KN，按照推力的大小和裝置特點確定壓力等級為16MPa。選缸徑63mm，桿徑為45mm，安裝距為365mm，行程為147mm，根據所需壓力、工作環境選取標準系列HSG工程用液壓缸[5]。

彈簧結構采用圓柱螺旋壓縮彈簧結構形式，彈簧中徑80mm、彈簧材料60Si2Mn、彈簧材料直徑20mm、彈簧的有效圈數8，自由高度280mm，工作高度270mm。

彈簧座分上彈簧座和下彈簧座，材料用45鋼。

3.2鐵路走行裝置

鐵路走行裝置是引導車輛沿軌道運行，并將牽引車輛全部重量傳給鋼軌，保證牽引車輛以最小的阻力在軌道上運行，且順利地通過曲線。主要由鋼輪、端蓋、車軸等組成（圖1）。

鋼輪直徑為220mm，材料采用CL60；端蓋分端蓋I和端蓋II，材料采用Q235A；車軸為端軸與中間軸焊接結構，端軸材料為45#鋼，中間軸材料為鋼管83＊14-45。

3.3隨動裝置

隨動裝置主要包含導向框架、液壓缸座組成、彈簧座組成等，焊接框架由材質為Q345C厚為20mm鋼板與套筒焊接而成；液壓缸座組成由材質為Q345C厚度分別是22mm、20mm、16mm鋼板焊接而成；彈簧座組成由材質為為Q345C厚度分別是20mm、16mm、10mm鋼板焊接而成，它們通過銷軸和車體框架連接，是保障車輛安全運行的必要機構（圖1）。

4 設計驗證

采用CATIA軟件建立鐵路前走行裝置建立了三維模型，通過ANSYS對其進行了網格劃分，形成了鐵路前走行裝置有限元網格離散模型（圖2），根據標準《TB/T2637-2008鐵道客車轉向架構架、搖枕及搖動臺》、《GB/T699-2015優質碳素鋼》，和《GB/T1591-2008低合金高強度結構鋼》的要求，經HYPERMESH有限元分析，得出各部位應力云圖，其中最大應力值為270Mpa，在套筒內端部外側（圖2），安全系數為1.28，其滿足靜強度要求（圖3）

圖2

圖3

5 結語

本文提供了在550T叉車底盤基礎上設計迅速方便地進行膠輪和鋼輪轉換的前導向裝置結構，該前導向裝置結構簡單合理，安全可靠性好，為今后公鐵兩用牽引車前導向裝置的設計、研究和車輛輕量化等方面提供一定的實踐依據。