轻轨车辆铰接装置强度分析

刘凯，朱戡，刘洋，沈旭奎，张小龙

（北京轨道交通技术装备集团有限公司技术研究院，北京 100160）

1 轻轨车辆的铰接装置

1.1 车辆编组

轻轨车辆由两节车体、三台转向架组成一个基本单元。铰接装置连接两节车体和中间的转向架，如图1 所示。

车辆编组方式如下所示：

其中1 车和2 车为两节车体；+为半自动车钩；—为铰接装置。

1.2 铰接装置作用

轻轨车辆的车体与转向架的连接需要实现两车体与同一个转向架连接的功能，铰接装置属于车体与转向架连接的一部分，一方面要保证相邻两车体端部彼此相互连接，来传递车体间的纵向力、横向力和垂向力，另一方面又要保证相邻车体间能够进行相互水平转动、竖直转动和侧向滚动。

2 铰接装置的载荷分析

2.1 静强度载荷分析

根据EN12663 和VDV152 标准中的要求，列举在车辆运行过程中所有可能出现的极限工况计算，挑选出了最恶劣的4 个垂向载荷工况，5 个横向载荷工况，8 个纵向载荷工况，并组合出了27 个有可能出现极限复合载荷工况。根据列举的不同工况下的应力表，得到最大应力的工况，分别如下面列举4 种工况所示。

图1 列车编组图

（1）纵向载荷

根据车辆的总体技术条件，车体的纵向压缩载荷为500kN，纵向拉伸载荷为400kN。

（2）垂向载荷

其中FZB为1 车作用在铰接装置上的垂向力，FZA为2 车作用在铰接装置上的垂向力，FZP为铰接装置下中心销所承受的垂向力。mA-AW3为2 车在AW3 工况下的质量，mB为1 车在AW0 工况下的质量。

（3）横向载荷

其中FYB为1 车作用在铰接装置上的横向力，FYA为2 车作用在铰接装置上的横向力，FYP为铰接装置下中心销所承受的横向力。mB-AW3为1 车在AW3 工况下的质量，mA为2 车在AW0 工况下的质量。ay为铰接装置处极限工况下的横向加速度，p 为铰接装置处有效支撑车辆重量的比例，ω 为铰接装置中心处的旋转加速度，Jz 为绕垂向轴的旋转惯性，l 为铰接装置连接处到转向架中心的距离。

（4）复合工况载荷

其中mt为非动力转向架的质量，ax为该工况下的加速度。

2.2 疲劳载荷分析

根据EN12663 和VDV152 标准中的要求，列举在车辆运行过程中所有可能出现的疲劳工况计算，挑选出了最恶劣的8 个垂向载荷工况，2 个横向载荷工况，2 个纵向载荷工况，并组合出了32 个有可能出现极限复合载荷工况。根据列举的不同工况下的应力表，得到最大应力的工况，分别如下面列举4 种工况所示。

（1）纵向载荷

其中F 为列车牵引力。

（2）垂向载荷

（3）横向载荷

（4）复合工况载荷

2.3 评定标准

根据EN12663-2000《铁道应用-轨道车身的结构要求》规定，对铰接装置材料的静强度和疲劳强度与铰接装置在不同工况下的设计应力进行比较，得到安全系数。

（1）静强度

在静载荷情况下，允许应力与计算应力的比值应大于等于S1。

其中Rp0.2 为铰接装置所用材料的屈服极限，σ 为铰接装置的设计应力，S1为安全系数，标准规定S1=1.15。

（2）疲劳强度

根据材料的S-N 曲线，找到疲劳损伤次数对应的应力值，与设计应力进行比较。

3 铰接装置强度计算

3.1 载荷工况

铰接装置连接两个车辆，由于在本次计算中将轴承座与车体相连的位置进行了约束，因此对于轴承座将在轴承安装位置进行加载。支撑座受到的外部力为车体的力、磨耗板的支持力、中心销的力和轴承力，同样的本次计算中将支撑座与车体相连的位置进行了约束，因此对于支撑座将在轴承安装位置、磨耗板安装位置和中心销安装位置进行加载。

载荷工况与载荷大小如表1、表2 所示。