鐵路貨車懸掛系統(tǒng)振動能量收集裝置的結(jié)構(gòu)模型設(shè)計

王自超，徐 旭，洪海峰，張 航，周 琪

（西南交通大學(xué) 機械工程學(xué)院，四川 成都 611756）

近年來，隨著我國鐵路建設(shè)水平的不斷提高、規(guī)模的不斷擴大，鐵路建設(shè)領(lǐng)域各種亟待解決的問題也越來越多。鐵路貨運在整個鐵路運輸系統(tǒng)中占有很高的比例，如何高效、節(jié)能、環(huán)保地在現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上提高鐵路貨運的經(jīng)濟效率是許多專家學(xué)者長久以來研究的方向。目前，實際應(yīng)用較多的鐵路貨車轉(zhuǎn)向架有轉(zhuǎn)K2型、轉(zhuǎn)K4型、轉(zhuǎn)K6型等。本文針對齊齊哈爾鐵路車輛（集團）有限責(zé)任公司設(shè)計生產(chǎn)的轉(zhuǎn)K 6型轉(zhuǎn)向架，通過分析其彈簧組內(nèi)部空間尺寸，設(shè)計出一種尺寸合適的發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)模型，將其安裝在彈簧內(nèi)部，通過絲杠連接車體和發(fā)電裝置，將貨車的上下振動轉(zhuǎn)換成發(fā)電裝置內(nèi)部轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)（旋轉(zhuǎn)磁場）運動，進而達到將車體的振動儲能轉(zhuǎn)化為電能的目的。

1 轉(zhuǎn)K 6轉(zhuǎn)向架彈簧組

（1）彈簧組簡介。彈簧由6個外圓彈簧（1）、1個外圓彈簧（2）和7個內(nèi)圓彈簧組成。外圓彈簧（1）比內(nèi)圓彈簧高23 mm，外圓彈簧（2）與內(nèi)圓彈簧同高?？哲嚂r僅外圓彈簧（1）承載，重車時內(nèi)圓彈簧和外圓彈簧（2）參與承載，實現(xiàn)空、重車兩級剛度，如圖1所示。

（2）彈簧組排列方式，如圖1所示。

（3）彈簧組基本參數(shù)，如表1所示。

圖1 懸掛系統(tǒng)彈簧組排列方式

表1 轉(zhuǎn)K 6型轉(zhuǎn)向架彈簧組基本參數(shù)

2 彈簧組尺寸分析

（1）徑向分析。承載內(nèi)簧和減振內(nèi)簧中徑尺寸不一樣。為了充分利用彈簧內(nèi)部空間，在減震彈簧和承載彈簧中分別設(shè)計兩種不同的發(fā)電裝置。其中減振內(nèi)簧中發(fā)電裝置直徑Dj≤12 mm，承載內(nèi)簧中發(fā)電裝置直徑Dc≤16 mm。

（2）縱向分析。發(fā)電裝置高度受彈簧高度的限制。分析上表可知，發(fā)電裝置的總高度滿足H≤262 mm。

3 車體振動分析

表2 鐵路貨車運行過程中彈簧組震動參數(shù)

車體在空車和載重兩種情況下的彈簧組振動情況不同，周期性振動儲能也不同。車體的振動儲能是發(fā)電裝置的動力來源。

4 結(jié)構(gòu)模型設(shè)計

（1）三維模型建立。在彈簧的數(shù)量上，由于轉(zhuǎn)向架每個側(cè)架上可以安放9個彈簧，每節(jié)車廂上配有前后兩組轉(zhuǎn)向架，所以在一個車廂上可以安放2種共36個發(fā)電裝置。

用Solid WorkS2012軟件建立圖示裝置的三維結(jié)構(gòu)模型，如圖2所示。

圖2 發(fā)電裝置三維模型

（2）實體模型建立。根據(jù)三維模型，參考國外一些研究者的設(shè)計思路，可以設(shè)計出發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)模型如圖3所示。

圖3 發(fā)電裝置實體模型

5 結(jié)語

為了給鐵路貨車提供小功率電力（貨車上主要為電空制動系統(tǒng)及電子防滑器的電力供應(yīng)）資源，同時避免安裝高成本的供電系統(tǒng)大材小用，設(shè)計一種低成本的可以滿足低電力需求且相對獨立的供電裝置有其意義所在。嘗試利用貨車懸掛系統(tǒng)中的未利用空間，在不改變貨車原有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，將列車行進中的振動儲能轉(zhuǎn)化為可利用的電能，滿足較小的電力需求。

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