四轮驱动公铁两用牵引车的研制

摘要：设计并研制了适用于地铁检修段、轻轨检修段和国铁动客车检修基地使用的公铁两用牵引车.该车采用四轮驱动胶轮牵引及钢轮导向模式,具有微机控制、导向为液压闭环控制、行车制动、驻车制动和铁路制动等功能,有效地解决了调车机车专场、调车作业效率低等问题.

我国有厂内专线的铁路公司、地铁公司等,所使用的公铁两用牵引车大多数是以单桥驱动为主,牵引力小,工作效率低.为了提高公铁两用牵引车调车作业等现场工作效率,以及节约成本、降低机车货车延时使用费,开发研制了四轮驱动公路铁路两用牵引车.该车的研制及使用可增加客户的选择性,提高产品的竞争力.

1、四轮驱动公路铁路两用牵引车使用条件和技术参数

１．１　使用条件
四轮驱动公路铁路两用牵引车使用条件如下:
环境温度(℃): －２０~＋４５;
平均相对湿度(％): ≤９５;
海拔高度(m): ≤２０００;
适应轨距(mm): １４３５;
最小单机曲线半径(m): ８０.

１．２　主要技术参数
四轮驱动公路铁路两用牵引车主要技术参数如下:
最大牵引力(kN): ４９;
空载最大行驶速度(km/h): ２７;
爬坡度(％): ２５;
最小转弯半径(m): ５．５;
前桥负荷(t): ４．５;
后桥负荷(t): ５．５;
燃油箱容积(L): ２００;
轴距(mm): １９００;
轮距(mm): １５０５;

２、整车结构及各组成系统
２．１　整车结构
四轮驱动公路铁路两用牵引车采用全钢焊接、中梁式承载钢结构;采用微机控制,系统可靠性高;采用四轮驱动系统,配置牵引拉杆,车辆稳定性高;采用钢板弹簧悬挂,舒适性高;采用闭环液压控制,车辆运行安全性高;公路制动采用脚踏制动器形式,气助力四轮蹄式制动,铁路制动采用独立的空气制动系统.
四轮驱动公路铁路两用牵引车主要由动力及辅助系统、空调系统、传动系统、液压系统、导向系统、制动系统、车体钢结构、电气系统和内装系统组成,如图１所示.


２．２　动力及辅助系统
动力及辅助系统主要由柴油机、进排气系统、燃油系统、润滑系统、冷却系统、油门及操纵装置等组成,为车辆工作提供动力,并保证车辆正常工作.

２．３　空调系统
该车制冷采用车顶顶置式单冷空调器,通过皮带由柴油机带动压缩机完成制冷;采暖采用司机室内布置暖风机,通过柴油机循环水采暖.

２．４　传动系统
传动系统主要由变速箱、前后车桥、万向轴、轮胎及悬挂装置组成,如图２所示.传动系统的作用是将柴油机发出的动力传递给车辆以驱动车轮,使车轮能在一定的速度下行驶.

２．５　液压系统
该车液压系统采用板式和管式、分散与集成油路块相结合的结构,主要由齿轮泵、液压油箱、导向液压系统、转向液压系统组成.



２．６　导向系统
导向系统主要由轮轴总成、导向油缸、钢丝绳组件等组成,是保障公铁牵引车沿铁路轨道行驶的系统. 该系统在公路工况下,其轮轴总成中的导向钢轮脱离轨面,导向作用失效;在铁路工况下,其轮轴总成中的导向钢轮在导向油缸的作用下始终保持与铁路轨面的接触,同时,驾驶室方向盘“锁死”,保证公铁牵引车沿铁路轨道、曲线、道岔安全运行.

２．７　制动系统
制动系统按功能分为公路制动、铁路单机制动和铁路牵引制动. 公路工况和铁路单机运行工况下,公铁牵引车行车制动均采用脚踏制动器形式,气助力四轮蹄式制动; 驻车制动采用制动气室弹簧式制动形式. 铁路牵引工况运行时,通过操纵布置于操纵台上的JZＧ７型手制动机,实现对牵引车的制动与缓解.

２．８　车体钢结构
车体为全钢焊接、中梁式承载钢结构,主要由底架、司机室、机器间罩、车钩、扶手总成等组成.其中, 底架端板及底架中梁采用工字型结构焊接,底架边梁及辅助横梁采用槽型焊接,司机室及机器间罩采用压型钢焊接.

２．９　电气系统
电气系统按牵引工况分为底盘电气系统和铁路作业电气系统.底盘电气系统主要由供电系统、仪表显示系统、照明灯和行驶信号灯系统、辅助装置系统、控制系统组成.铁路作业电气系统主要由铁路作业相关部件总成及控制单元组成,完成铁路作业相关动作. 电气系统按工作模式分为公路模式、公铁转换模式、铁路模式.公路模式完成车辆启动,为牵引、制动、辅助设备提供电力,控制车辆公路行驶和制动;公铁转换模式完成转向锁定、前后导向钢轮升降动作;铁路模式完成前后导向油缸的自动补压,保证导向钢轮与轨面始终接触,提高车辆铁路行驶的安全性.

２．１０　内装系统
内装系统主要包括司机室顶板、地板、墙板、多向调节座椅、挡风玻璃、侧门等.其中顶板、地板、墙板采用满足TB/T３１３８－２００６«机车车辆阻燃材料技术条件»和TB/T２７２８－１９９６«内燃机车防寒技术条件»要求的防寒材料;车窗玻璃选用满足GB９６５６－２００３«汽车安全玻璃»要求的钢化玻璃.

３、车体钢结构静强度和导向框架静强度疲劳强度分析

３．１　车体钢结构静强度分析
根据GB/T１１５５１－２０１３«乘用车正面碰撞的乘务员保护»标准,并依据TB/T１３３５－１９９６«铁道车辆强度设计及试验鉴定规范»对车体钢结构进行拉压工况校核, 由于车体钢结构前后为非对称结构,因此需分为前端连挂与后端连挂两种情况,计算工况分为以下４种:
(１)工况一:板簧安装座施加垂向、横向约束,车体后端车钩安装面施加纵向约束,车体前端施加压缩力.
(２)工况二:板簧安装座施加垂向、横向约束,车体前端车钩安装面施加纵向约束,车体后端施加压缩力.
(３)工况三:销连接板簧安装座施加全约束,另一板簧安装座施加垂向、横向约束,车体前端施加拉伸力.
(４)工况四:销连接板簧安装座施加全约束,另一板簧安装座施加垂向、横向约束,车体后端施加拉伸力.车体钢结构各工况下的应力云图如图３所示.


由图３可知:该车体钢结构在工况一下最大应力为１２９MPa,工况二最大应力为１０２．８MPa,均小于车体Q２３５B材料压缩工况许用应力２１２MPa;工况三最大应力为３２．３MPa,工况四最大应力为２５．７MPa,均小于车体Q２３５B材料拉伸工况许用应力１６１MPa;安全系数较大,符合标准要求.

３．２　导向框架静强度及疲劳强度分析
依据标准EN１３７４９:２００５«铁路应用－转向架构架的结构要求»对导向框架静强度及疲劳强度进行分析.静强度计算分为两种工况:
(１)工况一:垂向超常载荷单独作用工况.
(２)工况二:垂向和横向超常载荷工况. 导向框架两种工况下的应力云图如图４所示.



导向框架的焊缝和母材区域的疲劳极限评定结果如图５ 所示.




由图４可知:导向框架在两种工况下的最大Mises 应力为１６５．３ MPa,小于Q３４５C 材料的许用应力３００MPa,强度有较大余量,满足静强度要求.
由图５可知:正常运营载荷工况下,导向框架的焊缝和母材危险区域的各疲劳应力状态点均位于修正的Goodman疲劳极限线图包络线内,满足疲劳强度要求.

４、四轮驱动公路铁路两用牵引车牵引特性
根据四轮驱动公铁牵引车黏着牵引力、速度、阻力值分析计算,绘制该车平直轨道牵引特性,如图６ 所示.


由图６可知:四轮驱动公路铁路两用牵引车在平直道牵引５００t负载时的最大运行速度可达２４km/h, 满足该牵引车在平直道上牵引５００t负载时最大运行速度１５km/h的要求.

５、结语
四轮驱动公路铁路两用牵引车的研制,为用户提供了多项选择,提高了用户工作效率,降低了成本,为后续公铁牵引车的研发建立了坚实的基础,为进一步开拓公铁车市场提供了有力的技术支持.

参考文献:
[１]　严隽耄,傅茂海．车辆工程[M]．北京:中国铁道出版社, [ ２００７．
[２]　管忠范．液压传动系统[M]．北京:机械工业出版社,１９９７．
[３]　王兆安,黄俊．电力电子技术[M]．第４版．北京:机械工业出版社,２００８．

【本文标题和网址】四轮驱动公铁两用牵引车的研制 https://www.kbguidao.com/jszl/449.html