地鐵車輛二系橫向止檔設計規(guī)范指南

匡劍宇，孔媛媛

（中車株洲電力機車有限公司，湖南 株洲 412000）

0 引言

二系橫向止擋作為彈性元件固定在構架上，緩沖車體引起的橫向振動，所受的負荷主要是曲線通過時產生的靜態(tài)和動態(tài)力。橫向止擋彈性地限制超出正常自由范圍的橫向變形，并有一個剛性止檔限制整個的橫向位移，確保車輛運行在動態(tài)包絡線內。

1 分析/計算/設計過程

1.1 負荷與位移

橫向止檔在設計過程中應考慮其最大動態(tài)負荷、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 最大動態(tài)載荷

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

（1）按照構架強度計算(UIC 615)

根據 《UIC 615-4-2003動力元件轉向架和走行部轉向架構架結構強度測試》[1]

超常載荷的靜強度試驗

橫向試驗載荷：

其中（mv+c1）/ne nb為超員工況（AW4）下的軸重。

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

主要運營載荷的靜強度試驗

橫向力：

（2）按照構架強度計算(EN 13749)

根據《DIN EN 13749-2011鐵路設施轉向架構架結構要求的規(guī)定方法》[2]

橫向力(施加到每個軸)：

橫向力(施加到每個轉向架)：

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)下的車輛質量；P1:為特殊的設計有效載荷（根據EN 15663）

（3）按照最大軌道超高計算

車輛靜止停放在軌道，根據《地鐵設計規(guī)范（GB50157-2013）》[3]，最大軌道超高為120mm，轉向架被抬高0.77°。

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

（4）按照0.5m/s2未平衡加速度計算

根據《地鐵設計規(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，允許短時出現未被平衡橫向加速度為0.5 m/s2；

轉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。當橡膠止檔與牽引座接觸時，橡膠止檔會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，即通過最大位移體現[4]。

以中車株機公司B型地鐵車輛為例，考慮車輛通過110m曲線半徑，轉向架與車體轉角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設計為10mm，綜合考慮各因素及放量，自由間隙設計為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B型地鐵車輛限界參數而來。

1.1.3 橫向位移

橫向位移指的是橫向止檔沿車輛運行方向的位移。當橡膠止檔與牽引座接觸時，橡膠止檔會受沿車輛運行方向的剪切力，為了保證橡膠止檔不脫落，需要保證橫向止檔沿車輛運行方向的剛度，即通過橫向位移體現。

考慮目前地鐵車輛通過最小的110m曲線半徑，轉向架與車體轉角5.8°，橫向止檔沿車輛運行方向與牽引座的理論最大位移為29.4mm。可取整設置為30mm。

1.2 自由間隙與彈性間隙

關于橫向止檔自由間隙與彈性間隙的設計原則：

車輛在直道不碰彈性止檔。

車輛過彎道不碰剛性止檔。

以中車株機公司B型地鐵車輛為例來分析最大間隙、自由間隙、彈性間隙的設計。

最大間隙

根據B型地鐵車輛限界參數，最大間隙取40mm；

自由間隙：

考慮車輛通過110m曲線半徑，轉向架與車體轉角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設計為10mm，綜合考慮各因素及放量，自由間隙設計為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

關于橫向止檔載荷-位移特性設計原則：

最大位移對應的最大動態(tài)負荷＜試驗負荷，以保證不碰剛性止檔。

設置剛度突變點，以保證止檔壓縮由易變難。

以中車株機公司B型地鐵車輛為例來選取橫向止檔特性曲線參數：

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，對應的最大動態(tài)負荷45kN＜試驗負荷，即25mm位移下對應的試驗負荷可取50-55kN；

c.剛度突變點的選取：0-20mm橫向止檔的剛度基本呈線性；位移到20mm剛度突變，即需要更大的負荷才能壓縮橫向止檔；

d.其他控制點的選取：保證0-10mm橫向止檔剛度呈線性，10mm-20mm剛度平穩(wěn)增大，20mm-25mm實現剛度突變。

表1 B型地鐵橫向止檔特性曲線參數

2 結語

地鐵車輛二系橫向止檔設計規(guī)范闡述了如何計算橫向止檔的最大動態(tài)負荷、最大位移、橫向位移；如何計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。