墨西哥城1號(hào)線車輛貫通道的研制

李 鴻 劉理智 梁志偉

（湖南聯(lián)誠軌道裝備有限公司，株洲 412001）

墨西哥城1號(hào)線采用膠輪地鐵車輛，既有線路最小曲線為R45 m，對(duì)貫通道提出了更高的性能要求。貫通道位于兩節(jié)車廂連接處，是連接兩車輛通道的重要組成部分[1]。貫通道需適應(yīng)車輛過小曲線時(shí)相鄰車輛間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，并具備良好的密封、隔音、隔熱以及美觀性。本文介紹墨西哥城1號(hào)線車輛貫通道的設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)位置分析，完成曲線能力試驗(yàn)、隔音隔熱試驗(yàn)以及一塊式側(cè)護(hù)板疲勞試驗(yàn)驗(yàn)證。

1 貫通道布置

該項(xiàng)目為9編組車輛，編組方式為6動(dòng)3拖，表示為=RC1-N1-N2-N3-R-N4-N5-N6-RC2=。其中：RC車為帶司機(jī)室的拖車；R車為不帶司機(jī)室的拖車；N車為不帶司機(jī)室的動(dòng)車；=為半自動(dòng)車鉤；-為半永久牽引桿。貫通道布置在車廂間每個(gè)半永久牽引桿上部，如圖1所示。

圖1 貫通道布置

2 貫通道主要結(jié)構(gòu)

該貫通道主要由折棚組成、踏板組成、頂板組成以及一塊式側(cè)護(hù)板組成等部件構(gòu)成，如圖2所示。

圖2 貫通道結(jié)構(gòu)

2.1 折棚組成

為適應(yīng)線路情況，每個(gè)折棚組成的棚布都由多折環(huán)狀折棚縫制而成，折棚中間部位由連接框連接。折棚面料選用高強(qiáng)度阻燃環(huán)保的材料，保證貫通道的隔音與隔熱性能。連接框安裝有渡板，為踏板組成提供支撐，構(gòu)成地面的行人通道。連接框底部安裝了耐磨的車鉤磨耗條，落在車鉤上表面，支撐整個(gè)折棚，保證居中且不下垂。

2.2 踏板組成

踏板組成由一塊中央板、兩塊側(cè)翼板、鉸鏈和磨耗條組成。中央板通過鉸鏈與兩塊側(cè)翼板連接，兩者可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。磨耗條安裝在中央板與側(cè)翼板的前沿，能夠在渡板面上平滑移動(dòng)。中央板通過鉸鏈安裝在車體端墻，可以將其翻起進(jìn)行檢查和維護(hù)工作。實(shí)際運(yùn)動(dòng)中，踏板各件間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可以抵消車輛之間的高度落差和側(cè)滾，保證貫通道在各種工況運(yùn)行中保持過道的相對(duì)平坦[2]。

2.3 頂板組成

頂板總成由雙層邊頂板、中間頂板、連桿、鉸鏈以及安裝座等組成，如圖3所示。中間頂板插入雙層邊頂板內(nèi)，可相對(duì)滑動(dòng)，且兩板上下表面都貼有用于降低摩擦的耐磨絨布，確保運(yùn)動(dòng)順暢。左右的連桿機(jī)構(gòu)可確保中間頂板處于中央位置，更好地適應(yīng)車輛間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。鉸鏈可使頂板組成適應(yīng)相鄰車輛的高度差。安裝座使頂板可與車體接口連接。

圖3 頂板結(jié)構(gòu)

2.4 一塊式側(cè)護(hù)板組成

一塊式側(cè)護(hù)板主要由旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、柔性側(cè)護(hù)板以及毛刷等組成，如圖4所示。通過旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的預(yù)扭彈簧桿，可實(shí)現(xiàn)柔性側(cè)護(hù)板的收縮和舒展，適應(yīng)車輛間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。柔性側(cè)護(hù)板一側(cè)通過螺釘安裝在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，另一側(cè)可與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)快速解鎖。柔性側(cè)護(hù)板上下都裝有橡膠裙邊，用于遮擋側(cè)護(hù)板和踏板、頂板間的間隙。毛刷可用來覆蓋柔性側(cè)護(hù)板與車端的縫隙。

圖4 側(cè)護(hù)板結(jié)構(gòu)

3 貫通道理論分析

3.1 車輛運(yùn)動(dòng)分析

設(shè)計(jì)貫通道需要分析車輛的運(yùn)動(dòng)位置和車輛的各種困難工況[3]。該項(xiàng)目車場線最小通過曲線為R45 m，且存在R60 m-0 m-R60 m的S曲線（曲線-夾直線-曲線），正線最小曲線為R105 m。下面對(duì)車輛通過以上典型曲線進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析。綜合車輛轉(zhuǎn)向架一系簧、二系簧橫向位移、輪軌間隙、車鉤拉伸和壓縮，分析車輛的水平運(yùn)動(dòng)位置。借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer Aided Design，CAD）模擬分析車輛的惡劣工況及運(yùn)營工況，結(jié)果如圖5所示。

圖5 車輛運(yùn)動(dòng)圖

上述工況為車輛典型水平運(yùn)動(dòng)工況，計(jì)算或試驗(yàn)驗(yàn)證時(shí)應(yīng)考慮多種工況[4]，如垂向曲線、車輛的側(cè)滾以及俯仰運(yùn)動(dòng)等。

3.2 貫通道運(yùn)動(dòng)分析

貫通道根據(jù)車輛運(yùn)動(dòng)分析位置圖進(jìn)行運(yùn)動(dòng)工況分析。各個(gè)部件都需滿足車輛運(yùn)動(dòng)工況要求，且各部件間要保證不干涉、不松脫，具備較長的使用壽命。由于貫通道運(yùn)動(dòng)分析為理論計(jì)算，與實(shí)際工況狀態(tài)有所偏差，故需針對(duì)貫通道進(jìn)行曲線通過能力試驗(yàn)驗(yàn)證，并在裝車后隨整車進(jìn)行各個(gè)工況的試驗(yàn)驗(yàn)證。

圖6（a）是車輛位于R60 m-0 m-R60 m的S曲線軌道上，并考慮車鉤拉伸40 mm、軌道偏移±40 mm工況。該工況橫向位移達(dá)到732 mm，因此折棚設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮上下部分的變形量是否滿足該橫向位移量要求。圖6（b）是車輛位于R105 m的正線曲線軌道上，并考慮車鉤拉伸40 mm、軌道偏移±40 mm工況。該工況下，貫通道渡板、踏板與側(cè)護(hù)板、頂板與側(cè)護(hù)板之間不應(yīng)有縫隙，以規(guī)避誤傷乘客。

圖6 貫通道運(yùn)動(dòng)圖

3.3 一塊式側(cè)護(hù)板分析

根據(jù)貫通道運(yùn)動(dòng)分析圖以及側(cè)護(hù)板的通過寬度與安裝位置，可得出在R45 m軌道曲線上的工況。側(cè)護(hù)板的最大拉伸量為342 mm，最大壓縮量為322 mm。考慮貫通道車端距900 mm，則側(cè)護(hù)板最大沖程系數(shù)Lmax/Lmin達(dá)到2.15。根據(jù)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，地鐵常用的兩塊式或三塊式滑動(dòng)側(cè)護(hù)板最大沖程系數(shù)在1.8以下，不能滿足該項(xiàng)目要求，故采用最大沖程系數(shù)可達(dá)2.5的一塊式側(cè)護(hù)板為宜。

如圖7（a）所示，若沿用車端距、通過寬一致的常用一塊式側(cè)護(hù)板結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)中心距離較近，在最大壓縮時(shí)存在金屬件碰撞風(fēng)險(xiǎn)，且側(cè)護(hù)板過度拱起變形，影響其使用壽命。在最大拉伸時(shí)，側(cè)護(hù)板拉伸量不夠，會(huì)導(dǎo)致拉脫、損壞現(xiàn)象，不能滿足要求。如圖7（b）所示，通過更改旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)安裝座，增大旋轉(zhuǎn)中心距離，可使側(cè)護(hù)板適當(dāng)向車端內(nèi)凹。該優(yōu)化既可避免在側(cè)護(hù)板最大壓縮時(shí)金屬件碰撞，也增加了側(cè)護(hù)板的寬度，使其不至于過度拱起變形，保證了其在最大拉伸時(shí)的變形量。因此，一塊式側(cè)護(hù)板結(jié)構(gòu)可在其他小曲線軌道車輛上推廣使用。

圖7 一塊式側(cè)護(hù)板結(jié)構(gòu)對(duì)比

4 貫通道試驗(yàn)驗(yàn)證

4.1 貫通道整體型式試驗(yàn)

以貫通道運(yùn)動(dòng)分析圖為基礎(chǔ)，借助6自由度位移試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行曲線能力通過試驗(yàn)。將貫通道的各個(gè)部件依次安裝在試驗(yàn)臺(tái)，類比于裝車的狀態(tài)。將貫通道運(yùn)動(dòng)分析圖參數(shù)轉(zhuǎn)化為試驗(yàn)臺(tái)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，輸入控制試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行各個(gè)位移動(dòng)作，驗(yàn)證在各種工況下貫通道的狀態(tài)及性能。貫通道曲線通過能力試驗(yàn)，如圖8所示。

圖8 貫通道曲線通過能力試驗(yàn)

經(jīng)第三方試驗(yàn)機(jī)構(gòu)試驗(yàn)驗(yàn)證，該貫通道隔音性能可達(dá)到30 dB，傳熱系數(shù)可達(dá)到W≤3.5 W·m-2·K-1的要求。

通過上述試驗(yàn)并結(jié)合裝車情況，確定該項(xiàng)目貫通道完全符合《城市軌道交通車輛貫通道技術(shù)條》（CJ/T 353—2010）[5]標(biāo)準(zhǔn)和墨西哥城1號(hào)線車輛的使用要求。

4.2 一塊式側(cè)護(hù)板疲勞試驗(yàn)

一塊式側(cè)護(hù)板的柔性護(hù)板體為高分子材料通過熱壓成型獲得，在車輛運(yùn)行過程中被不間斷地拉伸和壓縮，故對(duì)其疲勞壽命提出了更高要求。如圖9所示，借助專用設(shè)備對(duì)一塊式側(cè)護(hù)板進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，驗(yàn)證其使用壽命是否滿足技術(shù)要求。根據(jù)貫通道運(yùn)動(dòng)分析圖，計(jì)算側(cè)護(hù)板的最大拉伸量和最小壓縮量，調(diào)整試驗(yàn)臺(tái)行程，使得疲勞試驗(yàn)可完全模擬最大行程。試驗(yàn)次數(shù)以50萬次為宜。

圖9 側(cè)護(hù)板疲勞試驗(yàn)

當(dāng)一塊式側(cè)護(hù)板疲勞試驗(yàn)進(jìn)行至50萬次時(shí)，柔性護(hù)板體未出現(xiàn)破損且外觀良好；100萬次時(shí)，柔性護(hù)板體表面出現(xiàn)輕微折痕，局部表面油漆出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，但未出現(xiàn)破損；200萬次時(shí)，柔性護(hù)板體折痕較嚴(yán)重，但未出現(xiàn)破損。試驗(yàn)驗(yàn)證表明，一塊式側(cè)護(hù)板疲勞壽命能滿足要求，且具備足夠的設(shè)計(jì)冗余。

5 結(jié)語

本文介紹了可適應(yīng)墨西哥城1號(hào)線項(xiàng)目最小R45 m軌道曲線的貫通道方案。通過各種工況的車輛運(yùn)動(dòng)分析，確定貫通道可適應(yīng)各種困難曲線的運(yùn)動(dòng)工況，理論分析貫通道各部件的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。項(xiàng)目貫通道采用經(jīng)過疲勞試驗(yàn)驗(yàn)證的一塊式側(cè)護(hù)板，為解決大車端距的地鐵車輛適應(yīng)小曲線線路和實(shí)現(xiàn)整列車貫通的要求提供了設(shè)計(jì)參考和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。