公鐵兩用車是一種公路、鐵路兩用的特種車輛，可在公路硬化路面及鐵路上運(yùn)行，適用于公路90km/h、鐵路120km/h運(yùn)行速度下的快速貨物運(yùn)輸。公鐵兩用車鐵路走行部的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足運(yùn)行速度快、載貨量大及空重車重量變化大等要求。

1、主要技術(shù)參數(shù)

動(dòng)力走行部（圖１）應(yīng)滿足整車輕量化設(shè)計(jì)要求，采用獨(dú)立旋轉(zhuǎn)車輪結(jié)構(gòu)，傳動(dòng)方式為交流電傳動(dòng)和輪轂電機(jī)傳動(dòng)。


表１為公鐵兩用車動(dòng)力走行部主要技術(shù)參數(shù)。

2、主要結(jié)構(gòu)

2.1　構(gòu)架
構(gòu)架組成主要采用鈦板箱形焊接結(jié)構(gòu)，材質(zhì)為ＴＡ３，主要由側(cè)梁組成、端梁、一系彈簧座、提升連桿座等組成。整個(gè)構(gòu)架左右對(duì)稱，側(cè)梁為主要承載件，其上設(shè)有一系彈簧座、提升連桿座、牽引桿安裝座和減振器座等。
鈦合金具有良好的可焊性，由于其具有較小的熱導(dǎo)性，故鈦合金只有在電弧燃燒范圍內(nèi)熔化，并具有良好的流動(dòng)性，在焊接過程中極易形成熔池，焊絲易熔化，熔滴金屬過渡到熔池中極易形成焊縫；因其具有較小的熱膨脹系數(shù)，故鈦合金的可焊性很強(qiáng)。另外，鈦合金還具有良好的冷成型性，可在部分部位折彎成型，以減少焊縫數(shù)量，提高構(gòu)架剛度。

2.2　輪軸及驅(qū)動(dòng)裝置
動(dòng)力走行部為獨(dú)立旋轉(zhuǎn)車輪結(jié)構(gòu)，設(shè)有曲軸、車輪、軸承等。車輪輪轂同時(shí)作為軸箱體使用，設(shè)有２個(gè)單列圓錐滾子軸承（均置于車輪內(nèi)部）。車輪和輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)子通過法蘭連接，輪轂電機(jī)定子通過花鍵固定于曲軸（圖２），曲軸通過軸箱彈簧及軸箱定位裝置與構(gòu)架連接。曲軸與構(gòu)架之間存在７００Ｎ／ｍｍ 的垂向剛度，并通過導(dǎo)柱式軸箱定位裝置實(shí)現(xiàn)與構(gòu)架之間的橫向及縱向定位。在鐵路上運(yùn)行時(shí)，與曲軸連接的電機(jī)定子固定，與車輪連接的電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)車輪旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)功能。



2.3　提升裝置
采用平行四邊形連桿提升機(jī)構(gòu)，連桿機(jī)構(gòu)上部安裝于車體，兩安裝點(diǎn)水平布置，利用平行四邊形的原理保證了整個(gè)動(dòng)力走行部的水平提升；使用長(zhǎng)轉(zhuǎn)臂結(jié)構(gòu)保證了提升裝置在提升時(shí)走行部整體有較小的水平位移，在提升高度為３００ｍｍ 時(shí)水平方向位移僅為５２ｍｍ，實(shí)現(xiàn)了近似垂直升降功能，節(jié)省了安裝空間，并使整車布置更趨于合理化。

3、計(jì)算

3.1　動(dòng)力學(xué)計(jì)算
采用車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析軟件ＳＩＭＰＡＣＫ 對(duì)動(dòng)力走行部進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)性能分析。參考標(biāo)準(zhǔn)包括ＧＢ／Ｔ　１７４２６—１９９８《鐵道特種車輛和軌行機(jī)械動(dòng)力學(xué)性能評(píng)定及試驗(yàn)方法》、ＵＩＣ　５１３—１９９４《鐵路車輛內(nèi)旅客振動(dòng)舒適性評(píng)價(jià)準(zhǔn)則》、ＵＩＣ　５１８—２００９《鐵路車輛的試驗(yàn)與驗(yàn)收依據(jù)動(dòng)力學(xué)性能安全性、軌道疲勞、運(yùn)行性能》等。計(jì)算結(jié)果表明：公鐵兩用車的動(dòng)力學(xué)性能滿足以上標(biāo)準(zhǔn)的要求。

3.2　鈦合金構(gòu)架靜強(qiáng)度計(jì)算
由于公鐵兩用車屬于自帶動(dòng)力的鐵路運(yùn)輸車輛，不同于常規(guī)鐵路貨車和鐵路機(jī)車，因此綜合考慮了機(jī)車和貨車的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并取其嚴(yán)苛者以驗(yàn)證本走行部的相關(guān)性能。超常載荷中垂向加速度取１．６ｇ，橫向載荷計(jì)算參照ＥＮ　１３７４９—２０１１《鐵路應(yīng)用輪對(duì)和轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)向架構(gòu)架結(jié)構(gòu)要求的方法》，考慮本走行部為單軸結(jié)構(gòu)，不存在只有三輪與軌面接觸的可能，因此不考慮扭曲載荷的作用。由于電機(jī)直接吊掛于曲軸與車輪，因此驅(qū)動(dòng)載荷僅考慮其對(duì)曲軸和車輪的作用。計(jì)算共分４個(gè)主要工況（表２）。



為滿足輕量化要求，增加車輛的載貨量，本走行部在鐵路走行部中首次使用了鈦合金材料。目前鈦合金材料主要應(yīng)用于航空航天以及船舶領(lǐng)域，由于材料的疲勞性能與其使用工況密切相關(guān)，因此難以參考鈦合金材料在航空航天及船舶領(lǐng)域的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。考慮到車輛在運(yùn)行時(shí)的載荷是循環(huán)工作負(fù)載，通用的動(dòng)載荷系數(shù)為１．３，由動(dòng)態(tài)載荷引起的應(yīng)力變化值為計(jì)算應(yīng)力結(jié)果的３０％，故可取其屈服強(qiáng)度的２／３作為鈦合金材料的許用應(yīng)力，母材靜強(qiáng)度計(jì)算安全系數(shù)取１．５，參考鋼材經(jīng)驗(yàn)值，焊縫安全系數(shù)為母材的１．１倍，取值１．６。走行部常用材料的機(jī)械性能見表３。



經(jīng)計(jì)算，超常載荷工況下構(gòu)架最大應(yīng)力為１５３ＭＰａ（圖３），安全系數(shù)為３．３，遠(yuǎn)大于１．５，滿足走行部的使用要求。

4、結(jié)束

語(yǔ)公鐵兩用車鐵路走行部的設(shè)計(jì)需滿足輕量化的要求，因此本走行部構(gòu)架采用鈦合金材料，輪轂電機(jī)采用新結(jié)構(gòu)，大大降低了走行部的質(zhì)量。同時(shí)，動(dòng)力學(xué)計(jì)算和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果表明，所研制的動(dòng)力走行部的各項(xiàng)性能符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與整車使用要求。裝用本走行部的２５ｔ底盤公鐵兩用車的載貨量達(dá)６．５ｔ，可滿足鐵路“白貨”的運(yùn)輸要求，結(jié)合“門對(duì)門”的運(yùn)輸方式可大大提高貨物的運(yùn)輸效率。

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