地鐵線路清潔2號車設計參數(shù)確定

于連玉,郭 強,白云記

(濟南軌道交通裝備有限責任公司 軌道車輛研究所,山東濟南250022)

地鐵隧道清潔車是為地鐵維保中心設計的地鐵線路專業(yè)清潔車輛,是鐵路平車、高壓水沖洗、毛刷洗刷、真空系統(tǒng)自然排風吹干組成的高度集成的機電一體化專業(yè)產(chǎn)品。隧道清潔車由1號平車車輛和2號平車車輛連掛組成,依靠地鐵配備的機車牽引,可以雙向牽引連掛。1號平車具有高壓水沖洗、毛刷清潔、真空系統(tǒng)自然排風吹干功能;2號平車提供清潔水源和電力。就2號平車設計參數(shù)確定做一闡述。

1 車輛參數(shù)設計依據(jù)

根據(jù)需方設計任務書要求,2號平車設計參數(shù)要求如下:

底架長度:17 500 mm;

車輛寬度:2 460 mm;

地板面高度:1 200 mm;

車輛定距:12 600 mm;

車體自重:≤20 t;

整備質量:≤29.25 t;

載重(水):25 t;

軸重:14 t;

最小曲線半徑:140 m;

回送速度:80 km/h;

作業(yè)速度:3—5 km/h;

編組數(shù):2輛;

制動型式:風制動、手制動。

2 車輛結構方案設計

2.1 車體結構方案設計

根據(jù)設計任務書要求,確定車體底架結構形式,底架結構方案如圖1所示。車輛載重25 t,自重系數(shù)1.17,比較大,且相對集中載荷比較大,選擇傳統(tǒng)造價低廉的GB/T 11263—2005《熱軋工字鋼560×200×11×17做中梁》。由于地板上要設置水箱和發(fā)電機組(留出必要的人行通道),底架下設置風、手制動裝置,故高壓水管只能在側梁處布置。為滿足并排3根高壓水管在側梁的布置,選用300槽鋼作為側梁,側梁槽口朝外,在側梁頂車位加裝頂車筋板。為滿足水箱將力合理傳遞給底架,擬采用兩個雙腹板大橫梁和一小槽鋼作為水箱的支撐梁(圖1中件號6、7、8),同理采用雙腹板大橫梁(圖1中件號10)和二位端枕梁來承載發(fā)電機組。為了滿足車輛停車的要求,在底架一位端地板上設置手制動裝置(圖1中件號1)。為保證作業(yè)人員安全,地板下設置冷彎槽鋼小橫梁(圖1中件號5和11)。

2.2 風制動方案設計

圖1 底架方案圖

根據(jù)設計任務書要求,清潔車編組兩輛,作業(yè)速度僅3—5 km/h,回送速度為80 km/h,載重為25 t。風制動擬采用254×254旋壓密封式制動缸,120制動機,50 dm3副風缸,17 dm3加速緩解風缸,ST2-250閘瓦間隙自動調整器。由于載重輕,本車不設置空重車調整裝置和脫軌自動制動裝置。風制動設計方案如圖2所示。

圖2 底架方案圖

2.3 轉向架方案設計

根據(jù)設計任務書要求及配件采購難易程度及供貨周期,擬選用K2轉向架。

3 車輛設計參數(shù)確定

3.1 轉向架參數(shù)確定

車輛整備質量29.25 t,載重25 t,當整車落成后,通過計算外圓彈簧被壓縮15.2 mm,距內(nèi)圓彈簧22-15.2=6.8 mm(轉K2彈簧參數(shù)如表1);當裝載25 t,內(nèi)圓彈簧被壓縮。車輛在運行中作業(yè),由于清潔水的使用,車輛載重慢慢減輕,當水箱清潔水剩余8 t時,外圓彈簧被壓縮22 mm,搖枕剛剛接觸到內(nèi)圓彈簧,由于車輛運行中的振動,此時搖枕由于剛度突變,受力極為惡劣。為了改善車輛作業(yè)平穩(wěn)性,將K2轉向架全部內(nèi)圓彈簧和中間的外圓彈簧取出,并在中間的外圓彈簧處焊接彈簧擋圈。通過計算此方案滿足車輛作業(yè)要求。

表1 轉K2彈簧參數(shù)

3.2 中梁參數(shù)確定

轉向架方案確定后,根據(jù)設計任務書要求,地板面高為1 200 mm,轉向架心盤自由高710 mm,選用560工字鋼必須抽魚腹,才能滿足任務書要求。整車(車體自重+整備質量)落成后轉向架心盤高675 mm,則轉向架下心盤到地板面高度為525 mm,轉向架下心盤到地板面之間有:心盤磨耗盤(厚度為7±0.2 mm),上心盤(厚度70+20mm),心盤墊板(厚度 12 mm),中梁(魚腹高度待定),地板(厚度為6 mm)。則枕梁處中梁的高度為525-7-70-12-6=430 mm,則中梁須抽掉的高度為560-430=130 mm。

3.3 全車制動倍率的確定

根據(jù)《鐵路技術管理規(guī)程》203條最高速度90 km/h的貨物列車制動距離為800 m,在保證空車制動時不滑行,重車最高運行速度在800 m內(nèi)能停車,沒有空重車調整裝置的前提下通過反復計算,全車制動倍率定為5.6。

4 參數(shù)校核

4.1 車體強度、剛度計算

參照TB/T 1335—1996《鐵道車輛強度設計及其試驗鑒定規(guī)范》對2號平車進行了靜強度和剛度評定,分析結果如下:

(1)剛度分析

在垂直靜載荷作用下,中梁最大位移1.95 mm,側梁最大位移1.91 mm,車輛定距12 600 mm,1.95/12 600遠小于TB/T 1335—1996要求的1/700,車體具有較大的剛度儲備。

(2)強度

根據(jù)TB/T 1335—1996要求,按最不利工況合成,給出了如下組合工況的最大應力值和部位(以下給出的均為當量應力—Von Mises應力),應力單位為兆帕。所得應力結果如表2所示。在各載荷工況和合成工況作用下,該車在各組合工況所有部位應力均不超出該部位所選材料的許用應力值。

(3)分析結果

該車車體在TB/T 1335—1996規(guī)定的各工況下的等效應力均小于相應工況下的許用應力值。車體結構的垂向彎曲剛度滿足要求。車體靜強度及剛度計算合格,該車體強度及剛度符合要求。

4.2 制動能力計算

根據(jù)TB/T 1407—1998《列車牽引計算規(guī)程》,計算結果表明:機車牽引質量為112 t時,隧道清洗車在重車和空車工況下,80 km/h速度緊急制動時,緊急制動距離分別為518.55 m和285.27 m,都小于800 m,空車黏著利用率為80.28%,不產(chǎn)生滑行。分段制動距離計算如表3所示。

4.3 車輛曲線通過能力校核

由于車輛定距比較大,2號平車選用材質為ZG230—450的沖擊座,其里口寬度350 mm,外口寬度360 mm。選用13B上作用車鉤及配套的13B鉤尾框,ST緩沖器;車體長度(鉤舌面內(nèi)側距)18 430 mm,定距12 600 mm。根據(jù)TB/T 1335—1996對車輛曲線通過能力進行校核。半徑為140 m曲線通過能力校核通過計算結果如表4所示。

4.4 計算結論

緩沖器完全壓縮時車輛通過反向曲線條件最為惡劣;車輛正常狀態(tài)下(緩沖器未壓縮及拉伸狀態(tài)下或最大拉伸狀態(tài)下)能通過半徑為140 m的定圓曲線和圓曲線與直線及反向3種類型的曲線,當隧道清洗車在緩沖器處于最大壓縮位狀態(tài)下通過反向曲線時車鉤鉤身與沖擊座外口側壁干涉,建議車輛通過“S”型曲線時提前限速后,勻速狀態(tài)通過。

表2 靜強度應力計算結果

表3 有效制動距離分段計算表

表4 沖擊座與車鉤相對位置計算結果 mm

5 結束語

2號隧道清潔車車體鋼結構設計主要尺寸參數(shù)的制定,充分考慮了用戶的要求及車輛應用中所遇到的實際情況,在各方面性能都能滿足用戶需求的前提下進行了優(yōu)化,降低了車輛制造成本。

[1]嚴雋耄.車輛工程[M].北京:中國鐵道車版社,2008.

[2]濟南軌道交通裝備有限責任公司.隧道清潔車(TCV)平車車輛設計任務書[R].2010.

[3]濟南軌道交通裝備有限責任公司.隧道清潔2號車車體靜強度剛度有限元分析報告[R].2010.

[4]濟南軌道交通裝備有限責任公司.隧道清潔2號車制動計算報告[R].2010.

[5]濟南軌道交通裝備有限責任公司.隧道清潔2號車曲線通過能力校核報告[R].2010.

[6]邵旦華.車輛設計參考手冊-制動裝置[M].北京:中國鐵道出版社,1990.

[7]程建民,等.車輛設計參考手冊-車輛總體及車體[M].北京:中國鐵道出版社,1988.