公铁两用焊轨车的技术参数、结构、计算和试验情况

为满足铁路轨道焊接专用装备在施工现场的快速运输,中车眉山车辆有限公司研制了公铁两用焊轨车.该车主要用于在1435mm 轨距线路上进行施工作业,同时能够在施工区域的公路上运输质量不超过22.2t的焊接设备集装箱,且满足焊接设备的作业要求.该车自投入运用以来,运用情况良好.

1、主要技术参数(表１)


2、主要技术特点

(１)车辆通过铁路轨道与公路交叉处的平交道口时,可在公路、铁路２种运行模式间快速转换.汽车底盘橡胶车轮提供驱动力,并与钢质车轮共同提供制动力.

(２)导向升降装置传递承载架与轮对之间的力和力矩,以及缓和运行过程中车体的冲击载荷,提供车辆通过曲线时的横向抗弯刚度.

(３)轨道走行部分为配置轴箱悬挂装置的单轴轮对,提高了车辆的导向和曲线通过能力.

(４)走行部升降装置动力单元为液压传动,升降油缸具有自锁功能,油缸压力可在额定压力范围内调节.

(５)４个液压升降支腿在焊轨作业时支撑于地面,提高了焊接施工中车辆的稳定性.支腿可沿车辆纵向旋转较大角度,增加了公路行驶的通过性.

３、主要结构
公铁两用焊轨车主要由汽车底盘、承载架组成、导向升降装置、轮轨走行装置、升降控制系统、焊轨设备集装箱等组成(图１).

３．１　承载架组成
承载架组成为全钢焊接结构,主要材料为Q３４５A低合金结构钢,由纵向主梁、端梁、油缸支撑梁组成、集装箱支撑梁、导向轮安装梁、连接横梁、辅助纵向梁和支腿等组成.辅助纵向梁采用分段结构,以降低承载架自重和避免公路模式下橡胶车轮跳动与承载架发生碰撞.
车体端部设置４套螺杆式集装箱锁闭装置,锁闭装置分为装箱位、锁箱位２种工作状态.车辆侧面及后端共设置３个脚蹬,侧面脚蹬采用翻转结构,避免车辆宽度超出限界.

３．２　导向升降装置
导向升降装置选用直线式垂直升降结构,由导向轮、滚动轴承及安装座板组成.导向轮采用４５钢并经过整体热处理,其转轴端使用小圆螺母紧固.滚动式导向轮采用双导向轨面接触运动,每个导向轮通过２个独立油缸控制走行装置的上下运动,提高了垂向升降的稳定性.

３．３　轮轨走行装置
轮轨走行装置仅包含轮对结构,整车作为一个转向架,由轮对、轴承、轴箱悬挂装置、弹簧帽及吊板等组成.车轮和车轴分别采用CL６０钢和LZW 钢,采用C级轴承,符合有轨电车５９R２/６０R２型踏面槽形轨的运用要求.走行装置依靠轮轨游隙导向.轴箱悬挂装置由轴箱、弹簧、轴箱盖等部件组成,轴箱的纵向、横向刚度经过优化设计后具有较好的曲线通过能力.

３．４　升降控制系统
升降控制系统由液压系统、油缸及管路组成.液压系统通过汽车底盘取力器连接油泵,为控制系统提供动力,并具有安全阀控制、液压防爆、油缸压力锁紧、电路故障、临时断电等的保护措施;每个轮对设置４个驱动油缸,带动前后轮对独立升降,每组油缸呈V形,增加了导向装置与走行装置之间的稳定性;采用双向自锁油缸,密封件性能可靠,车辆在铁路轨道行驶时,油缸内油压锁定,活塞推杆行程不变,车辆钢结构承载稳定.

３．５　汽车底盘选用
DFL１２５１AX型底盘,为满足走行装置的安装空间,将第二转向轴及其附属装置拆除,并将燃油箱及储气筒等附件移至与承载架组成等不干涉的位置.

４、计算
４．１　车体静强度计算
参照TB/T１３３５—１９９６«铁道车辆强度设计及试验鉴定规范»要求,应用有限元分析软件对车体进行了结构静强度分析.分析结果表明:车辆钢结构各静强度计算工况下的最大当量应力值均小于材料的屈服强度,且安全系数均大于１.2.
４．２　动力学性能计算
参照GB/T５５９９—１９８５«铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范»要求,将刚性车轮和钢轨间按实际的轮轨外形建立接触关系,车轮和钢轨间的摩擦因数取0.3;将橡胶轮胎视为一个橡胶圆柱体并与钢轨间建立接触关系,橡胶轮胎和钢轨间的摩擦因数取0.7,建立的动力学分析模型见图２.

计算结果如下:
(１)在４０km/h运行速度下,车辆的最大横向加速度小于0.5g,最大垂向加速度小于0.7g,车体的横向及垂向平稳性指标均小于4.0,达到GB/T５５９９—１９８５规定的良好级;
(２)以３０km/h运行速度在直线上运行时,轮轨横向力为27.057kN,轮轴横向力为25.747kN,脱轨系数为0.431,轮重减载率为0.617,均不超过GB/T５５９９—１９８５规定的限度值;
(３)以小于１６km/h的运行速度通过R２００m的曲线时,轮轨横向力为36.118kN,轮轴横向力为23.904kN,脱轨系数为0.765,轮重减载率为0.621,均不超过GB/T５５９９—１９８５规定的限度值.

５、试验
５．１　车体静强度试验
按照TB/T１３３５—１９９６要求对样车进行了静强度试验,最大应力值为94.4MPa,小于材料许用应力且安全系数均大于1.2.

５．２　坡道驻车试验
为确保车辆在铁路坡道行驶作业的可靠性,并检验车辆的爬坡动力性能,对车辆进行了坡道驻车试验.试验结果表明,车辆以前进、倒退２种行驶方式驶入５０‰的坡道,驻车后车辆无滑移,停靠平稳.

５．３　线路运行试验
以３０km/h运行速度在直线轨道行驶时,钢质车轮与两侧轨道间隙均匀,行驶平稳,通过道岔时未发生异常干涉情况.通过R２００m曲线线路时,钢质车轮轮缘贴靠在曲线外侧钢轨内沿,车轮无爬轨现象,导向升降装置及液压系统工作正常,车辆平稳通过曲线路段.试验结果表明,该车各项性能均符合现场运输、作业要求.


参考文献:
[１]　西南交通大学机械工程学院．公铁两用焊轨车动力学性能分析报告[R]．２０１７．
[２]　中车眉山车辆有限公司检测中心．公铁两用焊轨车性能试验报告[R]．２０１７．

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