轨道工程车辆贯通道渡板的设计与选型

邓雄方，陈跃忠，刘理智，李 鸿

(湖南联诚轨道装备有限公司，湖南 株洲 412000)

0 引言

轨道工程车辆主要用于轨道及接触网、信号系统的施工、检测和维修等。本文主要介绍宝鸡中车时代工程机械有限公司生产的工程用车辆贯通道的设计方法、设计方案结构原理及试验验证等。

该项目车辆为12编组，贯通道布置于相邻两车厢之间的车钩上方。根据技术规范的要求，车辆通过最小曲线半径为R145 m，车端距为800 mm，贯通道裙边通过宽度为730 mm。

1 贯通道选型

1.1 贯通道初步方案的确定

贯通道主要由折棚和渡板等几大部分组成，参照25K客车采用单个外折棚结构。由于车端距为800 mm，折棚应采用对接式结构，并使用外弹簧拉杆进行支撑，以防止折棚下坠。现已装车运营的160 km动车贯通道，技术参数和宝鸡25K类似，其渡板结构采用相对简单的搭接式，如图1(a)所示。由于工程车辆通过路线的不确定性，如果采用搭接式渡板，可能会因搭接量不够而出现渡板跌落的情况，因此不适用。

(a)搭接式 (b)肋排式

本项目借鉴高铁列车的渡板结构采用肋排式渡板，如图1(b)所示。该类型渡板能适应各种复杂曲线，而不会出现跌落的情况。该渡板呈平行四边形运动，并采用板簧进行复位，踏板搭接于渡板上方，为乘客提供一个安全的行走通道。

1.2 总体尺寸的初步确定

贯通道总体外形尺寸逻辑关系(见表1)。根据车体接口确定出贯通道折棚边框尺寸；根据折棚边框尺寸、最小通过曲线半径R145 m可确定折棚总体宽度约为1 270 mm，折棚总体高度约为2 405 mm。结合裙边通过宽度730 mm，可确定渡板宽度约为910 mm，结合踏板安装接口，可确定踏板宽度为960 mm。根据对接框处通过宽度970 mm和通过高度大于等于2 100 mm要求，确定出对接框尺寸约为1 234 mm×2 310 mm。

表1 贯通道总体尺寸设计关系图

1.3 肋排式渡板的选型与设计

肋排式渡板主体为一个矩形框架，包含了2个横梁和2个侧梁，横梁与侧梁相互铰接，可呈平行四边形运动，在与横梁平行的方向上交替布置了铝踏面和尼龙踏面，铝踏面截面为工字形结构，尼龙踏面可嵌入其中，为了使渡板能在一定范围内活动，铝踏面和尼龙踏面之间必须留有一定间隙。

肋排式渡板按结构形式可分为整体式和分体式。整体式常用于整体式折棚，其尺寸大，重量重，运输和拆装均不方便。分体式常用于对接式折棚，当折棚解编后，相邻两渡板可自然分离，实现快速解编。

该项目采用的是分体式渡板(见图2)，其一端被板簧预压，另一端可围绕对接框中心点旋转，该渡板与车体及其他部件均无紧固件连接，可实现“抽屉式”拆装，安装和维护十分方便。

图2 肋排式渡板安装示意图

肋排式渡板的关键参数为最大偏转角和偏摆量，最大偏转角通常转化为相邻边的最小夹角θ进行分析，而偏摆量和最小夹角θ、横梁长度直接相关。假设铝踏面和尼龙踏面安装间距为D，尼龙踏面宽度为W，铝踏面垂向支撑板厚度为T，铝踏面与尼龙踏面初始间隙为S，铝踏面和尼龙踏面中心距离为P，铝踏面与尼龙踏面瞬时间隙为S’，如图3所示。

图3 肋排渡板设计原理图

显然，当θ=90°时，渡板处于初始状态，此时D=P；当θ≠90°时(此处只考虑θ为锐角)，sinθ=P/D；而P=S’+(W+T)/2，D=S+(W+T)/2；显然S’≥0，则最小夹角θ与尼龙踏面宽度W、铝踏面垂向支撑板厚度T、铝踏面与尼龙踏面初始间隙S的关系式为：

Sinθ≥(W+T)/(2S+W+T)

根据以往经验，为使渡板满足曲线通过要求，θ应尽量小，一般不大于60°。此处T值通常取10 mm，而W值太大容易与侧梁发生干涉，不利于踏面的布置，太小则可能导致搭接量不够，通常取50～70 mm，初步设定S值为10 mm，计算出θ约为55°。上述参数值情况下，渡板是否满足使用要求还需进行曲线通过模拟分析。

2 运动分析和校核

2.1 车体运动位置分析

本项目车辆通过最小曲线半径为R145 m。在设计分析时主要考虑曲线入口、曲线上、S曲线3种工况。结合车辆参数，利用CAD软件对车体过曲线进行模拟分析，图4中的(a)(b)(c)图分别为车辆通过R145 m曲线入口、曲线上、S曲线3种工况时的位置模拟分析图。

2.2 贯通道运动分析和校核

贯通道结构和尺寸初步确定后，还须进行曲线分析和校核，需要满足的项点为：折棚有足够的拉伸和压缩量。渡板能满足通过曲线要求，并且与踏板有搭接量，不漏出缝隙；各部件不发生干涉。

利用CAD软件将贯通道各部件放置于车体位置图中进行分析和校核[1]。图5中的(a)(b)(c)图分别为车辆通过R145m曲线入口、曲线上、S曲线3种工况时贯通道位置模拟分析图。

2.2.1 折棚拉伸和压缩能力的校核

假定折棚棚布全部被拉直(装夹面以上15 mm认定为不可拉伸)，计算出折棚最大拉伸量为1 258 mm，将所有型材厚度相加可得出折棚最大可压缩至290 mm。从图5中的(a)(b)(c)中可以看出，折棚最大拉伸至881.5 mm，最大压缩至708.9 mm，显然，折棚的拉伸和压缩能力可满足使用要求。

2.2.2 渡板和踏板的校核

从图5中的(a)(b)(c)中可以看出，得益于肋排式渡板的特性，踏板与渡板之间有足够的搭接量，且裙边完全覆盖住了踏板与渡板两端(图示730 mm为折棚裙边通过宽度尺寸)，不会出现露缝情况。另外，3种工况中，渡板最小夹角为72°，大于理论最小夹角55°。因此，渡板和踏板能满足使用要求。

2.2.3 干涉情况校核

从图5中的(a)(b)(c)中可以看出，贯通道内部及贯通道与车体之间未发现干涉现象，实际是否干涉还须进行曲线通过能力试验进一步验证。

3 试验验证

利用贯通道位移试验台对贯通道进行通过最小曲线试验。将贯通道紧固安装在试验台上，状态与装车情形一致(见图6)。验证贯通道处于各种极限位移状态下的性能，验证设计的可行性。

图6 贯通道通过曲线试验示意图

经过试验验证及装车考核，设计的贯通道均符合TB/T 3094《机车车辆风挡》相关要求及宝鸡工程车辆的使用要求[2]。

4 结语

本文介绍了宝鸡25K型贯通道的设计与选型，对贯通道方案、肋排式渡板的选型和计算、贯通道的运动分析和校核等方面进行了阐述。该项目采用的肋排式渡板解决了小曲线工况下，渡板和踏板之间漏缝或搭接量少导致的脱落问题，为以后类似项目的设计和研发提供了参考依据。