三模塊有軌電車調運及工裝結構方案研究

焦祎軍，李亞學，于建方，周 浩，汪康康

（1.蘇州中車軌道交通車輛有限公司，江蘇蘇州 215163；2.中鐵特貨大件運輸有限責任公司，北京 100070）

0 引言

有軌電車作為中低運量軌道交通和大運量地面公交系統(tǒng)，已經成為城市公交結構中的重要組成部分。目前，國內有?22?個城市或地區(qū)正在建設有軌電車，共計?39?條線路，總里程達?620.55??km，形成了從有軌電車規(guī)劃、建設、裝備到運營全產業(yè)鏈的巨大的市場需求。與此同時，許多建設有軌電車的城市遠離有軌電車生產廠，有軌電車的長途物流成為各有軌電車生產廠面臨的問題。

三模塊有軌電車的特殊結構，使得其縱向車廂連接的折角不能大于?3°（圖?1）。在整個車輛調運過程中，只能水平方向進行推移牽引，無法整體吊裝。因此，如何從底部加強有軌電車的整體結構強度，使其成為一個穩(wěn)定的整體，具備整體吊運的條件；如何在運輸過程中采取有效的防護措施，避免自身車體和轉向架之間因為相對位移而對轉向架產生沖擊傷害，實現(xiàn)用“公轉鐵”方案向邊遠地區(qū)交付三模塊有軌電車，是本文研究的主要課題。

1 調運及工裝結構方案

1.1 運輸方案

交付西南某地的有軌電車為三模塊化結構，車輛總長度?21??430??mm，寬度?2??650??mm，高度?3??600??mm，運輸重量?32.6??t，轉向架中心距?11??230??mm，軸距?1??850??mm，車輪直徑（新）φ620??mm，標準軌距1??435??mm（圖?2）。

鐵路運輸車輛選擇使用?D22A?型鐵地板平車，該車標記載重?120??t，承載面有效長?25??m，承載面有效寬?3??m（圖?3），可以滿足三模塊有軌電車的尺寸要求。

根據廠內裝車條件、三模塊有軌電車運輸相關要求以及鐵路運輸特點，采用“公轉鐵”運輸方案，“公轉鐵”的流程如下：廠內裝汽車→汽車短駁至火車站→裝火車→鐵路長途運輸至目的地火車站→卸火車→汽車短駁至有軌電車車輛段。

圖1 有軌電車 3°最大折角示意圖

圖2 三模塊有軌電車編組示意圖

圖3 D22A 型鐵地板平車

1.2 吊運工裝及架車工裝方案

1.2.1 吊運及工裝結構方案

三模塊有軌電車整車吊運工裝結構主要由水平支架結構和垂直起吊支架結構組成，水平支架結構包括過渡支架?1、過渡支架?2?和承載支架。水平支架結構見圖?4，垂直起吊支架結構見圖?5、圖?6。

圖4 水平支架結構示意圖

圖5 垂直起吊支架結構示意圖

圖6 起吊時側面圖

三模塊有軌電車整車吊運過程如下。

（1）通過過渡支架?1?和過渡支架?2，將有軌電車平緩推移到與車間軌道平齊的承載支架上。承載支架既是三模塊有軌電車的走行軌道，也是吊裝過程中三模塊有軌電車的承重平臺，它使三模塊有軌電車的底部成為一個穩(wěn)定的整體。

（2）三模塊有軌電車就位后，為每個車輪安裝?2?個止輪器，止輪器安裝及固定見圖?7。通過有軌電車架車孔拉牽φ14??mm?雙股鋼絲繩與承載支架固定，同時拆除過渡支架?1、過渡支架?2。

圖7 止輪器安裝和固定

（3）在靠近承載支架兩端對應三模塊有軌電車的轉向架位置，安裝?2?組垂直起吊支架，將承載支架連同三模塊有軌電車一起吊裝到運輸車輛上（圖?5、圖?6）。垂直起吊支架與承載支架以及垂直起吊支架各部件間全部采用銷接結構，便于拆卸和安裝。起吊時使用?2?臺50??t?或以上吊車分別吊住前后?2?套垂直起吊支架起吊。

1.2.2 架車結構方案

三模塊有軌電車在運輸車輛上就位后，拆除φ14??mm鋼絲繩加固，在三模塊有軌電車兩側架車方孔位置分別安裝?8?個可調節(jié)式架車立柱（圖?8）共同承載?24??t?的三模塊有軌電車車體（轉向架除外）。架車立柱高度調節(jié)到剛好使車體和轉向架脫離，以防止在運輸過程中由于二者間的相對位移而產生沖擊，造成轉向架的結構破壞（架車立柱采用100??mm×100??mm?方鋼制作）。將架車立柱上的連接方鋼（60??mm×90??mm）逐一插入架車方孔（70??mm×90??mm），并利用壓板上吊耳拉牽φ14??mm鋼絲繩綁扎在運輸車輛的車板上。連接方鋼與架車方孔的間隙采用薄鋼板墊平，再利用壓板、螺栓固定在架車方孔上。

2 吊運及架車工裝結構計算分析

對于在吊運和架車過程中可能存在的風險環(huán)節(jié)進行結構計算分析。經分析，吊運和架車過程中可能存在2?個風險環(huán)節(jié)：①當三模塊有軌電車前部第?1?組輪對通過斜坡（圖?4?綠色部位）壓過左起第?1?組支撐腿時，水平支架最后端（最右端）可能有翹起；②三模塊有軌電車運輸過程中，重量約?24??t?的車體（不含轉向架）會對圖?8?所示可調節(jié)式架車立柱產生扭力?；诖?，本文僅對水平支架和架車立柱進行結構計算分析。

圖8 架車（立柱）結構示意圖

2.1 水平支架結構計算分析

水平支架結構采用?16?號槽鋼及?14?號方鋼等型鋼拼焊，將?16?號槽鋼進行?R13?的倒角，以盡量模擬?50??kg/m?鋼軌軌道，并可作為三模塊有軌電車走行軌道（圖??9）。

圖9 16號槽鋼倒角模擬 50 kg/m 鋼軌

圖?10?給出了水平支架結構計算圖示，圖中?F1=40.425??kN、F2?=?40.425??kN?為三模塊有軌電車的車輪輪載。根據圖?10?計算圖示，計算后得到的水平支架結構應力云圖見圖?11，水平支架結構變形云圖見圖?12。

圖10 有軌電車輪對荷載

圖11 水平支架結構應力云圖（單位：MPa）

圖12 水平支架結構變形云圖（單位：mm）

由圖?11?可以看出，水平支架結構最大應力發(fā)生在過渡支架?1?和過渡支架?2?的聯(lián)接部位，最大內應力43.8??MPa，遠小于材料的許用應力?160??MPa。

由圖?12?可以看出，水平支架結構最大變形約4.2??mm，會造成水平支架最遠端（最右端）翹起，可能影響水平支架結構的穩(wěn)定性。為保證水平支架結構的穩(wěn)定性，在水平支架遠端（右側）放置?50??kg（490??N）的配重以保持平衡（圖?13），并且重新進行結構計算，計算結果見圖?14、圖?15。由圖?14、圖?15?可見，在增加平衡配重后，水平支架變形僅?0.45??mm，且變形更加均勻，不會對水平支架的穩(wěn)定性造成影響。此時，雖然有軌電車輪對處應力有所增加（約?48.8??MPa），但仍小于材料的許用應力?160??MPa。

圖13 水平支架結構平衡配重

圖14 水平支架結構左側平衡配重后應力云圖（單位：MPa）

圖15 水平支架結構左側平衡配重后變形云圖（單位：mm）

2.2 架車立柱計算分析

無論是汽車還是鐵路運輸途中，都要防護三模塊有軌電車的轉向架免受?3?個方向的沖擊力，尤其是要防護三模塊有軌電車車體和轉向架之間的相對位移帶來的沖擊。三模塊有軌電車車體（除轉向架）由?8?個架車立柱支撐，總重量約?24??t，運輸中考慮?2?倍安全系數(shù)，每個架車立柱受力約?58??800??N，架車立柱與受力點距離按?75??mm?計算，每個架車立柱受彎矩?4.4×106N?·?mm。結構計算得到的架車立柱內應力云圖和變形云圖見圖?16、圖?17。從圖?16、圖?17?中可以看出，運輸中架車立柱最大的應力是?38??MPa，依然小于?160??MPa?的材料許用應力；最大變形是?0.15??mm，小于?0.5??mm，不會發(fā)生危及運輸安全的問題。

圖16 架車立柱應力云圖（單位：MPa）

圖17 架車立柱變形云圖（單位：mm）

3 結束語

經過分析測算，本文研究的有軌電車調運及工裝結構方案可以滿足三模塊有軌電車整體吊運的要求。整套方案簡便、省時省力，為有軌電車選擇更為安全、經濟、環(huán)保的“公轉鐵”物流方案，提供了一條有效的路徑。