現(xiàn)代軌道交通車輛用轉(zhuǎn)臂式軸箱結(jié)構(gòu)及定位剛度研究

馬 超 孟凡林

南京中車浦鎮(zhèn)城軌車輛有限責(zé)任公司 江蘇 南京 211800

對(duì)于城市中的各種軌道交通車輛而言，軸向定位裝置的結(jié)構(gòu)和剛度數(shù)據(jù)，不僅影響了高速運(yùn)行的安全穩(wěn)定、乘客舒適度和曲線通過性，同時(shí)還影響到制造維修的工藝安全和可靠性能。介于此點(diǎn)，我們有必要對(duì)各類轉(zhuǎn)臂式軸箱定位結(jié)構(gòu)的優(yōu)良進(jìn)行對(duì)比分析，為新一代產(chǎn)品做出參考研究。

1 轉(zhuǎn)臂式軸箱定位裝置特征

軸向定位裝置需要滿足傳遞牽引能力、制動(dòng)能力和曲線通過性能，同時(shí)結(jié)構(gòu)和剛度參數(shù)也影響著交通車輛的安全運(yùn)行。目前我國(guó)軌道交通工具主要使用的轉(zhuǎn)臂式軸箱裝置，其他包括彈性導(dǎo)柱式裝置、拉板式裝置、拉桿式裝置和橡膠彈簧式裝置等。25T型鐵路車輛使用的便是CW-200K，SW-220K，AM96的轉(zhuǎn)向架都是引用的轉(zhuǎn)臂式軸箱定位結(jié)構(gòu)裝置，同時(shí)其他發(fā)達(dá)國(guó)家的軌道交通車輛也采用了這種定位方式。在拉桿式軸箱定位裝置當(dāng)中，其定位拉桿作為關(guān)鍵零件部位，對(duì)拉桿的質(zhì)量和制造技術(shù)要求也比較高，但是采取彈簧類的部件，容易發(fā)生突發(fā)性斷裂，導(dǎo)致出現(xiàn)安全隱患。八字形的軸箱定位方式，架構(gòu)比較繁瑣，焊接工藝性能比較差，而且微調(diào)更換轉(zhuǎn)向架十分的不方便；圓錐形軸箱定位裝置具有比八字形裝置的優(yōu)點(diǎn)，基本架構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，行駛速度不能夠突破120km/h，這也是難以攻堅(jiān)的難點(diǎn)。

2 制作構(gòu)成和優(yōu)勢(shì)

2.1 一體式裝置結(jié)構(gòu) 一般地鐵采取一體式轉(zhuǎn)臂軸箱定位的裝置，橡膠軸承安裝節(jié)點(diǎn)形式類似于CRH3。一體式轉(zhuǎn)臂軸箱的構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單牢固，缺點(diǎn)是在更換車輪的時(shí)候，需要同時(shí)將構(gòu)架上分解定位轉(zhuǎn)臂軸箱，和車體上分解轉(zhuǎn)向架。

2.2 兩體式裝置結(jié)構(gòu) CRH2在動(dòng)車組行駛速度在兩百千米每小時(shí)的速度等級(jí)為基本代表，而CRH3動(dòng)車組行駛速度在三百千米每小時(shí)的速度等級(jí)作為基本代表，兩者之前采用的轉(zhuǎn)向架都是兩體式轉(zhuǎn)臂軸箱定位裝置機(jī)構(gòu)，不同的是兩者的轉(zhuǎn)臂軸箱，前者軸箱在節(jié)點(diǎn)部位，后者軸箱在軸承部位，而且CRH2轉(zhuǎn)臂軸箱是通過轉(zhuǎn)臂和節(jié)點(diǎn)箍合成的，CHR3的轉(zhuǎn)臂是由轉(zhuǎn)臂和軸承箍組成的。兩種共同點(diǎn)是沒有單獨(dú)的軸箱，而是將定位轉(zhuǎn)臂作為軸箱體。

2.3 三體式裝置結(jié)構(gòu) 三體式結(jié)構(gòu)由軸箱體、轉(zhuǎn)臂箍零件和轉(zhuǎn)臂組成，這種裝置的特點(diǎn)是擁有完全獨(dú)立的軸箱體，定位轉(zhuǎn)臂在周成部分是屬于分體式結(jié)構(gòu)，定為節(jié)點(diǎn)是兩半對(duì)裝構(gòu)成，在裝配定為節(jié)點(diǎn)和專項(xiàng)架構(gòu)的時(shí)候需要在節(jié)點(diǎn)中實(shí)施橡膠預(yù)壓縮，三體式裝置在更換車輪時(shí)可不比拆掉定位及節(jié)點(diǎn)，但是組成的零件較多，安全性能低也是它的缺點(diǎn)。

2.4 四體式裝置結(jié)構(gòu) 四體式轉(zhuǎn)臂軸箱定位裝置其中包括節(jié)點(diǎn)箍、軸箱體、轉(zhuǎn)臂和轉(zhuǎn)臂箍等零件，具有單獨(dú)的軸箱體，定位轉(zhuǎn)臂在軸承部分和節(jié)點(diǎn)部分都是分開式結(jié)構(gòu)。這種裝置結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)便是輪體更換便捷，不需要拆解定位節(jié)點(diǎn)部分的安裝螺母；橡膠節(jié)點(diǎn)的芯軸為整體，外鋼套是分開結(jié)構(gòu)，用橡膠預(yù)壓縮來組裝節(jié)點(diǎn)箍。缺點(diǎn)便是零件繁瑣復(fù)雜，牢固性能低，在節(jié)點(diǎn)裝配丟失時(shí)會(huì)威脅到車輛安全行駛。

2.5 設(shè)計(jì)裝置理念 以上介紹的各類轉(zhuǎn)臂式軸箱的定位裝置，在構(gòu)架高度達(dá)標(biāo)的情況下，三體式和四體式需要設(shè)計(jì)的高度比較小，對(duì)理想的彈簧抗疲勞強(qiáng)度不是很明顯，而且受到影響的還有橡膠墊厚度。所有橡膠墊對(duì)于吸收高頻率震動(dòng)和減少噪聲傳播十分重要。

2.6 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)考慮因素

2.6.1 后期維護(hù)性，在更換車輪時(shí)需要拆解轉(zhuǎn)化架和定位轉(zhuǎn)臂能否接受。

2.6.2 彈簧設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)而橡膠墊的厚度，空車狀態(tài)下的橡膠墊厚度不能低于4.5厘米。

2.6.3 定為節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要更加簡(jiǎn)化，但是在結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化的前提下要保證剛度參數(shù)和橡膠墊的使用周期，在設(shè)計(jì)初期要實(shí)現(xiàn)不維護(hù)。

3 剛度參數(shù)對(duì)動(dòng)力性能影響

上述幾種轉(zhuǎn)臂式軸箱定位剛度會(huì)受到路況條件、交通車輛的最大運(yùn)行速度，車輪踏面接觸形式、轉(zhuǎn)向架懸掛結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)等因素影響，在規(guī)定范圍內(nèi)，定位轉(zhuǎn)臂的長(zhǎng)度對(duì)動(dòng)力性能沒有明顯的影響，但是考慮到零部件的壽命和使用周期，所以定位轉(zhuǎn)臂的長(zhǎng)度不能短于45厘米。通過車輛整體的動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算，分析動(dòng)力學(xué)性能的影響。

當(dāng)豎向定位剛度達(dá)到30MN/m時(shí)，增大豎向定位剛度的速度不再增高，若是繼續(xù)增大定位剛度會(huì)影響到速度的提升，豎向剛度的數(shù)值，需要兼顧車輪磨損情況和安全運(yùn)行。當(dāng)豎向定位的剛度超過40扭力是，磨損程度會(huì)隨之增高，與此同時(shí)橫向定位剛度對(duì)磨損情況也造成了明顯的影響，當(dāng)豎向定位剛度在40扭力以內(nèi)時(shí)，對(duì)車輪的磨損影響不是十分顯著。而且一系的定位剛度對(duì)車輛安全平穩(wěn)行駛沒有影響，但是隨著豎向或者橫向定位剛度的增加，車輛平穩(wěn)行駛性能會(huì)提高。

結(jié)束語(yǔ)

在所有轉(zhuǎn)臂式軸箱定位裝置當(dāng)中，動(dòng)車組采取軸承部位兩體式結(jié)構(gòu)裝置會(huì)提高車輛的可靠性，而且更換車輪時(shí)也比較便捷，維修也比較方便，沒有難度。轉(zhuǎn)臂定位節(jié)點(diǎn)需要兼顧車輛高速車輛的運(yùn)行穩(wěn)定性能，還有曲線駕駛通過性能，并且需要考慮踏面部位的磨損情況，能致使轉(zhuǎn)向架具有一定程度的徑向功能的定位節(jié)點(diǎn)，在我國(guó)同時(shí)也所研究開發(fā)，在顯示實(shí)踐當(dāng)中，定位節(jié)點(diǎn)需要滿足負(fù)荷能力對(duì)使用壽命和抗疲勞能力，同時(shí)需要兼?zhèn)鋮?shù)特點(diǎn)的硬性要求。