整車稱重式固定架車機(jī)設(shè)計(jì)與仿真研究

趙小磊，蘇忠侃，張錦標(biāo)

（中車青島四方車輛研究所有限公司智能裝備事業(yè)部，山東青島 266031）

0 引言

固定架車機(jī)用于地鐵列車轉(zhuǎn)向架及車下零部件的拆裝等架修作業(yè)，整車稱重設(shè)備用于對組裝完成后車輛按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行稱重檢測。目前國內(nèi)外車輛的架修與稱重檢測都在不同工位，每次車輛稱重完成后都需要通過牽引車輛牽引至架車工位進(jìn)行架車維修。維修完成后需要再次牽引車輛到稱重工位進(jìn)行復(fù)核稱重，工作流程繁瑣復(fù)雜。兩種設(shè)備分別各自占用作業(yè)股道空間，給車輛檢修作業(yè)帶來不便，投資建設(shè)費(fèi)用也較高。

將車輛稱重設(shè)備與固定架車機(jī)組功能進(jìn)行融合，在同一個工位可完成車輛的軸重、整車重、轉(zhuǎn)向架重、整車重心平面坐標(biāo)測量以及車輛的架修作業(yè)，既節(jié)約車輛段建設(shè)用地，又提高了檢修效率。該設(shè)備可設(shè)置于檢修基地臨修及大架修作業(yè)較多的場合，為車輛段工藝檢修提供一種新的選擇方式。

1 設(shè)備結(jié)構(gòu)

設(shè)計(jì)一種適用于B 型地鐵列車的整車稱重式固定架車機(jī)設(shè)備，由轉(zhuǎn)向架（車輛）架升系統(tǒng)、車體架升系統(tǒng)、稱重系統(tǒng)等組成。架車機(jī)架升系統(tǒng)為成熟結(jié)構(gòu)，本文主要對稱重式固定架車機(jī)設(shè)備稱重部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對關(guān)鍵部件進(jìn)行有限元分析。稱重式固定架車機(jī)布置如圖1 所示，設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖1 稱重式固定架車機(jī)布置圖（單節(jié)，2 個坑位）

轉(zhuǎn)向架（車輛）架升系統(tǒng)主要由轉(zhuǎn)向架舉升柱、舉升梁、舉升絲杠、導(dǎo)向箱等組成，實(shí)現(xiàn)對車輛（轉(zhuǎn)向架）的升降。車體架升系統(tǒng)主要由車體舉升柱、托頭組成、減速機(jī)、絲杠螺母、導(dǎo)向箱等組成，實(shí)現(xiàn)對電客車車體的支撐。

圖2 設(shè)備結(jié)構(gòu)

稱重系統(tǒng)部分采用8 根稱重梁（4 根/坑位），稱重作業(yè)時每根稱重梁對應(yīng)電客車的一個車輪。為確保稱重梁安裝的穩(wěn)定性，將4 個稱重傳感器布置在稱重梁底部4 角位置，在稱重梁兩端設(shè)置防傾覆裝置，確保電客車通過時稱重梁不發(fā)生側(cè)翻。稱重梁滿足架車機(jī)舉升梁空間要求及車輛到位結(jié)構(gòu)安裝需求，從而既能具備稱重測量功能又具備車輛到位檢測功能；稱重底座平臺作為稱重傳感器安裝座，同時提供轉(zhuǎn)向架跟隨蓋板的安裝位置，確保轉(zhuǎn)向架（車輛）架升系統(tǒng)升起后，跟隨蓋板在氣彈簧作用下自動升起填補(bǔ)空隙；端部承載立柱和中間承載立柱作為稱重系統(tǒng)的承載部件，電客車稱重作業(yè)和通過設(shè)備時，載荷通過承載立柱傳遞到土建基礎(chǔ)。轉(zhuǎn)向架（車輛）架升系統(tǒng)、車體架升系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3 所示，稱重系統(tǒng)與舉升梁、跟隨蓋板等結(jié)構(gòu)關(guān)系如圖4 所示。

2 稱重系統(tǒng)關(guān)鍵部件仿真

稱重系統(tǒng)各部分結(jié)構(gòu)需要具備足夠的強(qiáng)度和剛度，才能保證整個測量系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。對稱重梁、中間承載立柱、端部承載立柱等關(guān)鍵部件進(jìn)行有限元仿真分析。本文以地鐵B型車為例，B 型電客車單節(jié)車重量≤400 kN。計(jì)算時參照《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》，工作狀態(tài)下結(jié)構(gòu)強(qiáng)度安全系數(shù)n=1.34，稱重梁采用可鍛鑄鐵，材料需用應(yīng)力[σ1]=275/1.34=205 MPa；中間承載立柱和端部承載立柱采用Q345B 板材焊接而成，故材料許用應(yīng)力[σ2]=345/1.34=257 MPa?？紤]偏載等情況，取載荷放大系數(shù)ψ＝1.4。電客車通過時設(shè)備受力示意如圖5 所示。

圖3 轉(zhuǎn)向架（車輛）架升系統(tǒng)、車體架升系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖4 稱重系統(tǒng)與舉升梁、跟隨蓋板等結(jié)構(gòu)關(guān)系

每根稱重梁最大承受重量為車輪產(chǎn)生的壓力F=400/8=50 kN，稱重梁計(jì)算載荷F1=70 kN。當(dāng)車輪處于稱重梁中間部位時，所受彎矩和變形最大。稱重梁最大應(yīng)力σmax=103 MPa＜[σ1]=205 MPa，位移變形量為0.278 mm。稱重梁仿真結(jié)果如圖6 所示。

對于承載立柱，根據(jù)圖5 所示受力關(guān)系，當(dāng)車輪在傳感器正上方位置時，載荷通過稱重梁和稱重傳感器傳遞到承載立柱上，此時立柱受力最大。另一位置車輪處在另一根稱重梁上或在車間軌道上，對于承載立柱取計(jì)算載荷為2F×1.4=140 kN。端部承載立柱最大應(yīng)力σmax=24.6 MPa＜[σ2]=257 MPa，位移變形量為0.067 mm；中部承載立柱最大應(yīng)力σmax=26.4 MPa＜[σ2]=257 MPa，位移變形量為0.1 mm。端部承載立柱仿真結(jié)果如圖7 所示，中部承載立柱仿真結(jié)果如圖8 所示。

圖5 電客車通過時設(shè)備受力示意

圖6 稱重梁仿真結(jié)果

經(jīng)過計(jì)算，關(guān)鍵承載部件均具有足夠的強(qiáng)度和剛度，結(jié)構(gòu)平穩(wěn)，滿足設(shè)計(jì)和使用要求。

圖7 端部承載立柱仿真結(jié)果

圖8 中部承載立柱仿真結(jié)果

3 總結(jié)

通過對稱重系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，將車輛稱重設(shè)備與固定架車機(jī)組功能進(jìn)行結(jié)合，滿足電客車架車和稱重功能的結(jié)構(gòu)需求；對稱重系統(tǒng)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行有限元分析，其強(qiáng)度和剛度能夠保證整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，進(jìn)而保證整個測量系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。通過對適用于B 型地鐵列車的整車稱重式固定架車機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，豐富了架車機(jī)的功能，節(jié)省檢修場地建設(shè)，為車輛段工藝檢修提供一種新的選擇方式。