铁路货车悬挂系统振动能量收集装置的结构模型设计

王自超，徐 旭，洪海峰，张 航，周 琪

（西南交通大学 机械工程学院，四川 成都 611756）

近年来，随着我国铁路建设水平的不断提高、规模的不断扩大，铁路建设领域各种亟待解决的问题也越来越多。铁路货运在整个铁路运输系统中占有很高的比例，如何高效、节能、环保地在现有设备基础上提高铁路货运的经济效率是许多专家学者长久以来研究的方向。目前，实际应用较多的铁路货车转向架有转K2型、转K4型、转K6型等。本文针对齐齐哈尔铁路车辆（集团）有限责任公司设计生产的转K 6型转向架，通过分析其弹簧组内部空间尺寸，设计出一种尺寸合适的发电装置结构模型，将其安装在弹簧内部，通过丝杠连接车体和发电装置，将货车的上下振动转换成发电装置内部转子的旋转（旋转磁场）运动，进而达到将车体的振动储能转化为电能的目的。

1 转K 6转向架弹簧组

（1）弹簧组简介。弹簧由6个外圆弹簧（1）、1个外圆弹簧（2）和7个内圆弹簧组成。外圆弹簧（1）比内圆弹簧高23 mm，外圆弹簧（2）与内圆弹簧同高。空车时仅外圆弹簧（1）承载，重车时内圆弹簧和外圆弹簧（2）参与承载，实现空、重车两级刚度，如图1所示。

（2）弹簧组排列方式，如图1所示。

（3）弹簧组基本参数，如表1所示。

图1 悬挂系统弹簧组排列方式

表1 转K 6型转向架弹簧组基本参数

2 弹簧组尺寸分析

（1）径向分析。承载内簧和减振内簧中径尺寸不一样。为了充分利用弹簧内部空间，在减震弹簧和承载弹簧中分别设计两种不同的发电装置。其中减振内簧中发电装置直径Dj≤12 mm，承载内簧中发电装置直径Dc≤16 mm。

（2）纵向分析。发电装置高度受弹簧高度的限制。分析上表可知，发电装置的总高度满足H≤262 mm。

3 车体振动分析

表2 铁路货车运行过程中弹簧组震动参数

车体在空车和载重两种情况下的弹簧组振动情况不同，周期性振动储能也不同。车体的振动储能是发电装置的动力来源。

4 结构模型设计

（1）三维模型建立。在弹簧的数量上，由于转向架每个侧架上可以安放9个弹簧，每节车厢上配有前后两组转向架，所以在一个车厢上可以安放2种共36个发电装置。

用Solid WorkS2012软件建立图示装置的三维结构模型，如图2所示。

图2 发电装置三维模型

（2）实体模型建立。根据三维模型，参考国外一些研究者的设计思路，可以设计出发电装置的结构模型如图3所示。

图3 发电装置实体模型

5 结语

为了给铁路货车提供小功率电力（货车上主要为电空制动系统及电子防滑器的电力供应）资源，同时避免安装高成本的供电系统大材小用，设计一种低成本的可以满足低电力需求且相对独立的供电装置有其意义所在。尝试利用货车悬挂系统中的未利用空间，在不改变货车原有结构的基础上，将列车行进中的振动储能转化为可利用的电能，满足较小的电力需求。

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