地铁线路清洁2号车设计参数确定

2010-11-27于连玉白云记

铁道机车车辆 2010年6期

于连玉,郭强,白云记

(济南轨道交通装备有限责任公司轨道车辆研究所,山东济南250022)

地铁隧道清洁车是为地铁维保中心设计的地铁线路专业清洁车辆,是铁路平车、高压水冲洗、毛刷洗刷、真空系统自然排风吹干组成的高度集成的机电一体化专业产品。隧道清洁车由1号平车车辆和2号平车车辆连挂组成,依靠地铁配备的机车牵引,可以双向牵引连挂。1号平车具有高压水冲洗、毛刷清洁、真空系统自然排风吹干功能;2号平车提供清洁水源和电力。就2号平车设计参数确定做一阐述。

1 车辆参数设计依据

根据需方设计任务书要求,2号平车设计参数要求如下:

底架长度:17 500 mm;

车辆宽度:2 460 mm;

地板面高度:1 200 mm;

车辆定距:12 600 mm;

车体自重:≤20 t;

整备质量:≤29.25 t;

载重(水):25 t;

轴重:14 t;

最小曲线半径:140 m;

回送速度:80 km/h;

作业速度:3—5 km/h;

编组数:2辆;

制动型式:风制动、手制动。

2 车辆结构方案设计

2.1 车体结构方案设计

根据设计任务书要求,确定车体底架结构形式,底架结构方案如图1所示。车辆载重25 t,自重系数1.17,比较大,且相对集中载荷比较大,选择传统造价低廉的GB/T 11263—2005《热轧工字钢560×200×11×17做中梁》。由于地板上要设置水箱和发电机组(留出必要的人行通道),底架下设置风、手制动装置,故高压水管只能在侧梁处布置。为满足并排3根高压水管在侧梁的布置,选用300槽钢作为侧梁,侧梁槽口朝外,在侧梁顶车位加装顶车筋板。为满足水箱将力合理传递给底架,拟采用两个双腹板大横梁和一小槽钢作为水箱的支撑梁(图1中件号6、7、8),同理采用双腹板大横梁(图1中件号10)和二位端枕梁来承载发电机组。为了满足车辆停车的要求,在底架一位端地板上设置手制动装置(图1中件号1)。为保证作业人员安全,地板下设置冷弯槽钢小横梁(图1中件号5和11)。

2.2 风制动方案设计

图1 底架方案图

根据设计任务书要求,清洁车编组两辆,作业速度仅3—5 km/h,回送速度为80 km/h,载重为25 t。风制动拟采用254×254旋压密封式制动缸,120制动机,50 dm3副风缸,17 dm3加速缓解风缸,ST2-250闸瓦间隙自动调整器。由于载重轻,本车不设置空重车调整装置和脱轨自动制动装置。风制动设计方案如图2所示。

图2 底架方案图

2.3 转向架方案设计

根据设计任务书要求及配件采购难易程度及供货周期,拟选用K2转向架。

3 车辆设计参数确定

3.1 转向架参数确定

车辆整备质量29.25 t,载重25 t,当整车落成后,通过计算外圆弹簧被压缩15.2 mm,距内圆弹簧22-15.2=6.8 mm(转K2弹簧参数如表1);当装载25 t,内圆弹簧被压缩。车辆在运行中作业,由于清洁水的使用,车辆载重慢慢减轻,当水箱清洁水剩余8 t时,外圆弹簧被压缩22 mm,摇枕刚刚接触到内圆弹簧,由于车辆运行中的振动,此时摇枕由于刚度突变,受力极为恶劣。为了改善车辆作业平稳性,将K2转向架全部内圆弹簧和中间的外圆弹簧取出,并在中间的外圆弹簧处焊接弹簧挡圈。通过计算此方案满足车辆作业要求。

表1 转K2弹簧参数

3.2 中梁参数确定

转向架方案确定后,根据设计任务书要求,地板面高为1 200 mm,转向架心盘自由高710 mm,选用560工字钢必须抽鱼腹,才能满足任务书要求。整车(车体自重+整备质量)落成后转向架心盘高675 mm,则转向架下心盘到地板面高度为525 mm,转向架下心盘到地板面之间有:心盘磨耗盘(厚度为7±0.2 mm),上心盘(厚度70+20mm),心盘垫板(厚度 12 mm),中梁(鱼腹高度待定),地板(厚度为6 mm)。则枕梁处中梁的高度为525-7-70-12-6=430 mm,则中梁须抽掉的高度为560-430=130 mm。

3.3 全车制动倍率的确定

根据《铁路技术管理规程》203条最高速度90 km/h的货物列车制动距离为800 m,在保证空车制动时不滑行,重车最高运行速度在800 m内能停车,没有空重车调整装置的前提下通过反复计算,全车制动倍率定为5.6。

4 参数校核

4.1 车体强度、刚度计算

参照TB/T 1335—1996《铁道车辆强度设计及其试验鉴定规范》对2号平车进行了静强度和刚度评定,分析结果如下:

(1)刚度分析

在垂直静载荷作用下,中梁最大位移1.95 mm,侧梁最大位移1.91 mm,车辆定距12 600 mm,1.95/12 600远小于TB/T 1335—1996要求的1/700,车体具有较大的刚度储备。

(2)强度

根据TB/T 1335—1996要求,按最不利工况合成,给出了如下组合工况的最大应力值和部位(以下给出的均为当量应力—Von Mises应力),应力单位为兆帕。所得应力结果如表2所示。在各载荷工况和合成工况作用下,该车在各组合工况所有部位应力均不超出该部位所选材料的许用应力值。

(3)分析结果

该车车体在TB/T 1335—1996规定的各工况下的等效应力均小于相应工况下的许用应力值。车体结构的垂向弯曲刚度满足要求。车体静强度及刚度计算合格,该车体强度及刚度符合要求。

4.2 制动能力计算

根据TB/T 1407—1998《列车牵引计算规程》,计算结果表明:机车牵引质量为112 t时,隧道清洗车在重车和空车工况下,80 km/h速度紧急制动时,紧急制动距离分别为518.55 m和285.27 m,都小于800 m,空车黏着利用率为80.28%,不产生滑行。分段制动距离计算如表3所示。

4.3 车辆曲线通过能力校核

由于车辆定距比较大,2号平车选用材质为ZG230—450的冲击座,其里口宽度350 mm,外口宽度360 mm。选用13B上作用车钩及配套的13B钩尾框,ST缓冲器;车体长度(钩舌面内侧距)18 430 mm,定距12 600 mm。根据TB/T 1335—1996对车辆曲线通过能力进行校核。半径为140 m曲线通过能力校核通过计算结果如表4所示。

4.4 计算结论

缓冲器完全压缩时车辆通过反向曲线条件最为恶劣;车辆正常状态下(缓冲器未压缩及拉伸状态下或最大拉伸状态下)能通过半径为140 m的定圆曲线和圆曲线与直线及反向3种类型的曲线,当隧道清洗车在缓冲器处于最大压缩位状态下通过反向曲线时车钩钩身与冲击座外口侧壁干涉,建议车辆通过“S”型曲线时提前限速后,匀速状态通过。