CRH3C型動車組轉向架安全結構設計分析

王 帥，張麗君，徐興濤，馮 超

（唐山軌道客車有限責任公司，河北唐山063035）

CRH3C型動車組轉向架安全結構設計分析

王 帥，張麗君，徐興濤，馮 超

（唐山軌道客車有限責任公司，河北唐山063035）

介紹CRH3C型動車組轉向架的安全結構設計，主要包括轉臂安全擋、雙抗蛇行減振器、天線梁安全支座、電機吊架橫向安全擋、電機位移止擋和電機吊架安全銷等幾處結構，這些設計提高了CRH3C型動車組轉向架高速、安全運營的可靠性，為相關結構或其他類似系統的安全結構設計提供了一定的參考。

CRH3C型動車組轉向架；安全結構設計；可靠性

對于不同類型的機械、電子部件、分機和系統的設計而言，在進行研制試驗和可靠性分析時，如果采用單獨一個部件、分機、系統來完成其功能但可靠性不足時，就需要考慮采用合適、有效的安全結構設計和冗余設計來提高產品的可靠性［1］。

CRH3系列動車組運行速度在300 km/h以上，其運營安全關系著乘客的安全和高鐵事業的可持續發展，轉向架作為動車組的走行部，其安全結構設計大大提高了動車組運營的可靠性，使CRH3系列動車組得到了廣大客戶的青睞。主要對CRH3C型動車組轉向架系統的幾處安全結構設計進行介紹和分析。

1　安全設計結構

1.1轉臂安全擋

CRH3C型動車組采用轉臂式軸箱定位方式，在軸箱定位座處，轉臂節點與構架相連，是連接構架和輪對的活動關節，在縱向和橫向具有適宜的彈性定位剛度，并起彈性定位作用。它除了保證輪對能自由回轉外，還能在構架與軸箱產生相對運動時傳遞縱向力和橫向力［2］。轉臂節點通過轉臂連接塊及4個連接螺栓與構架相連，如圖1所示。

若在構架組裝時，未及時發現連接螺栓制造缺陷或車輛運行時遇到螺栓疲勞斷裂等突發情況，運行時的復雜振動將使轉臂脫落，進而軸箱定位失效，導致發生事故。為了提高運營可靠性，增加轉臂安全擋的冗余設計，當連接螺栓失效轉臂連接塊脫落時，轉臂節點與構架產生垂向相對運動，由于轉臂安全擋與構架上安全裝置的垂向間距小于轉臂節點的垂向尺寸，轉臂安全擋將約束轉臂節點的垂向位移，使其仍然束縛在轉臂安裝座內，進而約束軸箱轉臂的橫向位移，保證軸箱轉臂的定位作用，若隨車機械師及時發現此處問題，列車降速行駛到就近動車段檢修，或在車輛進入M1修時及時發現。

圖1　轉臂安全擋示意圖

1.2雙抗蛇行減振器設計

鐵道車輛的運行特點是帶有錐形踏面的輪對在頂面為圓弧的兩根鋼軌上滾動，車輛運行中，只要輪對中心偏離軌道中心，輪對的左右兩個車輪就會以不同的滾動直徑與軌面接觸。于是輪對在前進的同時在做周期性的左右擺動，輪對這種周而復始的擺動稱為蛇行運動。

蛇行運動屬于自激振動，只要車輛沿軌道運行，輪對中心與軌道中心線之間存在橫向偏移時，就會引起輪對蛇行運動。當車輛在某一速度以下運行時，運動是穩定的；當車輛在某一速度以上運行時，任何微小的干擾都會使車輛在橫向產生蛇行運動，而且振幅越來越大，直至車輪輪緣碰撞鋼軌，損傷車輛及線路，甚至造成車輛脫軌、傾覆等行車安全事故。國外的高速轉向架試驗研究證明，當車輛運行速度超過200 km/h時，有可能出現這種不穩定的蛇行運動。回轉阻尼是抑制高速轉向架蛇行運動的一個有效措施，一般采用旁承支重結構和抗蛇行減振器［3］。

CRH3C型動車組采用油壓式抗蛇行減振器作為回轉阻尼，當減振器內任何零部件失效，或者油腔漏油致阻尼失效，都將使運行速度達300 km/h以上的轉向架產生不可控的蛇行運動［4］。CRH3C型動車組轉向架設計時，單側設置T60+T60兩個可單獨工作的抗蛇行減振器［5］，如圖2所示。一個減振器失效，另一個減振器可以繼續工作，保證車輛一定速度下運行的穩定，提高了運營的可靠性［6］。

圖2　T60+T60雙抗蛇行減振器

1.3天線梁安全支座

圖3　天線梁安全支座

列車運行過程中，軌道激擾是引起列車各部件振動的主要因素，其中輪對的動不平衡和車輪的橢圓化都會引起高頻激振，這是一種強迫振動輸入，其激振頻率會隨著列車運行速度的提高而呈線性增加［7］。頭車轉向架上的天線梁是靠一組彎梁與構架連接的，其結構如圖3所示。彎梁有一定的撓度，在車輛運行時，可以緩沖天線梁的振動。為了限制彎梁的形變，同時保護焊縫，在天線梁上增加安全支座。安全支座與軸箱轉臂之間留有3～8 m m的間隙，這樣既能使彎梁的撓度發揮減振作用，又能有效約束其振幅從而保護彎梁，提高車輛運行安全的可靠性。

1.4電機吊架橫向安全擋、電機位移止擋

電機吊架通過4個板彈簧懸掛在轉向架上，CRH3C型動車組在高速運行時，會產生橫向振動，當運行線路不平順時，會使轉向架系統產生較大的橫向振幅。特別是兩個電機在轉向架質量上占了很大比例，若其振幅加大，有帶動轉向架橫向振動甚至加劇蛇行運動的風險。

電機吊架與構架之間除設置了電機吊架橫向減振器外，還設置了電機吊架橫向安全擋。如圖4所示，該安全擋安裝在電機吊架的左右兩側，當電機吊架橫向振幅較大橫向減振器無法削弱時，兩側的安全擋的橡膠部件會與構架發生彈性碰撞，從而緩沖電機吊架的橫向振動，并減小其振幅，進而柔性限制其橫向位移。

圖4　電機吊架橫向安全擋

圖5　電機位移止擋

如圖5所示，電機位移止擋與電機剛性連接，定位銷與構架剛性連接，電機產生橫向位移時，會同時帶動電機位移止擋橫向運動，但是定位銷剛性地限制了此運動的最大橫向位移。相當于在設計時，為電機吊架的橫向振幅約束了上限，從而保證電機不會產生不可接受的橫向位移。

1.5電機吊架安全銷

電機吊架通過4個懸掛螺栓與板彈簧相連，4個板彈簧通過構架上的平行銷懸掛在構架上。平行銷、板彈簧、板彈簧壓板及相應螺栓、懸掛螺栓等處若在運行時發生斷裂故障，將使電機吊架脫落，連帶電機脫落，從而可能導致極其嚴重的行車事故，甚至車毀人亡，造成惡劣影響。

如圖6所示，電機吊架與構架之間設置安全銷，可以有效避免電機吊架脫落。在高速運行時，若平行銷或懸掛螺栓等部件出現斷裂情況，電機吊架落到安全銷上，會使某側電機在豎直方向發生微小位移，而聯軸器可以將此微小位移消除，使電機的輸出扭矩傳遞到齒輪箱側，使車輛繼續運行。隨車機械師及時發現此處問題，列車降速行駛到就近動車段檢修，或在車輛進入M1修時及時發現。

圖6　電機吊架安全銷

2　結束語

主要介紹了CRH3C型動車組轉向架幾處安全結構設計。其中，轉臂安全擋的設計保證了軸箱定位的可靠性；T60+T60雙抗蛇行減振器設計，并用了兩個可單獨工作的抗蛇行減振器，保證車輛運行的穩定；天線梁安全支座約束了天線梁的振幅，保護了彎梁，提高了天線梁的可靠性；電機吊架橫向安全擋可有效緩沖電機吊架的橫向振動；電機位移止擋限定了電機最大橫向位移；當遇到特殊情況，電機吊架脫落時，電機吊架安全銷可以支撐脫落的電機吊架，保證車輛的正常運行。

CRH3C型動車組轉向架安全結構設計提高了動車組高速安全運行的可靠性。對于相關結構或其他類似系統的安全結構設計有一定的參考價值。

［1］ 孫薇薇，周 虹.有效的冗余設計［J］.電子產品可靠性與環境試驗，2008，（3）：47-50.

［2］ 呂永鑫，王伯銘，曲文強.轉臂式軸箱定位裝置等效剛度計算與分析［J］.鐵道車輛，2008，46（3）：5-8.

［3］ 丁莉芬.動車組工程［M］.北京：中國鐵道出版社，2007.

［4］ 蔣貴山，宋春元.CRH3C型動車組轉向架減振器及牽引拉桿節點運用性能初探［J］.鐵道車輛，2013，51（10）：35-37.

［5］ 黃彩虹.高速車輛減振技術研究［D］.西南交通大學，2012.

［6］ 樸明偉，孔維剛，劉 通，等.基于抗蛇行減振器失效工況的高速轉向架穩定性分析［J］.大連交通大學學報，2011，32（4）：1-5.

［7］ 李曉明，孫志鵬.動車組天線梁結構的優化設計［J］.鐵道車輛，2011，49（11）：22-24.

Safety Structure Design of CRH3CEMU Bogie

W A N G Shuai，Z H A N G Lijun，X U Xingtao，F E N G Chao
（Tangshan Railway Vehicle Co.，Ltd.，Tangshan 063035 H ebei，China）

This paper briefly describes safety structure design of CRH3CEMU bogie，including rotary-arm safety block，double antihunting dam pers，antenna beam safety seat，transverse safety gear of m otor-hanger frame，m otor displacement stopper and safety pin of m otor-hanger frame.Safety structure design above im proves reliability of CRH3CEMU bogie to run in high speed and safely，providing a reference for related structural design or other similar safety structure systems.

CRH3CEMU bogie；safety structure design；reliability

U266.2.8

A

10.3969/j.issn.1008-7842.2015.05.09

1008-7842（2015）05-0043-03

王帥（1986—）男，助理工程師（2015—03—05）