可通過小半徑曲線軌道平板吊車的研制

李錚 韓天一 張光利

中車山東機車車輛有限公司 軌道車輛研究所 山東省濟南市 250022

城軌工程車是保障地鐵、市域鐵路安全運營的重要裝備，在地鐵、市域鐵路建設及運營的各個階段，需要城軌工程車運輸設備和物料、接觸網檢查、維護。軌道平板吊車是一種常見的城軌工程車，根據某市市域鐵路由于山地地形等原因，車場線存在小半徑曲線，存在可通過小半徑曲線軌道平板吊車的市場需求，中車山東機車車輛有限公司于2021年設計、制造了一款地鐵、市域鐵路維護用軌道平板吊車，該車可通過最小曲線半徑25m（該車最高運行速度60km/h，曲線半徑25m通過速度≤5km/h），車輛長度小，具有自重小、節能、靈活等優勢，起重臂可伸縮范圍大、變幅角度范圍大。

隨著軌道交通市場的快速發展，用戶個性化需求增多，模塊化設計可在盡可能短的周期內以盡可能少的規格、品種模塊組合成多種規格的產品，從而滿足用戶的個性化需求。該車基于設計研發中的模塊化設計理念，通過模塊化設計，進一步提高了研發效率，縮短了設計周期，提高了設計質量。在車輛設計時，將整車分解成若干個獨立而又相互聯系的分系統，分為底架模塊、側門模塊、端門模塊、轉向架模塊、制動裝置模塊等，由于各模塊可以并行作業，大大縮短了設計和生產周期。該車設計結構較多地采用了成熟的結構、材料，采用標準件和通用件，提高了通用化的程度，方便制造和檢修。

1 用途

該車用于地鐵、市域鐵路裝卸和運輸養路機械、機電設備、鋼軌、道岔、工程構件等笨重貨物，設置活動式側門，可裝運散狀貨物，可通過小半徑曲線。

2 主要特點及優勢

（1）可低速通過小半徑曲線，滿足市域鐵路車場線路等場所小半徑曲線的通過要求。

（2）大量采用鐵路貨車通用件，零部件通用性強且已得到了廣泛應用效果良好，零部件易于更換。

（3）該車無動力，由其它動力牽引車牽引運行。

（4）設置活動式端、側門，既可以運輸工程機械又可裝運散裝貨物。

（5）起重臂可伸縮范圍大、變幅角度范圍大，起吊作業范圍廣。

（6）設置抓軌器，使用起重臂時提高了抗傾覆性。

3 主要技術參數

表1 該軌道平板吊車的主要技術參數

4 主要結構

該軌道平板吊車主要由車體、轉向架、車鉤裝置、制動裝置、液壓工作站、起重機等組成。圖1為該軌道平板吊車的主要結構圖。

圖1 該軌道平板吊車主要結構圖

4.1 車體

該車車體由底架、側門、端門、底架附屬件等部分組成。該車是底架承載結構，即全部載荷（包括垂向載荷和縱向力等）均由底架各梁承受，而中梁和側梁是主要承載梁件。主要型鋼和板材的材質為Q345NQR2、Q355B。

4.1.1 底架

底架為全鋼焊接結構，主要由中梁、側梁、端梁、枕梁、大橫梁（1）、大橫梁（2）、小橫梁、輔助梁、地板等組焊而成。中梁采用2根H型鋼制成魚腹形后，加下蓋板、中梁隔板等組焊成箱型結構，這種結構是平車車體中常見的結構，可在滿足底架強度的前提下減輕自重，也可避免采用大型鋼材而使地板面距軌面過高。側梁由冷彎槽鋼制成，側梁上設置繩栓，設置柱插，設置腳蹬。端梁主要起連接中梁、側梁和安裝沖擊座的作用，由鋼板冷彎制成，與端梁下連接板組焊成開口框式結構。

枕梁由枕梁上蓋板、枕梁下蓋板、枕梁腹板、枕梁隔板等組焊成箱形結構，上旁承處有隔板補強。液壓吊（液壓起重機）安裝板位于大橫梁（1）上部，液壓吊（液壓起重機）安裝板和中梁之間焊接，大橫梁（1）由大橫梁上蓋板、大橫梁下蓋板、大橫梁腹板等組焊成箱型結構。大橫梁（2）采用單腹板結構，由大橫梁上蓋板、大橫梁下蓋板、大橫梁腹板組焊成。中梁與側梁之間設有小橫梁及輔助梁，鋪設花紋鋼地板。

車體兩端設置抓軌器橫梁，抓軌器橫梁由抓軌器橫梁上蓋板、抓軌器橫梁下蓋板、抓軌器橫梁腹板組焊成箱形結構。抓軌器和抓軌器橫梁下蓋板焊接，提高了使用起重臂時的抗傾覆性。

4.1.2 側門

車輛兩側安裝可靈活翻轉且可拆卸的側門，帶有鎖閉功能。側門放下后與側梁上掛鉤自動連接進行鎖閉。側門由側板、支柱、折頁等組焊而成。

4.1.3 端門

車輛兩端安裝可拆卸端門；與側門共同起圍板作用，帶有鎖閉功能。端門由端板、支柱、折頁等組焊而成。端門和側門立起時共同起圍板作用，可裝運散裝貨物。

4.1.4 底架附屬件

底架附屬件主要有各種風缸座、閥吊座、管吊座、杠桿托架、拉桿吊等零部件。底架附屬件焊接在底架上，主要用于將風、手制動裝置固定到車體上。

4.2 轉向架

可通過最小曲線半徑25m（過半徑25m曲線通過速度≤5km/h），滿足客戶對于通過小半徑曲線的功能需求。

該轉向架為焊接構架式轉向架。主要由構架總成、輪對組成、懸掛減振系統、軸箱總成、基礎制動裝置等組成。軸箱懸掛系統采用單側利諾爾減振器和內外圈不等高的兩級剛度彈簧組成；構架總成由焊接構架、軸箱導框、球面下心盤等組成。基礎制動裝置為吊掛式單側閘瓦制動結構，采用高摩合成閘瓦。

4.3 制動裝置

4.3.1 風制動裝置

采用主管壓力滿足500kPa 的空氣制動裝置。采用120型空氣控制閥、直徑為254X254mm的整體旋壓密封式制動缸；采用不銹鋼嵌入式儲風缸、閘調器、手動空重車自動調整裝置。采用不銹鋼或不銹鋼冶金復合制動管及不銹鋼法蘭接頭，折角塞門、組合式集塵器。

裝有閘調器可自動地使制動缸活塞行程保持在規定的范圍內，保持閘瓦與車輪的間隙正常，確保車輛制動力不衰減，有效地保證了行車安全。

裝有手動空重車調整裝置，手動空重車調整裝置主要由降壓風缸、空重車轉換塞門、空車安全閥、空重車轉換手柄等件組成。當車輛處于空車狀態，讓本來該供給制動缸的風“分流”到降壓風缸從而使制動缸降壓。可避免重車制動力不足或空車制動力過大，從而減少擦輪事故、減輕車輪磨耗及車輛維修工作量。

4.3.2 手制動裝置

手制動裝置采用NSW-I型手制動機，安裝于車體一位端。

4.4 液壓吊（液壓起重機）

液壓吊主要由回轉底座、轉臺、變幅油缸、基本臂、伸縮臂、吊鉤、起升機構、操縱機構等組成。液壓吊與安裝座之間采用螺栓連接固定，液壓馬達驅動回轉底座可實現360°回轉，變幅油缸可控制液壓吊基本臂和伸縮臂的變幅角度的變化。伸縮臂有多節，伸縮臂內置伸縮油缸控制伸縮臂的伸縮。液壓吊最大工作幅度可達8.0m～8.5m，最大工作高度可達10.5m～11m，可滿足用戶對于大幅度作業的功能需求。

4.5 液壓工作站

液壓工作站為液壓吊提供提供壓力能，包括柴油機、燃油箱、液壓油箱、齒輪泵、手動泵、防雨棚等組成。

手動泵的作用是在液壓吊裝卸貨物過程中，液壓工作站動力系統出現故障時，可手動將液壓吊起重臂縮回至初始位置，安全性高。

4.6 車鉤裝置

采用機牽2號鉤。列車編組較少、車輛運行速度較小，該車鉤可滿足與該線路其他工程車或機車連掛的要求，抗拉強度等性能符合要求。

5 靜強度和剛度計算

根據標準TB/T 3550.2《機車車輛強度設計及試驗鑒定規范車體第2部分貨車車體》的規定，并結合車體的實際運用狀態，對車體進行了靜強度和剛度有限元分析計算。

5.1 分析工況

根據TB/T 3550.2的要求，并結合該車的實際運行及受力狀態，作用在車體上的載荷有以下幾種：垂向靜載荷、垂向動載荷、縱向載荷、側向力、扭轉載荷、頂車載荷、復軌載荷，車體在均布滿載以及鋼軌裝載兩種裝載工況下的載荷工況匯總見表2。

表2 載荷工況匯總表[3]

5.2 靜強度和剛度評定標準

根據TB/T 3550.2，車體各組合工況下，車體各部件的利用率應小于或等于1，見式（1）。

該車為底架承載，根據TB/T 3550.2，在垂向靜載荷作用下貨車車體的中梁和側梁撓度值，要滿足式（2）：

式中：

fz—中梁中央撓度（mm）；

5.3 分析計算結果

根據標準TB/T3550.2，根據該車的實際運行狀態和裝載工況，對靜強度和剛度進行有限元計算，仿真計算結果如下：

（1）車體在各計算工況下，材料的利用率均低于1，車體靜強度符合標準TB/T 3550.2的要求。

（2）在垂向靜載荷下，車體中梁最大變形為1.44mm，側梁最大變形為1.51mm，均低于標準規定的許用撓度值，車體剛度符合標準TB/T 3550.2的要求；

6 試驗

對該車進行限界檢查、稱重檢查、靜態閘瓦壓力試驗、單車試驗、車鉤三態作用檢查等試驗，車輛滿足要求。

7 結束語

該軌道平板吊車可通過半徑25m曲線，可用于運輸工程構件、設備、散裝貨物等。該車已于2021年交付客戶使用，目前狀態良好，滿足客戶對于通過小半徑曲線和大作業范圍裝卸工程構件等功能的需求，對保障市域鐵路高效、穩定地運營有著重要意義。