基于地鐵列車轉(zhuǎn)向架的設(shè)計與研究

摘要:文章重點分析了地鐵列車轉(zhuǎn)向架的主要零部件結(jié)構(gòu)和性能。對構(gòu)架、車軸、車輪、軸箱體、牽引裝置等重要部件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計算分析，對整車進(jìn)行了動力學(xué)仿真，此外，還對構(gòu)架進(jìn)行了靜強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度試驗，對整車進(jìn)行了動力學(xué)試驗，各項結(jié)果表明轉(zhuǎn)向架均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

關(guān)鍵詞:地鐵車輛；轉(zhuǎn)向架；結(jié)構(gòu)強(qiáng)度

轉(zhuǎn)向架分為動車轉(zhuǎn)向架和拖車轉(zhuǎn)向架， 兩者的主要區(qū)別是: 動車轉(zhuǎn)向架有牽引傳動裝置， 包括牽引電動機(jī)、齒輪傳動裝置、聯(lián)軸節(jié)等；拖車轉(zhuǎn)向架沒有牽引傳動裝置。其他結(jié)構(gòu)相同可以進(jìn)行互換。無論是動車轉(zhuǎn)向架還是拖車轉(zhuǎn)向架，裝在1位和2位都有一些差異：1位轉(zhuǎn)向架安裝了2個高度調(diào)節(jié)閥，2位轉(zhuǎn)向架安裝了1個高度調(diào)節(jié)閥；另外， 在拖車1位端安裝有ATP天線安裝座和避雷器安裝座。

1 動力轉(zhuǎn)向架的主要技術(shù)參數(shù)

軸式B0-B0、軌距1435mm、固定軸距3000mm、軸重20t、額定功率4800kW、最大設(shè)計速度350km/h、最大運行速度300km/h、車輪滾動圓直徑1040mm、啟動牽引力200kN、通過最小曲線半徑150m、轉(zhuǎn)向架回轉(zhuǎn)中心距11460mm、機(jī)車限界UIC505-1。

一系懸掛參數(shù)：每軸箱彈簧垂向剛2.398kN/mm、每軸箱彈簧橫向剛度5.390kN/mm、靜撓度 36.4mm、垂向液壓減振器阻尼力(振動速度為0.1m/s) 2943kN。二系懸掛參數(shù)：每側(cè)2個二系彈簧垂向剛度0.886kN/mm、每側(cè)2個二系彈簧橫向剛度0.37kN/mm、靜撓度 169.1mm、二系垂向液壓減振器阻尼力(振動速度為0.1m/s) 4414.5N、二系橫向液壓減振器阻尼力(振動速度為0.1m/s) 4905N、二系抗蛇行液壓減振器阻尼力(振動速度為0.1m/s) 9810N、耦合減振器阻尼力(振動速度為0.01m/s) 2943N。基礎(chǔ)制動：制動缸直徑254mm、制動倍率5.04、制動缸壓力260kPa。

2 轉(zhuǎn)向架主要部件

2.1 構(gòu)架。動車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架和拖車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架主體結(jié)構(gòu)基本相同，為H型鋼板焊接結(jié)構(gòu)，由側(cè)梁、橫梁以及各種吊座組成。側(cè)梁采用鋼板焊接箱型結(jié)構(gòu)，橫梁采用無縫鋼管結(jié)構(gòu)，橫梁與側(cè)梁之間采用連接座的形式進(jìn)行連接。按EN15085標(biāo)準(zhǔn)焊接體系要求進(jìn)行焊接。

2.2 輪對和軸箱裝置。輪對由車軸和車輪壓裝而成，分為動車輪對和拖車輪對， 車輪采用全加工直輻板整體輾鋼車輪，其上安裝有制動盤。軸箱主要包括轉(zhuǎn)臂式軸箱體，采用迷宮式防塵結(jié)構(gòu)，整體鑄造，尺寸緊湊，軸箱上平面可用做不落輪機(jī)床的定位面。在動車的軸箱上安裝有防滑裝置，在拖車的軸箱上安裝有測速裝置和防滑裝置。軸承的型式為雙列圓柱、自密封結(jié)構(gòu)。

2.3 一二系懸掛。軸箱和構(gòu)架之間安裝有一系懸掛系統(tǒng)，一系懸掛系統(tǒng)主要包括一系圓鋼彈簧、橡膠墊、一系垂向減振器和調(diào)整墊等。二系懸掛裝置主要包括空氣彈簧、自動高度調(diào)整閥、水平杠桿、調(diào)整桿和差壓閥等，空氣彈簧采用歐式大膠囊結(jié)構(gòu)，其低橫向剛度的特性有利于改善乘坐舒適性和通過曲線的性能，可以有效地衰減來自車體的垂向和橫向振動。

2.4 牽引與制動裝置。中央牽引裝置通過Z形拉桿、牽引梁、中心銷構(gòu)成，將構(gòu)架的牽引或制動力傳遞給車體，中心銷套和中心銷上涂抹的二硫化鉬可減少它們之間的磨耗。中心銷套的復(fù)合橡膠彈簧可以滿足車體和轉(zhuǎn)向架之間的相對轉(zhuǎn)動。基礎(chǔ)制動裝置采用輪裝盤式單元制動，其中部分帶停放制動功能。單元制動缸內(nèi)均設(shè)有閘片間隙自動調(diào)整器，可使制動盤面及閘片之間的距離保證在1.5mm，閘片與閘片托之間采用了燕尾槽并有專門的鎖定機(jī)構(gòu)，便于閘片的安裝和更換，給維護(hù)帶來方便。

2.5 驅(qū)動裝置。驅(qū)動裝置主要包括：牽引電動機(jī)、齒輪箱和聯(lián)軸節(jié)等組成。牽引電動機(jī)采用架懸式，通過定位鍵和4個安裝螺栓安裝在構(gòu)架的電機(jī)吊座上。齒輪箱采用防振緩沖橡膠關(guān)節(jié)懸掛在轉(zhuǎn)向架上。抗側(cè)滾扭桿裝置主要包括扭桿軸、扭桿臂、垂向連桿、錐銷、球鉸、關(guān)節(jié)軸承和安裝座等，當(dāng)車體發(fā)生側(cè)滾時，扭桿軸在自身扭轉(zhuǎn)剛度的作用下，對車體的側(cè)滾運動起到抑制作用，使車體恢復(fù)正常位置。此外，在車輛頭車還裝有排障器和A T P天線安裝裝置，在動車轉(zhuǎn)向架中裝有受流器裝置。排障器和A T P天線安裝裝置安裝在端梁上，端梁與構(gòu)架之間進(jìn)行彈性連接，以緩和端梁上各座所受到的沖擊。受流器通過托架固定在構(gòu)架側(cè)梁下的受流器座上。

3 計算分析和試驗

對構(gòu)架、車輪、車軸、軸箱體、牽引裝置等，按G B5599-85《鐵道車輛動力學(xué)性能評定和試驗鑒定規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了強(qiáng)度計算和動力學(xué)仿真，結(jié)果表明，車輛的各項指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.1 構(gòu)架靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度試驗。鐵道部產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心機(jī)車車輛檢驗站對首件構(gòu)架進(jìn)行了靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度試驗。靜強(qiáng)度試驗分為超常載荷試驗和模擬運用載荷試驗。疲勞強(qiáng)度試驗中分為兩部分：第一部分對構(gòu)架的主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行1000萬次的疲勞試驗；第二部分對構(gòu)架的各支吊座進(jìn)行600萬次的疲勞試驗。超常載荷試驗中構(gòu)架的最大應(yīng)力為182.2MPa，小于構(gòu)架所用材料的屈服極限345MPa。模擬運用載荷試驗中各測點的應(yīng)力狀態(tài)，構(gòu)架所有測點都在a2包絡(luò)線內(nèi)，即在焊縫疲勞極限的范圍內(nèi)。經(jīng)過1600萬次的疲勞試驗驗證，該構(gòu)架疲勞強(qiáng)度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.2 動力學(xué)試驗。 鐵道部產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心機(jī)車車輛檢驗站依據(jù)GB5599-85《鐵道車輛動力學(xué)性能評定和試驗鑒定規(guī)范》和GB/T7928-2003地鐵車輛通用技術(shù)條件》進(jìn)行了最高試驗速度為100km/h動力學(xué)性能試驗，分為空車工況下和重車工況下，運行穩(wěn)定性指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 結(jié)束語

通過以上分析與運行考核，轉(zhuǎn)向架中大量采用了橡膠彈性結(jié)構(gòu)，使得維護(hù)工作量小，檢修周期長。基礎(chǔ)制動裝置采用輪盤式制動，使用高磨耗制動閘片，輪盤和閘片之間的磨耗間隙可自動進(jìn)行補(bǔ)償，制動熱容量大。構(gòu)架為低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼板焊接結(jié)構(gòu)，H型構(gòu)架的橫梁與側(cè)梁的連接采用箱型結(jié)構(gòu)，軸箱采用雙列圓柱、自密封軸承。

參考文獻(xiàn)

［1］ 沈鋼，上海國產(chǎn)化A 型地鐵車輛動力學(xué)性能計算報告［R］.上海: 同濟(jì)大學(xué)， 2006.

［2］ 池茂儒.上海國產(chǎn)化A 型地鐵車輛動力學(xué)性能計算報告［R］.成都: 西南交通大學(xué)， 2006.