摘要：設(shè)計并研制了適用于地鐵檢修段,、輕軌檢修段和國鐵動客車檢修基地使用的公鐵兩用牽引車.該車采用四輪驅(qū)動膠輪牽引及鋼輪導(dǎo)向模式,具有微機控制,、導(dǎo)向為液壓閉環(huán)控制、行車制動,、駐車制動和鐵路制動等功能,有效地解決了調(diào)車機車專場,、調(diào)車作業(yè)效率低等問題.

我國有廠內(nèi)專線的鐵路公司、地鐵公司等,所使用的公鐵兩用牽引車大多數(shù)是以單橋驅(qū)動為主,牽引力小,工作效率低.為了提高公鐵兩用牽引車調(diào)車作業(yè)等現(xiàn)場工作效率,以及節(jié)約成本,、降低機車貨車延時使用費,開發(fā)研制了四輪驅(qū)動公路鐵路兩用牽引車.該車的研制及使用可增加客戶的選擇性,提高產(chǎn)品的競爭力.

1,、四輪驅(qū)動公路鐵路兩用牽引車使用條件和技術(shù)參數(shù)

１．１　使用條件
四輪驅(qū)動公路鐵路兩用牽引車使用條件如下:
環(huán)境溫度(℃): －２０~＋４５;
平均相對濕度(％): ≤９５;
海拔高度(m): ≤２０００;
適應(yīng)軌距(mm): １４３５;
最小單機曲線半徑(m): ８０.

１．２　主要技術(shù)參數(shù)
四輪驅(qū)動公路鐵路兩用牽引車主要技術(shù)參數(shù)如下:
最大牽引力(kN): ４９;
空載最大行駛速度(km/h): ２７;
爬坡度(％): ２５;
最小轉(zhuǎn)彎半徑(m): ５．５;
前橋負荷(t): ４．５;
后橋負荷(t): ５．５;
燃油箱容積(L): ２００;
軸距(mm): １９００;
輪距(mm): １５０５;

２、整車結(jié)構(gòu)及各組成系統(tǒng)
２．１　整車結(jié)構(gòu)
四輪驅(qū)動公路鐵路兩用牽引車采用全鋼焊接,、中梁式承載鋼結(jié)構(gòu);采用微機控制,系統(tǒng)可靠性高;采用四輪驅(qū)動系統(tǒng),配置牽引拉桿,車輛穩(wěn)定性高;采用鋼板彈簧懸掛,舒適性高;采用閉環(huán)液壓控制,車輛運行安全性高;公路制動采用腳踏制動器形式,氣助力四輪蹄式制動,鐵路制動采用獨立的空氣制動系統(tǒng).
四輪驅(qū)動公路鐵路兩用牽引車主要由動力及輔助系統(tǒng),、空調(diào)系統(tǒng)、傳動系統(tǒng),、液壓系統(tǒng),、導(dǎo)向系統(tǒng)、制動系統(tǒng),、車體鋼結(jié)構(gòu),、電氣系統(tǒng)和內(nèi)裝系統(tǒng)組成,如圖１所示.


２．２　動力及輔助系統(tǒng)
動力及輔助系統(tǒng)主要由柴油機、進排氣系統(tǒng),、燃油系統(tǒng),、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng),、油門及操縱裝置等組成,為車輛工作提供動力,并保證車輛正常工作.

２．３　空調(diào)系統(tǒng)
該車制冷采用車頂頂置式單冷空調(diào)器,通過皮帶由柴油機帶動壓縮機完成制冷;采暖采用司機室內(nèi)布置暖風(fēng)機,通過柴油機循環(huán)水采暖.

２．４　傳動系統(tǒng)
傳動系統(tǒng)主要由變速箱,、前后車橋、萬向軸,、輪胎及懸掛裝置組成,如圖２所示.傳動系統(tǒng)的作用是將柴油機發(fā)出的動力傳遞給車輛以驅(qū)動車輪,使車輪能在一定的速度下行駛.

２．５　液壓系統(tǒng)
該車液壓系統(tǒng)采用板式和管式,、分散與集成油路塊相結(jié)合的結(jié)構(gòu),主要由齒輪泵、液壓油箱,、導(dǎo)向液壓系統(tǒng),、轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)組成.



２．６　導(dǎo)向系統(tǒng)
導(dǎo)向系統(tǒng)主要由輪軸總成、導(dǎo)向油缸,、鋼絲繩組件等組成,是保障公鐵牽引車沿鐵路軌道行駛的系統(tǒng). 該系統(tǒng)在公路工況下,其輪軸總成中的導(dǎo)向鋼輪脫離軌面,導(dǎo)向作用失效;在鐵路工況下,其輪軸總成中的導(dǎo)向鋼輪在導(dǎo)向油缸的作用下始終保持與鐵路軌面的接觸,同時,駕駛室方向盤“鎖死”,保證公鐵牽引車沿鐵路軌道,、曲線、道岔安全運行.

２．７　制動系統(tǒng)
制動系統(tǒng)按功能分為公路制動,、鐵路單機制動和鐵路牽引制動. 公路工況和鐵路單機運行工況下,公鐵牽引車行車制動均采用腳踏制動器形式,氣助力四輪蹄式制動; 駐車制動采用制動氣室彈簧式制動形式. 鐵路牽引工況運行時,通過操縱布置于操縱臺上的JZＧ７型手制動機,實現(xiàn)對牽引車的制動與緩解.

２．８　車體鋼結(jié)構(gòu)
車體為全鋼焊接,、中梁式承載鋼結(jié)構(gòu),主要由底架,、司機室、機器間罩,、車鉤,、扶手總成等組成.其中, 底架端板及底架中梁采用工字型結(jié)構(gòu)焊接,底架邊梁及輔助橫梁采用槽型焊接,司機室及機器間罩采用壓型鋼焊接.

２．９　電氣系統(tǒng)
電氣系統(tǒng)按牽引工況分為底盤電氣系統(tǒng)和鐵路作業(yè)電氣系統(tǒng).底盤電氣系統(tǒng)主要由供電系統(tǒng)、儀表顯示系統(tǒng),、照明燈和行駛信號燈系統(tǒng),、輔助裝置系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成.鐵路作業(yè)電氣系統(tǒng)主要由鐵路作業(yè)相關(guān)部件總成及控制單元組成,完成鐵路作業(yè)相關(guān)動作. 電氣系統(tǒng)按工作模式分為公路模式,、公鐵轉(zhuǎn)換模式、鐵路模式.公路模式完成車輛啟動,為牽引,、制動,、輔助設(shè)備提供電力,控制車輛公路行駛和制動;公鐵轉(zhuǎn)換模式完成轉(zhuǎn)向鎖定、前后導(dǎo)向鋼輪升降動作;鐵路模式完成前后導(dǎo)向油缸的自動補壓,保證導(dǎo)向鋼輪與軌面始終接觸,提高車輛鐵路行駛的安全性.

２．１０　內(nèi)裝系統(tǒng)
內(nèi)裝系統(tǒng)主要包括司機室頂板,、地板,、墻板、多向調(diào)節(jié)座椅,、擋風(fēng)玻璃,、側(cè)門等.其中頂板、地板,、墻板采用滿足TB/T３１３８－２００６«機車車輛阻燃材料技術(shù)條件»和TB/T２７２８－１９９６«內(nèi)燃機車防寒技術(shù)條件»要求的防寒材料;車窗玻璃選用滿足GB９６５６－２００３«汽車安全玻璃»要求的鋼化玻璃.

３,、車體鋼結(jié)構(gòu)靜強度和導(dǎo)向框架靜強度疲勞強度分析

３．１　車體鋼結(jié)構(gòu)靜強度分析
根據(jù)GB/T１１５５１－２０１３«乘用車正面碰撞的乘務(wù)員保護»標準,并依據(jù)TB/T１３３５－１９９６«鐵道車輛強度設(shè)計及試驗鑒定規(guī)范»對車體鋼結(jié)構(gòu)進行拉壓工況校核, 由于車體鋼結(jié)構(gòu)前后為非對稱結(jié)構(gòu),因此需分為前端連掛與后端連掛兩種情況,計算工況分為以下４種:
(１)工況一:板簧安裝座施加垂向、橫向約束,車體后端車鉤安裝面施加縱向約束,車體前端施加壓縮力.
(２)工況二:板簧安裝座施加垂向,、橫向約束,車體前端車鉤安裝面施加縱向約束,車體后端施加壓縮力.
(３)工況三:銷連接板簧安裝座施加全約束,另一板簧安裝座施加垂向,、橫向約束,車體前端施加拉伸力.
(４)工況四:銷連接板簧安裝座施加全約束,另一板簧安裝座施加垂向、橫向約束,車體后端施加拉伸力.車體鋼結(jié)構(gòu)各工況下的應(yīng)力云圖如圖３所示.


由圖３可知:該車體鋼結(jié)構(gòu)在工況一下最大應(yīng)力為１２９MPa,工況二最大應(yīng)力為１０２．８MPa,均小于車體Q２３５B材料壓縮工況許用應(yīng)力２１２MPa;工況三最大應(yīng)力為３２．３MPa,工況四最大應(yīng)力為２５．７MPa,均小于車體Q２３５B材料拉伸工況許用應(yīng)力１６１MPa;安全系數(shù)較大,符合標準要求.

３．２　導(dǎo)向框架靜強度及疲勞強度分析
依據(jù)標準EN１３７４９:２００５«鐵路應(yīng)用－轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的結(jié)構(gòu)要求»對導(dǎo)向框架靜強度及疲勞強度進行分析.靜強度計算分為兩種工況:
(１)工況一:垂向超常載荷單獨作用工況.
(２)工況二:垂向和橫向超常載荷工況. 導(dǎo)向框架兩種工況下的應(yīng)力云圖如圖４所示.



導(dǎo)向框架的焊縫和母材區(qū)域的疲勞極限評定結(jié)果如圖５ 所示.




由圖４可知:導(dǎo)向框架在兩種工況下的最大Mises 應(yīng)力為１６５．３ MPa,小于Q３４５C 材料的許用應(yīng)力３００MPa,強度有較大余量,滿足靜強度要求.
由圖５可知:正常運營載荷工況下,導(dǎo)向框架的焊縫和母材危險區(qū)域的各疲勞應(yīng)力狀態(tài)點均位于修正的Goodman疲勞極限線圖包絡(luò)線內(nèi),滿足疲勞強度要求.

４,、四輪驅(qū)動公路鐵路兩用牽引車牽引特性
根據(jù)四輪驅(qū)動公鐵牽引車黏著牽引力,、速度、阻力值分析計算,繪制該車平直軌道牽引特性,如圖６ 所示.


由圖６可知:四輪驅(qū)動公路鐵路兩用牽引車在平直道牽引５００t負載時的最大運行速度可達２４km/h, 滿足該牽引車在平直道上牽引５００t負載時最大運行速度１５km/h的要求.

５,、結(jié)語
四輪驅(qū)動公路鐵路兩用牽引車的研制,為用戶提供了多項選擇,提高了用戶工作效率,降低了成本,為后續(xù)公鐵牽引車的研發(fā)建立了堅實的基礎(chǔ),為進一步開拓公鐵車市場提供了有力的技術(shù)支持.

參考文獻:
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