液力傳動(dòng)城軌調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)平臺(tái)化研究

李連凱 蔡小波 錢(qián)紀(jì)富

(中車(chē)資陽(yáng)機(jī)車(chē)有限公司 四川 資陽(yáng) 641300)

城市軌道交通的迅猛發(fā)展，急需各類(lèi)配套設(shè)備的供應(yīng)[1]，作為軌道車(chē)輛救援、作業(yè)必不可少的城軌調(diào)車(chē)，也迎來(lái)了快速發(fā)展的機(jī)遇。為了快速響應(yīng)市場(chǎng)需求，減少產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)復(fù)雜性[2]，滿(mǎn)足用戶(hù)個(gè)性化要求，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，迫切需要設(shè)計(jì)一種普遍適用的平臺(tái)化城軌調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)。

1 市場(chǎng)需求

各地鐵用戶(hù)對(duì)于地鐵調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)在限界、功率、油箱及其他部件均有著不同的要求。本文收集分析了國(guó)內(nèi)地鐵調(diào)車(chē)市場(chǎng)3年以來(lái)30條地鐵線(xiàn)路調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)的技術(shù)需求及主要參數(shù)，其中部分線(xiàn)路需求如表1所示。統(tǒng)計(jì)分析市場(chǎng)用戶(hù)需求，歸納總結(jié)出覆蓋城軌調(diào)車(chē)用戶(hù)的大部分共性需求如表2所示。

2 平臺(tái)構(gòu)建

2.1 平臺(tái)參數(shù)與配置

平臺(tái)的參數(shù)設(shè)置如下：軌距為1435 mm；最高運(yùn)行速度為80 km/h或100 km/h；柴油機(jī)功率為336 kW～470 kW；新輪輪徑為840 mm；轉(zhuǎn)向架中心距為6 590 mm；車(chē)鉤中心距為14 230 mm；通過(guò)最小曲線(xiàn)半徑為70 m；油箱容量為1 100 L；軸重為13 t或14 t；整備總重為52 t或54 t；供電機(jī)組為8 kW～40 kW；限界滿(mǎn)足GB 50157和CJJ 96標(biāo)準(zhǔn)要求。

平臺(tái)主要形成了8種系列和46種可選配置如圖1及表3所示，可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選配。

表2 城軌調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)市場(chǎng)需求占比分析

圖1 平臺(tái)8種不同系列

表3 平臺(tái)主要可選配置表

2.2 平臺(tái)方案

平臺(tái)機(jī)車(chē)上部從左往右依次是I端司機(jī)室、輔助動(dòng)力室、動(dòng)力室和II端司機(jī)室。車(chē)下為2臺(tái)完全相同的轉(zhuǎn)向架，懸掛有燃油箱，燃油箱兩側(cè)內(nèi)部布置有蓄電池安裝箱(見(jiàn)圖2)。機(jī)車(chē)主要由車(chē)體、轉(zhuǎn)向架、動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、輔助動(dòng)力系統(tǒng)及制動(dòng)系統(tǒng)組成，具備重聯(lián)功能，配置高清攝像系統(tǒng)。供電機(jī)組主要為所牽引軌道作業(yè)車(chē)(如平板車(chē)、接觸網(wǎng)檢測(cè)車(chē)、軌道檢測(cè)車(chē)等)供電，功率大小可根據(jù)所需調(diào)整。

1—操縱臺(tái)；2—座椅；3—空調(diào)；4—交流電源柜；5—工具箱；6—供電機(jī)組；7—冷卻裝置；8—靜液壓油箱；9—膨脹水箱；10—空壓機(jī)；11—?jiǎng)恿ο到y(tǒng)；12—燃油箱；13—轉(zhuǎn)向架；14—總風(fēng)缸；15—車(chē)鉤。圖2 城軌平臺(tái)調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)布置示意圖

3 平臺(tái)結(jié)構(gòu)

3.1 平臺(tái)機(jī)車(chē)輪廓

目前城軌采用的限界標(biāo)準(zhǔn)主要有CJJ 96—2003《地鐵限界標(biāo)準(zhǔn)》和GB 50157—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》。根據(jù)車(chē)型和受電方式，在以上標(biāo)準(zhǔn)中細(xì)分有A型限界、B1型限界和B2型限界。以GB 50157為例，其中詳細(xì)分為了隧道內(nèi)/隧道外、區(qū)間/過(guò)站/停站等(見(jiàn)圖3)。面對(duì)復(fù)雜的限界條件，設(shè)計(jì)的平臺(tái)機(jī)車(chē)輪廓能滿(mǎn)足各種不同限界需求是平臺(tái)的關(guān)鍵。

該平臺(tái)以?xún)煞N標(biāo)準(zhǔn)中所有車(chē)輛限界交集為計(jì)算依據(jù)，根據(jù)平臺(tái)規(guī)劃中規(guī)定的各類(lèi)參數(shù)，通過(guò)CJJ 96—2003《地鐵限界標(biāo)準(zhǔn)》中的動(dòng)態(tài)限界計(jì)算方法逆向計(jì)算并對(duì)局部進(jìn)行反復(fù)調(diào)整得出最終平臺(tái)機(jī)車(chē)設(shè)計(jì)輪廓(見(jiàn)圖4)，該輪廓作為平臺(tái)機(jī)車(chē)設(shè)計(jì)時(shí)的輪廓依據(jù)。經(jīng)校核計(jì)算，該機(jī)車(chē)輪廓的動(dòng)態(tài)包絡(luò)線(xiàn)滿(mǎn)足上述2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中的各項(xiàng)車(chē)輛限界要求。

圖3 GB 50157—2013的限界要求

圖4 滿(mǎn)足所有限界的靜態(tài)輪廓圖

3.2 動(dòng)力系統(tǒng)

動(dòng)力系統(tǒng)為機(jī)車(chē)行車(chē)的動(dòng)力來(lái)源，主要包括柴油機(jī)和液力傳動(dòng)箱，柴油機(jī)功率范圍336 kW～470 kW。不同功率動(dòng)力系統(tǒng)本身尺寸和安裝座不盡相同，因此兼容性集成安裝設(shè)計(jì)是平臺(tái)研究的重點(diǎn)及難點(diǎn)。為保證不同功率等級(jí)動(dòng)力系統(tǒng)的互換性安裝，同時(shí)不影響機(jī)車(chē)整體布局及車(chē)架結(jié)構(gòu)，對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)安裝架進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)。圖5車(chē)架中部深色部分為動(dòng)力系統(tǒng)安裝模塊，不同動(dòng)力單元的安裝模塊其外部接口尺寸完全相同。根據(jù)動(dòng)力系統(tǒng)的需要，選擇對(duì)應(yīng)的安裝模塊結(jié)構(gòu)即可滿(mǎn)足不同動(dòng)力系統(tǒng)的安裝要求。

圖5 動(dòng)力系統(tǒng)安裝模塊

3.3 供電機(jī)組

供電機(jī)組主要為空調(diào)和牽引的工程車(chē)輛供電，與主柴油機(jī)共用燃油箱。預(yù)留供電機(jī)組安裝空間為1 800 mm×1 400 mm×2 000 mm，該空間滿(mǎn)足8 kW～40 kW不同排放等級(jí)的供電機(jī)組安裝需求。發(fā)電機(jī)組通過(guò)安裝架安裝到車(chē)架上，該安裝架與車(chē)架的接口統(tǒng)一，可根據(jù)用戶(hù)需求配置相應(yīng)功率、排放等級(jí)的供電機(jī)組。

3.4 轉(zhuǎn)向架

轉(zhuǎn)向架主要由構(gòu)架、車(chē)軸齒輪箱、輪對(duì)及單元制動(dòng)器組成，在平臺(tái)研究過(guò)程中主要考慮不同速度及不同制動(dòng)要求的適應(yīng)性(見(jiàn)圖6)。

圖6 通用化轉(zhuǎn)向架

平臺(tái)設(shè)定機(jī)車(chē)最高運(yùn)行速度為80 km/h和100 km/h，為減少模具投入同時(shí)適應(yīng)機(jī)車(chē)最高運(yùn)行速度的變化，保證一級(jí)車(chē)軸齒輪箱和二級(jí)車(chē)軸齒輪箱箱體不變，通過(guò)調(diào)整螺旋齒輪和圓柱直齒的傳動(dòng)比來(lái)調(diào)整機(jī)車(chē)最高運(yùn)行速度，如表4所示。

表4 不同機(jī)車(chē)運(yùn)行速度的車(chē)軸齒輪箱傳動(dòng)比

平臺(tái)轉(zhuǎn)向架規(guī)劃有帶駐停的單元制動(dòng)器和不帶駐停的單元制動(dòng)器，兩種單元制動(dòng)器外部接口尺寸一致，隨著用戶(hù)對(duì)坡停坡起要求的提高，可調(diào)整帶駐停單元制動(dòng)器的數(shù)量以滿(mǎn)足不同坡停要求。

該轉(zhuǎn)向架不僅應(yīng)用于城軌調(diào)車(chē)，也應(yīng)用于其他城軌工程車(chē)輛。

3.5 操作臺(tái)

機(jī)車(chē)設(shè)雙操縱臺(tái)，操縱臺(tái)的設(shè)計(jì)滿(mǎn)足人體工學(xué)原理，方便司機(jī)的控制操作?？刂婆_(tái)裝有風(fēng)壓表、顯示屏及司機(jī)控制器和各控制按鈕、控制開(kāi)關(guān)等。

操縱臺(tái)由面板及骨架構(gòu)成，骨架保持不變，面板上的功能模塊可根據(jù)用戶(hù)用車(chē)習(xí)慣及要求進(jìn)行調(diào)整。顯示功能模塊主要安裝于面板前方斜面上，便于觀察，控制功能模塊安裝于下平面，面板模塊化設(shè)計(jì)，通過(guò)修改相應(yīng)的功能模塊安裝板或調(diào)整其相互位置來(lái)實(shí)現(xiàn)用戶(hù)個(gè)性化的需求，如左手司控器或右手司控器。骨架中部集中安裝相關(guān)功能部件及對(duì)外接口部件，盡量靠近外側(cè)方便施工及維護(hù)。整個(gè)操縱臺(tái)對(duì)外接口冗余度為16%，空間冗余度約為10%，操縱臺(tái)具有良好的可擴(kuò)展性及可維護(hù)性。

3.6 排氣系統(tǒng)

排氣系統(tǒng)主要由波紋管、管路、消聲器組成，排氣系統(tǒng)管路及消音器均作隔熱包扎處理并增加醒目高溫警示標(biāo)識(shí)。

根據(jù)用戶(hù)地鐵線(xiàn)路的電客車(chē)受電情況不同以及線(xiàn)路設(shè)備布置情況的不同，用戶(hù)對(duì)調(diào)車(chē)的排氣要求也有所不同。在平臺(tái)設(shè)計(jì)中同時(shí)考慮車(chē)上排氣及車(chē)下排氣的方案，以兼顧用戶(hù)的不同需求。

4 結(jié)論

液力傳動(dòng)城軌調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)平臺(tái)的搭建，形成了8個(gè)系列46種機(jī)車(chē)配置， 成功囊括了市場(chǎng)90%以上的用戶(hù)需求。同時(shí)，平臺(tái)內(nèi)部大量采用模塊化、系列化及通用化的設(shè)計(jì)，有利于縮短設(shè)計(jì)周期、提高設(shè)計(jì)質(zhì)量、更加快速地響應(yīng)市場(chǎng)需求。截至目前，該平臺(tái)已累計(jì)售出調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)近30臺(tái)，覆蓋了全國(guó)多個(gè)城市的地鐵線(xiàn)路。