一種便于靈活布局的車體底架設計及結構分析

（北京二七軌道交通裝備有限責任公司，北京 100072）

邊坡清篩機用于線路兩側道床邊坡的清篩作業，通過對邊坡道碴的挖掘、清篩、回填和整形，改善道床的排水性能，維護路基的承載能力[1]。邊坡清篩機整機由裝載車和篩分車兩節連掛組成，裝載車在前，篩分車在后。

SBC-HP/BS1200型邊坡清篩機是中國北車股份北京二七軌道交通裝備公司（簡稱“二七公司”）與美國LORAM公司合作，進行技術引進與國產化的項目。該車用于軌枕兩側的道床邊坡道碴層的篩分，能夠一次性完成道床邊坡道碴的挖掘、輸送、篩分、回填、整形等過程，以改善道床邊坡的彈性、排水性能，從而恢復承載能力。整車全長45米，由裝載車和篩分車2節車組成。全車分動力系統、液壓系統、空氣及制動系統、燃油系統、除塵系統、電氣系統、物料輸送系統、車體鋼結構、轉向架等構造系統，同時配置挖掘斗輪、松碴裝置、回填裝置、篩分裝置、整形裝置、清掃裝置等特殊的工作裝置。圖1為作業車在接受運用考核。

邊坡清篩機是針對于軌枕兩側的道床進行作業，所以其作業裝置如挖掘斗輪、松碴裝置、回填裝置、整形裝置都需布置在車架兩側，由于其中一些作業裝置體積較大，這就要求車架在保證足夠強度的同時，車架左右兩側有足夠的空間來布置這些作業裝置。同時車架上要安裝機器間、司機室等裝置，這也要求車架在橫向寬度方向上有足夠的空間和支撐。這就決定了邊坡車以一根主梁為主貫穿車架前后，在特定位置通過在主梁兩車對稱增加副梁的方法，實現了車架橫向與縱向的承載與空間要求。

這種以一根主梁為主貫穿車架前后的車架結構簡單，尤其是在總體布局時，可以比較靈活地按照布局需求在主梁兩側增加小副梁或者只是簡單的支架就能滿足要求。本文從該車的總體布局及性能參數等需求出發，以設計理念及結構特點為著眼點，對該車的車架、兩車連接、作業裝置支架等進行介紹和分析，并總結了設計和制造過程中的相關經驗，以供設計和技術人員進行參考。

1 總體布局及性能參數

邊坡清篩機主要技術參數如表1所示，作業流程如圖2所示，根據其作業流程需要，邊坡車有裝載車和篩分車兩節連掛組成，裝載車在前，篩分車在后。裝載車的總體布局見圖3所示，裝載車集中布置了邊坡清篩機主要動力裝置，擔負驅動整機走行的任務。主要的作業裝置之一——挖掘輪也布置在裝載車上。篩分車的總體布局見圖4所示，篩分車集中了邊坡清篩機上大部分作業裝置，通過兩車連接裝置與裝載車掛接在一起，由裝載車帶動走行。

表1車輛主要技術參數

圖2邊坡清篩機作業過程

圖3裝載車總體布局圖

圖4篩分車總體布局

2 車體底架特點分析

邊坡清篩機車架部分包含裝載車車架和篩分車車架兩部分，這兩部分的車架對于整個清篩機起著至關重要的支撐作用和牽引力的傳遞作用，整個清篩機的所有工作裝置、輸送帶、柴油機等都需要車架來承載，同時在工作時，邊坡車的作業裝置如挖掘斗輪、松碴裝置、整形裝置等會對車架產生附加力與附加力矩，可以說一臺清篩機的承載能力完全取決于車架部分的組裝水平和焊接水平。

2.1 裝載車車體底架

裝載車車體底架由鋼制部件及鋼板制成，其縱向（車行駛的方向）承壓能力不小于1 250 kN，縱向承拉能力不小于980 kN，主體由主梁、枕梁、加強梁、主滑動座套、松渣裝置支架五部分組成，如圖5所示。

圖5裝載車車體底架

裝載車重量（含兩個動力轉向架）為88 t，最大軸重22 t.由于工作裝置布局與工作空間需求，整個裝載車主要由一根貫穿于車架前后的主梁承載。所以說主梁是整個車架的主體承載和傳力部件。主梁長度為20 465 mm，最寬位置為711 mm，主要由三個蓋板（厚度為 25 mm）、六個立板（厚度為20 mm）及底板（厚度為25 mm），筋板四部分厚板組成的箱型梁[2]。此梁的特點之一就是主體材料板厚較大，在我國通常的車架主梁一般厚度在15 mm~20 mm左右，正是由于大大厚度的鋼板保證了主梁的大的承載界面。主梁的另一個顯著特點為魚腹結構,如圖5所示，魚腹設計在在主梁的中部位置。因為裝載車單位面積承重最大的位置為挖掘斗輪的安裝位置，挖掘輪的總重為21 t，挖掘輪在工作的時候，斗輪的挖掘與提升過程會對整個主梁產生一個扭矩，在挖掘輪的安裝位置（即主滑動座套位置）設計為魚腹結構，同時在主梁內部布置三個加強板，來保證其足夠的強度和剛度。裝載車的重量為88 t，僅僅由一根簡易的、貫穿于車架首尾的主梁承載，對主梁的考驗是相當大的，正是由于此主梁的厚板材料和魚腹結構滿足了整個車體底架的強度和剛度的要求。圖6為垂直載荷時車架有限元分析，從圖中可以看到魚腹結構有效的承擔垂直載荷，為整個車體底架的垂向剛度做出了重大貢獻。從圖7中可以看出主梁有效地傳遞在列車牽引運行中所產生的車鉤縱向力。

裝載車架主梁的前端裝有邊坡清篩機的主要動力裝置，如主發動、泵組成等，尾端裝有1號裝載輸送帶，因此在主梁前端與尾端左右兩側設有簡易的加強梁框結構，以此作為機組安裝平臺和工作平臺。車鉤緩沖裝置都安裝在主梁內部，無牽引梁。

圖6垂向載荷篩分車車架應力分布

圖7拉伸工況下的車體底架應力分布

2.2 篩分車車體底架

篩分車重量（含兩個從動轉向架）：72 t，最大軸重為18 t。篩分車車體底架主體由主梁、枕梁、加強梁、尾部橫梁和輸送帶支架組成，如圖8所示。

圖8篩分車車體底架

篩分車的主梁長2 345 mm，最寬位置為558 mm。此主梁與裝載車主梁結構相似，主要的區別是篩分車魚腹結構的面積較大，這正滿足了篩分車的功能與總體布局。在篩分車的魚腹位置兩側裝有回填裝置和整形裝置，魚腹結構的上部承載著振動篩、輸送帶的縱向載荷。圖9為垂直載荷時車架有限元分析，從圖中可以看到魚腹結構有效的承擔垂直載荷，為整個車體底架的垂向剛度做出了重大貢獻。圖10為拉伸工況下車體底架應力分布，從圖中可以看出主梁有效的傳遞在列車牽引運行中所產生的車鉤縱向力。

圖9垂向載荷篩分車車架應力分布

圖10拉伸工況下的車體底架應力分布

2.3 車體底架的特點

（1）車架鋼結構為主梁承載，一根主梁貫穿于車架的前后屬于平板結構，單根的主梁結構很好地傳遞了縱向力的走向。主梁為厚板組成的帶魚腹的箱型梁；

（2）主梁是邊坡車五大作業裝置和輸送帶的全部承載體，魚腹結構效地有承擔了整車的垂直載荷；

（3）車架前后兩端采用型鋼組成加強梁框作為機組安裝平臺及工作平臺，平臺上部布置防滑走板；

（4）車架前部和尾部采用100型車鉤與牽引車連接，裝載車后端采用緩沖裝置和牽引桿與篩分車架連接。

3 兩車連接裝置特點分析

邊坡清篩機由于裝載車和篩分車在工作時是同步的，裝載車主要功能為挖掘，并將挖掘出的石碴運送到篩分車的篩分裝置上，其中負責運輸石碴的1號輸送帶橫跨裝載車和篩分車連接處，這就要求要保證兩車的連續性與同步性。牽引桿連接裝置很好地滿足了邊坡車對此的需求。邊坡清篩機兩車連接裝置，主要由牽引桿、沖擊座、鉤尾框、鉤尾銷、緩沖器、從板組成。車鉤鉤體尾部，通過鉤尾銷，與鉤尾框相連如圖11所示。

圖11 原型車兩車連接裝置

此兩車連接裝置的主要特點為：（1）使用牽引桿代替車鉤的連接方式改善了兩車的動力學性能，降低了零部件采購和定期檢查的工作量[3]，降低了兩車連接的自重（兩個車鉤共重404 kg，牽引桿重223 kg）。（2）牽引桿的尾端為球面結構，從板與牽引桿的接觸面為球面，與機車常用的圓面結構相比，增加了牽引桿的自由度。（3）由于邊坡車的軸重較大，緩沖裝置減少了兩車之間的縱向沖擊。（4）此連接裝置直接裝入兩車架的主梁內，使得牽引力的方向直接由主梁、牽引桿、再到主梁，很大程度地提高了牽引力的傳遞效率。

4 結束語

本文以邊坡清篩機為實例，從總體方案布局需求出發，詳細介紹了一種簡易、便于靈活布局的車架設計理念及結構特點，并對結構特點及制造工藝等進行了分析總結。

其優點總結如下：

（1）車架橫向體積小，因此在軌道有限的區域內有較大的布局空間，方便于車體整體的布局。同時根據布局的需求可以依附于主梁兩側設計作業平臺，并且根據載荷的需求設計魚腹結構。所以此車體底架的設計理念可以被多種車型所借鑒，尤其適用于需在車架兩端安裝工作裝置的車型，如清篩機、整型車等養路機械。

（2）首尾貫穿一根成單一直線的主梁，力的傳遞方向明確直接，有效的傳遞了車的縱向牽引力，魚腹結構有效地承擔了整車的垂直載荷；

（3）結構簡單，利于生產可以很大程度上降低生產成本。

（4）帶有鉤緩裝置的牽引桿兩車連接裝置，既保證了兩車的連續性與同步性，又減少了兩車之間的縱向沖擊。

[1]田繼新，李少華，王少華.BSC型邊坡清篩車設計[J].哈爾濱鐵道科技，1999，(3):16-17.

[2]劉 娜，孫保林，劉 宇.淺談SBC-HP3型邊坡清篩機裝載車車架結構及組裝工藝[J].裝備制造技術，2014，(1):54-55.

[3]孟慶民，等.牽引桿技術在大秦鐵路重載貨車上的應用[J].鐵路機車車輛，2008，(28)：91-94.