□ 趙繼平 □ 鐘 可 □ 王天龍 □ 田江澤

1.中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院有限公司 北京 100048 2.長(zhǎng)沙市軌道交通集團(tuán)有限公司 長(zhǎng)沙 410000

1 設(shè)計(jì)背景

磁浮列車是一種靠磁浮力來(lái)推動(dòng)的列車。由于軌道的磁力使列車懸浮在空中,行走時(shí)不需要接觸地面,因此阻力只有空氣的阻力。列車運(yùn)行時(shí)不但速度快,而且平穩(wěn)、舒適,易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制,無(wú)噪聲,無(wú)有害廢氣排放。

2006年,我國(guó)在引入德國(guó)產(chǎn)品的前提下在上海建成世界上首條商業(yè)運(yùn)營(yíng)高速磁浮線。此后,國(guó)內(nèi)加速開發(fā)技術(shù),并在十年間相繼建立五條試驗(yàn)線,進(jìn)而在北京、長(zhǎng)沙完成兩條正式線路,兩條線路皆為高架線。目前,武漢、成都、廣州、岳陽(yáng)、株洲、郴州、唐山、烏魯木齊等十余座大中型城市都已規(guī)劃修建磁浮線路。

長(zhǎng)沙磁浮線在一期基礎(chǔ)上獲批開建東延線,其中兩站為地下站,屬國(guó)內(nèi)首創(chuàng)。根據(jù)我國(guó)人防相關(guān)法律規(guī)定,磁浮線修建需兼顧人防工程。因此需設(shè)置區(qū)間防護(hù)設(shè)備,目前國(guó)內(nèi)外皆無(wú)同類設(shè)備。

F型軌道如圖1所示。列車運(yùn)行過(guò)程中,依托兩條F型軌道提供磁力懸浮,在平戰(zhàn)轉(zhuǎn)換時(shí),不能斷開F型軌道。因此,F型軌道的密閉性設(shè)計(jì)是磁浮式地鐵區(qū)間防護(hù)設(shè)備研發(fā)進(jìn)程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

▲圖1 F型軌道

中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院有限公司的技術(shù)人員攻克技術(shù)難點(diǎn),研發(fā)了一種適用于磁浮列車的F型軌道密封裝置。這一裝置具有平戰(zhàn)轉(zhuǎn)換時(shí)不需要斷開F型軌道,安裝方便快捷,能抵抗核武器和常規(guī)武器6級(jí)沖擊波荷載等諸多優(yōu)點(diǎn)。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

F型軌道密封裝置截面如圖2所示,分為上、下密封裝置兩部分,包絡(luò)擠壓F型軌道,實(shí)現(xiàn)密閉性。上密封裝置分為左、右兩部分,便于吊裝安裝。

▲圖2 F型軌道密封裝置截面▲圖3 F型軌道密封裝置結(jié)構(gòu)

F型軌道密封裝置的結(jié)構(gòu)如圖3所示,由外側(cè)鋼板、夾心層膠塊、內(nèi)側(cè)密封裝置、加強(qiáng)筋板及夾持的螺栓組成。

鋼板材質(zhì)的牌號(hào)為Q345,膠塊材質(zhì)為橡膠,Q345鋼的屈服強(qiáng)度為345 MPa。

3 密封原理

鋼板及夾心層的膠塊與F型軌道仿形設(shè)計(jì),膠塊凸出鋼板邊緣2 mm。當(dāng)螺栓預(yù)緊力連接上、下密封裝置時(shí),膠塊凸出部分包絡(luò)擠壓F型軌道,實(shí)現(xiàn)F型軌道的密閉性。

安裝下密封裝置時(shí),在下密封裝置與安裝基座之間塞入3 mm膠塊,實(shí)現(xiàn)密閉性。

左上密封裝置和右上密封裝置之間塞入膠塊,實(shí)現(xiàn)密閉性。

平時(shí)列車運(yùn)營(yíng)時(shí),拆下密封裝置,不會(huì)阻礙列車運(yùn)行。平戰(zhàn)轉(zhuǎn)換時(shí),安裝密封裝置,并且不需要斷開F型軌道。

4 有限元分析

對(duì)左上密封裝置、右上密封裝置、下密封裝置分別加載6級(jí)沖擊波等效靜載載荷,分析F型軌道密封裝置的力學(xué)性能和位移。

4.1 下密封裝置

下密封裝置應(yīng)力如圖4所示。最大應(yīng)力產(chǎn)生在左右下角無(wú)筋板處,最大應(yīng)力值為176.1 MPa,小于Q345鋼的屈服強(qiáng)度,滿足強(qiáng)度要求。

▲圖4 下密封裝置應(yīng)力

下密封裝置位移如圖5所示。最大位移產(chǎn)生在與F型軌道接口處,最大位移值為0.94 mm,位移值較小,可以忽略。

▲圖5 下密封裝置位移

4.2 右上密封裝置

右上密封裝置應(yīng)力如圖6所示。最大應(yīng)力產(chǎn)生在與F型軌道接口處,最大應(yīng)力值為207.9 MPa,小于Q345鋼的屈服強(qiáng)度,滿足強(qiáng)度要求。

右上密封裝置位移如圖7所示。最大位移產(chǎn)生在與F型軌道接口處,最大位移值為0.72 mm,位移值較小,可以忽略。

4.3 左上密封裝置

左上密封裝置應(yīng)力如圖8所示。忽略直角處應(yīng)力集中,最大應(yīng)力產(chǎn)生在無(wú)筋板處,最大應(yīng)力值為501.1 MPa,大于Q345鋼的屈服強(qiáng)度,不滿足強(qiáng)度要求。

▲圖8 左上密封裝置應(yīng)力▲圖9 左上密封裝置位移▲圖10 優(yōu)化后左上密封裝置應(yīng)力

左上密封裝置位移如圖9所示。最大位移產(chǎn)生在無(wú)筋板處,最大位移值為9.93 mm,變形過(guò)大。

5 優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì)

對(duì)左上密封裝置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),增加筋板,并進(jìn)行有限元分析。

優(yōu)化后左上密封裝置應(yīng)力如圖10所示。忽略直角處應(yīng)力集中,最大應(yīng)力值為169.5 MPa,小于Q345鋼的屈服強(qiáng)度,滿足強(qiáng)度要求。

優(yōu)化后左上密封裝置位移如圖11所示。最大位移值為2.28 mm,經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)位移有較大幅度減小,在彈性變形范圍內(nèi)。

▲圖11 優(yōu)化后左上密封裝置位移

6 結(jié)束語(yǔ)

筆者介紹了一種F型軌道密封裝置,有效解決了磁浮式列車穿行通過(guò)地下站區(qū)間時(shí),人防防護(hù)設(shè)備F型軌道的密閉性問(wèn)題,確保平時(shí)不影響列車運(yùn)行,戰(zhàn)時(shí)不需要斷開F型軌道,屬于國(guó)內(nèi)首創(chuàng)。對(duì)該裝置進(jìn)行了有限元分析,對(duì)受力薄弱、變形較大的左上密封裝置進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),優(yōu)化后滿足強(qiáng)度和變形要求。這一裝置為成功研發(fā)適用于磁浮列車穿行通過(guò)地下區(qū)間防護(hù)段的區(qū)間人防設(shè)備提供了理論依據(jù)。