地鐵列車救援運載小車設(shè)計和應(yīng)用

地鐵列車救援運載小車設(shè)計和應(yīng)用

摘要地鐵列車的安全運營涉及到人們的正常生活和城市的有序運轉(zhuǎn)。如一旦發(fā)生地鐵列車走行機械部分的故障，如輪對軸承燒損、齒輪咬死、齒輪箱懸掛裝置失效等，列車將無法自行或被動牽引出現(xiàn)場，會造成地鐵線路癱瘓。地鐵列車救援小車能在列車走行部分發(fā)生故障后，將故障輪對托起，由救援運載小車替代車輪轉(zhuǎn)動，迅速將故障列車拖離事故現(xiàn)場，恢復(fù)正常運營。關(guān)鍵詞地鐵列車，救援工作，運載小車設(shè)計

地鐵運營安全涉及到城市的有序運轉(zhuǎn)和人們的正常生活。運營中的地鐵列車走行部分(轉(zhuǎn)向架輪對)如發(fā)生軸承燒損、齒輪咬死、齒輪箱懸掛裝置失效等故障，致使某個輪對不能轉(zhuǎn)動而無法實施牽引，會造成整個運行線路癱瘓，這在國外及我國部分城市地鐵運營中都已有發(fā)生。地鐵列車救援運載小車就是針對上海地鐵線路和車輛特點專門設(shè)計的一種小巧輕便、拆裝靈活的轉(zhuǎn)向架輪對臨時替代裝置，適用于上海地鐵列車救援。如一旦發(fā)生轉(zhuǎn)向架上某個輪對不能轉(zhuǎn)動，救援人員立刻使用該救援運載小車，將故障輪對托起，由救援小車替代車輪轉(zhuǎn)動，使故障列車盡快撤離現(xiàn)場，迅速恢復(fù)地鐵線路的運行。1救援運載小車設(shè)計的技術(shù)要求

地鐵列車救援運載小車的設(shè)計實際上就是一個輕量化、參數(shù)選擇和試驗改進的過程。1.1救援運載小車的承載力

考慮到特殊情況，小車的承載力必須按25ｔ來進行設(shè)計，既要重量輕、便于搬動拆裝，又必須滿足隧道限界要求。為此，構(gòu)架和滾動輪的設(shè)計是關(guān)鍵。1.2多車型通用

目前上海地鐵列車的車型有4種(西門子直流車ＤＣ01型、西門子交流車ＡＣ01型/ＡＣ02型、阿爾斯通ＡＣ03型)。不同地鐵車型的輪對內(nèi)側(cè)距不同，Ａ車的ＡＴＣ(列車自動控制)系統(tǒng)線圈安裝支架形式及幾何尺寸也不同，故小車的拼裝形式和幾何尺寸應(yīng)能適應(yīng)各種形式的車型，以便通用。1.3救援運載小車的材料熱處理

對小車輪軸的熱處理裂紋、支撐板的彎曲和扭曲、小車車輪踏面裂紋等問題，可通過改變熱處理方案和加工方法來滿足其技術(shù)要求。

由于小車構(gòu)架的鈦合金支撐板長達1.4ｍ，厚度才2ｃｍ，在加工時板的彎曲、扭曲很大，致使成品合格率很低。為此，經(jīng)過幾個月的反復(fù)試驗，才確定了最佳熱處理方案，使支撐板達到技術(shù)要求。1.4救援運載小車的技術(shù)參數(shù)

1)最大走行速度為15ｋｍ/ｈ;

2)實際承載力設(shè)計為25ｔ，允許16ｔ;

3)設(shè)備單件重量:支撐板為15ｋｇ(鈦合金)，滾動輪為25ｋｇ(合金鋼);

4)一個輪對的現(xiàn)場安裝時間為25～30ｍｉｎ;

5)速度為5ｋｍ/ｈ時的軸承溫升不超過70℃。2救援運載小車的設(shè)計2.1援運載小車的構(gòu)架設(shè)計

1)構(gòu)架長度和厚度的設(shè)計

列車轉(zhuǎn)向架輪對的固定軸距為2500ｍｍ，但由于受單元制動器安裝位置和Ａ車的ＡＴＣ線圈安裝支架的影響，經(jīng)對幾種車型轉(zhuǎn)向架輪對幾何尺寸的實測，救援運載小車的構(gòu)架最小長度不能小于1100ｍｍ，構(gòu)架長度確定在1360ｍｍ最為合適;輪對內(nèi)側(cè)與電機傳動齒輪箱側(cè)壁距最小為25ｍｍ，構(gòu)架內(nèi)側(cè)板厚度則宜為20ｍｍ。

2)構(gòu)架支撐板材質(zhì)的選用

救援運載小車的構(gòu)架單件重量控制在15ｋｇ左右。經(jīng)反復(fù)比較，支撐板材質(zhì)選用鈦合金板材，這樣既能滿足構(gòu)架輕量化要求，又有足夠的強度和剛度。2.2救援運載小車的滾動輪設(shè)計

1)滾動輪直徑確定

地鐵列車轉(zhuǎn)向架最低點(齒輪箱)離鋼軌頂面最小距離為60ｍｍ，加上托輪高度(50ｍｍ+10ｍｍ)的限制，滾動輪外直徑不能大于240ｍｍ;扣除輪緣高度28ｍｍ，確定滾動輪踏面直徑應(yīng)為180ｍｍ。

2)滾動輪踏面的接觸應(yīng)力計算

因滾動輪承重量大、幾何尺寸受限制，在計算出滾動輪踏面的接觸應(yīng)力后再確定其材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、熱處理方案等。其踏面的接觸應(yīng)力為:式中:Ｐｊ為滾動輪計算承重量，Ｐｊ=ＫＣ×ＰＸ，其中ＫＣ為沖擊系數(shù)(取1.3)，ＰＸ為每個滾動輪平均靜態(tài)承重量;ｂ為滾動輪與軌道的接觸寬度;Ｄ為滾動輪直徑(18ｃｍ)。經(jīng)計算，滾動輪踏面的平均靜態(tài)計算接觸應(yīng)力為3360ＭＰａ3)滾動輪輪形的確定

由于滾動輪直徑小、受力大，采用標(biāo)準(zhǔn)踏面會在曲線區(qū)段發(fā)生輪緣與外軌側(cè)面的劇烈磨擦，形成滾動輪踏面和輪緣的嚴(yán)重磨耗，因此不能采用鐵路標(biāo)準(zhǔn)的錐形踏面輪形。所以，將踏面設(shè)計成磨耗形，既科學(xué)也合理。磨耗形踏面可在同樣的接觸應(yīng)力下，減緩踏面的磨耗及剝離，容許更高的軸重。滾動輪在運行時承受的橫向沖擊力，可以采用特種軸承和潤滑脂解決。

等效斜度是輪軌幾何關(guān)系和設(shè)計磨耗形踏面車輪的一個重要參數(shù)。斜度為1∶20的錐形踏面，它的踏面斜度是個常數(shù)，與鋼軌頂面形狀、軌底坡和軌距等的大小無關(guān)。磨耗形踏面車輪的等效斜度為:式中:ｒ0，ｒｉ分別為較大的和較小的車輪滾動圓半徑;ｙ為輪對偏離線路中心線的位移。

實際上，Ｊ是輪對每單位橫向位移時左、右兩滾動圓半徑差的一半。Ｊ是指輪對處于平衡位置附近(約2～3ｍｍ)時的數(shù)值，并以常數(shù)表示。當(dāng)輪對相對于軌道作較大的橫向位移時(如在小半徑曲線上)，等效斜度是個變量，或以非線性等效斜度特性來表示。設(shè)Δｒ=(ｒ0-ｒｉ)/2，則Ｊ=Δｒ/ｙ=ｆ(ｙ)。

經(jīng)比較，地鐵車輪輪緣外形與國內(nèi)外鐵路車輪的磨耗型較為接近，所以救援運載小車的滾動輪選用混合磨耗型輪緣為基型的輪緣踏面(見圖1)。4)滾動輪材質(zhì)的選用

按最大行駛速度≯15ｋｍ/ｈ和一對滾動輪承載25ｔ的兩個條件，經(jīng)計算滾動輪踏面的平均靜態(tài)計算接觸應(yīng)力為3360ＭＰａ，故選用合金鋼，并采用熱處理工藝。2.3托輪高度設(shè)計

托輪主要有托住故障輪對的功能，使用中相對穩(wěn)定，其高度(輪徑)取決于車鉤高限度。地鐵車輛車鉤高范圍為118～121ｍｍ，半永久車鉤高限度為118～121ｍｍ。根據(jù)具體情況，將托輪高度定為50ｍｍ+10ｍｍ，實際抬起高度為45～78ｍｍ(計算方法略)。圖2為地鐵列車救援運載小車對車鉤等影響的示意圖;表1為故障輪對提高量表。3結(jié)語

地鐵列車救援小車作為技術(shù)型科研