速度160 km/h快速軌道車用SDB-160型轉(zhuǎn)向架研制

趙峰強(qiáng)，賈海燕，周業(yè)明，高希妨

（1 南車四方車輛有限公司　產(chǎn)品開發(fā)部，山東青島266031；2 南車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司　技術(shù)中心，山東青島266031）

速度160 km/h快速軌道車用SDB-160型轉(zhuǎn)向架研制

趙峰強(qiáng)1，賈海燕1，周業(yè)明2，高希妨1

（1 南車四方車輛有限公司產(chǎn)品開發(fā)部，山東青島266031；2 南車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司技術(shù)中心，山東青島266031）

介紹了速度160 km/h快速軌道車用SDB-160型轉(zhuǎn)向架的研制背景、技術(shù)參數(shù)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及試驗情況。

160k m/h；SDB-160型；動力轉(zhuǎn)向架；交流傳動；動力學(xué)

目前國內(nèi)鐵路公務(wù)部門使用的各種軌道車速度均小于或等于120 km/h，隨著中國既有鐵路大范圍提速到160～200 km/h以及新建200 km/h及以上客運(yùn)專線的通車，為滿足新形勢下的鐵路檢修、維護(hù)需要，必須研制速度大于或等于160 km/h的快速軌道車、維修車、檢測車等裝備。

2009年10月中國南車股份有限公司組織開展了最高運(yùn)行速度160 km/h G C D-600型交流傳動快速軌道車的研制工作，由南車四方車輛有限公司聯(lián)合南車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司負(fù)責(zé)進(jìn)行軌道車用轉(zhuǎn)向架的研制工作，該轉(zhuǎn)向架定名為SDB-160型轉(zhuǎn)向架。

轉(zhuǎn)向架設(shè)計方案是根據(jù)南車四方車輛有限公司長期積累的轉(zhuǎn)向架設(shè)計、制造以及檢修運(yùn)用維護(hù)經(jīng)驗，以國內(nèi)提速客車、高速動車組及地鐵車輛中經(jīng)過運(yùn)用驗證的成熟轉(zhuǎn)向架技術(shù)為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計開發(fā)，并針對工程車輛的應(yīng)用條件對各部結(jié)構(gòu)及技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化，使該轉(zhuǎn)向架具有較好的綜合性能。

1　SDB-160型轉(zhuǎn)向架簡介

SDB-160型轉(zhuǎn)向架是以經(jīng)過運(yùn)用驗證的成熟結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，結(jié)合EMU高速動車組轉(zhuǎn)向架技術(shù)，按照技術(shù)先進(jìn)可靠、結(jié)構(gòu)簡潔、維護(hù)工作量小的原則進(jìn)行開發(fā)設(shè)計。主要由構(gòu)架、輪對軸箱及定位裝置、中央懸掛和牽引裝置、驅(qū)動裝置和制動裝置組成。轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)見圖1。

轉(zhuǎn)向架為無搖枕結(jié)構(gòu)，主要技術(shù)參數(shù)見表1。

2　轉(zhuǎn)向架主要部件設(shè)計

2.1構(gòu)架組成設(shè)計

構(gòu)架是轉(zhuǎn)向架的重要部件，是其他零部件的安裝基礎(chǔ)，也是承載體和傳力體，故構(gòu)架的結(jié)構(gòu)形式既要考慮與其他各有關(guān)零部件的相互位置和轉(zhuǎn)向架總體布置，又要考慮構(gòu)架具有足夠的強(qiáng)度和剛度要求，以保證結(jié)構(gòu)緊湊、安全可靠。構(gòu)架在設(shè)計中考慮了各梁盡可能設(shè)計成等強(qiáng)度梁，以保證獲得最大強(qiáng)度和最小自重［1］。

圖1　SDB-160型轉(zhuǎn)向架三維模型

表1　SDB-160型轉(zhuǎn)向架主要技術(shù)參數(shù)

轉(zhuǎn)向架構(gòu)架（圖2）采用了H型焊接結(jié)構(gòu)，由側(cè)梁、橫梁和空氣彈簧支承梁等主要部件組成。構(gòu)架的靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度評定按UIC 615-4-2003確定的計算載荷工況進(jìn)行，計算結(jié)果表明：焊接構(gòu)架的焊縫區(qū)域和母材區(qū)域各節(jié)點(diǎn)的最大等效應(yīng)力均小于其相應(yīng)的許用應(yīng)力值，構(gòu)架的靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度滿足設(shè)計要求［2］。

圖2　SDB-160型轉(zhuǎn)向架構(gòu)架模型

2.2輪對和軸箱設(shè)計

（1）輪對設(shè)計

輪對由車輪、車軸、齒輪箱（包括從動齒輪）及輪裝制動盤組成。車輪強(qiáng)度計算及疲勞評判依據(jù)E N 13979進(jìn)行，車軸設(shè)計滿足E N 13104-2001《鐵路應(yīng)用—輪對和轉(zhuǎn)向架—動軸—設(shè)計方法》標(biāo)準(zhǔn)對強(qiáng)度的要求。

（2）軸箱設(shè)計

設(shè)計結(jié)構(gòu)參照200E M U的成熟結(jié)構(gòu)，為轉(zhuǎn)臂、軸箱一體式結(jié)構(gòu)（圖3），結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕；軸箱采用鑄鋼箱體，設(shè)計過程中根據(jù)軌道車的使用情況對軸箱體結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計；軸承采用經(jīng)過在電氣化鐵道系統(tǒng)中運(yùn)用驗證的雙列分體式圓柱滾子軸承，軸承壽命大于200萬km。

圖3　軸箱定位裝置

2.3懸掛系統(tǒng)設(shè)計

轉(zhuǎn)向架采用兩系懸掛系統(tǒng)。

軸箱和構(gòu)架之間安裝有一系懸掛系統(tǒng)（圖3），它使軸箱在縱向、橫向及垂向?qū)崿F(xiàn)無間隙、無磨耗的彈性定位，并承受3個方向的載荷。

二系懸掛（圖4）由組合式空氣彈簧、橫向油壓減振器、抗蛇行油壓減振器、自動高度調(diào)整閥、差壓閥、橫向止擋、調(diào)整墊等組成。

圖4　二系懸掛組成

2.4牽引裝置設(shè)計

每臺轉(zhuǎn)向架設(shè)有一套“Z”字形中央牽引裝置（圖5），包括中央牽引銷、中心銷套、牽引梁組成、牽引拉桿等部件。

中心銷的上端固定在車體的枕梁中心，下端插入牽引梁內(nèi)，通過中心銷套將中心銷與牽引梁固定在一起，牽引梁和構(gòu)架之間通過兩個呈“Z”字形布置的牽引拉桿連接；中心銷套消除中心銷、牽引梁之間的間隙，實現(xiàn)了無間隙牽引，中心銷套的橡膠層變形還可以滿足車體和轉(zhuǎn)向架之間的相對轉(zhuǎn)動，從而消除了磨耗。牽引裝置承擔(dān)列車牽引力及制動力的同時還承擔(dān)橫向力。

圖5　中央牽引裝置

2.5驅(qū)動裝置設(shè)計

驅(qū)動裝置（圖6）主要由牽引電機(jī)、齒輪箱、聯(lián)軸器組成。

牽引電機(jī)采用變頻控制的交流電機(jī)，架懸式安裝；齒輪箱為平行軸式齒輪箱，采用鑄造分體式結(jié)構(gòu)，一端通過軸承安裝于車軸上，另一端彈性地吊裝于構(gòu)架的橫梁上。采用斜齒輪一級減速傳動，飛濺潤滑。聯(lián)軸器采用W N齒式聯(lián)軸器，能滿足在各種工況下的電機(jī)軸與齒輪軸的變位要求，確保安全平穩(wěn)地運(yùn)行。

圖6　驅(qū)動裝置

2.6基礎(chǔ)制動裝置設(shè)計

轉(zhuǎn)向架基礎(chǔ)制動采用輪裝制動盤。每轉(zhuǎn)向架安裝4套制動夾鉗、制動缸，其中斜對角的兩個制動缸帶停放制動功能。停放制動夾鉗所產(chǎn)生的制動力能夠保證列車停放在最大坡道上不溜車。停車制動單元設(shè)有手動緩解拉環(huán)，當(dāng)車輛無風(fēng)壓時，手動方式可方便地使車輛緩解。

3　動力學(xué)性能

設(shè)計時委托西南交通大學(xué)牽引動力試驗室依據(jù)G B 5599-85《鐵道車輛動力學(xué)性能評定和試驗鑒定規(guī)范》要求，對轉(zhuǎn)向架動力學(xué)性能進(jìn)行了校核計算。

3.1運(yùn)動穩(wěn)定性分析

通過仿真計算，SDB-160轉(zhuǎn)向架新造狀態(tài)下臨界速度大于300 km/h，運(yùn)行一段時期后，隨著踏面斜度增加，各等效踏面錐度下臨界速度都大于240 km/h，穩(wěn)定裕量大于50%，滿足最高運(yùn)行速度160 km/h的運(yùn)營要求，詳見圖7［3］。

3.2運(yùn)行平穩(wěn)性分析

通過采用國內(nèi)某實測線路譜，模擬分析了車輛以不同速度（40～180 km/h）在直線軌道上的運(yùn)行情況，結(jié)果表明轉(zhuǎn)向架的橫、垂向平穩(wěn)性指標(biāo)和加速度指標(biāo)隨運(yùn)行速度的增加呈增加趨勢，在40～180 km/h的運(yùn)行速度范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)向架的橫、垂向平穩(wěn)性指標(biāo)平均值都小于2.5，符合G B 5599-85規(guī)定的優(yōu)秀等級要求，見圖8～圖9［3］。

圖7　等效踏面錐度對臨界速度的影響

圖8　車輛的平穩(wěn)性指標(biāo)

圖9　車輛的加速度指標(biāo)

4　試 驗

4.1構(gòu)架靜強(qiáng)度和疲勞試驗

構(gòu)架研制完成后，委托西南交通大學(xué)牽引動力試驗室進(jìn)行了靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度試驗，試驗參照 UIC 615-4 -2003《動力車—轉(zhuǎn)向架和走行裝置—轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度》和T B/T 2368-2005《動力轉(zhuǎn)向架構(gòu)架強(qiáng)度試驗方法》進(jìn)行。

試驗可知，構(gòu)架靜強(qiáng)度滿足要求；對模擬運(yùn)行工況所得的靜強(qiáng)度試驗結(jié)果進(jìn)行疲勞強(qiáng)度評估，各測點(diǎn)的應(yīng)力幅值均在G O O D M A N圖包絡(luò)線（圖10）內(nèi)，構(gòu)架疲勞強(qiáng)度滿足要求［4］。

疲勞試驗循環(huán)載荷總次數(shù)為1 000萬次，磁粉探傷和超聲波探傷檢查無裂紋，構(gòu)架疲勞強(qiáng)度試驗合格。

圖10　疲勞強(qiáng)度評估G O O D M A N圖

4.2動力學(xué)試驗

轉(zhuǎn)向架研制完成后，整車2012年5月在隴海線（元龍—福臨堡—茂陵）進(jìn)行了動力學(xué)線路試驗。通過試驗驗證，軌道車各項動力學(xué)指標(biāo)良好，平穩(wěn)性指標(biāo)最大為2.2，列車脫軌系數(shù)為0.56，動力學(xué)性能達(dá)到優(yōu)良等級。目前，該車已完成1年，1萬km的運(yùn)用考核，運(yùn)用情況良好。

5　結(jié)束語

通過仿真計算和試驗驗證，充分證明了SDB-160型轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和動力學(xué)性能參數(shù)，完全能滿足快速軌道車輛的運(yùn)用要求。隨著中國鐵路的快速發(fā)展，快速、節(jié)能和高可靠性的工程車輛必將成為鐵路維護(hù)部門的新需求，160 km/h SDB-160型轉(zhuǎn)向架作為快速工程車輛的轉(zhuǎn)向架通用平臺，可以得到廣泛推廣。

［1］ 宋曉文，李言義，等.SYD-160型液力傳動動力分散動車組轉(zhuǎn)向架［J］.鐵道車輛，2002，40（7）：11-29.

［2］ 西南交通大學(xué).SDB-160型轉(zhuǎn)向架構(gòu)架強(qiáng)度分析報告［R］.2010.

［3］ 西南交通大學(xué).SDB-160型轉(zhuǎn)向架動力學(xué)性能計算報告［R］.2010.

［4］ 西南交通大學(xué).SDB-160型轉(zhuǎn)向架構(gòu)架靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度試驗報告［R］.2012.

Develop ment of SDB-160 Bogies Used in 160 km/h High Speed Railway Vehicles

Z H A O Fengqiang1，JIA H aiyan1，Z H O U Yeming2，G A O Xifang1
（1 Product Develop ment Department，CSR Qingdao Sifang Co.，Ltd.，Qingdao 266111 Shandong，China；2 Technique Center，CSR Qingdao Sifang Rolling Stock Research Institute Co.，Ltd.，Qingdao 266111 Shandong，China）

The develop ment background，technical parameters，structure features and test conditions of SDB-160 type bogies used in 160k m/h high speed railway vehicles is described in this paper.

160k m/h；SDB-160 type；m otor bogie；A C drive；dynamics

U270.331

A

10.3969/j.issn.1008-7842.2015.05.12

1008-7842（2015）05-0055-04

趙峰強(qiáng)（1983—）男，工程師（2015-01-08）