地鐵車輛二系橫向止檔設(shè)計(jì)規(guī)范指南

匡劍宇，孔媛媛

（中車株洲電力機(jī)車有限公司，湖南 株洲 412000）

0 引言

二系橫向止擋作為彈性元件固定在構(gòu)架上，緩沖車體引起的橫向振動(dòng)，所受的負(fù)荷主要是曲線通過(guò)時(shí)產(chǎn)生的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)力。橫向止擋彈性地限制超出正常自由范圍的橫向變形，并有一個(gè)剛性止檔限制整個(gè)的橫向位移，確保車輛運(yùn)行在動(dòng)態(tài)包絡(luò)線內(nèi)。

1 分析/計(jì)算/設(shè)計(jì)過(guò)程

1.1 負(fù)荷與位移

橫向止檔在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)考慮其最大動(dòng)態(tài)負(fù)荷、橫向位移、最大位移（彈性間隙）。其中最大位移由剛性止檔限制。

1.1.1 最大動(dòng)態(tài)載荷

可以用以下四種方法來(lái)計(jì)算橫向止檔的動(dòng)態(tài)載荷，以中車株機(jī)公司B型地鐵車輛為例，取四種算法中的最大載荷。

（1）按照構(gòu)架強(qiáng)度計(jì)算(UIC 615)

根據(jù) 《UIC 615-4-2003動(dòng)力元件轉(zhuǎn)向架和走行部轉(zhuǎn)向架構(gòu)架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度測(cè)試》[1]

超常載荷的靜強(qiáng)度試驗(yàn)

橫向試驗(yàn)載荷：

其中（mv+c1）/ne nb為超員工況（AW4）下的軸重。

注：nb=轉(zhuǎn)向架數(shù)；ne=每轉(zhuǎn)向架上的輪對(duì)數(shù)；m+（kg）=轉(zhuǎn)向架重量；mv（kg）=整備狀態(tài)下的空車重；c1：取超員載荷；c1：取定員載荷。

主要運(yùn)營(yíng)載荷的靜強(qiáng)度試驗(yàn)

橫向力：

（2）按照構(gòu)架強(qiáng)度計(jì)算(EN 13749)

根據(jù)《DIN EN 13749-2011鐵路設(shè)施轉(zhuǎn)向架構(gòu)架結(jié)構(gòu)要求的規(guī)定方法》[2]

橫向力(施加到每個(gè)軸)：

橫向力(施加到每個(gè)轉(zhuǎn)向架)：

其中（Mv+P1）g/4為超員工況（AW4）下的軸重。

注：Mv：處于工作狀態(tài)下的車輛質(zhì)量；P1:為特殊的設(shè)計(jì)有效載荷（根據(jù)EN 15663）

（3）按照最大軌道超高計(jì)算

車輛靜止停放在軌道，根據(jù)《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50157-2013）》[3]，最大軌道超高為120mm，轉(zhuǎn)向架被抬高0.77°。

轉(zhuǎn)向架受到的橫向力為mg×sin0.77°=18＊2＊9.8＊0.0134=4.7kN(按照18t軸重計(jì)算)。

（4）按照0.5m/s2未平衡加速度計(jì)算

根據(jù)《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50157-2013）》[3]：

在正常情況下，允許未被平衡橫向加速度為0.4 m/s2；

在瞬間情況下，允許短時(shí)出現(xiàn)未被平衡橫向加速度為0.5 m/s2；

轉(zhuǎn)向架受到的橫向力為m車體×0.5 m/s2=(18＊4-2＊9)＊0.5=27kN(按照18t軸重計(jì)算)

1.1.2 最大位移

最大位移指的是橡膠止檔與剛性止檔之間的位移。當(dāng)橡膠止檔與牽引座接觸時(shí)，橡膠止檔會(huì)受沿車輛橫向方向的壓力，為了保證橡膠止檔壓縮至最大行程時(shí)剛性止檔不與牽引座相碰，需要保證橫向止檔沿車輛橫向方向的剛度，即通過(guò)最大位移體現(xiàn)[4]。

以中車株機(jī)公司B型地鐵車輛為例，考慮車輛通過(guò)110m曲線半徑，轉(zhuǎn)向架與車體轉(zhuǎn)角5.8°，剛性止檔與牽引座的間隙由40mm減小至30mm。即橫向止檔的自由間隙至少應(yīng)設(shè)計(jì)為10mm，綜合考慮各因素及放量，自由間隙設(shè)計(jì)為15mm。

橫向止檔的最大位移（彈性間隙）=橫向止檔最大間隙-橫向止檔自由間隙=40mm-15mm=25mm。其中最大間隙40mm是根據(jù)B型地鐵車輛限界參數(shù)而來(lái)。

1.1.3 橫向位移

橫向位移指的是橫向止檔沿車輛運(yùn)行方向的位移。當(dāng)橡膠止檔與牽引座接觸時(shí)，橡膠止檔會(huì)受沿車輛運(yùn)行方向的剪切力，為了保證橡膠止檔不脫落，需要保證橫向止檔沿車輛運(yùn)行方向的剛度，即通過(guò)橫向位移體現(xiàn)。

考慮目前地鐵車輛通過(guò)最小的110m曲線半徑，轉(zhuǎn)向架與車體轉(zhuǎn)角5.8°，橫向止檔沿車輛運(yùn)行方向與牽引座的理論最大位移為29.4mm?？扇≌O(shè)置為30mm。

1.2 自由間隙與彈性間隙

關(guān)于橫向止檔自由間隙與彈性間隙的設(shè)計(jì)原則：

車輛在直道不碰彈性止檔。

車輛過(guò)彎道不碰剛性止檔。

以中車株機(jī)公司B型地鐵車輛為例來(lái)分析最大間隙、自由間隙、彈性間隙的設(shè)計(jì)。

最大間隙

根據(jù)B型地鐵車輛限界參數(shù)，最大間隙取40mm；

自由間隙：

考慮車輛通過(guò)110m曲線半徑，轉(zhuǎn)向架與車體轉(zhuǎn)角5.8°，橫向止檔最大間隙由40mm減小至30mm，具體分析見1.1.2節(jié)。即橫向止檔的自由間隙至少應(yīng)設(shè)計(jì)為10mm，綜合考慮各因素及放量，自由間隙設(shè)計(jì)為15mm。

彈性間隙

彈性間隙=最大間隙-自由間隙=40mm-15mm=25mm

1.3 特性曲線參數(shù)

關(guān)于橫向止檔載荷-位移特性設(shè)計(jì)原則：

最大位移對(duì)應(yīng)的最大動(dòng)態(tài)負(fù)荷＜試驗(yàn)負(fù)荷，以保證不碰剛性止檔。

設(shè)置剛度突變點(diǎn)，以保證止檔壓縮由易變難。

以中車株機(jī)公司B型地鐵車輛為例來(lái)選取橫向止檔特性曲線參數(shù)：

a.以位移每5mm為間隔劃分橫向止檔的載荷-位移曲線；

b.橫向止檔最大位移為25mm，對(duì)應(yīng)的最大動(dòng)態(tài)負(fù)荷45kN＜試驗(yàn)負(fù)荷，即25mm位移下對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)負(fù)荷可取50-55kN；

c.剛度突變點(diǎn)的選?。?-20mm橫向止檔的剛度基本呈線性；位移到20mm剛度突變，即需要更大的負(fù)荷才能壓縮橫向止檔；

d.其他控制點(diǎn)的選?。罕ＷC0-10mm橫向止檔剛度呈線性，10mm-20mm剛度平穩(wěn)增大，20mm-25mm實(shí)現(xiàn)剛度突變。

表1 B型地鐵橫向止檔特性曲線參數(shù)

2 結(jié)語(yǔ)

地鐵車輛二系橫向止檔設(shè)計(jì)規(guī)范闡述了如何計(jì)算橫向止檔的最大動(dòng)態(tài)負(fù)荷、最大位移、橫向位移；如何計(jì)算橫向止檔的自由間隙和彈性間隙；如何選取橫向止檔的載荷-位移特性曲線。