關于動車組動車轉向架的關鍵部件性能分析

李臣偉

摘 要：隨著我國社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，我國的高速鐵路也得以快速發(fā)展，客運專線不斷建成通車，目前，國產(chǎn)的CRH3、CRH5型動車已經(jīng)投入運營。作為鐵路車輛，尤其是動車組中最為關鍵性的部件，轉向架是減緩車輛和線路間相互作用、確保動車組行車安全和車體支撐，其設計的合理直接影響著動車組的可靠、平穩(wěn)和安全運行。該文就動車組及其轉向部件性能分析作為切入點，淺要分析了動車組轉向架結構疲勞性能，并就動車組的構架疲勞荷載進行解析，以期促進我國動車組動車轉向架的優(yōu)化。

關鍵詞：動車組 CRH2 轉向架 關鍵部件 性能分析

中圖分類號：U270.11 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）03（a）-0037-01

由于我國人口基數(shù)龐大，經(jīng)濟也正處于上升發(fā)展期，因此人們的生活水平與發(fā)達國家相比還有一定的差距。而鐵路客運的載客能力大、價格相對低廉，故而成為我國大陸地區(qū)最主要的旅客運輸方式之一。其中，動車組轉向架部件的性能在很大程度上決定了動車組運行的安穩(wěn)性，所以關于動車組轉向架的性能分析尤為重要。

1 動車組及其轉向架部件性能分析

1.1 動車組的轉向架部件發(fā)展分析

20世紀50年代中期，我國針對火車的轉向架開始進行設計。其主要型號設計到了101、102以及103型等。其大部分構架速度設計為100KM/H。其主要運用于21型火車客車中。但是，由于當時的技術條件落后，轉向架也呈現(xiàn)出了結構復雜、運行能力較差和笨重的缺點。20世紀50年代末期，四方廠設計出了120KM/H速度的202型號轉向架。這種轉向架區(qū)別于之前的結構，采取鑄鋼H型的構架設計。這種轉向架同時也采用了閘瓦制動、兩系螺旋彈簧懸掛、二系油壓減震器以導柱式軸箱定位裝置等。隨著我國高速列車理念的提出以及多次的火車提速，一大批高速客車轉向架應運而生。我國引入了動車組技術，開發(fā)除了CRH系列的動車組的非動力轉向架和動力轉向架等。其中，CRH1A動車組采取了真空期彈簧轉向架，懸掛采用的是單組鋼簧加單側拉板定位，基礎自動采用了直通式電空自動。最為重要的是，CRH1型的中央懸掛采用了橡膠堆和空氣彈簧。隨著時代的發(fā)展，CRH1、CRH2、CRH3等動車組的轉向部架愈發(fā)先進，為我國動車組的技術發(fā)展奠定了堅實的基礎。

1.2 CRH2動車組的簡介及其轉向架部件性能分析

同樣，CRH2動車組的高速轉向架亦是四方股份公司進行研發(fā)和生產(chǎn)的。總的來說，CRH2的高速轉向架運用的是無搖枕式的轉向架，呈現(xiàn)出H型的構架。其中，二系采取了現(xiàn)階段最具高度自動調節(jié)裝置的空氣彈簧懸掛系統(tǒng)。而且，CRH2的轉向架部件中橫梁承擔了輔助風缸。究其本質而言，CHR2動車組的轉向架部件傳遞縱向力主要由單拉桿式中央牽引裝置輔助，其運用的抗蛇行減震器不僅可以滿足高速穩(wěn)定性，亦能滿足其曲線通過性能。

另一方面，CRH2一系采取的是轉臂式定位，雙圈鋼圓簧是軸箱彈簧采用的。而車輪采用的是小輪徑，規(guī)格為860mm，內孔設置為60mm，其對于簧下重量的減少具有重要作用。而就CRH2型轉向架的設計來說，全部車輪都有相應的制動輪盤，拖車轉向架車軸上方還設置了專門的制動軸盤。就基礎制動裝置而言，其采用的是特殊液壓油缸卡鉗式盤制動，且體積較小。相較之其他車系而言，CRH2型轉向架還設置了專門的踏面清掃裝置，以確保能夠將粘踏面上異物清除和運行噪聲改善。

2 動車組轉向架結構疲勞性能分析

2.1 ASME標準

ASME標準指的是《網(wǎng)絡不敏感的結構應力法及主S-N曲線法》，由于這種方法主要采用網(wǎng)絡的結構應力計算方法以及其S-N曲線模型，故而能夠比較準確地計算出空間任意走向的焊縫的疲勞壽命。從焊縫的應力來看，可以將其分解成兩個部分，一是由焊接工藝過程造成的非線性自平衡應力，這種應力與外力沒有關系；二是由外力引起且同外力平衡的應力，也就是結構應力。

關于對疲勞壽命的計算，則需要用到斷裂力學的理論進行。由于焊接結構的疲勞裂紋是客觀存在的，而從力學的觀點來看，其裂紋的擴展過程僅僅是一個純力學的行為，故而，可以運用斷裂力學理論進行焊接結構疲勞壽命的求解。

2.2 JIS標準

JIS標準是日本標準協(xié)會頒布的有關車輛轉向架焊接構架設計的準則。這種準則建立在名義應力的基礎上，由于其主要針對焊接構架，故而只提供了兩種母材的性能措施。此外，這種準則明確了重要焊接接頭的疲勞強度極限，并對輔助焊接接頭給出了分級的S-N曲線用于其有限壽命的設計。

JIS標準是一個基于大量疲勞試驗數(shù)據(jù)而得到的專用的抗疲勞設計標準。雖然這種標準只涉及了兩種材料的焊接結構，但該標準中的抗疲勞設計原則具有普遍性，能夠清楚地看出，在焊縫被打磨以后，其疲勞壽命將得到顯著提高。

2.3 二者分析比較

就ASME標準來看，其揭示了焊縫的焊根以及焊址上的應力集中，并據(jù)此來定義抗疲勞能力，進而給出對所有焊縫的焊根、焊址全都成立的廣義數(shù)學公式，因此其計算結果具有唯一性。

JIS標準當前被廣泛應用于疲勞估標中，雖然其在預測焊縫的疲勞壽命中得到了普遍的認可，但是這個的標準選取的是靠近焊縫某一位置的名義應力來評估疲勞使用壽命。而這就造成JIS標準存在一定的局限性。

3 動車組的構架疲勞荷載解析

動車組疲勞強度試驗的載荷與靜強度載荷是一致的，且載荷信號通?？紤]的是模擬運行于S彎道上向前、向后的加減速過程。

通常來說，載荷序列是以塊譜的形式表現(xiàn)出來的，而其他諸如均值、幅值以及相位轉換與平常相同。在幅值前的符號-、±表示的是π或180°的相位轉換，其中每一個塊譜的載荷循環(huán)數(shù)以及振動時間也都定義了每一個塊譜的長度。

假如作動器在所有的載荷循環(huán)中都未起到作用，那么其振動的時間就是由每個塊譜的載荷循環(huán)給出的。故而當振動從第一個幅值位置開始時，其信號中的載荷循環(huán)應當從此通道的基級，并在這個位置進行施加循環(huán)數(shù)。

4 結語

該文就動車組轉向架的構架作為研究對象，在深刻闡述動車組轉向架性能和研發(fā)歷史的基礎上，論述了動車組的轉向架疲勞性能等。同時也提出了一些可供參考的疲勞強度和性能分析方法。隨著時代的發(fā)展和鐵路提速，只有確保了動車組轉向架關鍵部件性能得到優(yōu)化和提升才能為動車組的安穩(wěn)運行保駕護航。

參考文獻

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