軌道工程車輛貫通道渡板的設(shè)計(jì)與選型

鄧雄方，陳躍忠，劉理智，李 鴻

(湖南聯(lián)誠軌道裝備有限公司，湖南 株洲 412000)

0 引言

軌道工程車輛主要用于軌道及接觸網(wǎng)、信號(hào)系統(tǒng)的施工、檢測和維修等。本文主要介紹寶雞中車時(shí)代工程機(jī)械有限公司生產(chǎn)的工程用車輛貫通道的設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)方案結(jié)構(gòu)原理及試驗(yàn)驗(yàn)證等。

該項(xiàng)目車輛為12編組，貫通道布置于相鄰兩車廂之間的車鉤上方。根據(jù)技術(shù)規(guī)范的要求，車輛通過最小曲線半徑為R145 m，車端距為800 mm，貫通道裙邊通過寬度為730 mm。

1 貫通道選型

1.1 貫通道初步方案的確定

貫通道主要由折棚和渡板等幾大部分組成，參照25K客車采用單個(gè)外折棚結(jié)構(gòu)。由于車端距為800 mm，折棚應(yīng)采用對接式結(jié)構(gòu)，并使用外彈簧拉桿進(jìn)行支撐，以防止折棚下墜。現(xiàn)已裝車運(yùn)營的160 km動(dòng)車貫通道，技術(shù)參數(shù)和寶雞25K類似，其渡板結(jié)構(gòu)采用相對簡單的搭接式，如圖1(a)所示。由于工程車輛通過路線的不確定性，如果采用搭接式渡板，可能會(huì)因搭接量不夠而出現(xiàn)渡板跌落的情況，因此不適用。

(a)搭接式 (b)肋排式

本項(xiàng)目借鑒高鐵列車的渡板結(jié)構(gòu)采用肋排式渡板，如圖1(b)所示。該類型渡板能適應(yīng)各種復(fù)雜曲線，而不會(huì)出現(xiàn)跌落的情況。該渡板呈平行四邊形運(yùn)動(dòng)，并采用板簧進(jìn)行復(fù)位，踏板搭接于渡板上方，為乘客提供一個(gè)安全的行走通道。

1.2 總體尺寸的初步確定

貫通道總體外形尺寸邏輯關(guān)系(見表1)。根據(jù)車體接口確定出貫通道折棚邊框尺寸；根據(jù)折棚邊框尺寸、最小通過曲線半徑R145 m可確定折棚總體寬度約為1 270 mm，折棚總體高度約為2 405 mm。結(jié)合裙邊通過寬度730 mm，可確定渡板寬度約為910 mm，結(jié)合踏板安裝接口，可確定踏板寬度為960 mm。根據(jù)對接框處通過寬度970 mm和通過高度大于等于2 100 mm要求，確定出對接框尺寸約為1 234 mm×2 310 mm。

表1 貫通道總體尺寸設(shè)計(jì)關(guān)系圖

1.3 肋排式渡板的選型與設(shè)計(jì)

肋排式渡板主體為一個(gè)矩形框架，包含了2個(gè)橫梁和2個(gè)側(cè)梁，橫梁與側(cè)梁相互鉸接，可呈平行四邊形運(yùn)動(dòng)，在與橫梁平行的方向上交替布置了鋁踏面和尼龍?zhí)っ?，鋁踏面截面為工字形結(jié)構(gòu)，尼龍?zhí)っ婵汕度肫渲?，為了使渡板能在一定范圍?nèi)活動(dòng)，鋁踏面和尼龍?zhí)っ嬷g必須留有一定間隙。

肋排式渡板按結(jié)構(gòu)形式可分為整體式和分體式。整體式常用于整體式折棚，其尺寸大，重量重，運(yùn)輸和拆裝均不方便。分體式常用于對接式折棚，當(dāng)折棚解編后，相鄰兩渡板可自然分離，實(shí)現(xiàn)快速解編。

該項(xiàng)目采用的是分體式渡板(見圖2)，其一端被板簧預(yù)壓，另一端可圍繞對接框中心點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，該渡板與車體及其他部件均無緊固件連接，可實(shí)現(xiàn)“抽屜式”拆裝，安裝和維護(hù)十分方便。

圖2 肋排式渡板安裝示意圖

肋排式渡板的關(guān)鍵參數(shù)為最大偏轉(zhuǎn)角和偏擺量，最大偏轉(zhuǎn)角通常轉(zhuǎn)化為相鄰邊的最小夾角θ進(jìn)行分析，而偏擺量和最小夾角θ、橫梁長度直接相關(guān)。假設(shè)鋁踏面和尼龍?zhí)っ姘惭b間距為D，尼龍?zhí)っ鎸挾葹閃，鋁踏面垂向支撐板厚度為T，鋁踏面與尼龍?zhí)っ娉跏奸g隙為S，鋁踏面和尼龍?zhí)っ嬷行木嚯x為P，鋁踏面與尼龍?zhí)っ嫠矔r(shí)間隙為S’，如圖3所示。

圖3 肋排渡板設(shè)計(jì)原理圖

顯然，當(dāng)θ=90°時(shí)，渡板處于初始狀態(tài)，此時(shí)D=P；當(dāng)θ≠90°時(shí)(此處只考慮θ為銳角)，sinθ=P/D；而P=S’+(W+T)/2，D=S+(W+T)/2；顯然S’≥0，則最小夾角θ與尼龍?zhí)っ鎸挾萕、鋁踏面垂向支撐板厚度T、鋁踏面與尼龍?zhí)っ娉跏奸g隙S的關(guān)系式為：

Sinθ≥(W+T)/(2S+W+T)

根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，為使渡板滿足曲線通過要求，θ應(yīng)盡量小，一般不大于60°。此處T值通常取10 mm，而W值太大容易與側(cè)梁發(fā)生干涉，不利于踏面的布置，太小則可能導(dǎo)致搭接量不夠，通常取50～70 mm，初步設(shè)定S值為10 mm，計(jì)算出θ約為55°。上述參數(shù)值情況下，渡板是否滿足使用要求還需進(jìn)行曲線通過模擬分析。

2 運(yùn)動(dòng)分析和校核

2.1 車體運(yùn)動(dòng)位置分析

本項(xiàng)目車輛通過最小曲線半徑為R145 m。在設(shè)計(jì)分析時(shí)主要考慮曲線入口、曲線上、S曲線3種工況。結(jié)合車輛參數(shù)，利用CAD軟件對車體過曲線進(jìn)行模擬分析，圖4中的(a)(b)(c)圖分別為車輛通過R145 m曲線入口、曲線上、S曲線3種工況時(shí)的位置模擬分析圖。

2.2 貫通道運(yùn)動(dòng)分析和校核

貫通道結(jié)構(gòu)和尺寸初步確定后，還須進(jìn)行曲線分析和校核，需要滿足的項(xiàng)點(diǎn)為：折棚有足夠的拉伸和壓縮量。渡板能滿足通過曲線要求，并且與踏板有搭接量，不漏出縫隙；各部件不發(fā)生干涉。

利用CAD軟件將貫通道各部件放置于車體位置圖中進(jìn)行分析和校核[1]。圖5中的(a)(b)(c)圖分別為車輛通過R145m曲線入口、曲線上、S曲線3種工況時(shí)貫通道位置模擬分析圖。

2.2.1 折棚拉伸和壓縮能力的校核

假定折棚棚布全部被拉直(裝夾面以上15 mm認(rèn)定為不可拉伸)，計(jì)算出折棚最大拉伸量為1 258 mm，將所有型材厚度相加可得出折棚最大可壓縮至290 mm。從圖5中的(a)(b)(c)中可以看出，折棚最大拉伸至881.5 mm，最大壓縮至708.9 mm，顯然，折棚的拉伸和壓縮能力可滿足使用要求。

2.2.2 渡板和踏板的校核

從圖5中的(a)(b)(c)中可以看出，得益于肋排式渡板的特性，踏板與渡板之間有足夠的搭接量，且裙邊完全覆蓋住了踏板與渡板兩端(圖示730 mm為折棚裙邊通過寬度尺寸)，不會(huì)出現(xiàn)露縫情況。另外，3種工況中，渡板最小夾角為72°，大于理論最小夾角55°。因此，渡板和踏板能滿足使用要求。

2.2.3 干涉情況校核

從圖5中的(a)(b)(c)中可以看出，貫通道內(nèi)部及貫通道與車體之間未發(fā)現(xiàn)干涉現(xiàn)象，實(shí)際是否干涉還須進(jìn)行曲線通過能力試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

利用貫通道位移試驗(yàn)臺(tái)對貫通道進(jìn)行通過最小曲線試驗(yàn)。將貫通道緊固安裝在試驗(yàn)臺(tái)上，狀態(tài)與裝車情形一致(見圖6)。驗(yàn)證貫通道處于各種極限位移狀態(tài)下的性能，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可行性。

圖6 貫通道通過曲線試驗(yàn)示意圖

經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證及裝車考核，設(shè)計(jì)的貫通道均符合TB/T 3094《機(jī)車車輛風(fēng)擋》相關(guān)要求及寶雞工程車輛的使用要求[2]。

4 結(jié)語

本文介紹了寶雞25K型貫通道的設(shè)計(jì)與選型，對貫通道方案、肋排式渡板的選型和計(jì)算、貫通道的運(yùn)動(dòng)分析和校核等方面進(jìn)行了闡述。該項(xiàng)目采用的肋排式渡板解決了小曲線工況下，渡板和踏板之間漏縫或搭接量少導(dǎo)致的脫落問題，為以后類似項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和研發(fā)提供了參考依據(jù)。