線性軸承中低速磁浮車輛曲線通過分析

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(dá)100m，庫線最小曲線半徑可達(dá)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(jì)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(shí)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(yùn)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(yùn)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(qiáng)、長距離運(yùn)行精度高、使用壽命長等特點(diǎn)，常應(yīng)用于各種機(jī)床、沖床、打印機(jī)等工業(yè)機(jī)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(jī)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(diǎn)的線性軸承， 以適應(yīng)中低速磁浮車輛過曲線要求 。

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(jì)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(jī)構(gòu)。

1.線性軸承選型

線性軸承是懸浮架上工作負(fù)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(yùn)行并順暢通過曲線。其選型工作主要需考慮車輛負(fù)荷、線性軸承安全系數(shù)、結(jié)構(gòu)尺寸、可維護(hù)性等幾個方面。

（1）線性軸承負(fù)荷與安全系數(shù)計(jì)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(fù)荷及側(cè)向負(fù)荷，各滑塊的垂向負(fù)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(fù)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(fù)荷計(jì)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(jì)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(fù)荷計(jì)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(rèn)為大小相等。

取前后均有牽引拉桿作用的中間滑臺作為計(jì)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(jì)算

盡管國內(nèi)暫時沒有正式運(yùn)營的中低速磁浮線路，根據(jù)軌道交通應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)估計(jì)磁浮運(yùn)營線每公里的曲線數(shù)平均為一個。設(shè)磁浮車輛進(jìn)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(jì)算，磁浮車輛每通過曲線一次，線性軸承滑動量共計(jì)為300 mm。按磁浮車輛年運(yùn)行公里數(shù)為12.5×104 km計(jì)算，線性軸承的年滑動量為37.5 km。因此，可以計(jì)算端部滑臺上的單滑塊線性軸承的額定計(jì)算壽命最小達(dá)1392年，雙滑塊線性軸承的額定計(jì)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(jì)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(jì)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(yùn)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(yùn)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(qiáng)度校核

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

（1）線性軸承滑塊及導(dǎo)軌強(qiáng)度校核

計(jì)算滑塊強(qiáng)度時，選取受力最大的中間滑臺上線性軸承滑塊作為計(jì)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(jì)算導(dǎo)軌強(qiáng)度時，選取中間滑臺的線性軸承導(dǎo)軌作為計(jì)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(qiáng)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 。

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(jì)算分析了線性軸承的工作負(fù)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(jìn)行了強(qiáng)度校核。計(jì)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(qiáng)度滿足要求，滑塊與滑臺的連接螺栓強(qiáng)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(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。線性軸承的實(shí)際運(yùn)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(hù)保養(yǎng)等，還有待于線性軸承在車輛上長期運(yùn)行考核中加以驗(yàn)證 。