550T公鐵兩用牽引車前導(dǎo)向裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

姜青霞 安赟 蓋曉東 王泓幃

1.中車四方車輛有限公司 山東青島 266000

2.哈爾濱理工大學(xué) 黑龍江哈爾濱 150000

公鐵兩用牽引車是指既能在公路上行使，又能在鐵路上運(yùn)行的特種車。主要承擔(dān)軌道車輛在鐵路的牽引、搶修、施工、檢修和救援等任務(wù)。公鐵兩用牽引車應(yīng)快速方便完成車輛運(yùn)行方式轉(zhuǎn)換，即要迅速方便地進(jìn)行膠輪和鋼輪轉(zhuǎn)換[1]。該前導(dǎo)向裝置是在550T叉車底盤基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)，是公鐵兩用牽引車在鐵路作業(yè)時(shí)的保障，使公鐵車牽引車能自動(dòng)沿鐵路鋼軌通過(guò)鐵路曲線及道岔。導(dǎo)向裝置包括前導(dǎo)向裝置和后導(dǎo)向裝置，本文主要介紹前導(dǎo)向裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[2-4]。

1 使用條件和技術(shù)參數(shù)

1.1使用條件

環(huán)境溫度-10℃-45℃

平均相對(duì)濕度 ≤90%

軌距1435mm

最大坡道1‰

1.2導(dǎo)向裝置設(shè)計(jì)參數(shù)

前后導(dǎo)向鋼輪輪徑220mm

公路模式下導(dǎo)向輪離地距離≥230mm

前導(dǎo)向軸重2.8T

2 前導(dǎo)向裝置性能

2.1鐵路狀態(tài)下，前導(dǎo)向裝置可將鋼輪與車體安全可靠連接在一起，實(shí)現(xiàn)牽引車能在鐵路上行駛；

2.2前導(dǎo)向裝置要能夠傳遞和承載車體至輪對(duì)之間，以及鋼軌至車體之間的各種載荷和作用力，且還要合理分配軸重；

2.3前導(dǎo)向裝置要便于安裝減震裝置，并有足夠的強(qiáng)度和剛度，用于保證減震裝置能發(fā)揮其減振特性，緩和公鐵兩用牽引車公路與鐵路之間轉(zhuǎn)換過(guò)程中，減少其振動(dòng)和沖擊，提高公鐵兩用牽引車運(yùn)行時(shí)的平穩(wěn)性和安全性；

2.4鋼輪踏面應(yīng)符合鐵路標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的車輪踏面形狀；

2.5導(dǎo)向裝置能自動(dòng)升降，可順利進(jìn)行鐵輪和膠輪轉(zhuǎn)換。

3 前導(dǎo)向裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

前導(dǎo)向裝置主要由升降裝置、鐵路走行裝置、隨動(dòng)裝置。

3.1升降裝置

升降裝置由液壓缸、彈簧、彈簧座等組成，用于牽引車膠輪和鋼輪的轉(zhuǎn)換；隨動(dòng)裝置由彈簧、滑塊等保障車輛安全運(yùn)行的必要機(jī)構(gòu)。

此結(jié)構(gòu)有兩個(gè)液壓缸，其輸出力作用在導(dǎo)向框架，作用力與支撐中心在同一軸線上，要求液壓缸速度變化緩慢，根據(jù)對(duì)公鐵兩用牽引車鐵路和公路狀態(tài)時(shí)前導(dǎo)向裝置受力分析得，單個(gè)前導(dǎo)向框架當(dāng)施加力約為20KN，按照推力的大小和裝置特點(diǎn)確定壓力等級(jí)為16MPa。選缸徑63mm，桿徑為45mm，安裝距為365mm，行程為147mm，根據(jù)所需壓力、工作環(huán)境選取標(biāo)準(zhǔn)系列HSG工程用液壓缸[5]。

彈簧結(jié)構(gòu)采用圓柱螺旋壓縮彈簧結(jié)構(gòu)形式，彈簧中徑80mm、彈簧材料60Si2Mn、彈簧材料直徑20mm、彈簧的有效圈數(shù)8，自由高度280mm，工作高度270mm。

彈簧座分上彈簧座和下彈簧座，材料用45鋼。

3.2鐵路走行裝置

鐵路走行裝置是引導(dǎo)車輛沿軌道運(yùn)行，并將牽引車輛全部重量傳給鋼軌，保證牽引車輛以最小的阻力在軌道上運(yùn)行，且順利地通過(guò)曲線。主要由鋼輪、端蓋、車軸等組成（圖1）。

鋼輪直徑為220mm，材料采用CL60；端蓋分端蓋I和端蓋II，材料采用Q235A；車軸為端軸與中間軸焊接結(jié)構(gòu)，端軸材料為45#鋼，中間軸材料為鋼管83＊14-45。

3.3隨動(dòng)裝置

隨動(dòng)裝置主要包含導(dǎo)向框架、液壓缸座組成、彈簧座組成等，焊接框架由材質(zhì)為Q345C厚為20mm鋼板與套筒焊接而成；液壓缸座組成由材質(zhì)為Q345C厚度分別是22mm、20mm、16mm鋼板焊接而成；彈簧座組成由材質(zhì)為為Q345C厚度分別是20mm、16mm、10mm鋼板焊接而成，它們通過(guò)銷軸和車體框架連接，是保障車輛安全運(yùn)行的必要機(jī)構(gòu)（圖1）。

4 設(shè)計(jì)驗(yàn)證

采用CATIA軟件建立鐵路前走行裝置建立了三維模型，通過(guò)ANSYS對(duì)其進(jìn)行了網(wǎng)格劃分，形成了鐵路前走行裝置有限元網(wǎng)格離散模型（圖2），根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《TB/T2637-2008鐵道客車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架、搖枕及搖動(dòng)臺(tái)》、《GB/T699-2015優(yōu)質(zhì)碳素鋼》，和《GB/T1591-2008低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》的要求，經(jīng)HYPERMESH有限元分析，得出各部位應(yīng)力云圖，其中最大應(yīng)力值為270Mpa，在套筒內(nèi)端部外側(cè)（圖2），安全系數(shù)為1.28，其滿足靜強(qiáng)度要求（圖3）

圖2

圖3

5 結(jié)語(yǔ)

本文提供了在550T叉車底盤基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)迅速方便地進(jìn)行膠輪和鋼輪轉(zhuǎn)換的前導(dǎo)向裝置結(jié)構(gòu)，該前導(dǎo)向裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理，安全可靠性好，為今后公鐵兩用牽引車前導(dǎo)向裝置的設(shè)計(jì)、研究和車輛輕量化等方面提供一定的實(shí)踐依據(jù)。