地铁车辆二系横向止档设计规范指南

匡剑宇，孔媛媛

（中车株洲电力机车有限公司，湖南 株洲 412000）

0 引言

二系横向止挡作为弹性元件固定在构架上，缓冲车体引起的横向振动，所受的负荷主要是曲线通过时产生的静态和动态力。横向止挡弹性地限制超出正常自由范围的横向变形，并有一个刚性止档限制整个的横向位移，确保车辆运行在动态包络线内。

1 分析/计算/设计过程

1.1 负荷与位移

横向止档在设计过程中应考虑其最大动态负荷、横向位移、最大位移（弹性间隙）。其中最大位移由刚性止档限制。

1.1.1 最大动态载荷

可以用以下四种方法来计算横向止档的动态载荷，以中车株机公司B型地铁车辆为例，取四种算法中的最大载荷。

（1）按照构架强度计算(UIC 615)

根据 《UIC 615-4-2003动力元件转向架和走行部转向架构架结构强度测试》[1]

超常载荷的静强度试验

横向试验载荷：

其中（mv+c1）/ne nb为超员工况（AW4）下的轴重。

注：nb=转向架数；ne=每转向架上的轮对数；m+（kg）=转向架重量；mv（kg）=整备状态下的空车重；c1：取超员载荷；c1：取定员载荷。

主要运营载荷的静强度试验

横向力：

（2）按照构架强度计算(EN 13749)

根据《DIN EN 13749-2011铁路设施转向架构架结构要求的规定方法》[2]

横向力(施加到每个轴)：

横向力(施加到每个转向架)：

其中（Mv+P1）g/4为超员工况（AW4）下的轴重。

注：Mv：处于工作状态下的车辆质量；P1:为特殊的设计有效载荷（根据EN 15663）

（3）按照最大轨道超高计算

车辆静止停放在轨道，根据《地铁设计规范（GB50157-2013）》[3]，最大轨道超高为120mm，转向架被抬高0.77°。

转向架受到的横向力为mg×sin0.77°=18＊2＊9.8＊0.0134=4.7kN(按照18t轴重计算)。

（4）按照0.5m/s2未平衡加速度计算

根据《地铁设计规范（GB50157-2013）》[3]：

在正常情况下，允许未被平衡横向加速度为0.4 m/s2；

在瞬间情况下，允许短时出现未被平衡横向加速度为0.5 m/s2；

转向架受到的横向力为m车体×0.5 m/s2=(18＊4-2＊9)＊0.5=27kN(按照18t轴重计算)

1.1.2 最大位移

最大位移指的是橡胶止档与刚性止档之间的位移。当橡胶止档与牵引座接触时，橡胶止档会受沿车辆横向方向的压力，为了保证橡胶止档压缩至最大行程时刚性止档不与牵引座相碰，需要保证横向止档沿车辆横向方向的刚度，即通过最大位移体现[4]。

以中车株机公司B型地铁车辆为例，考虑车辆通过110m曲线半径，转向架与车体转角5.8°，刚性止档与牵引座的间隙由40mm减小至30mm。即横向止档的自由间隙至少应设计为10mm，综合考虑各因素及放量，自由间隙设计为15mm。

横向止档的最大位移（弹性间隙）=横向止档最大间隙-横向止档自由间隙=40mm-15mm=25mm。其中最大间隙40mm是根据B型地铁车辆限界参数而来。

1.1.3 横向位移

横向位移指的是横向止档沿车辆运行方向的位移。当橡胶止档与牵引座接触时，橡胶止档会受沿车辆运行方向的剪切力，为了保证橡胶止档不脱落，需要保证横向止档沿车辆运行方向的刚度，即通过横向位移体现。

考虑目前地铁车辆通过最小的110m曲线半径，转向架与车体转角5.8°，横向止档沿车辆运行方向与牵引座的理论最大位移为29.4mm。可取整设置为30mm。

1.2 自由间隙与弹性间隙

关于横向止档自由间隙与弹性间隙的设计原则：

车辆在直道不碰弹性止档。

车辆过弯道不碰刚性止档。

以中车株机公司B型地铁车辆为例来分析最大间隙、自由间隙、弹性间隙的设计。

最大间隙

根据B型地铁车辆限界参数，最大间隙取40mm；

自由间隙：

考虑车辆通过110m曲线半径，转向架与车体转角5.8°，横向止档最大间隙由40mm减小至30mm，具体分析见1.1.2节。即横向止档的自由间隙至少应设计为10mm，综合考虑各因素及放量，自由间隙设计为15mm。

弹性间隙

弹性间隙=最大间隙-自由间隙=40mm-15mm=25mm

1.3 特性曲线参数

关于横向止档载荷-位移特性设计原则：

最大位移对应的最大动态负荷＜试验负荷，以保证不碰刚性止档。

设置刚度突变点，以保证止档压缩由易变难。

以中车株机公司B型地铁车辆为例来选取横向止档特性曲线参数：

a.以位移每5mm为间隔划分横向止档的载荷-位移曲线；

b.横向止档最大位移为25mm，对应的最大动态负荷45kN＜试验负荷，即25mm位移下对应的试验负荷可取50-55kN；

c.刚度突变点的选取：0-20mm横向止档的刚度基本呈线性；位移到20mm刚度突变，即需要更大的负荷才能压缩横向止档；

d.其他控制点的选取：保证0-10mm横向止档刚度呈线性，10mm-20mm刚度平稳增大，20mm-25mm实现刚度突变。

表1 B型地铁横向止档特性曲线参数

2 结语

地铁车辆二系横向止档设计规范阐述了如何计算横向止档的最大动态负荷、最大位移、横向位移；如何计算横向止档的自由间隙和弹性间隙；如何选取横向止档的载荷-位移特性曲线。