550T公铁两用牵引车前导向装置结构设计

姜青霞 安赟 盖晓东 王泓帏

1.中车四方车辆有限公司 山东青岛 266000

2.哈尔滨理工大学 黑龙江哈尔滨 150000

公铁两用牵引车是指既能在公路上行使，又能在铁路上运行的特种车。主要承担轨道车辆在铁路的牵引、抢修、施工、检修和救援等任务。公铁两用牵引车应快速方便完成车辆运行方式转换，即要迅速方便地进行胶轮和钢轮转换[1]。该前导向装置是在550T叉车底盘基础上设计，是公铁两用牵引车在铁路作业时的保障，使公铁车牵引车能自动沿铁路钢轨通过铁路曲线及道岔。导向装置包括前导向装置和后导向装置，本文主要介绍前导向装置结构设计[2-4]。

1 使用条件和技术参数

1.1使用条件

环境温度-10℃-45℃

平均相对湿度 ≤90%

轨距1435mm

最大坡道1‰

1.2导向装置设计参数

前后导向钢轮轮径220mm

公路模式下导向轮离地距离≥230mm

前导向轴重2.8T

2 前导向装置性能

2.1铁路状态下，前导向装置可将钢轮与车体安全可靠连接在一起，实现牵引车能在铁路上行驶；

2.2前导向装置要能够传递和承载车体至轮对之间，以及钢轨至车体之间的各种载荷和作用力，且还要合理分配轴重；

2.3前导向装置要便于安装减震装置，并有足够的强度和刚度，用于保证减震装置能发挥其减振特性，缓和公铁两用牵引车公路与铁路之间转换过程中，减少其振动和冲击，提高公铁两用牵引车运行时的平稳性和安全性；

2.4钢轮踏面应符合铁路标准规定的车轮踏面形状；

2.5导向装置能自动升降，可顺利进行铁轮和胶轮转换。

3 前导向装置结构设计方案

前导向装置主要由升降装置、铁路走行装置、随动装置。

3.1升降装置

升降装置由液压缸、弹簧、弹簧座等组成，用于牵引车胶轮和钢轮的转换；随动装置由弹簧、滑块等保障车辆安全运行的必要机构。

此结构有两个液压缸，其输出力作用在导向框架，作用力与支撑中心在同一轴线上，要求液压缸速度变化缓慢，根据对公铁两用牵引车铁路和公路状态时前导向装置受力分析得，单个前导向框架当施加力约为20KN，按照推力的大小和装置特点确定压力等级为16MPa。选缸径63mm，杆径为45mm，安装距为365mm，行程为147mm，根据所需压力、工作环境选取标准系列HSG工程用液压缸[5]。

弹簧结构采用圆柱螺旋压缩弹簧结构形式，弹簧中径80mm、弹簧材料60Si2Mn、弹簧材料直径20mm、弹簧的有效圈数8，自由高度280mm，工作高度270mm。

弹簧座分上弹簧座和下弹簧座，材料用45钢。

3.2铁路走行装置

铁路走行装置是引导车辆沿轨道运行，并将牵引车辆全部重量传给钢轨，保证牵引车辆以最小的阻力在轨道上运行，且顺利地通过曲线。主要由钢轮、端盖、车轴等组成（图1）。

钢轮直径为220mm，材料采用CL60；端盖分端盖I和端盖II，材料采用Q235A；车轴为端轴与中间轴焊接结构，端轴材料为45#钢，中间轴材料为钢管83＊14-45。

3.3随动装置

随动装置主要包含导向框架、液压缸座组成、弹簧座组成等，焊接框架由材质为Q345C厚为20mm钢板与套筒焊接而成；液压缸座组成由材质为Q345C厚度分别是22mm、20mm、16mm钢板焊接而成；弹簧座组成由材质为为Q345C厚度分别是20mm、16mm、10mm钢板焊接而成，它们通过销轴和车体框架连接，是保障车辆安全运行的必要机构（图1）。

4 设计验证

采用CATIA软件建立铁路前走行装置建立了三维模型，通过ANSYS对其进行了网格划分，形成了铁路前走行装置有限元网格离散模型（图2），根据标准《TB/T2637-2008铁道客车转向架构架、摇枕及摇动台》、《GB/T699-2015优质碳素钢》，和《GB/T1591-2008低合金高强度结构钢》的要求，经HYPERMESH有限元分析，得出各部位应力云图，其中最大应力值为270Mpa，在套筒内端部外侧（图2），安全系数为1.28，其满足静强度要求（图3）

图2

图3

5 结语

本文提供了在550T叉车底盘基础上设计迅速方便地进行胶轮和钢轮转换的前导向装置结构，该前导向装置结构简单合理，安全可靠性好，为今后公铁两用牵引车前导向装置的设计、研究和车辆轻量化等方面提供一定的实践依据。