一種便攜式軌道小車的研制

赫 磊 王 彬 張志新

（中車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司，常州 213011）

目前，在鐵路軌道線路維護作業中，工務作業人員主要依靠徒步和手工等方式進行巡檢和維護。這種維護方式存在工作時間長、勞動強度大、設備簡陋以及工作效率低等問題[1]。因此，在此背景下研發了一種便攜式軌道小車，具有模塊化和輕量化特點，上下軌道方便，且易于搬運和運輸，可以用于工務運輸和小型化檢測設備搭載等方面[2]。

1 主要技術參數及功能

1.1 主要技術參數

設計的便攜式軌道小車的主要技術參數如表1所示。

表1 主要技術參數

1.2 主要功能

第一，模塊化和輕量化設計，單個模塊質量不超過60 kg，總質量不超過150 kg（不包括電池）。第二，3～4個人可在5 min內實現車輛組裝或拆解，方便上下道[3]。第三，運輸方便，將車輛拆解后可放入皮卡車車廂內進行運輸。第四，可雙向行駛，車速最高20 km·h-1。第五，可不減速順利通過道岔和小曲線半徑。第六，緊急制動距離不大于10 m，坡道駐車安全可靠。

2 技術方案介紹

如圖1所示，便攜式軌道小車由驅動軸系總成、車架、電池系統、從動軸系總成、電控系統以及座椅等組成。采用前置式驅動方式，驅動軸系總成安裝在車輛前部，從動軸系總成位于后端。控制系統位于車輛前端，布置兩排座椅，電池位于后座椅下部。

圖1 便攜式軌道小車方案圖

2.1 模塊化和輕量化設計

如圖2所示，考慮到各部件的質量和拆分性能，將便攜式軌道小車劃分為驅動軸系總成、從動軸系總成、車架、電池系統以及車輛控制系統模塊。各個模塊之間設計有快速定位連接機構，可以實現車輛的快速組裝或拆解。

圖2 拆分模塊圖

整車設計廣泛采用復合材料和高強度輕型材料。操作臺外殼、車架底板、座椅采用碳纖維材料制造。車架由鈦合金型材焊接而成，因為鈦合金具有強度高和密度小等特性。

2.2 驅動軸系總成

如圖3所示，將差速式驅動橋結構應用于軌道交通車輛。車輛通過小曲線半徑時，在差速器的作用下，兩側車輪的轉速是不同的，可使車輛過彎時更靈敏，便于操縱[4]。驅動電機采用直流無刷電機。

圖3 驅動軸系總成

驅動軸系總成上集成了碟剎制動器和駐車制動器兩種制動方式。碟剎主要實現減速和停車制動功能。駐車制動器為失電磁制動器，集成在驅動電機尾部，功能是失電駐車和緊急制動。

2.3 車架

車架是整個車輛的組裝基礎和關鍵的承重部件。考慮到減重和強度要求，車架選擇由鈦合金型材焊接而成。車架強度的仿真如圖4所示，車架最大應力為85 MPa，小于許用應力213 MPa的要求。車架變形仿真如圖5所示，車架橫梁最大變形量為5.3 mm，小于最大設計撓度9.2 mm的要求。

圖4 車架應力分布圖

2.4 電池系統

采用動力鋰電池能源，清潔安全，能量密度高，可以有效降低電源模塊的整體尺寸及質量。鋰電池組的技術參數如下：電池規格48 V、80 Ah，額定放電電流80 A，最大放電電流100 A（10 min），峰值放電電流150 A（10 s）；常溫25 ℃，0.5 C充電，1 C放電循環1 500次后，剩余容量不低于額定容量的70%。

圖5 車架變形仿真圖

2.5 車輛控制系統

車輛控制系統采用整車控制器進行集中控制，速度調節由操縱手柄完成。操作手柄采用自復位形式，前推車體前進，后拉車體倒車后退。手柄上集成開關及按鈕，用于定速巡航及巡航速度微調控制。整車控制器通過采集調速手柄、編碼器、傾角傳感器以及操縱臺按鈕等信號進行計算比較，并輸出控制信號給電機控制器。控制圖如圖6所示。

圖6 車輛控制原理圖

3 試驗驗證

根據上述技術方案，完成了便攜式軌道小車完成試制，如圖7所示。對其各項性能指標進行檢查和試驗，試驗結果如表1所示。

圖7 便攜式軌道小車樣車

表2 試驗結果

4 結語

便攜式軌道小車采用鋰電池供電，清潔無污染，續航里程長，工作效率高。該車采用模塊化和輕量化設計，3～4個人可在5 min內實現車輛組裝或拆解，上下道方便，搬運和運輸方便。車輛具有兩套制動系統，制動安全可靠。采用差速式驅動橋結構，車輛可以順利通過道岔和小曲率半徑。制造完成后，對車輛各項性能進行驗證，驗證結果均符合設計要求。