出口安哥拉HZ20-AGO型轉(zhuǎn)向架的研制

馮成禮 祝笈 鄒建美 楊軍 張光才

摘要：介紹了HZ20-AGO型窄軌轉(zhuǎn)向架的主要技術(shù)參數(shù)、結(jié)構(gòu)和計算與試驗驗證情況。

關(guān)鍵詞：窄軌轉(zhuǎn)向架;技術(shù)參數(shù);結(jié)構(gòu);仿真;試驗

中圖分類號：U270.331? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2020）21-0077-02

0? 引言

2019年，中車眉山車輛有限公司（下簡稱“眉山公司”）作為供應(yīng)商，與安哥拉客戶簽訂了供貨合同。眉山公司研發(fā)了適合于軌距1067mm、設(shè)計速度100km/h，軸重20t的控制型三大件式窄軌貨車轉(zhuǎn)向架。

1? 主要技術(shù)參數(shù)

軌距? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 1067mm

設(shè)計速度? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 100km/h

軸重? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 20t

自重? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 3.72t

固定軸距? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 1750mm

車輪直徑? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 840mm

軸頸中心距? ? ? ? ? ? ? ? ? ?1624mm

下心盤直徑? ? ? ? ? ? ? ? ? ?298mm

通過最小曲線半徑（限速）? 80m

制動倍率 ? 5.5

限界? ? ? ? ? ? ? ? ?安哥拉本格拉鐵路機車車輛限界

2? 結(jié)構(gòu)介紹

HZ20-AGO型轉(zhuǎn)向架為窄軌鑄鋼三大件式控制型轉(zhuǎn)向架，采用常摩擦減振裝置和兩級剛度彈簧的中央懸掛裝置，雙作用常接觸的彈性旁承。轉(zhuǎn)向架主要由輪軸組成、側(cè)架組成、中央懸掛及減振裝置、搖枕組成、制動裝置、彈性旁承、中心銷連接裝置等零部件組成。如圖1所示。

2.1 輪軸組成

輪軸組成由車輪、車軸和滾動軸承裝置組成。車輪采用LM型踏面的HDZD車輪，輪徑840mm;車軸采用符合TB/T 2945-1999的LZW材質(zhì)鍛造;軸承采用符合TB/T2235的352226X2-2RZ圓錐滾動軸承裝置。

2.2 側(cè)架組成

側(cè)架組成由側(cè)架、導(dǎo)框頂面磨耗板、滑槽磨耗板、立柱磨耗板等零部件組成。側(cè)架內(nèi)側(cè)面方框兩側(cè)設(shè)有搖枕回轉(zhuǎn)止擋，材質(zhì)采用符合TB/T 3012-2016的B+級鋼。立柱磨耗板采用折頭螺栓與側(cè)架緊固?；勰ズ陌搴蛯?dǎo)框頂面磨耗板都依靠自身的變形彈力卡在側(cè)架上，便于轉(zhuǎn)向架運用過程中的檢修和維護。

2.3 懸掛及減振裝置

懸掛裝置由搖枕彈簧組和減振裝置組成。搖枕彈簧組為兩級剛度，可提高空車工況下動力學(xué)性能。減振裝置為加寬斜楔的常摩擦減振器，增加轉(zhuǎn)向架的抗菱剛度。

2.4 搖枕組成

搖枕組成由搖枕、心盤磨耗盤、斜面磨耗板、固定杠桿支點座組成。下心盤內(nèi)設(shè)有導(dǎo)電式尼龍心盤磨耗盤，并與搖枕整體鑄造。搖枕材質(zhì)采用B+級鋼。斜面磨耗板、固定杠桿支點座與搖枕均采用焊接方式連接。

2.5 基礎(chǔ)制動裝置

基礎(chǔ)制動裝置采用滑槽式單側(cè)閘瓦制動，主要由制動梁組成、下拉桿、制動杠桿、閘瓦、制動圓銷等部件組成。制動梁架采用制動梁用熱軋型鋼，經(jīng)切割拉制而成;支柱、瓦托采用B級鋼鑄造;滑塊部位安裝有尼龍磨耗套。閘瓦為符合TB/T2403的高摩合成閘瓦，各轉(zhuǎn)動連接部位均采用耐磨襯套。

2.6 彈性旁承

轉(zhuǎn)向架采用雙作用常接觸彈性旁承，可為車輛提供穩(wěn)定合適的回轉(zhuǎn)阻力矩，彈性旁承主要由旁承座、彈性旁承體、旁承磨耗板、滾子及滾子軸等組成。

2.7 中心銷連接裝置

中心銷連接裝置由車體向下插入，中心銷擋從搖枕腔體穿入，使轉(zhuǎn)向架和車體連接。

3? 分析計算

3.1 動力學(xué)計算

2019年6月，根據(jù)GB/T5599-1985《鐵道車輛動力學(xué)性能評定和試驗規(guī)范》，建立仿真模型（圖2），對該車在直線、緩和曲線和圓曲線上運行時的穩(wěn)定性、平穩(wěn)性、安全性進行了動力學(xué)計算。結(jié)果如下：

①在空車和裝載工況下，在新輪軌狀態(tài)下的蛇行運動失穩(wěn)臨界速度能滿足最高運行速度的要求。②在AAR Ⅳ級線路譜輸入下，在110km/h速度范圍內(nèi)，空車和裝載工況下車體的橫向加速度最大值均小于0.5g;空車和裝載工況下垂向加速度最大值均小于0.7g，滿足GB/T5599-1985的要求。③在AAR Ⅳ級線路譜輸入模擬下，空車工況80km/h速度內(nèi)的垂向平穩(wěn)性指標(biāo)、90km/h速度內(nèi)的橫向平穩(wěn)性指標(biāo)、裝載工況在90 km/h速度范圍內(nèi)的橫向及垂向平穩(wěn)性指標(biāo)均滿足GB/T5599-1985的優(yōu)級標(biāo)準(zhǔn);空車及裝載工況在110km/h速度范圍內(nèi)的垂向平穩(wěn)性指標(biāo)滿足GB/T5599-1985的良好標(biāo)準(zhǔn)。④裝配該轉(zhuǎn)向架的低幫平車以小于50mm欠超高通過114m半徑、150m半徑、200m半徑、300m半徑的圓曲線時，空車和裝載工況下的輪軌橫向力Q、輪軸橫向力、輪重減載率、脫軌系數(shù)、傾覆系數(shù)等指標(biāo)均小于GB/T5599-1985規(guī)定的安全標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 搖枕計算

2019年6月，按照21t軸重車輛，采用有限元分析軟件，參照TB/T 1335-1996《鐵道車輛強度設(shè)計及試驗鑒定規(guī)范》和鐵道行業(yè)推薦標(biāo)準(zhǔn)TB/T 1959-2006《鐵道貨車搖枕、側(cè)架靜載荷及疲勞試驗》，分析了HZ20-AGO型轉(zhuǎn)向架搖枕的剛度和疲勞強度。計算結(jié)論如下：①在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的靜強度計算工況下，搖枕結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力為136.96MPa，小于TB/T 1335-1996標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的許用應(yīng)力，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。②在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的各工況下，搖枕結(jié)構(gòu)的最大變形均小于TB/T 1959-2006標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限制值，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。③搖枕高應(yīng)力區(qū)累積損傷遠小于1，其余各處的累積損傷均為0，結(jié)構(gòu)能夠通過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的疲勞試驗。

3.3 側(cè)架計算

2019年6月，按照21t軸重車輛，采用有限元分析軟件，參照TB/T 1335-1996《鐵道車輛強度設(shè)計及試驗鑒定規(guī)范》和鐵道行業(yè)推薦標(biāo)準(zhǔn)TB/T 1959-2006《鐵道貨車搖枕、側(cè)架靜載荷及疲勞試驗》，分析了HZ20-AGO型轉(zhuǎn)向架側(cè)架的剛度和疲勞強度。計算結(jié)論如下：①在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的靜強度計算工況下，側(cè)架結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力為143.48MPa，小于TB/T 1335-1996標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的許用應(yīng)力，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。②在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的各工況下，搖枕結(jié)構(gòu)的最大變形均小于TB/T 1959-2006標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限制值，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。③側(cè)架高應(yīng)力區(qū)累積損傷遠小于1，其余各處的累積損傷均為0，結(jié)構(gòu)能夠通過TB/T 1959-2006標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的疲勞試驗。

3.4 車軸計算

2019年6月，按照EN13103：2009和JIS E4501-1995《鐵道車輛—車軸強度設(shè)計方法》標(biāo)準(zhǔn)，分析了HZ20-AGO型轉(zhuǎn)向架車軸強度，對車軸進行強度計算。車軸各部位安全系數(shù)安全系數(shù)大于1，輪座部位和軸頸部位的疲勞強度基本能滿足強度要求。

3.5 制動梁計算

2019年6月，采用有限元分析軟件，根據(jù)鐵道行業(yè)推薦標(biāo)準(zhǔn) TB/T1978-2018《鐵路貨車轉(zhuǎn)向架組合式制動梁》，分析了HZ20-AGO型轉(zhuǎn)向架制動梁的靜強度和疲勞強度。計算結(jié)論如下：①制動梁結(jié)構(gòu)在靜強度計算工況下的最大應(yīng)力小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的許用應(yīng)力。②制動梁在各工況下的最大變形均小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限制值，其結(jié)構(gòu)剛度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。③制動梁各處的主應(yīng)力材料利用度和合成材料利用度均小于1，結(jié)構(gòu)能夠通過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的疲勞試驗。

4? 試驗

4.1 搖枕試驗

2019年8月，眉山公司依據(jù)TB/T 1959-2006《鐵道貨車搖枕、側(cè)架靜載荷及疲勞試驗》完成了HZ20-AGO型轉(zhuǎn)向架搖枕靜載荷和疲勞試驗。試驗結(jié)果表明：①搖枕在TB/T 1959-2006標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的彈性變形、永久變形和極限變形載荷下測試結(jié)果符合要求。②搖枕在完成TB/T 1959-2006標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的循環(huán)載荷后，未發(fā)現(xiàn)裂紋。

4.2 側(cè)架試驗

2019年8月，眉山公司依據(jù)TB/T 1959-2006《鐵道貨車搖枕、側(cè)架靜載荷及疲勞試驗》完成了HZ20-AGO型轉(zhuǎn)向架側(cè)架靜載荷和疲勞試驗。試驗結(jié)果表明：

①側(cè)架在TB/T 1959-2006標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的彈性變形、永久變形和極限變形載荷下測試結(jié)果符合要求。

②側(cè)架在完成TB/T 1959-2006標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的循環(huán)載荷后，未發(fā)現(xiàn)裂紋。

4.3 制動梁試驗

2019年8月，依據(jù)TB/T1978《鐵道貨車組合式制動梁》完成了HZ20-AGO型轉(zhuǎn)向架制動梁靜載荷和疲勞試驗。試驗結(jié)果表明：①制動梁在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的撓度、永久變形和安全系數(shù)載荷下測試結(jié)果符合要求。②制動梁在完成標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的循環(huán)載荷后，未發(fā)現(xiàn)裂紋。

4.3 線路試驗

2019年12月，裝配HZ20-AGO型轉(zhuǎn)向架的車輛運送至安哥拉，經(jīng)過整備調(diào)試，通過了本格拉線路試驗。

5? 結(jié)束語

目前，HZ20-AGO型轉(zhuǎn)向架已在安哥拉投入運用，眉山公司將繼續(xù)對該轉(zhuǎn)向架的運用性能持續(xù)跟蹤服務(wù)，讓更多的“中國造”服務(wù)于非洲鐵路運輸業(yè)的發(fā)展。

參考文獻：

[1]嚴(yán)雋耄.車輛工程[M].四川：西南交通大學(xué)出版社，2007.

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[5]中鐵檢驗認(rèn)證（青島）車車輛檢驗站有限公司.HZ20-AGO 型轉(zhuǎn)向架制動梁檢驗報告[R].2019.