一種轉向架與兩節車體的鉸接結構設計

姜永輝，丁長權，劉余龍，顏志軍，陶功安

（中車株洲電力機車有限公司 產品研發中心，湖南 株洲 412001）

1 概述

城市軌道交通線路通常具有曲線多、半徑小的特點，對車輛的曲線通過性要求越來越明顯，特別是一些國外城市，軌道交通線路曲線最小半徑達20～40m，而常規地鐵車輛一般通過最小曲線半徑約為100～150m。所以在此類車輛設計過程中，考核車輛的曲線通過能力顯得尤為重要。

文章設計了一種帶搖枕鉸接式轉向架的鉸接結構，該結構可滿足車輛順利通過了40m（甚至更小）半徑曲線要求。該鉸接結構已成功應用于土耳其伊茲密爾輕軌、馬來西亞安邦線輕軌、華為松山湖輕軌等項目，車輛曲線通過能力及各項動力學指標均滿足相關標準要求。

2 主要技術參數

轉向架相關設計參數如表1所示。

表1 轉向架相關設計參數

3 鉸接結構與功能

鉸接結構主要包括A節車體連接臂、B節車體連接臂、三環回轉支承、橡膠軸套組件、搖枕等部件，如圖1所示。空氣彈簧坐落于構架兩側側梁，搖枕坐落在兩空氣彈簧之上，三環回轉支承坐落在搖枕中央，其中環通過螺栓與搖枕緊固連接，外環與A節車體連接臂通過螺栓緊固連接，內環通過橡膠軸套組件過渡與B節車體連接臂連接。

當車輛通過曲線線路時，兩相鄰車體通過A、B兩節車體連接臂（即三環回轉支承外環、內環）實現與轉向架（回轉支承中環）的相對轉動，即順利通過曲線線路。

圖1 鉸接結構

（1）搖枕。搖枕作為鉸接結構乃至轉向架的關鍵部件，設計時應保證其具有可靠的剛度與強度，在此基礎上，應盡量做到結構簡單，制造容易，功能集成且維護檢修方便。

該搖枕主體結構由上下蓋板及前后側板焊接而成，為保證搖枕的剛度與強度，搖枕內部設置了加強筋板。搖枕中部呈“魚腹”形，一定程度上提高了搖枕的承載能力，并降低了車體的高度。該搖枕可謂承上啟下，集眾多安裝接口與一身，主要包括搖頭止擋（1），回轉支承安裝座（2），垂向減振器安裝座（3），空氣管路（4），高度調節安裝座（5），橫向減振器安裝座（6），整體起吊座（7），牽引桿安裝座（8）等，如圖2所示。

搖枕主體材料采用16MnDR鋼板焊接結構。按照國際鐵路聯盟標準UIC615-1《牽引單元：轉向架和走行裝置－結構部件的一般規定》，搖枕的強度需滿足5g沖擊載荷不斷裂，3g沖擊不屈服要求，同時結合歐洲標準 EN 12663-1/2010《鐵路應用-鐵路機車和客車車體結構的強度要求》的規定，校核搖枕的疲勞強度。

圖2 搖枕結構

搖枕焊接標準為EN15085，優先選用對接焊縫和單邊V形焊縫；焊縫位于低應力區。圖3表明搖枕上全部節點都落在Goodman母材疲勞曲線和焊縫疲勞曲線內，搖枕主體結構和焊縫疲勞強度滿足標準要求。

圖3 搖枕Goodman曲線

（2）三環回轉支承結構。回轉支承為三環結構，位于搖枕和車體之間，是實現車體與轉向架相對回轉運動的關鍵功能性部件。回轉支承的應用可大幅度提高車輛對城市軌道交通曲線多、半徑小等特點的適用性。

回轉支承屬于軸承類，產品已達標準化、系列化，其主體結構主要包括外套圈（1）、密封圈（2）、滾動體（3）、隔離塊（4）、中套圈（5）、內套圈（6）、油杯（7）等，如圖 4所示，回轉支承各套圈及滾動體材質滿足JB/T 2300-1999。

回轉支承的回轉力矩一般較低，遠低于常規車輛轉彎時因空氣彈簧扭轉產生的恢復力矩，因此回轉支承的應用可避免空氣彈簧產生扭轉變形，減小空氣彈簧的水平位移，提高空氣彈簧的使用壽命。對二系垂向減振器也有同樣的效果，使垂向減振器主要處于垂向運動狀態，避免減振器橡膠關節出現偏轉、扭轉現象，提高橡膠關節的使用壽命。

圖4 三環回轉支承結構

在鉸接結構中，回轉支承安裝在搖枕上，如圖4所示。回轉支承主要承受來自車體的三向載荷及傾覆力矩，其受力狀況相對較為復雜；另外，在回轉支承選型設計時，還應考慮其限界尺寸、回轉力矩、拆裝潤滑便捷等因素。

（3）兩車體連接臂組裝，如圖5所示。鉸接結構主要包括三環結構回轉支承（1，2，3）、橡膠軸套組件（4）、A節車體連接臂（5）、橫向限位止擋（6）、B節車體連接臂（7）等。回轉支承中間套圈通過螺栓與搖枕緊固連接，外套圈通過螺栓與A節車體連接臂（5）緊固連接，內套圈通過橡膠軸套組件（4）過渡與B節車體連接臂連接（7）。為防止車體橫向晃動引起B節連接臂（7）相對橡膠軸套組件（4）橫向滑動，特在其間設有一橫向限位彈性擋塊（6）。

圖5 兩車體連接臂組裝

橡膠軸套組件（4）由上、下安裝座和橡膠軸套組成。其中下安裝座與三環回轉支承內套圈通過螺栓緊固連接，橡膠軸套（2）與B節連接臂壓合后通過螺栓將上安裝座與下安裝座緊固連接。

A節、B節車體連接臂均為鍛件結構。A節連接臂上部通過兩排平行螺栓與A節車體連接，下部環向平面與回轉支承外環通過螺栓緊固連接；B節連接臂圓軸部位與橡膠軸套組件壓合，平板部分通過兩排螺栓與B節車體連接。兩連接臂均設置了定位凸臺與卡槽，增強了與車體連接的可靠性。

4 結語

該鉸接結構為適應軌道交通車輛線路彎道多且曲線小的特點而設計，其結構簡單、設計合理，滿足了轉向架與車體的縱向牽引、回轉靈活、過小半徑曲線能力強等特性要求。目前，該鉸接結構已先后成功應用于土耳其伊茲密爾輕軌車輛、馬來西亞安邦線輕軌車輛及華為松山湖輕軌等車輛。車輛運營情況良好，曲線通過性能優越，各項動力學指標均滿足運行要求，該鉸接結構的成功研制，為進一步開拓國內外城市軌道交通車輛提供技術支撐。

［1］丁長權，姜永輝，劉暉霞，等.鉸接式輕軌車輛轉向架研制［J］.技術與市場，2017，（4）.

［2］南車株洲電力機車有限公司.一種搖枕與兩節車體連接的鉸接結構：中國，ZL 2014 1 0382493.X 2014-08-06.

［3］姜永輝，陶功安，張文濤，等.一種輕軌車輛轉向架中央懸掛裝置設計［J］.電機車與城軌車輛，2017，（5）.

［4］姜永輝.回轉支承在軌道交通車輛轉向架中的選型計算［J］.技術與市場，2013，20（5）：91-93.