GCD600型混合动力轨道车的研制

GCD600型混合动力轨道车的研制

王鹏

哈尔滨铁路工业集团有限公司，黑龙江 哈尔滨 150036

摘 要：介绍了GCD600型混合动力轨道车的研制过程、主要结构、技术参数、强度有限元分析。

关键词：GCD600型混合动力轨道车；技术参数；结构

1. 前言

在党的十九大和中央经济会议明确提出，全面建成小康社会，一定要继续打好大气污染防治、水污染防治、土壤污染管控和修复的“三大战役”。随着中国轨道交通的快速发展，高效率、低能耗、低排放的混合动力轨道车有着良好的推广应用前景，因此开发研制以柴油发电机组和蓄电池组驱动为主的混合动力轨道车，可降低油耗、实现尾气零排放，满足国内外对绿色环保轨道车的需求，特别是在地铁、隧道施工中，具有显著的优越性，发展前景广阔。

2. 主要技术参数

3. 结构设计

1、发电机组系统 2、车体总成 3、转向架组装 4、制动系统

5、车架 6、内饰 7、电气及控制系统

3.1 动力传动系统

本车动力传动系统由柴油发电机组、蓄电池组、变流柜（辅助逆变器／库充充电机、牵引逆变器、24V充电机以及整柜控制器DCU）和牵引电机组成,分为主传动系统和辅助传动系统。

3.1.1 发电机组

本车采用东风康明斯145kW柴油发电机组。

3.1.2 蓄电池组

本车采用磷酸铁锂电池，能量为387kWh，配有制冷及预热装置，适用于各种环境使用。

3.1.3 牵引电机

本车采用128KW异步牵引电机，额定转速为1455r/min，额定转矩为840N·m，采用架承式全悬挂、轴控控制方式。

3.2 控制系统

变流柜由一个辅助逆变器／库充充电机、四个牵引变流器、一个24V充电机以及整柜控制器DCU构成，可实现由动力蓄电池组、柴油发电机组单独或二者共同驱动。

3.3 走行系统

走行部由两台可互换的二轴焊接转向架组成，包括转向架构架、轮对、轴箱、齿轮箱、悬挂装置、牵引装置、基础制动及砂箱装置等部分，轴箱采用无导框、弹性轴箱拉杆定位、二系圆弹簧悬挂、中心牵引销牵引方式，使整车具有良好的平稳性和稳定性。

3.4 制动系统

本车制动系统采用电阻制动和空气制动两种方式制动。

制动系统满足在平直线路上单车以120km/h速度行驶时紧急制动距离小于800m。

空气制动系统由JZ-7型空气制动机、空气压缩机、空气净化装置装置等组成。本车采用JCBP-90型空气压缩机，额定排量为1.08m³/min，空气净化装置装置由空气干燥器、管道滤尘器等组成，为提高压缩空气质量，本车主管路采用不锈钢管及接头；电阻制动能量可以回收并为蓄电池充电，可提高整车效率。

3.5车体总成

本车采用整体式承载结构，车体采用优质材料，由方钢管、角钢与外蒙皮铁板组焊而成，车底架采用型钢组焊成箱式梁结构，具有足够的强度、刚度，车辆两端设置司机室，司机室内设操纵台、司机座椅等，车辆中部依次为动力间、休息室、简易厨房、蓄电池间。

4. 强度有限元分析

根据标准GB3314-2006《内燃机车通用技术条件》、TB/T 2368-2005《动力转向架构架强度试验方法》、TB/T 2541-2010《机车车体静强度试验规范》、TB/T 1335《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》和TB/T 3115-2005《机车车辆动力学性能台架试验方法》确定GCD600车体结构强度计算和转向架构架强度计算的载荷工况。

4.1 车体结构强度计算结论

（1）车体静强度计算分析：在静强度载荷各工况作用下，车体结构的最大vonMises应力均小于材料的许用应力；在垂直总载荷工况作用下，相对枕梁处底架边梁，车体中间底架边梁的垂向位移为0.2mm。

（2）车体屈曲分析：车体在垂直总载荷+车钩纵向2000kN压缩载荷作用下，车体第一阶屈曲因子为7.15，大于1.0，满足标准要求。

（3）车体模态分析：车体结构一阶垂向弯曲频率为23.7Hz；整备状态下车体一阶垂向弯曲频率为16.7Hz，大于10Hz，满足标准要求。

GCD600车体结构强度和刚度满足标准的要求。

4.2 转向架构架强度计算结论

（1）转向架构架静强度计算分析：超常载荷工况下，转向架构架最大Von Mises 应力值为149.32MPa，发生在侧梁上盖板拐角圆弧处。转向架各部位的最大von Mises 应力值均小于许用应力。

（2）转向架构架疲劳强度分析：将模拟运营工况5 和工况7作为疲劳循环的极限进行考虑，根据Goodman smith图进行疲劳安全评估。得到以下结论：在模拟运营载荷作用下，转向架构架上两种载荷工况所产生的应力幅值及平均应力均在相应材料或接头的疲劳极限线图界限之内。

（3）转向架构架模态分析：对转向架构架采用自由模态分析其固有特性，构架第一阶自振频率为60.23Hz，振型为一阶垂向扭转；构架第二阶自振频率为67.19Hz，振型为一阶垂向弯曲。

GCD600转向架构架静强度和疲劳强度均满足标准的要求。

5. 结束语

GCD600型混合动力轨道车的研制符合我国新能源产业政策发展方向,为用户提供了多项选择,提高了工作效率，降低了成本，同时为进一步开拓轨道车市场提供了有力的技术支持。

参考文献：

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［2］ 陈智豪，张 义，杨 格，何 良. HXN5 大功率交流传动内燃机车电传动系统［J］. 大功率变流技术，2 0 1 0（3）.

［3］ 严隽耄，傅茂海．车辆工程［Ｍ］．北京：中国铁道出版社， ２００７．

［4］ 王兆安，黄俊．电力电子技术［Ｍ］．第４版．北京：机械工业出版社，２００８．