2024年9月30日发(作者：祢诗柳)
设计•计算
Design
and
Calculation
第
50
卷丨第
8
期
总第
550
期
GT3900
型公铁两用牵引车导向装置
设计及稳定性分析
宋哲文
，
史城
，
潘瞰,吴光耀
国机重工集团常林有限公司
摘要
I
公铁两用牵引车主要有胶轮驱动与钢轮驱动两种类型
，
胶轮驱动公铁两用牵引车经常由于导向装置不合理
、
导向
轮加载不合理
，
而导致铁路牵引时出现脱轨事故
。
设计
GT3900
型公铁两用牵引车导向装置
。
从脱轨原因出发
，科学选择导
向轮踏面形式
，
设计具有良好铁轨行驶性能的导向装置
。
针对公铁两用牵引车铁路行驶时的状态和受力情况进行分析
，
对
整车垂直导向力进行核算
，
确定导向轮的最小加载力
，
并通过稳定性试验
，
验证
GT3900
型公铁两用牵引车的运行安全性
。
关键词
:
导向装置
;
导向力
;
稳定性
公铁两用牵引车是一种既能通过公路进行机动转场,
牵引车在轨道上运行的导向力。
因此
，
设计合理的导向装
置并进行准确的导向力计算分析是
GT3900
型公铁两用
又能像铁路机车一样在铁路上进行牵引作业的特种车辆
。
在电力
、
港口
、
物流
、
煤炭
、
钢铁及小型货场等具备铁路专
用线的单位配备公铁两用牵引车
，
可大幅度提高调车的灵
活性
，
减少调车作业时间
，降低货车延时使用费
。
GT3900
型公铁两用牵引车是在
5
t
级轮式装载机底
牵引车设计的重要内容
，
是保证公铁两用牵引车铁路牵
引作业安全的重要保障
。
1
导向装置设计
1.1
导向轮
铁路弯道示意如图
1
所示，
公铁两用牵引车通过铁
盘基础上开发的
，
属于目前国内市场上常见的公铁两用
牵引车
，
在进行铁路牵引作业时
，
由胶轮承担支撑作用
,
公铁两用牵引车在轨道上行驶时的牵引力来自驱动轮的
橡胶轮胎与钢轨的摩擦力
，
导向轮的轮缘提供公铁两用
路弯道时的运动，
可以看做是水平面内的圆周运动
，
外侧
导向轮通过的距离要大于内侧导向轮通过的距离
。
作者简介:宋哲文
(
1989-),
男
,
湖北孝感人,工程师
,
硕士
，
研究方向:工程机械
。
2019
8
|
X
名忍娥
|
47
设计•计算
Design
and
Calculation
铁路机车车辆车轮用轮缘踏面外形对机车的曲线通
过性能及直线段临界速度有着直接影响，
经历了圆柱形
铁路弯道
踏面
、
锥形踏面与磨耗型踏面三个发展阶段
，
如图
2
所
■
I
w
示
。
圆柱形踏面左右滚动圆半径相同
，直线段临界速度
高
;
锥形踏面左右滚动圆半径差大,曲线性能好;磨耗型
踏面能够做到兼具良好的曲线通过性能和直线段临界速
度
，
目前得到了广泛的使用
。
导向轮
在直线轨道上运行时
，如图
3
所示
，
踏面斜度可以保
证公铁两用牵引车的自动调中功能
，
如果轮对偏离其在
线路上的中心位置
，
轮对在滚动过程中
，
两导向轮滚动半
径之差将使轮对向恢复其中心位置的方向运动
，
自动纠
图
1
铁路弯道示意图
正偏离位置
。
图
2
车轮踏面发展历程
l]
卜
滚动半径相同
:动半径相同
I
直线行驶
图
3
直线行驶示意图
右转弯
如图
4
所示
，
公铁两用牵引车在曲线上行驶时
，由于
图
4
曲线行驶示意图
离心力的作用
，
轮对会偏向外轨
，
由于在外轨一侧上滚动
的曲线通过性能
。
的车轮与钢轨接触的部分滚动半径较大
，
而沿内轨滚动
铁道行业标准
TB/T
449
—
2003
《
机车车辆车轮轮缘
的车轮与钢轨接触的部分滚动半径较小
，
使滚动中的轮
踏面外形
》
详细规定了铁路车辆车轮用轮缘踏面外形的
对沿外轨行走的路程长,沿内轨行走的路程短
,
正好和曲
类型与轮廓尺寸,
GT3900
型公铁两用牵引车导向轮轮缘
线段外轨长
、
内轨短的情况相适应
，
以使车轮在钢轨上尽
踏面外形设计按照该标准执行
，
为整车的铁路行驶性能
量少滑行地顺利通过弯道，
有效保证了公铁两用牵引车
打下了良好基础。
48
|
工令乱就|
2019
8
第
50
卷丨第
8
期
总第
550
期
1.2
导向装置结构与控制
GT3900
型公铁两用牵引车以
5
t
级轮式装载机为原
为满足公铁两用牵引车两种不同牵引工况需求
，
导
型，
与铁轨行驶工况相结合
，
优化设计了导向装置
。
导向
向装置结构主要包含两大部分
：
升降装置和导向压紧装
装置具体结构如图
5
所示
，
导向轮轮对轴安装在导向板
置
。
当公铁两用牵引车在公路和铁路两种不同作业工况
上,导向板可以在滑道中上下自由移动
（
通过控制升降液
切换的时候
，
升降装置要能够实现在较短时间内完成导
压缸实现导向轮的提升和下降动作
）
。
通过设计计算
，
选
向轮的升降动作
。
导向压紧装置可以在公铁两用牵引车
定合理的升降液压缸缸径和系统流量
，
以在很短的时间
在铁轨上进行牵引作业时
，
保证导向轮始终压紧钢轨
，
提
内完成导向轮的升降
，
节省公铁两用牵引车上下轨道时
供足够的垂直导向力
，
避免出现脱轨现象
。
间
，
提高作业效率
。
图
5
导向装置结构
导向压紧装置利用弹簧提供预压力
，
当公铁两用牵引
胶轮与导向轮之间不可避免的会出现角度误差
，
运行情
车在铁轨上运行时
，
导向轮踏面与铁轨处于压紧状态
，
这
况如图
7
所示
。
此时,牵引力方向与导向轮前进方向出现
样可以保证垂直导向力始终由弹簧提供
,
且大于预紧力
。
夹角
，
公铁两用牵引车与铁轨间就会有横向力幵产生
：
导向装置采用液压控制,液压原理如图
6
所示
。
铁路
sin
a=4.5
kN
（
1
）
运行工况时
，
公铁两用牵引车导向轮对准铁轨后,拨动多
路换向阀控制手柄
a
、
b,
液压油经多路阀至前后导向轮支
式中:〃为公铁两用牵引车牵引力，
取
〃=
170kN;
a
为驱
撑液压缸无杆腔,导向装置降落
，
钢轮和铁轨踏面有效接
动胶轮与导向轮之间方向误差角
，受加工、
装配及其他因
触,双向液压锁锁死升降液压缸
，
确保导向装置始终能够
素影响
，
本次设计计算时取
a=3
。
。
提供足够导向力
。
同时拨动多路换向阀控制手柄
c,
液压
当公铁两用牵引车在铁轨上牵引货车通过最小半
油经多路换向阀至转向锁止液压缸无杆腔
，
推动转向锁
径弯道时,受力情况如图
8
所示
,
此时公铁两用牵引车受
止板动作
，
前后车架刚性连接
，
由导向装置带动公铁两用
到被牵引货车拉力
7
可以分解出一个横向力
F
t
-
牵引车完成转向动作
。
Fr=T-sin
0=3.15
kN
（
2
）
式中:丁为被牵引货车拉力，
即牵引货车时的运行阻力;
0
2
运行稳定性分析
为公铁两用牵引车与货车之间的牵引角
。
2.1
导向力计算
gw"„mg=37.5
kN
（
3
）
GT3900
型公铁两用牵引车釆用前后四轮驱动
,
驱动
式中:
m
为被牵引货车质量
，
根据设计要求
m=3
900
000
2019
8
I
工名忍弑
I
49
设计•计算
Design
and
Calculation
kg;a"
。
为货车运行单位基本阻力
，
根据
TB/T
1407
—
1998
通常情况下认为
，
公铁两用牵引车最容易脱轨的工
《
列车牵引计算规程
》
中
2.3
条规定
，
对于滚动轴承货车
况出现在通过铁道最小弯曲半径时
，
此时所需的横向导
（
重车
）
,3
"
。
取
0.98
N/kNo
向力最大
，
整体受力情况如图
9
所示
。
公铁两用牵引车通
0=180°
-
cost
—
-
cost
器
=4.83
。
（
4
）
过铁轨所需最小横向导向力为前后轮对中的较大值，
即
：
F
D=max
（
||
,
|
^>2
|
）
（
5）
式中
:
L
为导向轮轴距
,Z=5
380
mm;H
为被牵引货车轮
式中:
F"
为公铁两用牵引车通过铁轨所需最小横向导向
轴距
，
通用
70
t
级货车取
H=9
210
nun
;
凡
„
为铁路轨道
力;為为前导向轮对所受横向导向力;甩为后导向轮对
最小通过半径
，
按设计要求取
R
窗
=90
m
。
所受横向导向力
。
50
2019
8
第
50
卷丨第
8
期
总第
550
期
分别对公铁两用牵引车导向轮中心点人
、
b
进行力矩
上述式中:
a
为导向轮轴与驱动胶轮轴间距,
a=l
040
mm;
b
为导向轮轴与牵引钩间距
,6=1
197
mm
。
平衡计算,得到
：
（
厶+
6
）
丹厶•氐
-a
・
F
厂
（
厶
-a
）
・
F
；
=0
z
、
b
•
F
t
-L
•
F
m
+{L-a
）
•
Ff+a
・
F
尸
0
由此可以求得
：
,
、
（
6
）
则所需最小横向导向力为
：
Fz
）
=max
（
|
坊
J
,
|
呪
|
）
=5.2
kN
（
9
）
2.2
稳定性分析
（
7
）
為=
此出
（
厶丫”
附
a
•&
=5.2
kN
爬轨脱轨是最常见的脱轨故障,即横向力使车轮轮缘
在横向不断逼近钢轨
，
导致车轮轮缘滚上轨肩发生脱轨
。
氐
=
厶+&
）
・阳
=0
65
型
（8
）
爬轨脱轨时
，
车轮轮缘与钢轨的接触受力如图
10
所示
。
此时
，
车轮承受来自铁轨的压力
N
与摩擦力办
，
它们
2019
8
51
设计•计算
Design
and
Calculation
的合力
F
又可以分解成垂直方向上的支撑力
P
和水平方
向上的侧向力
Q,
由此可以计算出
：
Q=Nsn
B~fycos
/3
(10
)
P=Ncos P+f/fiin
P
(
11
)
式中
:0
为接触面与水平面夹角
，标准车轮踏面最大为
60
。
；
Q
为横向导向力
，
即
Q=F
d
=5.2
kN;P
为垂直导向
力叭为轮缘与导轨摩擦力
。
脱轨系数是判定车轮轮缘在横向力作用下是否会逐
渐爬上轨头而脱轨的重要指标
，
它是侧向力
Q
和垂直力
P
的比值：
Q_
_
NsinP-/^cosj8
(
〔
2
)
P
Ncos
B+f
曲
n
&
根据
GB/T
17426—
1998
《
铁道特种车辆和轨行机械
动力学性能评定及试验方法
》
中
3.2
条运行稳定性的规
定
，
横向力作用时间应大于
0.05
s,
评定车辆运行安全的
合格标准为
：
Q/PW1.2
(13
)
则垂直导向力
P
应满足条件
：
PM$Q=4.3kN
(14
)
6
2.3
试验验证
GT3900
型公铁两用牵引车在某单位铁路轨道上进
行了充分的实际测试
，
测试现场如图
11
所示
，
其牵引工
52
2019
8
图
11
公铁两用牵引车测试现场
况表现优异
,
各项参数满足设计要求
，导向装置设计及稳
定性分析为公铁牵引车的安全性能评判提供了有力的理
论依据
。
3
结束语
基于
5
t
级轮式装载机底盘开发的
GT3900
型公铁两
用牵引车
，
采用在装载机上应用多年的传动系统,相较于
传统电动公铁两用牵引车
，
具有技术成熟及牵引力大的
特点
。
同时针对胶轮驱动公铁两用车存在的脱轨问题
，
进
行了充分的理论分析与计算
，
有效地提高了公铁两用牵
引车的铁路工况牵引稳定性
。
参考文献
[1]
许基清
.
公铁两用牵引车导向装置结构设计及导向力分析
U].
青岛大学学报
,
2003
,
24(6
)
：
537-539.
[2]
宫本昌幸
.
铁路车辆的脱轨机制
01
国外铁道车辆
,1997(6
)
:
36
—
43.
[3]
王印军
.
公铁两用牵引车导向力计算和运行稳定性分析卩
机车
车辆工艺
,2016(6):4-
8.
[4]
严隽
耄
车辆工程
[M].
北京
:
中国铁道出版社
,2011.
[5]
TB/T
1407
—
1
998
列车牵引计算规程⑸
.
[6]
GB/T
1
7426
—
1
998
铁道特种车辆和轨行机械动力学性
能评定及试验方法
[S].
通信地址
:
江苏省常州市新北区黄河西路
898
号
国机重工
集团常林有限公司
(213000)
(
收稿日期
:2019-03-12)
英文摘要
丨
ABSTRACTS
IN
ENGLISH
工令忍絨
VoL50
I
No.8
Serial
No.550
Publishing
on
Aug.
10,
2019
It
is
the
object
to
ensure
a
straight
travel
Dynamic
Analysis
of
Anti-radiation
Cab
air
amount
at
the
air
outlets
plus
an
inner
capability
for
an
autonomous
car
when
Based
on
Workbench
air
flow
field
distribution,
so
as
on
this
running
with
slipping
wheels,
which has
It
is
to
treat
an
excavator's
cab
for
anti-nu
basis
to
optimize
the
air
channel
assembly.
first
to
view
at
a
6x6
surface
autonomous
clear
radiation
that
the
cab
after
treatment
Results
from
simulations
show
that
air
car
with
independent
electric
drive.
How
is
different
in
construction
for
the
excava
amount
and
distribution
at
the
outlets
after
ever,
lateral
tilt
angle
and
wheels
slippage
tor
would
be
under
vibration
for
a
long
the
optimization
are
more
equalized
with
would
happen
while
traveling
on
rough
time
when
operating
that
an
analysis
of
less
turbo
flow
inside
the
air
channel,
thus
surface
as
a
result
of
poor
tolerance
in
the
structural
mechanics
has
to
be
carried
out.
meeting
the
body's
requirements
for
air
platform
assembly,
and
poor
stability
of
Therefore
ANSYS
Workbench
has
to
be
flow
comfort
within
the
cab.
the
motor
control
system,
which
as
led
mechanical
modal
analyzed
for
harmonic
Keywords:
Backhoe
loader;
Air
condi
・
the
autonomous
car
to
speed
of
the
lateral
response
when
the engine
is
energized
and
tioner
in
the
cab;
Air
channel;
CFD
tilt
angle,
wheel
slippage,
lateral
displace
under
slewing
motivation
before
having
ment,
and
thrust
at
the
rear.
A
way
out
has
got
a
mode
of
10
grade
and
a
frequency
Design
and
Stability
Analysis
of
Guide
to
provide
a
new
control
system
as
based
diagram
in front
of
the
cab,
beside
get
Device
for
Model
GT3900
Road-Railway
on
a
PI
controlled
anti
slippage
drive
and
ting
frequency
response
curves
at
the
max
Traction
Vehicle
travel
stability
control
system
as
based
on
equivalent
stress
of
the
cab
within
0-100
There
are
mainly
2
types
of
tractor
for
a
variable
slip
form
with
additional
lateral
Hz,
as
well
as
displacement-frequency
both
highway-railway
use,
i.e.
a
rubber
tire
swing
torque
control
to
overcome
the
curves
of
compound
lead
board
at
left
and
drive
and
a
steel
wheel
drive.
However,
the
said
troubles.
Trucksim
and
MATLAB/
right
sides
and
over
the
top,
before
defining
rubber
tire
tractor
would
often
cause
many
Simulink
have
been
utilized
to
build
up
a
resonance
frequency
that
tends
to
occur
to
an
off-track
accident
for
the
non-logic
simulation
model
for
the
car
to
carry
out
the
anti-radiation
cab
together
with
suit
guidance
device
and
for
non-logic
guiding
simulated
test
and
comparison.
Results
able
engine
RPM,
thus
giving
a
theoretical
wheel.
So
that
it
has
to
design
a
GT3900
show
that
the
car
can
reduce
quickly
the
basics
for
similar
engineering.
type
guiding
device
for
the
amphibian
lateral
tilt
angle
that
can
be
kept
at
0±0.03
Keywords:
Engine
motivation;
Slewing
tractor,
from
a
starting
point
of
the
of
住
(°)/s
and
the
displacement
tends
to
be
zero,
motivation;
Harmonic
response
analysis;
track
accident
by
scientific
selection
of
the
and
that
the
straight
run
stability
control
Resonancefrequency
wheel
tread
to
design
a
guiding
device
of
system
can
ensure
the
car's
straight
travel,
good
rail
running
capacity
while
analyzing
thus
telling
that
the
control
algorithm
does
Flow
Field
Analysis
and
Structural
Op
their
traveling
condition
and
the
stresses
have
feasibility
and
high
efficiency.
timization
of
Air
Conditioning
Duct
in
a
there-upon,
plus
accounting
on
the
vertical
Keywords:
Six-wheel
independent
drive
Backhoe
Loader
Cab
guiding
force
so
as
to
define
min
loading
unmanned vehicle;
Hub
motor;
Truck-
For
optimizing
air
flow
of
air
conditioner
force
while
through
stability
tests
to
prove
sim
platform;
Straight
travel
stability;
in
the
cab
it
has
to
utilize
CFD
process
to
travel
safety
of
the
GT3900
tractor.
Slip-form
variable
construction
analyze
the
air
flow
field
along
the
path
in
Keywords:
Guide
device;
Guidance
the
can
for
a
backhoe
loader
before
getting
strength;
Stability
2024年9月30日发(作者：祢诗柳)
设计•计算
Design
and
Calculation
第
50
卷丨第
8
期
总第
550
期
GT3900
型公铁两用牵引车导向装置
设计及稳定性分析
宋哲文
，
史城
，
潘瞰,吴光耀
国机重工集团常林有限公司
摘要
I
公铁两用牵引车主要有胶轮驱动与钢轮驱动两种类型
，
胶轮驱动公铁两用牵引车经常由于导向装置不合理
、
导向
轮加载不合理
，
而导致铁路牵引时出现脱轨事故
。
设计
GT3900
型公铁两用牵引车导向装置
。
从脱轨原因出发
，科学选择导
向轮踏面形式
，
设计具有良好铁轨行驶性能的导向装置
。
针对公铁两用牵引车铁路行驶时的状态和受力情况进行分析
，
对
整车垂直导向力进行核算
，
确定导向轮的最小加载力
，
并通过稳定性试验
，
验证
GT3900
型公铁两用牵引车的运行安全性
。
关键词
:
导向装置
;
导向力
;
稳定性
公铁两用牵引车是一种既能通过公路进行机动转场,
牵引车在轨道上运行的导向力。
因此
，
设计合理的导向装
置并进行准确的导向力计算分析是
GT3900
型公铁两用
又能像铁路机车一样在铁路上进行牵引作业的特种车辆
。
在电力
、
港口
、
物流
、
煤炭
、
钢铁及小型货场等具备铁路专
用线的单位配备公铁两用牵引车
，
可大幅度提高调车的灵
活性
，
减少调车作业时间
，降低货车延时使用费
。
GT3900
型公铁两用牵引车是在
5
t
级轮式装载机底
牵引车设计的重要内容
，
是保证公铁两用牵引车铁路牵
引作业安全的重要保障
。
1
导向装置设计
1.1
导向轮
铁路弯道示意如图
1
所示，
公铁两用牵引车通过铁
盘基础上开发的
，
属于目前国内市场上常见的公铁两用
牵引车
，
在进行铁路牵引作业时
，
由胶轮承担支撑作用
,
公铁两用牵引车在轨道上行驶时的牵引力来自驱动轮的
橡胶轮胎与钢轨的摩擦力
，
导向轮的轮缘提供公铁两用
路弯道时的运动，
可以看做是水平面内的圆周运动
，
外侧
导向轮通过的距离要大于内侧导向轮通过的距离
。
作者简介:宋哲文
(
1989-),
男
,
湖北孝感人,工程师
,
硕士
，
研究方向:工程机械
。
2019
8
|
X
名忍娥
|
47
设计•计算
Design
and
Calculation
铁路机车车辆车轮用轮缘踏面外形对机车的曲线通
过性能及直线段临界速度有着直接影响，
经历了圆柱形
铁路弯道
踏面
、
锥形踏面与磨耗型踏面三个发展阶段
，
如图
2
所
■
I
w
示
。
圆柱形踏面左右滚动圆半径相同
，直线段临界速度
高
;
锥形踏面左右滚动圆半径差大,曲线性能好;磨耗型
踏面能够做到兼具良好的曲线通过性能和直线段临界速
度
，
目前得到了广泛的使用
。
导向轮
在直线轨道上运行时
，如图
3
所示
，
踏面斜度可以保
证公铁两用牵引车的自动调中功能
，
如果轮对偏离其在
线路上的中心位置
，
轮对在滚动过程中
，
两导向轮滚动半
径之差将使轮对向恢复其中心位置的方向运动
，
自动纠
图
1
铁路弯道示意图
正偏离位置
。
图
2
车轮踏面发展历程
l]
卜
滚动半径相同
:动半径相同
I
直线行驶
图
3
直线行驶示意图
右转弯
如图
4
所示
，
公铁两用牵引车在曲线上行驶时
，由于
图
4
曲线行驶示意图
离心力的作用
，
轮对会偏向外轨
，
由于在外轨一侧上滚动
的曲线通过性能
。
的车轮与钢轨接触的部分滚动半径较大
，
而沿内轨滚动
铁道行业标准
TB/T
449
—
2003
《
机车车辆车轮轮缘
的车轮与钢轨接触的部分滚动半径较小
，
使滚动中的轮
踏面外形
》
详细规定了铁路车辆车轮用轮缘踏面外形的
对沿外轨行走的路程长,沿内轨行走的路程短
,
正好和曲
类型与轮廓尺寸,
GT3900
型公铁两用牵引车导向轮轮缘
线段外轨长
、
内轨短的情况相适应
，
以使车轮在钢轨上尽
踏面外形设计按照该标准执行
，
为整车的铁路行驶性能
量少滑行地顺利通过弯道，
有效保证了公铁两用牵引车
打下了良好基础。
48
|
工令乱就|
2019
8
第
50
卷丨第
8
期
总第
550
期
1.2
导向装置结构与控制
GT3900
型公铁两用牵引车以
5
t
级轮式装载机为原
为满足公铁两用牵引车两种不同牵引工况需求
，
导
型，
与铁轨行驶工况相结合
，
优化设计了导向装置
。
导向
向装置结构主要包含两大部分
：
升降装置和导向压紧装
装置具体结构如图
5
所示
，
导向轮轮对轴安装在导向板
置
。
当公铁两用牵引车在公路和铁路两种不同作业工况
上,导向板可以在滑道中上下自由移动
（
通过控制升降液
切换的时候
，
升降装置要能够实现在较短时间内完成导
压缸实现导向轮的提升和下降动作
）
。
通过设计计算
，
选
向轮的升降动作
。
导向压紧装置可以在公铁两用牵引车
定合理的升降液压缸缸径和系统流量
，
以在很短的时间
在铁轨上进行牵引作业时
，
保证导向轮始终压紧钢轨
，
提
内完成导向轮的升降
，
节省公铁两用牵引车上下轨道时
供足够的垂直导向力
，
避免出现脱轨现象
。
间
，
提高作业效率
。
图
5
导向装置结构
导向压紧装置利用弹簧提供预压力
，
当公铁两用牵引
胶轮与导向轮之间不可避免的会出现角度误差
，
运行情
车在铁轨上运行时
，
导向轮踏面与铁轨处于压紧状态
，
这
况如图
7
所示
。
此时,牵引力方向与导向轮前进方向出现
样可以保证垂直导向力始终由弹簧提供
,
且大于预紧力
。
夹角
，
公铁两用牵引车与铁轨间就会有横向力幵产生
：
导向装置采用液压控制,液压原理如图
6
所示
。
铁路
sin
a=4.5
kN
（
1
）
运行工况时
，
公铁两用牵引车导向轮对准铁轨后,拨动多
路换向阀控制手柄
a
、
b,
液压油经多路阀至前后导向轮支
式中:〃为公铁两用牵引车牵引力，
取
〃=
170kN;
a
为驱
撑液压缸无杆腔,导向装置降落
，
钢轮和铁轨踏面有效接
动胶轮与导向轮之间方向误差角
，受加工、
装配及其他因
触,双向液压锁锁死升降液压缸
，
确保导向装置始终能够
素影响
，
本次设计计算时取
a=3
。
。
提供足够导向力
。
同时拨动多路换向阀控制手柄
c,
液压
当公铁两用牵引车在铁轨上牵引货车通过最小半
油经多路换向阀至转向锁止液压缸无杆腔
，
推动转向锁
径弯道时,受力情况如图
8
所示
,
此时公铁两用牵引车受
止板动作
，
前后车架刚性连接
，
由导向装置带动公铁两用
到被牵引货车拉力
7
可以分解出一个横向力
F
t
-
牵引车完成转向动作
。
Fr=T-sin
0=3.15
kN
（
2
）
式中:丁为被牵引货车拉力，
即牵引货车时的运行阻力;
0
2
运行稳定性分析
为公铁两用牵引车与货车之间的牵引角
。
2.1
导向力计算
gw"„mg=37.5
kN
（
3
）
GT3900
型公铁两用牵引车釆用前后四轮驱动
,
驱动
式中:
m
为被牵引货车质量
，
根据设计要求
m=3
900
000
2019
8
I
工名忍弑
I
49
设计•计算
Design
and
Calculation
kg;a"
。
为货车运行单位基本阻力
，
根据
TB/T
1407
—
1998
通常情况下认为
，
公铁两用牵引车最容易脱轨的工
《
列车牵引计算规程
》
中
2.3
条规定
，
对于滚动轴承货车
况出现在通过铁道最小弯曲半径时
，
此时所需的横向导
（
重车
）
,3
"
。
取
0.98
N/kNo
向力最大
，
整体受力情况如图
9
所示
。
公铁两用牵引车通
0=180°
-
cost
—
-
cost
器
=4.83
。
（
4
）
过铁轨所需最小横向导向力为前后轮对中的较大值，
即
：
F
D=max
（
||
,
|
^>2
|
）
（
5）
式中
:
L
为导向轮轴距
,Z=5
380
mm;H
为被牵引货车轮
式中:
F"
为公铁两用牵引车通过铁轨所需最小横向导向
轴距
，
通用
70
t
级货车取
H=9
210
nun
;
凡
„
为铁路轨道
力;為为前导向轮对所受横向导向力;甩为后导向轮对
最小通过半径
，
按设计要求取
R
窗
=90
m
。
所受横向导向力
。
50
2019
8
第
50
卷丨第
8
期
总第
550
期
分别对公铁两用牵引车导向轮中心点人
、
b
进行力矩
上述式中:
a
为导向轮轴与驱动胶轮轴间距,
a=l
040
mm;
b
为导向轮轴与牵引钩间距
,6=1
197
mm
。
平衡计算,得到
：
（
厶+
6
）
丹厶•氐
-a
・
F
厂
（
厶
-a
）
・
F
；
=0
z
、
b
•
F
t
-L
•
F
m
+{L-a
）
•
Ff+a
・
F
尸
0
由此可以求得
：
,
、
（
6
）
则所需最小横向导向力为
：
Fz
）
=max
（
|
坊
J
,
|
呪
|
）
=5.2
kN
（
9
）
2.2
稳定性分析
（
7
）
為=
此出
（
厶丫”
附
a
•&
=5.2
kN
爬轨脱轨是最常见的脱轨故障,即横向力使车轮轮缘
在横向不断逼近钢轨
，
导致车轮轮缘滚上轨肩发生脱轨
。
氐
=
厶+&
）
・阳
=0
65
型
（8
）
爬轨脱轨时
，
车轮轮缘与钢轨的接触受力如图
10
所示
。
此时
，
车轮承受来自铁轨的压力
N
与摩擦力办
，
它们
2019
8
51
设计•计算
Design
and
Calculation
的合力
F
又可以分解成垂直方向上的支撑力
P
和水平方
向上的侧向力
Q,
由此可以计算出
：
Q=Nsn
B~fycos
/3
(10
)
P=Ncos P+f/fiin
P
(
11
)
式中
:0
为接触面与水平面夹角
，标准车轮踏面最大为
60
。
；
Q
为横向导向力
，
即
Q=F
d
=5.2
kN;P
为垂直导向
力叭为轮缘与导轨摩擦力
。
脱轨系数是判定车轮轮缘在横向力作用下是否会逐
渐爬上轨头而脱轨的重要指标
，
它是侧向力
Q
和垂直力
P
的比值：
Q_
_
NsinP-/^cosj8
(
〔
2
)
P
Ncos
B+f
曲
n
&
根据
GB/T
17426—
1998
《
铁道特种车辆和轨行机械
动力学性能评定及试验方法
》
中
3.2
条运行稳定性的规
定
，
横向力作用时间应大于
0.05
s,
评定车辆运行安全的
合格标准为
：
Q/PW1.2
(13
)
则垂直导向力
P
应满足条件
：
PM$Q=4.3kN
(14
)
6
2.3
试验验证
GT3900
型公铁两用牵引车在某单位铁路轨道上进
行了充分的实际测试
，
测试现场如图
11
所示
，
其牵引工
52
2019
8
图
11
公铁两用牵引车测试现场
况表现优异
,
各项参数满足设计要求
，导向装置设计及稳
定性分析为公铁牵引车的安全性能评判提供了有力的理
论依据
。
3
结束语
基于
5
t
级轮式装载机底盘开发的
GT3900
型公铁两
用牵引车
，
采用在装载机上应用多年的传动系统,相较于
传统电动公铁两用牵引车
，
具有技术成熟及牵引力大的
特点
。
同时针对胶轮驱动公铁两用车存在的脱轨问题
，
进
行了充分的理论分析与计算
，
有效地提高了公铁两用牵
引车的铁路工况牵引稳定性
。
参考文献
[1]
许基清
.
公铁两用牵引车导向装置结构设计及导向力分析
U].
青岛大学学报
,
2003
,
24(6
)
：
537-539.
[2]
宫本昌幸
.
铁路车辆的脱轨机制
01
国外铁道车辆
,1997(6
)
:
36
—
43.
[3]
王印军
.
公铁两用牵引车导向力计算和运行稳定性分析卩
机车
车辆工艺
,2016(6):4-
8.
[4]
严隽
耄
车辆工程
[M].
北京
:
中国铁道出版社
,2011.
[5]
TB/T
1407
—
1
998
列车牵引计算规程⑸
.
[6]
GB/T
1
7426
—
1
998
铁道特种车辆和轨行机械动力学性
能评定及试验方法
[S].
通信地址
:
江苏省常州市新北区黄河西路
898
号
国机重工
集团常林有限公司
(213000)
(
收稿日期
:2019-03-12)
英文摘要
丨
ABSTRACTS
IN
ENGLISH
工令忍絨
VoL50
I
No.8
Serial
No.550
Publishing
on
Aug.
10,
2019
It
is
the
object
to
ensure
a
straight
travel
Dynamic
Analysis
of
Anti-radiation
Cab
air
amount
at
the
air
outlets
plus
an
inner
capability
for
an
autonomous
car
when
Based
on
Workbench
air
flow
field
distribution,
so
as
on
this
running
with
slipping
wheels,
which has
It
is
to
treat
an
excavator's
cab
for
anti-nu
basis
to
optimize
the
air
channel
assembly.
first
to
view
at
a
6x6
surface
autonomous
clear
radiation
that
the
cab
after
treatment
Results
from
simulations
show
that
air
car
with
independent
electric
drive.
How
is
different
in
construction
for
the
excava
amount
and
distribution
at
the
outlets
after
ever,
lateral
tilt
angle
and
wheels
slippage
tor
would
be
under
vibration
for
a
long
the
optimization
are
more
equalized
with
would
happen
while
traveling
on
rough
time
when
operating
that
an
analysis
of
less
turbo
flow
inside
the
air
channel,
thus
surface
as
a
result
of
poor
tolerance
in
the
structural
mechanics
has
to
be
carried
out.
meeting
the
body's
requirements
for
air
platform
assembly,
and
poor
stability
of
Therefore
ANSYS
Workbench
has
to
be
flow
comfort
within
the
cab.
the
motor
control
system,
which
as
led
mechanical
modal
analyzed
for
harmonic
Keywords:
Backhoe
loader;
Air
condi
・
the
autonomous
car
to
speed
of
the
lateral
response
when
the engine
is
energized
and
tioner
in
the
cab;
Air
channel;
CFD
tilt
angle,
wheel
slippage,
lateral
displace
under
slewing
motivation
before
having
ment,
and
thrust
at
the
rear.
A
way
out
has
got
a
mode
of
10
grade
and
a
frequency
Design
and
Stability
Analysis
of
Guide
to
provide
a
new
control
system
as
based
diagram
in front
of
the
cab,
beside
get
Device
for
Model
GT3900
Road-Railway
on
a
PI
controlled
anti
slippage
drive
and
ting
frequency
response
curves
at
the
max
Traction
Vehicle
travel
stability
control
system
as
based
on
equivalent
stress
of
the
cab
within
0-100
There
are
mainly
2
types
of
tractor
for
a
variable
slip
form
with
additional
lateral
Hz,
as
well
as
displacement-frequency
both
highway-railway
use,
i.e.
a
rubber
tire
swing
torque
control
to
overcome
the
curves
of
compound
lead
board
at
left
and
drive
and
a
steel
wheel
drive.
However,
the
said
troubles.
Trucksim
and
MATLAB/
right
sides
and
over
the
top,
before
defining
rubber
tire
tractor
would
often
cause
many
Simulink
have
been
utilized
to
build
up
a
resonance
frequency
that
tends
to
occur
to
an
off-track
accident
for
the
non-logic
simulation
model
for
the
car
to
carry
out
the
anti-radiation
cab
together
with
suit
guidance
device
and
for
non-logic
guiding
simulated
test
and
comparison.
Results
able
engine
RPM,
thus
giving
a
theoretical
wheel.
So
that
it
has
to
design
a
GT3900
show
that
the
car
can
reduce
quickly
the
basics
for
similar
engineering.
type
guiding
device
for
the
amphibian
lateral
tilt
angle
that
can
be
kept
at
0±0.03
Keywords:
Engine
motivation;
Slewing
tractor,
from
a
starting
point
of
the
of
住
(°)/s
and
the
displacement
tends
to
be
zero,
motivation;
Harmonic
response
analysis;
track
accident
by
scientific
selection
of
the
and
that
the
straight
run
stability
control
Resonancefrequency
wheel
tread
to
design
a
guiding
device
of
system
can
ensure
the
car's
straight
travel,
good
rail
running
capacity
while
analyzing
thus
telling
that
the
control
algorithm
does
Flow
Field
Analysis
and
Structural
Op
their
traveling
condition
and
the
stresses
have
feasibility
and
high
efficiency.
timization
of
Air
Conditioning
Duct
in
a
there-upon,
plus
accounting
on
the
vertical
Keywords:
Six-wheel
independent
drive
Backhoe
Loader
Cab
guiding
force
so
as
to
define
min
loading
unmanned vehicle;
Hub
motor;
Truck-
For
optimizing
air
flow
of
air
conditioner
force
while
through
stability
tests
to
prove
sim
platform;
Straight
travel
stability;
in
the
cab
it
has
to
utilize
CFD
process
to
travel
safety
of
the
GT3900
tractor.
Slip-form
variable
construction
analyze
the
air
flow
field
along
the
path
in
Keywords:
Guide
device;
Guidance
the
can
for
a
backhoe
loader
before
getting
strength;
Stability