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公铁两用运输车走行部的主要技术参数、结构和仿真计算

时间:2022-06-23 10:17:52来源:中车四方车辆有限公司作者:李梁京,赵磊,孙珉浏览次数:132

文章摘要: 公铁两用车是一种公路、铁路两用的特种车辆,可在公路硬化路面及铁路上运行,适用于公路90km/h、铁路120km/h运行速度下的快速货物运输。公铁两用车铁路走行部的设计应满足运行速度

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公铁两用车是一种公路、铁路两用的特种车辆,可在公路硬化路面及铁路上运行,适用于公路90km/h、铁路120km/h运行速度下的快速货物运输。公铁两用车铁路走行部的设计应满足运行速度快、载货量大及空重车重量变化大等要求。

1、主要技术参数

动力走行部(图1)应满足整车轻量化设计要求,采用独立旋转车轮结构,传动方式为交流电传动和轮毂电机传动。


图1 动力走行部

表1为公铁两用车动力走行部主要技术参数。


2、主要结构

2.1 构架
构架组成主要采用钛板箱形焊接结构,材质为TA3,主要由侧梁组成、端梁、一系弹簧座、提升连杆座等组成。整个构架左右对称,侧梁为主要承载件,其上设有一系弹簧座、提升连杆座、牵引杆安装座和减振器座等。
钛合金具有良好的可焊性,由于其具有较小的热导性,故钛合金只有在电弧燃烧范围内熔化,并具有良好的流动性,在焊接过程中极易形成熔池,焊丝易熔化,熔滴金属过渡到熔池中极易形成焊缝;因其具有较小的热膨胀系数,故钛合金的可焊性很强。另外,钛合金还具有良好的冷成型性,可在部分部位折弯成型,以减少焊缝数量,提高构架刚度。

2.2 轮轴及驱动装置
动力走行部为独立旋转车轮结构,设有曲轴、车轮、轴承等。车轮轮毂同时作为轴箱体使用,设有2个单列圆锥滚子轴承(均置于车轮内部)。车轮和轮毂电机转子通过法兰连接,轮毂电机定子通过花键固定于曲轴(图2),曲轴通过轴箱弹簧及轴箱定位装置与构架连接。曲轴与构架之间存在700N/mm 的垂向刚度,并通过导柱式轴箱定位装置实现与构架之间的横向及纵向定位。在铁路上运行时,与曲轴连接的电机定子固定,与车轮连接的电机转子旋转,从而带动车轮旋转,实现驱动功能。


图2 电机安装


2.3 提升装置
采用平行四边形连杆提升机构,连杆机构上部安装于车体,两安装点水平布置,利用平行四边形的原理保证了整个动力走行部的水平提升;使用长转臂结构保证了提升装置在提升时走行部整体有较小的水平位移,在提升高度为300mm 时水平方向位移仅为52mm,实现了近似垂直升降功能,节省了安装空间,并使整车布置更趋于合理化。

3、计算

3.1 动力学计算
采用车辆系统动力学分析软件SIMPACK 对动力走行部进行了动力学性能分析。参考标准包括GB/T 17426—1998《铁道特种车辆和轨行机械动力学性能评定及试验方法》、UIC 513—1994《铁路车辆内旅客振动舒适性评价准则》、UIC 518—2009《铁路车辆的试验与验收依据动力学性能安全性、轨道疲劳、运行性能》等。计算结果表明:公铁两用车的动力学性能满足以上标准的要求。

3.2 钛合金构架静强度计算
由于公铁两用车属于自带动力的铁路运输车辆,不同于常规铁路货车和铁路机车,因此综合考虑了机车和货车的相关标准,并取其严苛者以验证本走行部的相关性能。超常载荷中垂向加速度取1.6g,横向载荷计算参照EN 13749—2011《铁路应用轮对和转向架转向架构架结构要求的方法》,考虑本走行部为单轴结构,不存在只有三轮与轨面接触的可能,因此不考虑扭曲载荷的作用。由于电机直接吊挂于曲轴与车轮,因此驱动载荷仅考虑其对曲轴和车轮的作用。计算共分4个主要工况(表2)。



为满足轻量化要求,增加车辆的载货量,本走行部在铁路走行部中首次使用了钛合金材料。目前钛合金材料主要应用于航空航天以及船舶领域,由于材料的疲劳性能与其使用工况密切相关,因此难以参考钛合金材料在航空航天及船舶领域的应用经验。考虑到车辆在运行时的载荷是循环工作负载,通用的动载荷系数为1.3,由动态载荷引起的应力变化值为计算应力结果的30%,故可取其屈服强度的2/3作为钛合金材料的许用应力,母材静强度计算安全系数取1.5,参考钢材经验值,焊缝安全系数为母材的1.1倍,取值1.6。走行部常用材料的机械性能见表3。



经计算,超常载荷工况下构架最大应力为153MPa(图3),安全系数为3.3,远大于1.5,满足走行部的使用要求。


图3 超常载荷工况下构架的Von_mises应力云图

4、结束

语公铁两用车铁路走行部的设计需满足轻量化的要求,因此本走行部构架采用钛合金材料,轮毂电机采用新结构,大大降低了走行部的质量。同时,动力学计算和结构强度计算结果表明,所研制的动力走行部的各项性能符合相关标准与整车使用要求。装用本走行部的25t底盘公铁两用车的载货量达6.5t,可满足铁路“白货”的运输要求,结合“门对门”的运输方式可大大提高货物的运输效率。

【本文标题和网址】公铁两用运输车走行部的主要技术参数、结构和仿真计算 https://www.kbguidao.com/jszl/457.html

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