出口突尼斯內燃動車組轉向架

王日藝，陶兆山，孫海東，胡定祥

（南車南京浦鎮車輛有限公司，江蘇南京210031）

出口突尼斯內燃動車組轉向架

王日藝，陶兆山，孫海東，胡定祥

（南車南京浦鎮車輛有限公司，江蘇南京210031）

介紹了出口突尼斯內燃動車組的PW16D/T-Ⅰ型準軌及PWM13D/T-Ⅰ型米軌轉向架的結構特點，并闡述了對上述轉向架的靜強度、疲勞強度計算、動力學計算及試驗校核。

內燃動車組；轉向架；結構；設計

2007年突尼斯國營鐵路公司發出20列內燃動車組招標，其中12列準軌，8列米軌。這批車輛主要用于替代現有的法國CFD車輛。由于CFD的車輛噪聲大，乘坐舒適度低。突尼斯國鐵SNCFT對該批車輛提出了很高的噪聲控制指標。該批車輛主要用于突尼斯市至貝加準軌線路，突尼斯市至SFAX、SUSSIS的米軌線路。由于突尼斯國家鐵路電氣化程度較低，故此提出采購動力分散型液力傳動內燃動車組（DMU）。

中國南車于2007年7月通過技術投標，2009年3月獲得中標通知，2010年1月正式啟動項目。于2012年10月完成了首列車交付和整車性能試驗，次月交付完畢全部車輛。2013年1月正式投入運營。

1 動車組概況

動車組最小單元由一輛豪華型車輛和一輛普通型車輛組成，見圖1，可實現2列、3列重聯編組。采用了模塊化設計且與車體接口統一的PW16D/T-Ⅰ型準軌及PWM13D/T-Ⅰ型米軌轉向架，車體可在準軌轉向架和米軌轉向架間互換；傳動系統采用液力傳動＋車軸齒輪箱技術；制動系統采用液力制動和空氣制動混合制動技術。

圖1 動車組編組

2 動車組轉向架技術特點

轉向架采用無搖枕結構。由焊接構架、鋼彈簧轉臂定位式一系懸掛；空氣彈簧承載二系懸掛、“Z”型雙拉桿牽引、抗側滾扭桿；輪盤制動裝置、液力傳動式車軸齒輪箱裝置（僅動車轉向架）。準軌動車轉向架（PW16D-Ⅰ）見圖2。不論準軌或是米軌轉向架，動、拖車轉向架的區別在于動車轉向架設有齒輪傳動裝置。

圖2 準軌動車轉向架（PW16D-Ⅰ）

轉向架主要技術參數：

（1）構架裝置

構架裝置由側梁、橫梁、輔助側梁、縱向梁等部件組成，準軌動車構架見圖3和米軌動車構架見圖4。

側梁主要由鋼板焊接而成的箱型結構，橫梁主要由無縫鋼管和鑄件焊接而成，其上設有轉臂定位座、空彈簧安裝座、一系彈簧安裝座、制動吊座、齒輪箱拉桿座（僅動車構架有）、牽引拉桿座、橫向減振器安裝座以及輪緣潤滑、撒沙裝置等輔助設備安裝座。

圖3 準軌動車構架

圖4 米軌動車構架

構架裝置在設計過程中，為滿足技術規范中準軌轉向架和米軌轉向架與車體接口相同的要求，經過對方案的多次空間校核，最后通過在側梁內側（準軌）和外側（米軌）設置側梁輔助梁以滿足空氣彈簧安裝座橫向距離均為1 900 mm；在準軌側梁輔助梁和米軌側梁中部內側下面設置抗側滾扭桿安裝座以滿足其上體接口一致和抗側滾扭桿裝置可在準軌和米軌轉向架上互換；在構架兩根橫梁管端部斜對稱設置高度閥調節桿安裝座，且兩構架鋼管長度一樣以滿足高度閥上體接口一致。準軌和米軌構架裝置除了側梁輔助梁和側梁下蓋板以外，其余零部件均可互換。

（2）輪對軸箱定位裝置

輪對軸箱定位裝置主要由轉臂式一系懸掛裝置和輪對軸箱裝置組成。

采用鋼彈簧懸掛轉臂式定位結構，主要由轉臂、夾緊箍、鋼彈簧組成、垂向減振器、轉臂節點、絕緣墊、一系橡膠墊、輪對提吊等組成。垂向剛度由鋼彈簧提供，縱向、橫向定位剛度由轉臂節點提供；鋼彈簧采用雙卷螺旋彈簧，垂直方向上設輪對提吊裝置，便于整車起吊。

輪對軸箱裝置主要由車輪、車軸、軸箱、軸承、輪裝式制動盤等組成。軸箱采用外置式軸箱，準軌軸頸中心距為2 100 mm，米軌軸頸中心距為1 670 mm，根據業主要求輪對內側距準軌設置為1 358 mm、米軌為929 mm。

輪對軸箱裝置中懸掛參數的選擇基于準軌和米軌線路維護檢修水平較差，線路曲線小并且多的特點，經過動力學軟件的優化分析，考慮兼顧車輛穩定性、線路順服能力以及車輪的磨耗性能，最終確定一系鋼彈簧垂向剛度為1.0 MN/m，一系垂向減振器阻尼為20 k N· m/s，轉臂節點的縱、橫向剛度分別為12 MN/m和5 MN/m；

準軌動車輪對軸箱定位裝置見圖5。

準軌轉向架輪對和米軌轉向架輪對除了車軸長度不一樣外，其余相同功能的輪對部件均可以互換。同軌距的輪對除了車軸外，其余相同功能的部件均可以互換。

圖5 準軌動車輪對軸箱定位裝置

（3）中央懸掛裝置

中央懸掛裝置采用無搖枕結構，由空氣彈簧全承載。由空氣彈簧、牽引裝置、橫向減振器、抗蛇行減振器（僅準軌裝配）、高度閥、抗側滾扭桿裝置等組成。為滿足車體在準軌、米軌轉向架間的互換，準軌、米軌轉向架與車體的機械接口一致，其中抗蛇行減振器及其安裝座只有準軌轉向架設有。中央懸掛裝置見圖6。

為滿足準軌、米軌轉向架與車體接口相同，抗蛇行減振器兩端的安裝座與構架、車體采用螺栓連接和圓銷定位結構，米軌轉向架由于不設抗蛇行減振器，所以車體和構架上不安裝相應的減振器座。為滿足動車轉向架齒輪箱傳動軸的安裝，牽引體采用了橋式結構，有效的避開了傳動軸空間上的干涉。

圖6 中央懸掛裝置

中央懸掛裝置懸掛參數的優化選擇考慮兼顧車輛的運行穩定性、舒適度和抗側滾性能，最終確定抗側滾扭桿裝置抗側滾剛度為1.5 MN·m/rad，二系橫向減振器阻尼為40 k N·m/s，每個空氣彈簧節流孔阻尼為40 k N·m/s，二系橫向止擋間隙為25 mm，空車每空氣彈簧二系垂向剛度取0.390 MN·m；空車每空氣彈簧二系橫向剛度取0.128 MN/m，并在準軌轉向架設置抗蛇行減振器，阻尼為250 k N·m/s。

（4）基礎制動裝置

基礎制動采用盤形制動型式，動力和非動力轉向架均采用輪裝盤，每個車輪安裝1套。基礎制動由克諾爾公司整套提供，其結構形式為緊湊型，通過4個螺栓吊裝于構架上，安裝拆卸簡單。見圖7。

整車基礎制動中只有拖車的部分制動缸帶停放制動，停放制動力由彈簧提供。為保證列車在負載工況下能停放在坡度為20‰的軌道上，停放制動每軸安裝一套。停放制動通過充氣緩解，也能手動進行緩解。

圖7 基礎制動裝置

動車轉向架由于前后齒輪箱通過萬向傳動軸連接，前后輪對具有相同的轉速，因此動車轉向架上只需設置一套防滑裝置即可。而拖轉向架前后輪對需分別設有一套防滑裝置。

（5）傳動裝置

動車轉向架采用兩個齒輪箱，分別安裝于兩根動車車軸。動車車軸的主齒輪箱為“初級齒輪箱”通過主萬向軸接受液力傳動裝置的動力扭矩并通過2級萬向軸將扭矩傳輸給車軸“次級齒輪箱”，見圖8。

圖8 傳動裝置

（6）輔助設備

為滿足動車轉向架牽引需求，在動車轉向架端部設有撒沙管安裝座，同時在整車兩端第一條輪對上設有排障器，見圖7所示；撒沙管安裝座和排障器通過模塊化設計集成到一個支架上，該支架在研制過程中按IEC 61373標準要求進行了沖擊振動試驗，并滿足相應要求。

3 仿真分析計算

在轉向架開發過程中，采用了大量的UIC、EN標準體系，特別體現在仿真分析計算及型式試驗等方面。

（1）強度分析計算

根據UIC 515-4、UIC 615-4、ERRI B12/RP60、EN 13749標準要求，借助ANSYS軟件對突尼斯內燃動車組準軌、米軌轉向架構架進行了有限元應力分析，并對構架進行了靜強度和疲勞強度評估以及模態分析，結果表明以上轉向架構架靜強度和疲勞強度滿足要求，準軌構架的第一階固有頻率為36.7 Hz，彈性振型特征為兩側梁反向點頭；米軌構架的第一階固有頻率為33.2 Hz，彈性振型特征為兩側梁反向點頭。圖9和圖10分別是構架的有限元離散模型及構架合成動應力幅值云圖。

此外、根據EN 13104、UIC 515-3、UIC 510-5、EN13260、EN13262等歐洲標準要求對轉向架車軸、車輪、牽引銷、牽引體等關鍵受力部件強度進行了分析計算及試驗。結果表明，以上關鍵受力部件結構強度滿足相關標準要求。

（2）動力學性能預測

圖9 準軌構架和米軌構架有限元離散模型

針對線路不平順較大，小曲線較多的特點對準軌動車轉向架、米軌動車轉向架進行了動力學性能計算和懸掛參數優化分析［2］，其結論如下：

圖10 準軌構架和米軌構架｜合成動應力幅值云圖

①車輛直線運行平穩性

準軌內燃動車組在160 km/h速度范圍內，米軌內燃動車組在130 km/h速度范圍內，空車、定員及超載工況下的最大橫向加速度和最大垂向加速度均小于2.5 m/s2，且橫向加速度均方根值小于0.5 m/s2，垂向加速度均方根值小于0.75 m/s2，運行要求滿足UIC-518相關規定。各工況下的橫向和垂向平穩性指標均小于2.8，滿足標書規定要求。

②對車輛曲線通過安全性進行了預測

準軌內燃動車組、米軌內燃動車組在各種載荷工況下，通過R100、R250、R400、R600、R800、R1 000和R1 500（僅準軌）曲線時，在所計算速度范圍內，輪軸橫向力H、脫軌系數Q/P、輪重減載率ΔP/P和傾覆系數D等各項動力學指標都在GB 5599-85和UIC-518相關規定的標準之內，滿足車輛的運行安全性要求。

此外還針對空氣彈簧失效、二系橫向減振器失效一半、準軌動車抗蛇行減振器失效一半等故障工況進行了動力學性能分析，并提出了相應的限速運行要求。

（3）RAMS研究

RAMS是可靠性（Reliability）、可用性（Availability）、可維修性（Maintainabitity）和安全性（Safety）的簡稱。

通過對轉向架零部件故障率預測和硬件級故障模式、影響及危害性分析（FMECA分析），列出了轉向架可靠性關鍵清單，同時根據硬件級FMECA分析結果，辨別出設計薄弱環節，并采取有針對性的改進措施，進而提高了列車的可靠性和安全性。

4 型式試驗

（1）構架靜強度及疲勞強度試驗

構架按照UIC標準要求進行了構架靜強度及疲勞強度試驗，試驗次數1 000萬次。經探傷檢查，沒有出現疲勞裂紋，滿足標準要求。

（2）動車組線路動力學性能試驗

首列動車組于2012年10月交付突尼斯國鐵現場，并在線路上完成了2 000 km的磨合運行之后，準軌和米軌動車組分別按照UIC 518正常方法和簡易方法進行了動力學性能試驗，受線路限制準軌最高試驗速度達到130 km/h，米軌最高試驗速度達到143 km/h，試驗結果指標脫軌系數最大估計值0.78，最大橫向和垂向平穩性分別為2.7、2.73，車體最大橫向和垂向加速度估計值分別為2.0 m/s2、2.44 m/s2；車體橫向和垂向加速度的最大均方根值分別為0.49 m/s2、0.73 m/s2，準靜態橫向加速度的最大估計值為0.33 m/s2，各項動力學測試指標與計算相比基本吻合，各項動力學性能指標均達到了標準要求。

5 結束語

裝用準軌PW16D/T-Ⅰ型轉向架和米軌PWM13D/T-Ⅰ型轉向架的DMU是為滿足突尼斯國鐵SNCFT的低噪聲和高舒適度要求而研制的，該系列轉向架較大程度的采用了模塊化設計，同時采用了液力傳動等新結構及新技術，現已完成了設計、理論分析計算，產品生產，并在突尼斯成功完成了2 000 km的磨合運行以及相關型式試驗并于2013年1月成功的投入商業運營。

該DMU自投入運營以來現已在突尼斯國鐵線路上安全服役1年，1年來DMU以優越的運行品質得到了突尼斯各界人員的好評。

［1］ 嚴雋耄.車輛工程［M］.北京：中國鐵道出版社，2006.

［2］ 西南交通大學牽引動力國家重點實驗室.南車南京浦鎮車輛有限公司出口突尼斯準、米軌內燃動車動力學性能計算報告［R］.2010.

［3］ 北京交通大學結構強度檢測實驗室.南車南京浦鎮車輛有限公司出口突尼斯內燃動車組準、米軌轉向架構架構架靜強度和疲勞強度以及模態分析報告［R］.2010.

［4］ 鐵道部產品質量監督檢驗中心機車車輛檢驗站.浦鎮公司出口突尼斯內燃動車組（準軌）牽引、制動和動力學專項性能試驗報告［R］.2012.

［5］ 北京交通大學結構強度檢測實驗室.突尼斯內燃動車組準軌轉向架構架產品質量檢驗報告［R］.2011.

Development of the Bogie for DMU Exported to Tunisia

WANG Riyi，TAO Zhaoshan，SUN Haidong，HU Dingxiang
（CSR Nanjing Puzheng Rolling Stock Co.，Ltd.，Nanjing 210031 Jiangsu，China）

This paper introduced the structure characteristics of the PW16D/T and PWM13D/T bogie for DMU exported to Tunisia，and elaborated the static strength，fatigue strength calculation，dynamic calculation and test verification.

DMU；bogie；structure；design

U266.1.5

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2014.03.11

1008－7842（2014）03－0043－04

1—）男，工程師（

2014－03－01）