地鐵車轉(zhuǎn)向架的選型與結(jié)構(gòu)

李春革 劉尚帥

沈陽地鐵集團有限公司運營分公司

地鐵車轉(zhuǎn)向架的選型與結(jié)構(gòu)

李春革 劉尚帥

沈陽地鐵集團有限公司運營分公司

轉(zhuǎn)向架是軌道車輛結(jié)構(gòu)中最為重要的部件之一，高速列車轉(zhuǎn)向架的定位剛度、軸箱彈簧垂向剛度、軸箱懸掛系統(tǒng)垂向阻尼、中央懸掛系統(tǒng)彈簧的橫向剛度、二系橫向阻尼對車輛在高速行駛時的穩(wěn)定性有重要影響。

地鐵車輛；轉(zhuǎn)向架；輕量化設(shè)計

結(jié)構(gòu)輕量化是地鐵車輛設(shè)計的首要目標(biāo)，在提速的大背景下，車輛產(chǎn)品結(jié)構(gòu)輕量化有重要的現(xiàn)實意義.轉(zhuǎn)向架是地鐵車輛的重要部件之一，而構(gòu)架是轉(zhuǎn)向架的基礎(chǔ)，其將轉(zhuǎn)向架各零、部件組成一個整體，承受、傳遞車體輪對間各種作用力及載荷，運行工況惡劣，受力情況復(fù)雜。在構(gòu)架的設(shè)計過程中，一般采用有限元軟件進行強度分析，但基于有限元結(jié)構(gòu)分析的優(yōu)化設(shè)計還有待進一步的深入研究。

1 交叉支撐轉(zhuǎn)向架類型

交叉支撐轉(zhuǎn)向架按交叉支撐裝置與側(cè)架的連接位置不同分為下交叉支撐轉(zhuǎn)向架和中交叉支撐轉(zhuǎn)向架。下交叉支撐轉(zhuǎn)向架的兩根交叉桿與側(cè)架下部連結(jié)，交叉桿在搖枕底部不通過中間孔，主要產(chǎn)品有轉(zhuǎn)K2型、轉(zhuǎn)K6型等下交叉支撐轉(zhuǎn)向架；中交叉支撐轉(zhuǎn)向架的兩根交叉桿在側(cè)架三角孔部位的中部連結(jié)，交叉桿通過搖枕中間孔，主要產(chǎn)品有轉(zhuǎn)K1型及系列中交叉支撐轉(zhuǎn)向架。

2 轉(zhuǎn)向架主要結(jié)構(gòu)特點

轉(zhuǎn)K2型下交叉支撐轉(zhuǎn)向架和轉(zhuǎn)K1型及系列中交叉支撐轉(zhuǎn)向架研制初期均采用中部剛性焊接連接的交叉支撐裝置、鋼對鋼摩擦的斜楔減振系統(tǒng)、端部摩擦定位的雙作用彈性旁承、槽鋼等型組焊結(jié)構(gòu)制動梁、低摩擦系數(shù)心盤磨耗盤及旁承磨耗板等結(jié)構(gòu)與技術(shù)。另外，轉(zhuǎn)K2型下交叉支撐轉(zhuǎn)向架軸箱采用承載鞍與側(cè)架直接接觸的鋼對鋼干摩擦定位結(jié)構(gòu)；轉(zhuǎn)K1型及系列中交叉支撐轉(zhuǎn)向架采用雙圓柱定位的八字型軸箱彈性墊。運用考驗結(jié)果表明，總體運行性能及使用可靠性有待提高，維護檢修工作量較大。近年來，齊軌道裝備公司研制成功的轉(zhuǎn)K6型下交叉支撐轉(zhuǎn)向架采用了大量的運用成熟新技術(shù)，直接采用中部無焊接的彈性交叉支撐裝置、帶有高分子復(fù)合材料主摩擦板的組合式斜楔、磨耗板端部彈性定位的雙作用彈性旁承、雙側(cè)止擋定位的內(nèi)八字型軸箱彈性墊、整體鍛造制動梁等技術(shù)，車輛運行性能及使用可靠性明顯提高。

3 轉(zhuǎn)向架技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

3.1 側(cè)架交叉支撐彈性連接技術(shù)

交叉支撐裝置可提高轉(zhuǎn)向架抗菱剛度的理論研究、原理驗證結(jié)果表明：采用交叉支撐技術(shù)可有效保持轉(zhuǎn)向架的正位狀態(tài)，大幅度提高車輛臨界速度，并減少車輛在曲線運行時車輪與鋼軌的沖角，保證車輛運行性能穩(wěn)定和運行安全可靠性。同時，可有效改善斜楔的受力狀態(tài)，減少斜楔磨耗板磨耗，延長減振系統(tǒng)使用壽命。但兩交叉支撐桿件中部連接結(jié)構(gòu)、桿件兩端與側(cè)架連接結(jié)構(gòu)、交叉支撐連桿結(jié)構(gòu)可靠性是交叉支撐技術(shù)到實用化程度需研究解決的三個技術(shù)關(guān)鍵，其中兩交叉桿件間中部節(jié)點彈性連接和桿件端部與側(cè)架節(jié)點彈性連接技術(shù)最為重要。

3.2 交叉桿中部彈性連接技術(shù)

理論計算和試驗驗證及批量運用考驗結(jié)果表明：若兩交叉桿件中部節(jié)點無連接，易出現(xiàn)在車輛運行時由于振動使上、下桿件垂向接觸磨損，影響交叉支撐桿件自身結(jié)構(gòu)強度。若兩交叉桿件中部節(jié)點剛性連接(如焊接)，交叉連桿中部焊接部位疲勞壽命低，不能滿足中國鐵路貨車檢修周期和使用壽命要求，兩交叉連桿中部實現(xiàn)彈性連接是交叉支撐技術(shù)原理在中國鐵路貨車上應(yīng)用推廣的一個技術(shù)關(guān)鍵。研發(fā)了與交叉連桿中部結(jié)構(gòu)匹配的U型、X型熱塑性彈性體彈性元件，使兩交叉連桿中部節(jié)點實現(xiàn)彈性連接。第一、既解決了交叉節(jié)點可靠連接，又避免兩桿件垂向振動接觸磨損和桿件與連接扣板間縱向微動接觸磨損問題。第二、桿件與扣板間取消焊接，交叉支撐裝置剛性連接改為彈性連接，交叉連桿疲勞壽命評估結(jié)果可滿足25年或500萬公里的運用要求，達到了交叉支撐連桿與轉(zhuǎn)向架等壽命的目標(biāo)，在中國得到了成功應(yīng)用并全面推廣，使用壽命及可靠性滿足了中國的運用要求，能夠滿足中國鐵路貨車提速、重載的發(fā)展需要。

3.3 研發(fā)高韌性交叉桿新材料

大連鋼鐵集團利用近兩年的時間，經(jīng)過了大量的材料匹配試驗研究，開發(fā)出適合中國鐵路貨車的CR-1型交叉桿鋼管新材料，已經(jīng)過鐵道部批準(zhǔn)定型并全面應(yīng)用，其強度達到20號鋼的標(biāo)準(zhǔn)，而韌塑性指標(biāo)保持10號鋼的水平，具有優(yōu)良的抗低溫沖擊性能，表面低硬度，提高了交叉桿對振動的適應(yīng)性和疲勞可靠性，可滿足提速使用要求。

3.4 軸箱彈性定位技術(shù)

軸箱參數(shù)合理匹配并實現(xiàn)彈性定位一直是鐵路貨車工作者追求的技術(shù)目標(biāo)，齊軌道裝備公司突破約束彈性定位技術(shù)關(guān)鍵，完成了降低輪軌間垂向、橫向動作用力研究和軸箱定位技術(shù)攻關(guān)研究，提出并應(yīng)用軸箱可靠彈性定位技術(shù)。實現(xiàn)了軸箱的可靠彈性定位。與構(gòu)架間采用橫、縱向完全定位，達到輪對可靠彈性定位的目的，解決了原有鋼對鋼摩擦定位不穩(wěn)定導(dǎo)致車輛運行性能差的技術(shù)難題，提高了車輛直線高速運行的穩(wěn)定性。實現(xiàn)了輪對的準(zhǔn)徑向功能。車輛曲線通過時，由于軸箱的彈性定位，在輪軌蠕滑力作用下，使轉(zhuǎn)向架兩輪對產(chǎn)生徑向位移，減小輪對與鋼軌之間的沖角，改善車輛的曲線通過性能，減小輪緣的磨耗。解決了側(cè)架導(dǎo)框與承載鞍磨耗的慣性質(zhì)量問題。根據(jù)理論分析和試驗驗證結(jié)果，選取適宜的技術(shù)參數(shù)及設(shè)置適當(dāng)?shù)膶?dǎo)框間隙，實現(xiàn)了側(cè)架導(dǎo)框與承載鞍無磨耗，解決了原有導(dǎo)框磨耗嚴(yán)重的慣性質(zhì)量問題，進一步提高了車輛運行性能穩(wěn)定性和使用可靠性。

4 結(jié)束語

通過交叉支撐轉(zhuǎn)向架技術(shù)的應(yīng)用推廣，帶動車軸、軸承、車鉤緩沖裝置、制動裝置等關(guān)鍵技術(shù)的協(xié)調(diào)快速發(fā)展。50鋼縮短型車軸、緊湊型軸承、高分子耐磨配件、17型高強度車鉤、高容量緩沖器、120-1型空氣控制閥等多項新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝均取得突破，車輛整體運行性能和使用可靠性的大幅度提升，促進了檢修體制改革，車輛實現(xiàn)了取消輔修、延長廠、段修周期，減少了維護檢修費用，降低了壽命期內(nèi)車輛綜合成本，提高了綜合經(jīng)濟效益。

[1] 田曉東，史桂蓉，阮雪榆。復(fù)雜曲面實物的逆向工程及其關(guān)鍵技術(shù)[J]；機械設(shè)計與制造工程；2000年04期.

[2] 宋鳳書，曹志禮。鐵路貨車轉(zhuǎn)向架技術(shù)考察報告[J]；鐵道車輛；2000年08期.