地鐵車輛二系橫向止檔設計規范指南

匡劍宇，孔媛媛

（中車株洲電力機車有限公司，湖南 株洲 412000）

0 引言

二系橫向止擋作為彈性元件固定在構架上，緩沖車體引起的橫向振動，所受的負荷主要是曲線通過時產生的靜態和動態力。橫向止擋彈性地限制超出正常自由范圍的橫向變形，并有一個剛性止檔限制整個的橫向位移，確保車輛運行在動態包絡線內。

1 分析/計算/設計過程

1.1 負荷與位移

橫向止檔在設計過程中應考慮其最大動態負荷、橫向位移、最大位移（彈性間隙）。其中最大位移由剛性止檔限制。

1.1.1 最大動態載荷

可以用以下四種方法來計算橫向止檔的動態載荷，以中車株機公司B型地鐵車輛為例，取四種算法中的最大載荷。

（1）按照構架強度計算(UIC 615)

根據 《UIC 615-4-2003動力元件轉向架和走行部轉向架構架結構強度測試》[1]

超常載荷的靜強度試驗

橫向試驗載荷：

其中（mv+c1）/ne nb為超員工況（AW4）下的軸重。

注：nb=轉向架數；ne=每轉向架上的輪對數；m+（kg）=轉向架重量；mv（kg）=整備狀態下的空車重；c1：取超員載荷；c1：取定員載荷。

主要運營載荷的靜強度試驗

橫向力：

（2）按照構架強度計算(EN 13749)

根據《DIN EN 13749-2011鐵路設施轉向架構架結構要求的規定方法》[2]

橫向力(施加到每個軸)：

橫向力(施加到每個轉向架)：

其中（Mv+P1）g/4為超員工況（AW4）下的軸重。

注：Mv：處于工作狀態下的車輛質量；P1:為特殊的設計有效載荷（根據EN 15663）

（3）按照最大軌道超高計算

車輛靜止停放在軌道，根據《地鐵設計規范（GB50157-2013）》[3]，最大軌道超高為120mm，轉向架被抬高0.77°。

轉向架受到的橫向力為mg×sin0.77°=18＊2＊9.8＊0.0134=4.7kN(按照18t軸重計算)。

（4）按照0.5m/s2未平衡加速度計算

根據《地鐵設計規范（GB50157-2013）》[3]：

在正常情況下，允許未被平衡橫向加速度為0.4 m/s2；

在瞬間情況下，允許短時出現未被平衡橫向加速度為0.5 m/s2；

轉向架受到的橫向力為m車體×0.5 m/s2=(18＊4-2＊9)＊0.5=27kN(按照18t軸重計算)

1.1.2 最大位移

最大位移指的是橡膠止檔與剛性止檔之間的位移。當橡膠止檔與牽引座接觸時，橡膠止檔會受沿車輛橫向方向的壓力，為了保證橡膠止檔壓縮至最大行程時剛性止檔不與牽引座相碰，需要保證橫向止檔沿車輛橫向方向的剛度，即通過最大位移體現[4]。

以中車株機公司B型地鐵車輛為例，考慮車輛通過110m曲線半徑，轉向架與車體轉角5.8°，剛性止檔與牽引座的間隙由40mm減小至30mm。即橫向止檔的自由間隙至少應設計為10mm，綜合考慮各因素及放量，自由間隙設計為15mm。

橫向止檔的最大位移（彈性間隙）=橫向止檔最大間隙-橫向止檔自由間隙=40mm-15mm=25mm。其中最大間隙40mm是根據B型地鐵車輛限界參數而來。

1.1.3 橫向位移

橫向位移指的是橫向止檔沿車輛運行方向的位移。當橡膠止檔與牽引座接觸時，橡膠止檔會受沿車輛運行方向的剪切力，為了保證橡膠止檔不脫落，需要保證橫向止檔沿車輛運行方向的剛度，即通過橫向位移體現。

考慮目前地鐵車輛通過最小的110m曲線半徑，轉向架與車體轉角5.8°，橫向止檔沿車輛運行方向與牽引座的理論最大位移為29.4mm?？扇≌O置為30mm。

1.2 自由間隙與彈性間隙

關于橫向止檔自由間隙與彈性間隙的設計原則：

車輛在直道不碰彈性止檔。

車輛過彎道不碰剛性止檔。

以中車株機公司B型地鐵車輛為例來分析最大間隙、自由間隙、彈性間隙的設計。

最大間隙

根據B型地鐵車輛限界參數，最大間隙取40mm；

自由間隙：

考慮車輛通過110m曲線半徑，轉向架與車體轉角5.8°，橫向止檔最大間隙由40mm減小至30mm，具體分析見1.1.2節。即橫向止檔的自由間隙至少應設計為10mm，綜合考慮各因素及放量，自由間隙設計為15mm。

彈性間隙

彈性間隙=最大間隙-自由間隙=40mm-15mm=25mm

1.3 特性曲線參數

關于橫向止檔載荷-位移特性設計原則：

最大位移對應的最大動態負荷＜試驗負荷，以保證不碰剛性止檔。

設置剛度突變點，以保證止檔壓縮由易變難。

以中車株機公司B型地鐵車輛為例來選取橫向止檔特性曲線參數：

a.以位移每5mm為間隔劃分橫向止檔的載荷-位移曲線；

b.橫向止檔最大位移為25mm，對應的最大動態負荷45kN＜試驗負荷，即25mm位移下對應的試驗負荷可取50-55kN；

c.剛度突變點的選?。?-20mm橫向止檔的剛度基本呈線性；位移到20mm剛度突變，即需要更大的負荷才能壓縮橫向止檔；

d.其他控制點的選?。罕ＷC0-10mm橫向止檔剛度呈線性，10mm-20mm剛度平穩增大，20mm-25mm實現剛度突變。

表1 B型地鐵橫向止檔特性曲線參數

2 結語

地鐵車輛二系橫向止檔設計規范闡述了如何計算橫向止檔的最大動態負荷、最大位移、橫向位移；如何計算橫向止檔的自由間隙和彈性間隙；如何選取橫向止檔的載荷-位移特性曲線。