可通過小半徑曲線軌道平板吊車的研制

李錚 韓天一 張光利

中車山東機(jī)車車輛有限公司 軌道車輛研究所 山東省濟(jì)南市 250022

城軌工程車是保障地鐵、市域鐵路安全運(yùn)營的重要裝備，在地鐵、市域鐵路建設(shè)及運(yùn)營的各個階段，需要城軌工程車運(yùn)輸設(shè)備和物料、接觸網(wǎng)檢查、維護(hù)。軌道平板吊車是一種常見的城軌工程車，根據(jù)某市市域鐵路由于山地地形等原因，車場線存在小半徑曲線，存在可通過小半徑曲線軌道平板吊車的市場需求，中車山東機(jī)車車輛有限公司于2021年設(shè)計、制造了一款地鐵、市域鐵路維護(hù)用軌道平板吊車，該車可通過最小曲線半徑25m（該車最高運(yùn)行速度60km/h，曲線半徑25m通過速度≤5km/h），車輛長度小，具有自重小、節(jié)能、靈活等優(yōu)勢，起重臂可伸縮范圍大、變幅角度范圍大。

隨著軌道交通市場的快速發(fā)展，用戶個性化需求增多，模塊化設(shè)計可在盡可能短的周期內(nèi)以盡可能少的規(guī)格、品種模塊組合成多種規(guī)格的產(chǎn)品，從而滿足用戶的個性化需求。該車基于設(shè)計研發(fā)中的模塊化設(shè)計理念，通過模塊化設(shè)計，進(jìn)一步提高了研發(fā)效率，縮短了設(shè)計周期，提高了設(shè)計質(zhì)量。在車輛設(shè)計時，將整車分解成若干個獨(dú)立而又相互聯(lián)系的分系統(tǒng)，分為底架模塊、側(cè)門模塊、端門模塊、轉(zhuǎn)向架模塊、制動裝置模塊等，由于各模塊可以并行作業(yè)，大大縮短了設(shè)計和生產(chǎn)周期。該車設(shè)計結(jié)構(gòu)較多地采用了成熟的結(jié)構(gòu)、材料，采用標(biāo)準(zhǔn)件和通用件，提高了通用化的程度，方便制造和檢修。

1 用途

該車用于地鐵、市域鐵路裝卸和運(yùn)輸養(yǎng)路機(jī)械、機(jī)電設(shè)備、鋼軌、道岔、工程構(gòu)件等笨重貨物，設(shè)置活動式側(cè)門，可裝運(yùn)散狀貨物，可通過小半徑曲線。

2 主要特點及優(yōu)勢

（1）可低速通過小半徑曲線，滿足市域鐵路車場線路等場所小半徑曲線的通過要求。

（2）大量采用鐵路貨車通用件，零部件通用性強(qiáng)且已得到了廣泛應(yīng)用效果良好，零部件易于更換。

（3）該車無動力，由其它動力牽引車牽引運(yùn)行。

（4）設(shè)置活動式端、側(cè)門，既可以運(yùn)輸工程機(jī)械又可裝運(yùn)散裝貨物。

（5）起重臂可伸縮范圍大、變幅角度范圍大，起吊作業(yè)范圍廣。

（6）設(shè)置抓軌器，使用起重臂時提高了抗傾覆性。

3 主要技術(shù)參數(shù)

表1 該軌道平板吊車的主要技術(shù)參數(shù)

4 主要結(jié)構(gòu)

該軌道平板吊車主要由車體、轉(zhuǎn)向架、車鉤裝置、制動裝置、液壓工作站、起重機(jī)等組成。圖1為該軌道平板吊車的主要結(jié)構(gòu)圖。

圖1 該軌道平板吊車主要結(jié)構(gòu)圖

4.1 車體

該車車體由底架、側(cè)門、端門、底架附屬件等部分組成。該車是底架承載結(jié)構(gòu)，即全部載荷（包括垂向載荷和縱向力等）均由底架各梁承受，而中梁和側(cè)梁是主要承載梁件。主要型鋼和板材的材質(zhì)為Q345NQR2、Q355B。

4.1.1 底架

底架為全鋼焊接結(jié)構(gòu)，主要由中梁、側(cè)梁、端梁、枕梁、大橫梁（1）、大橫梁（2）、小橫梁、輔助梁、地板等組焊而成。中梁采用2根H型鋼制成魚腹形后，加下蓋板、中梁隔板等組焊成箱型結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)是平車車體中常見的結(jié)構(gòu)，可在滿足底架強(qiáng)度的前提下減輕自重，也可避免采用大型鋼材而使地板面距軌面過高。側(cè)梁由冷彎槽鋼制成，側(cè)梁上設(shè)置繩栓，設(shè)置柱插，設(shè)置腳蹬。端梁主要起連接中梁、側(cè)梁和安裝沖擊座的作用，由鋼板冷彎制成，與端梁下連接板組焊成開口框式結(jié)構(gòu)。

枕梁由枕梁上蓋板、枕梁下蓋板、枕梁腹板、枕梁隔板等組焊成箱形結(jié)構(gòu)，上旁承處有隔板補(bǔ)強(qiáng)。液壓吊（液壓起重機(jī)）安裝板位于大橫梁（1）上部，液壓吊（液壓起重機(jī)）安裝板和中梁之間焊接，大橫梁（1）由大橫梁上蓋板、大橫梁下蓋板、大橫梁腹板等組焊成箱型結(jié)構(gòu)。大橫梁（2）采用單腹板結(jié)構(gòu)，由大橫梁上蓋板、大橫梁下蓋板、大橫梁腹板組焊成。中梁與側(cè)梁之間設(shè)有小橫梁及輔助梁，鋪設(shè)花紋鋼地板。

車體兩端設(shè)置抓軌器橫梁，抓軌器橫梁由抓軌器橫梁上蓋板、抓軌器橫梁下蓋板、抓軌器橫梁腹板組焊成箱形結(jié)構(gòu)。抓軌器和抓軌器橫梁下蓋板焊接，提高了使用起重臂時的抗傾覆性。

4.1.2 側(cè)門

車輛兩側(cè)安裝可靈活翻轉(zhuǎn)且可拆卸的側(cè)門，帶有鎖閉功能。側(cè)門放下后與側(cè)梁上掛鉤自動連接進(jìn)行鎖閉。側(cè)門由側(cè)板、支柱、折頁等組焊而成。

4.1.3 端門

車輛兩端安裝可拆卸端門；與側(cè)門共同起圍板作用，帶有鎖閉功能。端門由端板、支柱、折頁等組焊而成。端門和側(cè)門立起時共同起圍板作用，可裝運(yùn)散裝貨物。

4.1.4 底架附屬件

底架附屬件主要有各種風(fēng)缸座、閥吊座、管吊座、杠桿托架、拉桿吊等零部件。底架附屬件焊接在底架上，主要用于將風(fēng)、手制動裝置固定到車體上。

4.2 轉(zhuǎn)向架

可通過最小曲線半徑25m（過半徑25m曲線通過速度≤5km/h），滿足客戶對于通過小半徑曲線的功能需求。

該轉(zhuǎn)向架為焊接構(gòu)架式轉(zhuǎn)向架。主要由構(gòu)架總成、輪對組成、懸掛減振系統(tǒng)、軸箱總成、基礎(chǔ)制動裝置等組成。軸箱懸掛系統(tǒng)采用單側(cè)利諾爾減振器和內(nèi)外圈不等高的兩級剛度彈簧組成；構(gòu)架總成由焊接構(gòu)架、軸箱導(dǎo)框、球面下心盤等組成。基礎(chǔ)制動裝置為吊掛式單側(cè)閘瓦制動結(jié)構(gòu)，采用高摩合成閘瓦。

4.3 制動裝置

4.3.1 風(fēng)制動裝置

采用主管壓力滿足500kPa 的空氣制動裝置。采用120型空氣控制閥、直徑為254X254mm的整體旋壓密封式制動缸；采用不銹鋼嵌入式儲風(fēng)缸、閘調(diào)器、手動空重車自動調(diào)整裝置。采用不銹鋼或不銹鋼冶金復(fù)合制動管及不銹鋼法蘭接頭，折角塞門、組合式集塵器。

裝有閘調(diào)器可自動地使制動缸活塞行程保持在規(guī)定的范圍內(nèi)，保持閘瓦與車輪的間隙正常，確保車輛制動力不衰減，有效地保證了行車安全。

裝有手動空重車調(diào)整裝置，手動空重車調(diào)整裝置主要由降壓風(fēng)缸、空重車轉(zhuǎn)換塞門、空車安全閥、空重車轉(zhuǎn)換手柄等件組成。當(dāng)車輛處于空車狀態(tài)，讓本來該供給制動缸的風(fēng)“分流”到降壓風(fēng)缸從而使制動缸降壓。可避免重車制動力不足或空車制動力過大，從而減少擦輪事故、減輕車輪磨耗及車輛維修工作量。

4.3.2 手制動裝置

手制動裝置采用NSW-I型手制動機(jī)，安裝于車體一位端。

4.4 液壓吊（液壓起重機(jī)）

液壓吊主要由回轉(zhuǎn)底座、轉(zhuǎn)臺、變幅油缸、基本臂、伸縮臂、吊鉤、起升機(jī)構(gòu)、操縱機(jī)構(gòu)等組成。液壓吊與安裝座之間采用螺栓連接固定，液壓馬達(dá)驅(qū)動回轉(zhuǎn)底座可實現(xiàn)360°回轉(zhuǎn)，變幅油缸可控制液壓吊基本臂和伸縮臂的變幅角度的變化。伸縮臂有多節(jié)，伸縮臂內(nèi)置伸縮油缸控制伸縮臂的伸縮。液壓吊最大工作幅度可達(dá)8.0m～8.5m，最大工作高度可達(dá)10.5m～11m，可滿足用戶對于大幅度作業(yè)的功能需求。

4.5 液壓工作站

液壓工作站為液壓吊提供提供壓力能，包括柴油機(jī)、燃油箱、液壓油箱、齒輪泵、手動泵、防雨棚等組成。

手動泵的作用是在液壓吊裝卸貨物過程中，液壓工作站動力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，可手動將液壓吊起重臂縮回至初始位置，安全性高。

4.6 車鉤裝置

采用機(jī)牽2號鉤。列車編組較少、車輛運(yùn)行速度較小，該車鉤可滿足與該線路其他工程車或機(jī)車連掛的要求，抗拉強(qiáng)度等性能符合要求。

5 靜強(qiáng)度和剛度計算

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)TB/T 3550.2《機(jī)車車輛強(qiáng)度設(shè)計及試驗鑒定規(guī)范車體第2部分貨車車體》的規(guī)定，并結(jié)合車體的實際運(yùn)用狀態(tài)，對車體進(jìn)行了靜強(qiáng)度和剛度有限元分析計算。

5.1 分析工況

根據(jù)TB/T 3550.2的要求，并結(jié)合該車的實際運(yùn)行及受力狀態(tài)，作用在車體上的載荷有以下幾種：垂向靜載荷、垂向動載荷、縱向載荷、側(cè)向力、扭轉(zhuǎn)載荷、頂車載荷、復(fù)軌載荷，車體在均布滿載以及鋼軌裝載兩種裝載工況下的載荷工況匯總見表2。

表2 載荷工況匯總表[3]

5.2 靜強(qiáng)度和剛度評定標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)TB/T 3550.2，車體各組合工況下，車體各部件的利用率應(yīng)小于或等于1，見式（1）。

該車為底架承載，根據(jù)TB/T 3550.2，在垂向靜載荷作用下貨車車體的中梁和側(cè)梁撓度值，要滿足式（2）：

式中：

fz—中梁中央撓度（mm）；

5.3 分析計算結(jié)果

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)TB/T3550.2，根據(jù)該車的實際運(yùn)行狀態(tài)和裝載工況，對靜強(qiáng)度和剛度進(jìn)行有限元計算，仿真計算結(jié)果如下：

（1）車體在各計算工況下，材料的利用率均低于1，車體靜強(qiáng)度符合標(biāo)準(zhǔn)TB/T 3550.2的要求。

（2）在垂向靜載荷下，車體中梁最大變形為1.44mm，側(cè)梁最大變形為1.51mm，均低于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的許用撓度值，車體剛度符合標(biāo)準(zhǔn)TB/T 3550.2的要求；

6 試驗

對該車進(jìn)行限界檢查、稱重檢查、靜態(tài)閘瓦壓力試驗、單車試驗、車鉤三態(tài)作用檢查等試驗，車輛滿足要求。

7 結(jié)束語

該軌道平板吊車可通過半徑25m曲線，可用于運(yùn)輸工程構(gòu)件、設(shè)備、散裝貨物等。該車已于2021年交付客戶使用，目前狀態(tài)良好，滿足客戶對于通過小半徑曲線和大作業(yè)范圍裝卸工程構(gòu)件等功能的需求，對保障市域鐵路高效、穩(wěn)定地運(yùn)營有著重要意義。