可通过小半径曲线轨道平板吊车的研制

李铮 韩天一 张光利

中车山东机车车辆有限公司 轨道车辆研究所 山东省济南市 250022

城轨工程车是保障地铁、市域铁路安全运营的重要装备，在地铁、市域铁路建设及运营的各个阶段，需要城轨工程车运输设备和物料、接触网检查、维护。轨道平板吊车是一种常见的城轨工程车，根据某市市域铁路由于山地地形等原因，车场线存在小半径曲线，存在可通过小半径曲线轨道平板吊车的市场需求，中车山东机车车辆有限公司于2021年设计、制造了一款地铁、市域铁路维护用轨道平板吊车，该车可通过最小曲线半径25m（该车最高运行速度60km/h，曲线半径25m通过速度≤5km/h），车辆长度小，具有自重小、节能、灵活等优势，起重臂可伸缩范围大、变幅角度范围大。

随着轨道交通市场的快速发展，用户个性化需求增多，模块化设计可在尽可能短的周期内以尽可能少的规格、品种模块组合成多种规格的产品，从而满足用户的个性化需求。该车基于设计研发中的模块化设计理念，通过模块化设计，进一步提高了研发效率，缩短了设计周期，提高了设计质量。在车辆设计时，将整车分解成若干个独立而又相互联系的分系统，分为底架模块、侧门模块、端门模块、转向架模块、制动装置模块等，由于各模块可以并行作业，大大缩短了设计和生产周期。该车设计结构较多地采用了成熟的结构、材料，采用标准件和通用件，提高了通用化的程度，方便制造和检修。

1 用途

该车用于地铁、市域铁路装卸和运输养路机械、机电设备、钢轨、道岔、工程构件等笨重货物，设置活动式侧门，可装运散状货物，可通过小半径曲线。

2 主要特点及优势

（1）可低速通过小半径曲线，满足市域铁路车场线路等场所小半径曲线的通过要求。

（2）大量采用铁路货车通用件，零部件通用性强且已得到了广泛应用效果良好，零部件易于更换。

（3）该车无动力，由其它动力牵引车牵引运行。

（4）设置活动式端、侧门，既可以运输工程机械又可装运散装货物。

（5）起重臂可伸缩范围大、变幅角度范围大，起吊作业范围广。

（6）设置抓轨器，使用起重臂时提高了抗倾覆性。

3 主要技术参数

表1 该轨道平板吊车的主要技术参数

4 主要结构

该轨道平板吊车主要由车体、转向架、车钩装置、制动装置、液压工作站、起重机等组成。图1为该轨道平板吊车的主要结构图。

图1 该轨道平板吊车主要结构图

4.1 车体

该车车体由底架、侧门、端门、底架附属件等部分组成。该车是底架承载结构，即全部载荷（包括垂向载荷和纵向力等）均由底架各梁承受，而中梁和侧梁是主要承载梁件。主要型钢和板材的材质为Q345NQR2、Q355B。

4.1.1 底架

底架为全钢焊接结构，主要由中梁、侧梁、端梁、枕梁、大横梁（1）、大横梁（2）、小横梁、辅助梁、地板等组焊而成。中梁采用2根H型钢制成鱼腹形后，加下盖板、中梁隔板等组焊成箱型结构，这种结构是平车车体中常见的结构，可在满足底架强度的前提下减轻自重，也可避免采用大型钢材而使地板面距轨面过高。侧梁由冷弯槽钢制成，侧梁上设置绳栓，设置柱插，设置脚蹬。端梁主要起连接中梁、侧梁和安装冲击座的作用，由钢板冷弯制成，与端梁下连接板组焊成开口框式结构。

枕梁由枕梁上盖板、枕梁下盖板、枕梁腹板、枕梁隔板等组焊成箱形结构，上旁承处有隔板补强。液压吊（液压起重机）安装板位于大横梁（1）上部，液压吊（液压起重机）安装板和中梁之间焊接，大横梁（1）由大横梁上盖板、大横梁下盖板、大横梁腹板等组焊成箱型结构。大横梁（2）采用单腹板结构，由大横梁上盖板、大横梁下盖板、大横梁腹板组焊成。中梁与侧梁之间设有小横梁及辅助梁，铺设花纹钢地板。

车体两端设置抓轨器横梁，抓轨器横梁由抓轨器横梁上盖板、抓轨器横梁下盖板、抓轨器横梁腹板组焊成箱形结构。抓轨器和抓轨器横梁下盖板焊接，提高了使用起重臂时的抗倾覆性。

4.1.2 侧门

车辆两侧安装可灵活翻转且可拆卸的侧门，带有锁闭功能。侧门放下后与侧梁上挂钩自动连接进行锁闭。侧门由侧板、支柱、折页等组焊而成。

4.1.3 端门

车辆两端安装可拆卸端门；与侧门共同起围板作用，带有锁闭功能。端门由端板、支柱、折页等组焊而成。端门和侧门立起时共同起围板作用，可装运散装货物。

4.1.4 底架附属件

底架附属件主要有各种风缸座、阀吊座、管吊座、杠杆托架、拉杆吊等零部件。底架附属件焊接在底架上，主要用于将风、手制动装置固定到车体上。

4.2 转向架

可通过最小曲线半径25m（过半径25m曲线通过速度≤5km/h），满足客户对于通过小半径曲线的功能需求。

该转向架为焊接构架式转向架。主要由构架总成、轮对组成、悬挂减振系统、轴箱总成、基础制动装置等组成。轴箱悬挂系统采用单侧利诺尔减振器和内外圈不等高的两级刚度弹簧组成；构架总成由焊接构架、轴箱导框、球面下心盘等组成。基础制动装置为吊挂式单侧闸瓦制动结构，采用高摩合成闸瓦。

4.3 制动装置

4.3.1 风制动装置

采用主管压力满足500kPa 的空气制动装置。采用120型空气控制阀、直径为254X254mm的整体旋压密封式制动缸；采用不锈钢嵌入式储风缸、闸调器、手动空重车自动调整装置。采用不锈钢或不锈钢冶金复合制动管及不锈钢法兰接头，折角塞门、组合式集尘器。

装有闸调器可自动地使制动缸活塞行程保持在规定的范围内，保持闸瓦与车轮的间隙正常，确保车辆制动力不衰减，有效地保证了行车安全。

装有手动空重车调整装置，手动空重车调整装置主要由降压风缸、空重车转换塞门、空车安全阀、空重车转换手柄等件组成。当车辆处于空车状态，让本来该供给制动缸的风“分流”到降压风缸从而使制动缸降压。可避免重车制动力不足或空车制动力过大，从而减少擦轮事故、减轻车轮磨耗及车辆维修工作量。

4.3.2 手制动装置

手制动装置采用NSW-I型手制动机，安装于车体一位端。

4.4 液压吊（液压起重机）

液压吊主要由回转底座、转台、变幅油缸、基本臂、伸缩臂、吊钩、起升机构、操纵机构等组成。液压吊与安装座之间采用螺栓连接固定，液压马达驱动回转底座可实现360°回转，变幅油缸可控制液压吊基本臂和伸缩臂的变幅角度的变化。伸缩臂有多节，伸缩臂内置伸缩油缸控制伸缩臂的伸缩。液压吊最大工作幅度可达8.0m～8.5m，最大工作高度可达10.5m～11m，可满足用户对于大幅度作业的功能需求。

4.5 液压工作站

液压工作站为液压吊提供提供压力能，包括柴油机、燃油箱、液压油箱、齿轮泵、手动泵、防雨棚等组成。

手动泵的作用是在液压吊装卸货物过程中，液压工作站动力系统出现故障时，可手动将液压吊起重臂缩回至初始位置，安全性高。

4.6 车钩装置

采用机牵2号钩。列车编组较少、车辆运行速度较小，该车钩可满足与该线路其他工程车或机车连挂的要求，抗拉强度等性能符合要求。

5 静强度和刚度计算

根据标准TB/T 3550.2《机车车辆强度设计及试验鉴定规范车体第2部分货车车体》的规定，并结合车体的实际运用状态，对车体进行了静强度和刚度有限元分析计算。

5.1 分析工况

根据TB/T 3550.2的要求，并结合该车的实际运行及受力状态，作用在车体上的载荷有以下几种：垂向静载荷、垂向动载荷、纵向载荷、侧向力、扭转载荷、顶车载荷、复轨载荷，车体在均布满载以及钢轨装载两种装载工况下的载荷工况汇总见表2。

表2 载荷工况汇总表[3]

5.2 静强度和刚度评定标准

根据TB/T 3550.2，车体各组合工况下，车体各部件的利用率应小于或等于1，见式（1）。

该车为底架承载，根据TB/T 3550.2，在垂向静载荷作用下货车车体的中梁和侧梁挠度值，要满足式（2）：

式中：

fz—中梁中央挠度（mm）；

5.3 分析计算结果

根据标准TB/T3550.2，根据该车的实际运行状态和装载工况，对静强度和刚度进行有限元计算，仿真计算结果如下：

（1）车体在各计算工况下，材料的利用率均低于1，车体静强度符合标准TB/T 3550.2的要求。

（2）在垂向静载荷下，车体中梁最大变形为1.44mm，侧梁最大变形为1.51mm，均低于标准规定的许用挠度值，车体刚度符合标准TB/T 3550.2的要求；

6 试验

对该车进行限界检查、称重检查、静态闸瓦压力试验、单车试验、车钩三态作用检查等试验，车辆满足要求。

7 结束语

该轨道平板吊车可通过半径25m曲线，可用于运输工程构件、设备、散装货物等。该车已于2021年交付客户使用，目前状态良好，满足客户对于通过小半径曲线和大作业范围装卸工程构件等功能的需求，对保障市域铁路高效、稳定地运营有着重要意义。