天津地鐵6號線轉向架研制

王曉明+周業(yè)明+孫厚禮

摘 要：介紹了天津地鐵6號線轉向架的技術特點、結構及主要技術參數(shù)等。經(jīng)過計算分析和試驗驗證，該轉向架的結構強度和動力學等各方面的性能均滿足要求，該轉向架已完成批量生產(chǎn)并交付業(yè)主，現(xiàn)已成功運用于天津地鐵6號線。

關鍵詞：地鐵；轉向架；研制

1 概述

天津地鐵6號線轉向架是以SDB-80型轉向架為技術平臺，在此成熟結構的基礎上進行適應性設計。設計中以“系統(tǒng)性、繼承性、創(chuàng)新性、科學性”為指導原則，以B型地鐵模塊化設計為指導思想，借用B型地鐵轉向架模塊化數(shù)據(jù)庫的成熟、可靠結構，針對新的牽引驅動和信號系統(tǒng)進行適應性設計，形成新的結構模塊。

2 轉向架特點和主要技術參數(shù)

2.1 轉向架的特點。天津地鐵6號線轉向架，采用模塊化設計，分為結構相似的動車轉向架和拖車轉向架，通過優(yōu)化設計，實現(xiàn)整體的輕量化。該型轉向架為軸承外置式無搖枕轉向架，鋼板、鋼管焊接的H型構架，整體輾鋼車輪，采用兩系懸掛系統(tǒng)（一系疊層橡膠彈簧，二系空氣彈簧），采用彈性無磨耗Z字形牽引裝置。

2.2 轉向架主要技術參數(shù)。天津地鐵6號線轉向架主要技術參數(shù)見表1。

3 轉向架主要結構

天津地鐵6號線轉向架主要由構架組成、輪對軸箱定位裝置、二系懸掛及中央牽引裝置、牽引電機和聯(lián)軸節(jié)安裝、基礎制動裝置、轉向架配管等組成。

3.1 構架組成。構架分為結構相似的動車構架和拖車構架。構架側梁采用箱形全鋼板焊接結構，橫梁采用無縫鋼管，兼做空氣彈簧附加氣室。側梁上設置制動座、一系簧座和二系簧座等結構，橫梁上設置電機座、齒輪箱座和牽引座等結構。

3.2 輪對軸箱定位裝置。輪對軸箱定位裝置主要包括車輪、車軸、軸箱裝置及一系懸掛等。車輪采用整體輾鋼車輪，車輪滾動圓直徑840mm，壓裝在車軸上，另外車輪還加裝了降噪阻尼裝置，通過吸收車輪的振動來達到降噪的目的。車輪的踏面采用符合相關標準的踏面，并且與天津6號線軌道相匹配，減少輪軌之間磨耗。

3.3二系懸掛及中央牽引裝置。二系懸掛及中央牽引裝置主要包括空氣彈簧、高度閥、差壓閥、橫向減振器、橫向止擋座、牽引裝置等。

3.4 牽引電機和聯(lián)軸節(jié)。牽引電機采用架懸式，由定位鍵和四個螺栓安裝在構架電機座上，通過采用合理的防松措施，能夠滿足防松要求。聯(lián)軸節(jié)采用WN齒式聯(lián)軸節(jié)。牽引電機和聯(lián)軸節(jié)均選用有成熟運用經(jīng)驗的產(chǎn)品。

3.5 基礎制動裝置。每根車軸安裝兩套單元制動裝置，其中一套具有停放制動功能，能夠保證列車在最大超員的情況下，停放在最大坡道上不溜車。單元制動缸內(nèi)設有閘瓦間隙自動調(diào)整器，保證閘瓦間隙始終保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。

3.6 轉向架配管組成。管路采用不銹鋼管，在保證管路可靠密封的前提下，通過合理的布置，使得管路拆裝方便、簡潔美觀；通過分析，將管支架布置構架低應力區(qū)域內(nèi)，保證整體結構強度滿足要求。

4 設計計算

4.1 構架強度及模態(tài)計算。根據(jù)UIC615-4標準的要求，采用有限元分析軟件，天津地鐵6號線轉向架構架的靜強度、疲勞強度及模態(tài)進行了計算分析，結果表明[1]：（1）天津地鐵6號線轉向架構架的靜強度和疲勞強度均滿足標準的要求。（2）構架的一階固有頻率為32.75Hz。

4.2 動力學計算。根據(jù)標準要求，采用專業(yè)的動力學分析軟件，按照天津地鐵6號線車輛的相關參數(shù)建立了動力學模型，進行計算分析，結果表明[2]：（1）天津地鐵6號線轉向架的非線性臨街速度為169km/h，滿足最高運營速度80km/h、最高試驗速度90km/h的要求。（2）在美國五級軌道譜激勵作用下，最高運營速度范圍內(nèi)，直線和曲線工況下，橫向平穩(wěn)性指標和垂向平穩(wěn)性指標都小于2.5，達到了GB5599規(guī)定的1級（優(yōu)）要求。最大橫向加速度和最大垂向加速度均符合GB5599規(guī)定的運行品質(zhì)的要求。（3）天津地鐵6號線轉向架在直線和曲線工況下，動、拖車的空載和重載時的脫軌系數(shù)均小于0.8，輪重減載率均小于0.6，輪軸橫向力均在規(guī)定值范圍內(nèi)，各項安全指標均滿足GB5599標準規(guī)定的要求。

5 試驗驗證

5.1 構架靜強度和疲勞強度試驗。根據(jù)UIC615-4標準的要求，對天津地鐵6號線轉向架構架進行了靜強度和疲勞強度試驗，試驗結果表明[3]：（1）根據(jù)UIC615-4標準進行評估，所有測點的應力均在靜強度許用應力范圍內(nèi)，根據(jù)運營載荷測試，各測點的應力均在相應的疲勞極限范圍內(nèi)，構架靜強度和疲勞強度滿足要求。（2）構架通過了1000萬次主結構載荷的疲勞強度試驗和200萬次局部結構載荷的疲勞試驗，試驗之后探傷均未發(fā)現(xiàn)裂紋。

5.2 轉向架動應力及軸箱溫升測試。根據(jù)合同要求，北京交通大學對轉向架的動應力和軸箱溫升進行了測試，測試結果表明[4]：（1）轉向架關鍵部位的測點等效應力幅值均小于70MPa，滿足車輛360萬公里的運行需求。（2）給出了轉向架各處測點加速度的8級譜值。（3）軸箱在試驗過程中的最大溫升不超過22℃（滿足合同要求）。

5.3 動力學試驗。按照試驗大綱的要求，國家鐵路產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心對天津地鐵6號線車輛進行了動力學性能試驗，結果表明[5]：（1）被試車輛在空車（AW0）正常工況和超員（AW3）正常工況下，運行穩(wěn)定性試驗最高試驗速度為90km/h，運行穩(wěn)定性指標符合評定標準的要求，符合80km/h速度級安全運行的要求。（2）運行平穩(wěn)性試驗最高試驗速度為80km/h，運行平穩(wěn)性指標為優(yōu)級。

6 結束語

天津地鐵6號線車輛轉向架是在成熟的SDB-80平臺的基礎上，嚴格按照流程研制的適用于天津6號線地鐵車輛的轉向架，該轉向架設計結構合理、功能齊全、安全可靠，通過了嚴格的仿真計算分析、臺架試驗和線路試驗驗證。目前，該型轉向架已經(jīng)馳騁在天津地鐵6號線上，運營業(yè)績優(yōu)秀。

參考文獻

[1]展旭和.天津地鐵6號線轉向架構架強度及模態(tài)計算報告[R].青島：國家高速動車組總成工程技術研究中心，2015.

[2]林俊.天津地鐵6號線轉向架動力學計算報告[R].青島：國家高速動車組總成工程技術研究中心，2015.

[3]劉為亞，曹寶元.天津地鐵6號線構架靜強度和疲勞強度試驗報告[R].青島：中車青島四方機車車輛股份有限公司工程實驗室，2016.

[4]楊廣雪，王曦.天津地鐵六號線轉向架動應力及軸箱溫升測試報告[R].北京：北京交通大學，2016.

[5]徐倩.天津地鐵6號線工程電動客車動力學性能檢測報告[R].北京：國家鐵路產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，2016.