地鐵車(chē)轉(zhuǎn)向架的選型與結(jié)構(gòu)

李春革 劉尚帥

沈陽(yáng)地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營(yíng)分公司

地鐵車(chē)轉(zhuǎn)向架的選型與結(jié)構(gòu)

李春革 劉尚帥

沈陽(yáng)地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營(yíng)分公司

轉(zhuǎn)向架是軌道車(chē)輛結(jié)構(gòu)中最為重要的部件之一，高速列車(chē)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(duì)車(chē)輛在高速行駛時(shí)的穩(wěn)定性有重要影響。

地鐵車(chē)輛；轉(zhuǎn)向架；輕量化設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)輕量化是地鐵車(chē)輛設(shè)計(jì)的首要目標(biāo)，在提速的大背景下，車(chē)輛產(chǎn)品結(jié)構(gòu)輕量化有重要的現(xiàn)實(shí)意義.轉(zhuǎn)向架是地鐵車(chē)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(gè)整體，承受、傳遞車(chē)體輪對(duì)間各種作用力及載荷，運(yùn)行工況惡劣，受力情況復(fù)雜。在構(gòu)架的設(shè)計(jì)過(guò)程中，一般采用有限元軟件進(jìn)行強(qiáng)度分析，但基于有限元結(jié)構(gòu)分析的優(yōu)化設(shè)計(jì)還有待進(jìn)一步的深入研究。

1 交叉支撐轉(zhuǎn)向架類(lèi)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(guò)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(guò)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(diǎn)

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(duì)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(dòng)梁、低摩擦系數(shù)心盤(pán)磨耗盤(pán)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(duì)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(yùn)用考驗(yàn)結(jié)果表明，總體運(yùn)行性能及使用可靠性有待提高，維護(hù)檢修工作量較大。近年來(lái)，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(yùn)用成熟新技術(shù)，直接采用中部無(wú)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(dòng)梁等技術(shù)，車(chē)輛運(yùn)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(yàn)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(chē)輛臨界速度，并減少車(chē)輛在曲線(xiàn)運(yùn)行時(shí)車(chē)輪與鋼軌的沖角，保證車(chē)輛運(yùn)行性能穩(wěn)定和運(yùn)行安全可靠性。同時(shí)，可有效改善斜楔的受力狀態(tài)，減少斜楔磨耗板磨耗，延長(zhǎng)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(shí)用化程度需研究解決的三個(gè)技術(shù)關(guān)鍵，其中兩交叉桿件間中部節(jié)點(diǎn)彈性連接和桿件端部與側(cè)架節(jié)點(diǎn)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(jì)算和試驗(yàn)驗(yàn)證及批量運(yùn)用考驗(yàn)結(jié)果表明：若兩交叉桿件中部節(jié)點(diǎn)無(wú)連接，易出現(xiàn)在車(chē)輛運(yùn)行時(shí)由于振動(dòng)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(qiáng)度。若兩交叉桿件中部節(jié)點(diǎn)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(mǎn)足中國(guó)鐵路貨車(chē)檢修周期和使用壽命要求，兩交叉連桿中部實(shí)現(xiàn)彈性連接是交叉支撐技術(shù)原理在中國(guó)鐵路貨車(chē)上應(yīng)用推廣的一個(gè)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(diǎn)實(shí)現(xiàn)彈性連接。第一、既解決了交叉節(jié)點(diǎn)可靠連接，又避免兩桿件垂向振動(dòng)接觸磨損和桿件與連接扣板間縱向微動(dòng)接觸磨損問(wèn)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(píng)估結(jié)果可滿(mǎn)足25年或500萬(wàn)公里的運(yùn)用要求，達(dá)到了交叉支撐連桿與轉(zhuǎn)向架等壽命的目標(biāo)，在中國(guó)得到了成功應(yīng)用并全面推廣，使用壽命及可靠性滿(mǎn)足了中國(guó)的運(yùn)用要求，能夠滿(mǎn)足中國(guó)鐵路貨車(chē)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(tuán)利用近兩年的時(shí)間，經(jīng)過(guò)了大量的材料匹配試驗(yàn)研究，開(kāi)發(fā)出適合中國(guó)鐵路貨車(chē)的CR-1型交叉桿鋼管新材料，已經(jīng)過(guò)鐵道部批準(zhǔn)定型并全面應(yīng)用，其強(qiáng)度達(dá)到20號(hào)鋼的標(biāo)準(zhǔn)，而韌塑性指標(biāo)保持10號(hào)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(duì)振動(dòng)的適應(yīng)性和疲勞可靠性，可滿(mǎn)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(shí)現(xiàn)彈性定位一直是鐵路貨車(chē)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(dòng)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(shí)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(dá)到輪對(duì)可靠彈性定位的目的，解決了原有鋼對(duì)鋼摩擦定位不穩(wěn)定導(dǎo)致車(chē)輛運(yùn)行性能差的技術(shù)難題，提高了車(chē)輛直線(xiàn)高速運(yùn)行的穩(wěn)定性。實(shí)現(xiàn)了輪對(duì)的準(zhǔn)徑向功能。車(chē)輛曲線(xiàn)通過(guò)時(shí)，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(duì)產(chǎn)生徑向位移，減小輪對(duì)與鋼軌之間的沖角，改善車(chē)輛的曲線(xiàn)通過(guò)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(wèn)題。根據(jù)理論分析和試驗(yàn)驗(yàn)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(shí)現(xiàn)了側(cè)架導(dǎo)框與承載鞍無(wú)磨耗，解決了原有導(dǎo)框磨耗嚴(yán)重的慣性質(zhì)量問(wèn)題，進(jìn)一步提高了車(chē)輛運(yùn)行性能穩(wěn)定性和使用可靠性。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)交叉支撐轉(zhuǎn)向架技術(shù)的應(yīng)用推廣，帶動(dòng)車(chē)軸、軸承、車(chē)鉤緩沖裝置、制動(dòng)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(chē)軸、緊湊型軸承、高分子耐磨配件、17型高強(qiáng)度車(chē)鉤、高容量緩沖器、120-1型空氣控制閥等多項(xiàng)新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝均取得突破，車(chē)輛整體運(yùn)行性能和使用可靠性的大幅度提升，促進(jìn)了檢修體制改革，車(chē)輛實(shí)現(xiàn)了取消輔修、延長(zhǎng)廠(chǎng)、段修周期，減少了維護(hù)檢修費(fèi)用，降低了壽命期內(nèi)車(chē)輛綜合成本，提高了綜合經(jīng)濟(jì)效益。

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

[2] 宋鳳書(shū)，曹志禮。鐵路貨車(chē)轉(zhuǎn)向架技術(shù)考察報(bào)告[J]；鐵道車(chē)輛；2000年08期.