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1. CN107901938 - Traction sleeper buffer device of all-aluminum railway vehicle

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[ ZH ]
全铝材轨道车辆的牵枕缓装置


技术领域
本发明属于地铁车辆用牵枕缓装置领域,具体涉及一种全铝材轨道车辆的牵枕缓装置。
背景技术
地铁车辆具有安全舒适、快速环保、运能大和能源消耗少的特点,已经成为城市公共交通的重要组成部分。但列车的时速提高,其对车体结构的强度要求也随之提高,旧有的碳钢、不锈钢等车体结构,虽然满足了车体结构强度的指标要求,车体重量指标却受到材料的制约,无法满足轻量化要求,由此造成动力能耗大,运行成本高的问题。为在确保结构强度符合安全标准的前提下进一步削减车体重量,降低能耗和运营成本,科技部提出了研发下一代轻量化B型地铁列车项目的要求,因此设计研发全铝B型铝合金车体。
轨道车辆的转向架、底架牵枕缓等承力装置用于将牵引动力传递至车体底架,因此此类承力装置具有结构强度需求高,应力分布复杂、制作困难,参数标准不统一等问题。
然而,在另一方面,受制于地铁车型的轨距窄、车体框架小、设备布局空间紧凑等诸多问题的影响,地铁车辆的转向架、底架牵枕缓等重要的动力承力结构均无法与高铁或动车相应结构那样宽大、厚重,而地铁车辆弯道多、启停频次高等因素又使其依然需要在保障较高的车体结构强度的前提下,兼顾重量轻、能耗低的节能要求。
由于下一代全铝B型轻量化地铁列车属于理念设计中的全新车型,其牵枕缓等结构的工艺参数无法借鉴和参考现有的碳钢、不锈钢车体同类结构标准,因此,如何对全铝地铁车型的动力承力结构进行铝材选型、铝材壁厚确定以及应力结构的合理设计已成为亟待公关技术难点。
另一方面,在轨道车辆制造领域,通常将车体的前进的方向定义为底架的x轴的正方向,并将枕木布置的方向定义为底架的y方向,将竖直方向定义为z轴方向。
发明内容
为了解决现有碳钢、不锈钢车体的牵枕缓等结构的工艺参数无法用于借鉴和指导理念设计中的全铝B型下一代轻量化地铁列车的牵枕缓,导致该新车型的全铝结构牵枕缓没有相应的铝材选型和外形尺寸特征等核心结构参数的统一标准的技术问题,本发明提供一种全铝材轨道车辆的牵枕缓装置。
本发明解决技术问题所采取的技术方案如下:
全铝材轨道车辆的牵枕缓装置,其包括枕梁、牵引梁、车钩安装座和两个缓冲梁,枕梁的后端通过牵引梁与车钩安装座的前端焊接固连,缓冲梁对称固连在车钩安装座后端面的两侧;所述枕梁包括两个枕梁小横梁、枕梁上盖板、枕梁下盖板、六个补强立板和两个扭杆安装座,两个枕梁小横梁沿车体y轴方向平行布置,形成枕梁框架,枕梁上盖板的厚度值为10毫米,枕梁下盖板厚度值为15毫米,补强立板的厚度为18毫米,六个补强立板固连在枕梁上、下盖板之间,枕梁上盖板和枕梁下盖板分别与枕梁框架的上、下端面焊接固连,形成枕梁基体,枕梁基体沿y轴向的长度为2730毫米,其沿x轴向的宽度值为640毫米,沿z轴方向的厚度值为105毫米;两个扭杆安装座分别固连于枕梁基体后侧的枕梁小横梁的两端,扭杆安装座上的轴孔方向与车体的y轴方向平行。
所述牵引梁包括顺次连接并一体成型的牵引梁上盖板、牵引梁下盖板、两个牵引梁纵梁单元和牵引梁补强板;两个牵引梁纵梁单元对称布置于枕梁基体长边中轴线的两侧并与对应的枕梁小横梁垂直固连;牵引梁纵梁单元的上平面与牵引梁上盖板的下端面焊接固连;牵引梁纵梁单元的下平面与牵引梁下盖板的上端面随形配合并焊接固连。
所述牵引梁下盖板顺次包括枕梁连接加厚板及一体成型的牵引梁下盖板前端板、第一圆弧板、斜面连接板、第二圆弧板和牵引梁下盖板后端板;枕梁连接加厚板的长度为896毫米,厚度值为20毫米,其前端与对应的枕梁小横梁的侧壁焊接固连,牵引梁下盖板前端板与牵引梁下盖板后端板平行,其二者外端面间距为543毫米;牵引梁下盖板前端板的长度为450毫米,厚度值为15毫米,其前端与枕梁连接加厚板连接,其二者的下端面共面,且其二者的交界部位设有沿x轴方向的长减重孔;第一圆弧板的厚度值为15毫米,宽度为504毫米,半径为500毫米,圆心角为57度,其与牵引梁补强板焊接固连后的厚度为20毫米;牵引梁下盖板后端板的厚度值为15毫米;第一圆弧板与斜面连接板的交界部位设有沿x轴方向的长减重孔;第二圆弧板的半径为90毫米,圆心角为59度;斜面连接板的长度为186毫米,其与xy水平面的夹角为58度;牵引梁下盖板后端板的长度为315毫米,其中部开设有沿y轴方向的插板焊接通槽;所述牵引梁上盖板的外轮廓线是牵引梁下盖板在垂直方向上的投影,牵引梁上盖板的中线上也开设有减重孔;第一圆弧板、斜面连接板以及第二圆弧板三者沿x轴方向上的横向跨度为1222毫米。
所述车钩安装座包括一体成型的车钩对接竖板、两个纵梁单元对接竖板、两个竖板加强筋板,所述车钩对接竖板平行于yz轴直角平面,其厚度为32毫米,其左右两端分别与一个对应的纵梁单元对接竖板侧壁连接,其三者共同构成一个等腰梯形结构,两个纵梁单元对接竖板间的夹角为44度;纵梁单元对接竖板的前端竖边上设有牵引梁纵梁中板焊接槽,纵梁单元对接竖板的后端竖边上设有缓冲梁立板焊接槽,纵梁单元对接竖板的中部开设有减重孔;纵梁单元对接竖板的上端面为平面,其下端面的前端与第二圆弧板的上端面随形配合并焊接固连,其下端面的后部与牵引梁下盖板焊接固连;两个竖板加强筋板分别与车钩对接竖板的前端面以及一个对应纵梁单元对接竖板的内侧竖直端面连接;车钩对接竖板以及两个竖板加强筋板的下端面均与牵引梁下盖板焊接固连;车钩对接竖板的下端中段设有车钩对接竖板插板,车钩对接竖板插板穿过插板焊接通槽并与牵引梁下盖板后端板焊接固连。
所述每个牵引梁纵梁单元均包括平行于xz轴直角平面布置的纵梁长圆弧板和对称布置于其两侧的两个纵梁短圆弧板,纵梁长圆弧板和两个纵梁短圆弧板其三者沿x轴向的前部均为上下端面平行的条形筋板,且纵梁长圆弧板的条形筋板前端两个纵梁短圆弧板的条形筋板的前端长352毫米;纵梁长圆弧板的条形筋板前端与枕梁基体的后侧的枕梁小横梁垂直焊接;纵梁长圆弧板和两个纵梁短圆弧板三者沿x轴向的后部下端面均为圆弧面,其三者的圆弧面均与第一圆弧板以及斜面连接板的上端面随形配合并焊接固连;纵梁长圆弧板和两个纵梁短圆弧板其三者的上、下端面均分别与牵引梁上盖板和牵引梁下盖板的对应端面焊接固连;纵梁长圆弧板的后端竖直边与牵引梁纵梁中板焊接槽焊接固连。
所述缓冲梁包括缓冲梁立板、缓冲梁上盖板和缓冲梁下盖板,缓冲梁下盖板为圆弧面,其圆弧面的轮廓线与不包括枕梁连接加厚板在内的且一体成型的牵引梁下盖板其余板件所共同形成的结构的横断面轮廓线形状形同;缓冲梁立板的上端面为平面,其与缓冲梁上盖板的中线焊接固连,缓冲梁立板的下端面与缓冲梁下盖板随形配合并焊接固连;两个缓冲梁立板均竖直放置,其二者呈44度夹角,每一个缓冲梁立板的前端与一个对应的缓冲梁立板焊接槽焊接固连;缓冲梁上盖板的前端均与牵引梁上盖板的后端焊接固连;缓冲梁下盖板的前端均与牵引梁下盖板的后端焊接固连。
所述缓冲梁的末端沿x轴方向到枕梁基体短边中线的距离为3035毫米,两个缓冲梁立板的最大远端间距为1576毫米。
所述牵引梁下盖板和缓冲梁下盖板均采用ENAW 5083型铝板,车钩安装座采用ENAW 6005A型铝板,其余直板结构均采用ENAW 6082型铝板。
本发明的有益效果是:该牵枕缓装置的牵引梁下盖板和缓冲梁下盖板均采用密度低轻量化、折弯性能好的ENAW 5083型铝板材料,车钩安装座采用屈服应力高的ENAW 6005A的铝板,其余直板结构均采用屈服应力高的ENAW 6082型铝板材料,从而使本牵枕缓装置的整体选材符合强度标准并使其焊接制造的工艺性能达到最佳。全部减重孔同时也均可用作焊接内腔作业时工艺孔,从而提高了内腔焊缝的可达性和焊接质量。
该牵枕缓装置的第一圆弧板、斜面连接板以及第二圆弧板三者的结构尺寸系通过仿真模型的应力分布计算而得出的初步结果,并经过实际生产制造后的静强度拉伸、扭曲等连续的高强度性能测试,从而进一步修改和优化后的最优值,该系列参数使得以此结构参数为基础的牵引梁下盖板、牵引梁纵梁单元和缓冲梁立板以及缓冲梁下盖板均实现最优设计,并使得本发明的牵枕缓装置得以在确保结构强度、刚度、模态、疲劳性能的前提下重量最小化,强度最大化,应力分布合理。
经本发明轻量化设计所完成的全铝材轨道车辆的牵枕缓装置,其枕梁上盖板、枕梁下盖板、牵引梁下盖板前端板、第一圆弧板、牵引梁补强板、牵引梁下盖板后端板、枕梁连接加厚板和缓冲梁下盖板分别根据不同的应力分布状态单独实施了不同的部件选材和板件壁厚设置,从而在优化结构的同时实现了轻量化设计,该设计使得本牵枕缓装置整体重量仅为345kg,是其地铁车钢模块同类旧有结构重量的37%,且该牵枕缓装置完全通过了EN12663《铁路应用-铁道车辆车体的结构要求》标准的全面测试,其静强度试验,车体强度、刚度、模态等性能均满足要求。
本发明的牵枕缓装置可直接用于理念设计中的全铝B型下一代地铁列车,并为该新车型的全铝结构牵枕缓提供相应的铝材选型和外形尺寸特征等核心结构参数的统一标准,从而,提高车体设计的效率,降低设计风险,进而为其实现了铝合金底架端部结构的平台化、标准化、模块化提供参考依据。此外,本发明的牵枕缓装置还可推广应用至后续的同类铝合金车型,并有助于提升后续项目的技术水平。
附图说明
图1是本发明全铝材轨道车辆的牵枕缓装置的立体图;
图2是图1的爆炸图;
图3是本发明牵引梁下盖板的立体图;
图4是本发明牵引梁下盖板的侧视图;
图5是本发明车钩安装座的立体图;
图6的本发明牵引梁纵梁单元的立体图;
图7是本发明缓冲梁的立体图;
图8是本发明全铝材轨道车辆的牵枕缓装置的俯视图;
图9是图8中A-A中线平面的剖视图;
图10是本发明全铝材轨道车辆的牵枕缓装置的应用示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
如图1至图9所示,本发明的全铝材轨道车辆的牵枕缓装置包括枕梁1、牵引梁2、车钩安装座3和两个缓冲梁4,枕梁1的后端通过牵引梁2与车钩安装座3的前端焊接固连,缓冲梁4对称固连在车钩安装座3后端面的两侧。
所述枕梁1包括两个枕梁小横梁1-1、枕梁上盖板1-2、枕梁下盖板1-4、六个补强立板1-5和两个扭杆安装座1-3,两个枕梁小横梁1-1沿车体y轴方向平行布置,形成枕梁框架,枕梁上盖板1-2的厚度值为10毫米,枕梁下盖板1-4厚度值为15毫米,补强立板1-5的厚度为18毫米,六个补强立板1-5固连在枕梁上、下盖板之间,枕梁上盖板1-2和枕梁下盖板1-4分别与枕梁框架的上、下端面焊接固连,形成枕梁基体,枕梁基体沿y轴向的长度为2730毫米,其沿x轴向的宽度值为640毫米,沿z轴方向的厚度值为105毫米;两个扭杆安装座1-3分别固连于枕梁基体后侧的枕梁小横梁1-1的两端,扭杆安装座1-3上的轴孔方向与车体的y轴方向平行。
所述牵引梁2包括顺次连接并一体成型的牵引梁上盖板2-1、牵引梁下盖板2-2、两个牵引梁纵梁单元2-3和牵引梁补强板2-4;两个牵引梁纵梁单元2-3对称布置于枕梁基体长边中轴线的两侧并与对应的枕梁小横梁1-1垂直固连;牵引梁纵梁单元2-3的上平面与牵引梁上盖板2-1的下端面焊接固连;牵引梁纵梁单元2-3的下平面与牵引梁下盖板2-2的上端面随形配合并焊接固连。
所述牵引梁下盖板2-2顺次包括枕梁连接加厚板2-2-6及一体成型的牵引梁下盖板前端板2-2-1、第一圆弧板2-2-2、斜面连接板2-2-3、第二圆弧板2-2-4和牵引梁下盖板后端板2-2-5;枕梁连接加厚板2-2-6的长度为896毫米,厚度值为20毫米,其前端与对应的枕梁小横梁1-1的侧壁焊接固连,牵引梁下盖板前端板2-2-1与牵引梁下盖板后端板2-2-5平行,其二者外端面间距为543毫米;牵引梁下盖板前端板2-2-1的长度为450毫米,厚度值为15毫米,其前端与枕梁连接加厚板2-2-6连接,其二者的下端面共面,且其二者的交界部位设有沿x轴方向的长减重孔;第一圆弧板2-2-2的厚度值为15毫米,宽度为504毫米,半径为500毫米,圆心角为57度,其与牵引梁补强板2-4焊接固连后的厚度为20毫米;牵引梁下盖板后端板2-2-5的厚度值为15毫米;第一圆弧板2-2-2与斜面连接板2-2-3的交界部位设有沿x轴方向的长减重孔;第二圆弧板2-2-4的半径为90毫米,圆心角为59度;斜面连接板2-2-3的长度为186毫米,其与xy水平面的夹角为58度;牵引梁下盖板后端板2-2-5的长度为315毫米,其中部开设有沿y轴方向的插板焊接通槽2-2-5-1;所述牵引梁上盖板2-1的外轮廓线是牵引梁下盖板2-2在垂直方向上的投影,牵引梁上盖板2-1的中线上也开设有减重孔;第一圆弧板2-2-2、斜面连接板2-2-3以及第二圆弧板2-2-4三者沿x轴方向上的横向跨度为1222毫米。其三者的结构尺寸系通过仿真模型的应力分布计算而得出的初步结果,并经过实际生产制造后的静强度拉伸、扭曲等连续的高强度性能测试,从而进一步修改和优化后的最优值,该系列参数使得以此结构参数为基础的牵引梁下盖板2-2、牵引梁纵梁单元2-3、牵引梁补强板2-4和缓冲梁立板4-1以及缓冲梁下盖板4-3均实现最优设计,并使得本发明的全铝材轨道车辆的牵枕缓装置得以在确保结构强度的前提下重量最小化,强度最大化,应力分布合理。
所述车钩安装座3包括一体成型的车钩对接竖板3-1、两个纵梁单元对接竖板3-2、两个竖板加强筋板3-3,所述车钩对接竖板3-1平行于yz轴直角平面,其厚度为32毫米,其左右两端分别与一个对应的纵梁单元对接竖板3-2侧壁连接,其三者共同构成一个等腰梯形结构,两个纵梁单元对接竖板3-2间的夹角为44度;纵梁单元对接竖板3-2的前端竖边上设有牵引梁纵梁中板焊接槽3-2-1,纵梁单元对接竖板3-2的后端竖边上设有缓冲梁立板焊接槽3-2-2,纵梁单元对接竖板3-2的中部开设有减重孔;纵梁单元对接竖板3-2的上端面为平面,其下端面的前端与第二圆弧板2-2-4的上端面随形配合并焊接固连,其下端面的后部与牵引梁下盖板2-2焊接固连;两个竖板加强筋板3-3分别与车钩对接竖板3-1的前端面以及一个对应纵梁单元对接竖板3-2的内侧竖直端面连接;车钩对接竖板3-1以及两个竖板加强筋板3-3的下端面均与牵引梁下盖板2-2焊接固连;车钩对接竖板3-1的下端中段设有车钩对接竖板插板3-1-1,车钩对接竖板插板3-1-1穿过插板焊接通槽2-2-5-1并与牵引梁下盖板后端板2-2-5焊接固连。
所述每个牵引梁纵梁单元2-3均包括平行于xz轴直角平面布置的纵梁长圆弧板2-3-1和对称布置于其两侧的两个纵梁短圆弧板2-3-2,纵梁长圆弧板2-3-1和两个纵梁短圆弧板2-3-2其三者沿x轴向的前部均为上下端面平行的条形筋板,且纵梁长圆弧板2-3-1的条形筋板前端两个纵梁短圆弧板2-3-2的条形筋板的前端长352毫米;纵梁长圆弧板2-3-1的条形筋板前端与枕梁基体的后侧的枕梁小横梁1-1垂直焊接;纵梁长圆弧板2-3-1和两个纵梁短圆弧板2-3-2三者沿x轴向的后部下端面均为圆弧面,其三者的圆弧面均与第一圆弧板2-2-2以及斜面连接板2-2-3的上端面随形配合并焊接固连;纵梁长圆弧板2-3-1和两个纵梁短圆弧板2-3-2其三者的上、下端面均分别与牵引梁上盖板2-1和牵引梁下盖板2-2的对应端面焊接固连;纵梁长圆弧板2-3-1的后端竖直边与牵引梁纵梁中板焊接槽3-2-1焊接固连。
所述缓冲梁4包括缓冲梁立板4-1、缓冲梁上盖板4-2和缓冲梁下盖板4-3,缓冲梁下盖板4-3为圆弧面,其圆弧面的轮廓线与不包括枕梁连接加厚板2-2-6在内的且一体成型的牵引梁下盖板2-2其余板件所共同形成的结构的横断面轮廓线形状形同;缓冲梁立板4-1的上端面为平面,其与缓冲梁上盖板4-2的中线焊接固连,缓冲梁立板4-1的下端面与缓冲梁下盖板4-3随形配合并焊接固连;两个缓冲梁立板4-1均竖直放置,其二者呈44度夹角,每一个缓冲梁立板4-1的前端与一个对应的缓冲梁立板焊接槽3-2-2焊接固连;缓冲梁上盖板4-2的前端均与牵引梁上盖板2-1的后端焊接固连;缓冲梁下盖板4-3的前端均与牵引梁下盖板2-2的后端焊接固连。
所述缓冲梁4的末端沿x轴方向到枕梁基体短边中线的距离为3035毫米,两个缓冲梁立板4-1的最大远端间距为1576毫米。
所述牵引梁下盖板2-2和缓冲梁下盖板4-3均采用北京德尔达厂所提供的EN AW5083型铝板,车钩安装座3采用由辽源麦达斯铝业生产厂家所提供的ENAW 6005A铝板,其余直板结构均采用哈尔滨东航铝业生产厂所ENAW 6082型铝板。
具体应用本发明的全铝材轨道车辆的牵枕缓装置时,如图10所示,将铝合金材质的车体底架以反装姿态固定于装卡工位上,并将该牵枕缓装置的枕梁1牵引梁2和车钩安装座3焊接组成牵枕缓模块,此模块的枕梁1两端与底架边梁焊接固连,缓冲梁4的末端与车体底架端梁焊接固连,此模块的上平面与底架铝地板焊接固连,即可完成本发明的全铝材轨道车辆的牵枕缓装置与车体底架的组装作业。