線性軸承線性軸承設(shè)計選型

中低速磁浮車輛二系懸掛裝置采用空氣彈簧結(jié)構(gòu)，線性軸承是空氣彈簧懸掛裝置的關(guān)鍵部件之一，其設(shè)計選型須滿足懸浮架和車體連接、傳遞載荷以及適應(yīng)車輛曲線通過等性能要求。

空氣彈簧懸掛裝置由空氣彈簧、端部滑臺、中間滑臺、固定滑臺、線性軸承等部件組成。線性軸承水平安裝在端部滑臺與中間滑臺上，采用雙導(dǎo)軌滑行機構(gòu)。

1.線性軸承選型

線性軸承是懸浮架上工作負荷較大、安全性要求較高的部件之一， 其性能直接決定了列車能否安全運行并順暢通過曲線。其選型工作主要需考慮車輛負荷、線性軸承安全系數(shù)、結(jié)構(gòu)尺寸、可維護性等幾個方面。

（1）線性軸承負荷與安全系數(shù)計算

應(yīng)用于中低速磁浮車輛的線性軸承滑塊主要承受垂向負荷及側(cè)向負荷，各滑塊的垂向負荷大小與空氣彈簧對滑臺的支撐力大小及作用中心有關(guān)，側(cè)向負荷與列車牽引或制動時加速度引起的慣性力有關(guān)。

（2）端部滑臺線性軸承負荷計算

端部滑臺的一根導(dǎo)軌采用單滑塊支撐、另一根導(dǎo)軌采用雙滑塊支撐。根據(jù)空氣彈簧懸掛裝置設(shè)計可知，列車所有空氣彈簧壓力均等，即各空氣彈簧對滑臺的支撐力F 大小相等。端部滑臺沒有設(shè)置牽引拉桿，因此其上線性軸承側(cè)向不受車輛縱向力作用。

（3）中間滑臺線性軸承負荷計算

中間滑臺為左右對稱結(jié)構(gòu)，兩根導(dǎo)軌均采用雙滑塊支撐，因此線性軸承滑塊受到的垂向力兩兩相等?？栈蓪_的支撐力均與端部滑臺相同。列車牽引或制動時，牽引拉桿對各滑臺的縱向作用力相等，同一滑臺上每個線性軸承滑塊受到的側(cè)向力也近似認為大小相等。

取前后均有牽引拉桿作用的中間滑臺作為計算對象，在列車牽引或制動時，該滑臺上的線性軸承滑塊所受的側(cè)向力最大。

（2）額定壽命計算

盡管國內(nèi)暫時沒有正式運營的中低速磁浮線路，根據(jù)軌道交通應(yīng)用經(jīng)驗估計磁浮運營線每公里的曲線數(shù)平均為一個。設(shè)磁浮車輛進出曲線時，均按通過正線最小曲線R100 m 所對應(yīng)的線性軸承滑動量150 mm計算，磁浮車輛每通過曲線一次，線性軸承滑動量共計為300 mm。按磁浮車輛年運行公里數(shù)為12.5×104 km計算，線性軸承的年滑動量為37.5 km。因此，可以計算端部滑臺上的單滑塊線性軸承的額定計算壽命最小達1392年，雙滑塊線性軸承的額定計算壽命最小為23.2年；中間滑臺上的雙滑塊線性軸承額定計算壽命最小為12.4年。

（3）結(jié)構(gòu)尺寸

線性軸承結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計主要考慮直線導(dǎo)軌長度尺寸。在通過曲線時，滑塊相對直線導(dǎo)軌左右運動，結(jié)合上一節(jié)最小半徑曲線擬合分析結(jié)果，其直線導(dǎo)軌長度需滿足滑塊左右運動的最大橫移量要求，并預(yù)留有一定的安全裕量。直線導(dǎo)軌預(yù)留的安全裕量均大于30 mm，滿足線性軸承左右滑動時的安全需求。

2.強度校核

以下主要對線性軸承滑塊與導(dǎo)軌及其連接件進行強度校核與評估，其強度直接關(guān)乎線性軸承能否正常工作與列車的安全運行問題。

（1）線性軸承滑塊及導(dǎo)軌強度校核

計算滑塊強度時，選取受力最大的中間滑臺上線性軸承滑塊作為計算對象，在滑塊定位孔施加固定約束，在滑塊與導(dǎo)軌的作用面上施加載荷。計算導(dǎo)軌強度時，選取中間滑臺的線性軸承導(dǎo)軌作為計算對象，在導(dǎo)軌的定位孔施加固定約束，在導(dǎo)軌與兩滑塊的作用面上施加載荷。

（2）連接件強度校核

線性軸承連接件主要有連接滑塊與滑臺的M10螺栓，以及連接導(dǎo)軌與車體底板的M8螺栓。通過給螺栓施加預(yù)緊力，使被連接體在受橫向載荷作用時，結(jié)合面不發(fā)生相對位移 。

中低速磁浮車輛懸浮架在平直道姿態(tài)：每節(jié)車輛懸浮架共有5個模塊裝配，12套滑臺裝置，左右模塊各6套，其中第Ⅱ、Ⅴ位滑臺為固定滑臺與車體相連，第Ⅰ、Ⅵ位滑臺為端部滑臺，第Ⅲ、Ⅳ位滑臺為中間滑臺。在端部滑臺和中間滑臺上安裝有線性軸承裝置，線性軸承導(dǎo)軌固定于車體底板，滑塊固定于滑臺安裝面上。

列車通過曲線時，懸浮架姿態(tài)：理想狀態(tài)下各模塊處于曲線的徑向位置，擬合成相應(yīng)曲線。由于Ⅱ、Ⅴ位滑臺與車體固定，其位置決定了車體在曲線上的位置。根據(jù)曲線擬合分析，端部滑臺相對于車體的的橫向位移量最大，中間滑臺相對于車體的橫向位移約為端部滑臺位移量的一半。由于外軌與內(nèi)軌的曲線半徑略有差別，且懸浮架左右模塊可以相互解耦， 導(dǎo)致同一位滑臺相對于內(nèi)外軌的橫向位移也略有不同。

中低速磁浮列車的正線允許最小平面曲線半徑可達100m，庫線最小曲線半徑可達50m。當(dāng)列車位于半徑為50m的曲線上時，根據(jù)曲線擬合分析初步計算可得各滑臺的橫向位移量：位于內(nèi)側(cè)軌道的端部滑臺產(chǎn)生的橫向位移最大，其最大值為326mm。普通輪軌車輛轉(zhuǎn)向架的空氣彈簧最大橫向位移一般也只有120mm左右，而且應(yīng)用于中低速磁浮車輛的空氣彈簧受限于懸浮架空間結(jié)構(gòu)等因素，空氣彈簧體積較小，其橫向位移值約為20mm，空氣彈簧無法實現(xiàn)如此大的橫向位移， 因此在車體與滑臺之間設(shè)置大位移線性軸承，滿足懸浮架相對于車體橫向運動的位移需求，是一種較合理的選擇 。

線性軸承是一種用于直線運動的滾動或滑動軸承，具有摩擦力小、結(jié)構(gòu)可靠、承載能力強、長距離運行精度高、使用壽命長等特點，常應(yīng)用于各種機床、沖床、打印機等工業(yè)機械設(shè)備。中低速磁浮車輛的懸浮架是由多個基本結(jié)構(gòu)相同的模塊裝配組成。磁浮列車通過曲線時，懸浮架模塊會根據(jù)線路線形擬合成曲線，導(dǎo)致不同位置的模塊相對于車體將產(chǎn)生不同的橫向位移量，其中端部模塊橫向位移超過300mm?？紤]到常應(yīng)用于機車車輛上的空氣彈簧不足以提供如此大的位移量， 因此在車體與懸浮架之間設(shè)置具有大位移技術(shù)特點的線性軸承， 以適應(yīng)中低速磁浮車輛過曲線要求 。

通過對中低速磁浮車輛曲線通過分析，采用線性軸承以適應(yīng)懸浮架與車體大橫向位移要求是必要的，也是可行的。

計算分析了線性軸承的工作負荷、安全系數(shù)及額定壽命，并對線性軸承的滑塊與導(dǎo)軌及連接件進行了強度校核。計算結(jié)果表明選定的線性軸承選型合理，安全系數(shù)符合相關(guān)規(guī)定，線性軸承的滑塊與導(dǎo)軌強度滿足要求，滑塊與滑臺的連接螺栓強度滿足使用要求。

線性軸承在中低速磁浮車輛上的成功應(yīng)用，為新一代中低速磁浮車輛研制打下了堅實基礎(chǔ)。線性軸承的實際運用效果，包括車輛通過曲線時的性能表現(xiàn)、使用壽命、潤滑周期和維護保養(yǎng)等，還有待于線性軸承在車輛上長期運行考核中加以驗證 。