F型轨道密封装置的设计

□ 赵继平 □ 钟 可 □ 王天龙 □ 田江泽

1.中国建筑标准设计研究院有限公司 北京 100048 2.长沙市轨道交通集团有限公司 长沙 410000

1 设计背景

磁浮列车是一种靠磁浮力来推动的列车。由于轨道的磁力使列车悬浮在空中,行走时不需要接触地面,因此阻力只有空气的阻力。列车运行时不但速度快,而且平稳、舒适,易于实现自动控制,无噪声,无有害废气排放。

2006年,我国在引入德国产品的前提下在上海建成世界上首条商业运营高速磁浮线。此后,国内加速开发技术,并在十年间相继建立五条试验线,进而在北京、长沙完成两条正式线路,两条线路皆为高架线。目前,武汉、成都、广州、岳阳、株洲、郴州、唐山、乌鲁木齐等十余座大中型城市都已规划修建磁浮线路。

长沙磁浮线在一期基础上获批开建东延线,其中两站为地下站,属国内首创。根据我国人防相关法律规定,磁浮线修建需兼顾人防工程。因此需设置区间防护设备,目前国内外皆无同类设备。

F型轨道如图1所示。列车运行过程中,依托两条F型轨道提供磁力悬浮,在平战转换时,不能断开F型轨道。因此,F型轨道的密闭性设计是磁浮式地铁区间防护设备研发进程中的重点和难点。

▲图1 F型轨道

中国建筑标准设计研究院有限公司的技术人员攻克技术难点,研发了一种适用于磁浮列车的F型轨道密封装置。这一装置具有平战转换时不需要断开F型轨道,安装方便快捷,能抵抗核武器和常规武器6级冲击波荷载等诸多优点。

2 结构设计

F型轨道密封装置截面如图2所示,分为上、下密封装置两部分,包络挤压F型轨道,实现密闭性。上密封装置分为左、右两部分,便于吊装安装。

▲图2 F型轨道密封装置截面▲图3 F型轨道密封装置结构

F型轨道密封装置的结构如图3所示,由外侧钢板、夹心层胶块、内侧密封装置、加强筋板及夹持的螺栓组成。

钢板材质的牌号为Q345,胶块材质为橡胶,Q345钢的屈服强度为345 MPa。

3 密封原理

钢板及夹心层的胶块与F型轨道仿形设计,胶块凸出钢板边缘2 mm。当螺栓预紧力连接上、下密封装置时,胶块凸出部分包络挤压F型轨道,实现F型轨道的密闭性。

安装下密封装置时,在下密封装置与安装基座之间塞入3 mm胶块,实现密闭性。

左上密封装置和右上密封装置之间塞入胶块,实现密闭性。

平时列车运营时,拆下密封装置,不会阻碍列车运行。平战转换时,安装密封装置,并且不需要断开F型轨道。

4 有限元分析

对左上密封装置、右上密封装置、下密封装置分别加载6级冲击波等效静载载荷,分析F型轨道密封装置的力学性能和位移。

4.1 下密封装置

下密封装置应力如图4所示。最大应力产生在左右下角无筋板处,最大应力值为176.1 MPa,小于Q345钢的屈服强度,满足强度要求。

▲图4 下密封装置应力

下密封装置位移如图5所示。最大位移产生在与F型轨道接口处,最大位移值为0.94 mm,位移值较小,可以忽略。

▲图5 下密封装置位移

4.2 右上密封装置

右上密封装置应力如图6所示。最大应力产生在与F型轨道接口处,最大应力值为207.9 MPa,小于Q345钢的屈服强度,满足强度要求。

右上密封装置位移如图7所示。最大位移产生在与F型轨道接口处,最大位移值为0.72 mm,位移值较小,可以忽略。

4.3 左上密封装置

左上密封装置应力如图8所示。忽略直角处应力集中,最大应力产生在无筋板处,最大应力值为501.1 MPa,大于Q345钢的屈服强度,不满足强度要求。

▲图8 左上密封装置应力▲图9 左上密封装置位移▲图10 优化后左上密封装置应力

左上密封装置位移如图9所示。最大位移产生在无筋板处,最大位移值为9.93 mm,变形过大。

5 优化改进设计

对左上密封装置进行优化设计,增加筋板,并进行有限元分析。

优化后左上密封装置应力如图10所示。忽略直角处应力集中,最大应力值为169.5 MPa,小于Q345钢的屈服强度,满足强度要求。

优化后左上密封装置位移如图11所示。最大位移值为2.28 mm,经过优化后的结构位移有较大幅度减小,在弹性变形范围内。

▲图11 优化后左上密封装置位移

6 结束语

笔者介绍了一种F型轨道密封装置,有效解决了磁浮式列车穿行通过地下站区间时,人防防护设备F型轨道的密闭性问题,确保平时不影响列车运行,战时不需要断开F型轨道,属于国内首创。对该装置进行了有限元分析,对受力薄弱、变形较大的左上密封装置进行了优化设计,优化后满足强度和变形要求。这一装置为成功研发适用于磁浮列车穿行通过地下区间防护段的区间人防设备提供了理论依据。