地铁轨道板铺轨车结构设计与研究

韩睿 冯天宇 赵刚

摘要：本文介绍了地铁轨道板铺轨车的结构组成、功能特点以及结构计算方法。结果表明：地铁轨道板铺轨车的车身结构可无级变宽、变窄和变高、变矮，且变宽和变高时间短，具有安全可靠、结构紧凑，起吊吨位大等优点。

关键词：地铁轨道板铺轨车;车身结构;机架

中图分类号：U231+.3     文献标识码：A     文章编号：2096-6903（2020）06-0000-00

0引言

地铁轨道板铺轨车可满足既有地铁隧道内轨道板的吊装和铺设、轨叉安装、混凝土料斗和砼灌注、钢筋材料、施工物资的吊装等工作。地铁轨道板铺轨车的走行可在不同的隧道断面即圆弧形、马蹄形、平面基础面上进行适应性变形，也可在不同的基础面上进行转向、重载作业、调整吊装物的位置等功能。

1地铁轨道板铺轨车的组成及功能特点

1.1结构形式

地铁轨道板铺轨车主要有：机架总成1、起吊装置2、液压系统3、辅助支架4、走行系统5、电控系统6、起吊工装7、控制台8等结构组成（如图1）。

1.2 主要功能及特点

（1）地铁轨道板铺轨车可根据地铁隧道内的截面尺寸进行无级变宽、变窄和变高、变矮，适应隧道内区间、站台、道岔、人防门等多种断面的轨排铺设、轨道板铺设、混凝土灌注、吊装钢筋等施工作业;

（2）目前，地铁隧道内铺轨采用传统的轮轨式铺轨车，且需要搭设临时走行钢轨。而地铁轨道板铺轨车采用液压马达驱动，轮胎式走行，可在圆弧等多个断面上进行行走，避免了搭设临时钢轨的繁琐工作;

（3）采用低转速大扭矩液压马达驱动并配合橡胶轮胎走行，可使铺轨车爬坡能力达到50‰，爬坡能力强;（4）提升能力大，可满足16T的起吊。

2机架结构强度计算

2.1 SAFI软件介绍

本文基于SAFI有限元分析软件进行计算，该软件通过交互图形方式建立模型，通过建立有限元模型，使用本软件内部提供的单元材料库或自定义单元材料。SAFI软件的计算提供“强度极限状态”（即ULS值），该值表示为单元实际受力和许用力的比值，该值体现了单元受拉、压、剪切、压弯、拉弯等各种载荷情况下的计算结果，若该值<1.0，即表示该单元强度、刚度、稳定性均满足AISC规范要求。

2.2 模型处理

机架结构主要由顶架、水平机架、垂直机架、走行轮组等组成，为了便于对顶架、水平机架、垂直机架、走行轮组进行有限元分析，对整体结构的力学模型作以下处理：（1）顶架为刚架结构，各杆件之间连接可靠，近似为刚性连接;（2）水平机架与顶架连接为套装式连接，中间为伸缩油缸连接，在正常工作状态下，钢结构之间连接可靠，近似为刚性连接;（3）垂直机架与水平机架为套装式连接，中间为伸缩油缸连接，在正常工作状态下，钢结构之间连接可靠，近似为刚性连接;（4）走行轮组与垂直机架为销轴式连接，此处在软件中将连接方式改为销轴约束;（5）其他设备（如油箱、电机泵组、电气柜等）均以载荷的形式施加。

2.3 计算过程及结果

工况1：地铁轨道板铺轨车在重载情况下直立行走，主要承受载荷有钩载，前后飘台设备载荷（含液压系统、电控系统），控制台设备载荷。模型约束方式为车轮底部进行横向方向的固定约束，纵向方向约束释放，且在轮组摆角销轴连接处进行轴向释放（如图2）。

工况2：地铁轨道板铺轨车在重载情况下曲面行走，主要承受载荷与工况1一致。模型约束方式为车轮底部横向一侧为固定约束，另一侧约束释放，纵向方向约束释放，且在轮组摆角销轴连接处进行轴向释放（如图3）。

结果：通过以上SAFI软件计算得出以下ULS数值，其中工况1最大ULS数值为0.62，位置在车轮轮组位置。整体结构在直立行走状态工况下为安全;工况2最大ULS数值为0.89，位置在车轮轮组位置，整体结构在最大摆角曲面行走工况下为安全。

3结语

地铁轨道板铺轨车具有结构设计紧凑、曲面行走安全性高、爬坡能力强、传动效率高等特点，且结构形式已成功应用于地铁轨道作业施工中，实践证明其具有结构运行稳定、可靠等特点。

参考文献

[1] 吴沫，韩睿，陈辉.浅析地铁轨道板施工车走行机构液压系统设计[J].智能建筑与工程机械，2019，1（3）：78-81.

[2] 张质文，虞和谦，王金诺，等.起重机设计手册[M].北京：中国铁道出版社，1998.

[3] 王海峰，李春利，顾明强.混泥土搅拌运输车传动系统的分析与动力匹配[J].汽车实用技术，2010，7（1）：31-34.

[4] 徐格宁.机械装备金属结构设计[M].第二版.北京：机械工业出版社，2009.

收稿日期：2020-05-08

作者简介：韓睿（1986—），男，四川南充人，本科，中级工程师，研究方向：新制式轨道交通装备与工程化设计。

Structural Design and Research of Subway Track Board Construction Vehicle

HAN Rui，FENG Tianyu，ZHAO Gang

（China Railway Maglev Science & Technology （Chengdu） Co. ，Ltd. ，Chengdu Sichuan 610083）

Abstract： This paper introduces the structural composition， functional characteristics and structural calculation method of subway track board construction vehicle. The results show that：the body structure of subway track board construction vehicle can be widened， narrowed， raised and dwarfed steplessly， and the time of changing span and height is short. It has the advantages of safety and reliability， compact structure and large lifting tonnage.

Keywords： Subway track board construction vehicle; Body structure; Frame