摘要：設(shè)計(jì)并研制了適用于地鐵檢修段、輕軌檢修段和國鐵動(dòng)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(dòng)膠輪牽引及鋼輪導(dǎo)向模式,具有微機(jī)控制、導(dǎo)向?yàn)橐簤洪]環(huán)控制、行車制動(dòng)、駐車制動(dòng)和鐵路制動(dòng)等功能,有效地解決了調(diào)車機(jī)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(dòng)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(jī)車貨車延時(shí)使用費(fèi),開發(fā)研制了四輪驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(jī)曲線半徑(m): ８０.

１．２　主要技術(shù)參數(shù)
四輪驅(qū)動(dòng)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(fù)荷(t): ４．５;
后橋負(fù)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(dòng)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(jī)控制,系統(tǒng)可靠性高;采用四輪驅(qū)動(dòng)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(yùn)行安全性高;公路制動(dòng)采用腳踏制動(dòng)器形式,氣助力四輪蹄式制動(dòng),鐵路制動(dòng)采用獨(dú)立的空氣制動(dòng)系統(tǒng).
四輪驅(qū)動(dòng)公路鐵路兩用牽引車主要由動(dòng)力及輔助系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、制動(dòng)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(dòng)力及輔助系統(tǒng)
動(dòng)力及輔助系統(tǒng)主要由柴油機(jī)、進(jìn)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(dòng)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(jī)帶動(dòng)壓縮機(jī)完成制冷;采暖采用司機(jī)室內(nèi)布置暖風(fēng)機(jī),通過柴油機(jī)循環(huán)水采暖.

２．４　傳動(dòng)系統(tǒng)
傳動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)的作用是將柴油機(jī)發(fā)出的動(dòng)力傳遞給車輛以驅(qū)動(dòng)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(shí),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(yùn)行.

２．７　制動(dòng)系統(tǒng)
制動(dòng)系統(tǒng)按功能分為公路制動(dòng)、鐵路單機(jī)制動(dòng)和鐵路牽引制動(dòng). 公路工況和鐵路單機(jī)運(yùn)行工況下,公鐵牽引車行車制動(dòng)均采用腳踏制動(dòng)器形式,氣助力四輪蹄式制動(dòng); 駐車制動(dòng)采用制動(dòng)氣室彈簧式制動(dòng)形式. 鐵路牽引工況運(yùn)行時(shí),通過操縱布置于操縱臺上的JZＧ７型手制動(dòng)機(jī),實(shí)現(xiàn)對牽引車的制動(dòng)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(jī)室、機(jī)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(jī)室及機(jī)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(dòng)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(dòng),為牽引、制動(dòng)、輔助設(shè)備提供電力,控制車輛公路行駛和制動(dòng);公鐵轉(zhuǎn)換模式完成轉(zhuǎn)向鎖定、前后導(dǎo)向鋼輪升降動(dòng)作;鐵路模式完成前后導(dǎo)向油缸的自動(dòng)補(bǔ)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(jī)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(jī)車車輛阻燃材料技術(shù)條件»和TB/T２７２８－１９９６«內(nèi)燃機(jī)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(qiáng)度和導(dǎo)向框架靜強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度分析

３．１　車體鋼結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度分析
根據(jù)GB/T１１５５１－２０１３«乘用車正面碰撞的乘務(wù)員保護(hù)»標(biāo)準(zhǔn),并依據(jù)TB/T１３３５－１９９６«鐵道車輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定規(guī)范»對車體鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)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(jì)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(biāo)準(zhǔn)要求.

３．２　導(dǎo)向框架靜強(qiáng)度及疲勞強(qiáng)度分析
依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)度及疲勞強(qiáng)度進(jìn)行分析.靜強(qiáng)度計(jì)算分為兩種工況:
(１)工況一:垂向超常載荷單獨(dú)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(qiáng)度有較大余量,滿足靜強(qiáng)度要求.
由圖５可知:正常運(yùn)營載荷工況下,導(dǎo)向框架的焊縫和母材危險(xiǎn)區(qū)域的各疲勞應(yīng)力狀態(tài)點(diǎn)均位于修正的Goodman疲勞極限線圖包絡(luò)線內(nèi),滿足疲勞強(qiáng)度要求.

４、四輪驅(qū)動(dòng)公路鐵路兩用牽引車牽引特性
根據(jù)四輪驅(qū)動(dòng)公鐵牽引車黏著牽引力、速度、阻力值分析計(jì)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(dòng)公路鐵路兩用牽引車在平直道牽引５００t負(fù)載時(shí)的最大運(yùn)行速度可達(dá)２４km/h, 滿足該牽引車在平直道上牽引５００t負(fù)載時(shí)最大運(yùn)行速度１５km/h的要求.

５、結(jié)語
四輪驅(qū)動(dòng)公路鐵路兩用牽引車的研制,為用戶提供了多項(xiàng)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(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),為進(jìn)一步開拓公鐵車市場提供了有力的技術(shù)支持.

參考文獻(xiàn):
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