地鐵鋼軌探傷轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)與研究

楊小玲 羅娟娟 丁捷

（中車洛陽機(jī)車有限公司，河南洛陽 471002）

地鐵鋼軌探傷轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)與研究

楊小玲 羅娟娟 丁捷

（中車洛陽機(jī)車有限公司，河南洛陽 471002）

本文重點(diǎn)分析地鐵鋼軌探傷轉(zhuǎn)向架的主要零部件結(jié)構(gòu)和性能，對(duì)構(gòu)架、車軸、車輪、軸箱體和牽引裝置等重要部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算分析，對(duì)整車進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真。此外，還對(duì)構(gòu)架進(jìn)行靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度仿真分析及可靠性試驗(yàn)，對(duì)整車進(jìn)行動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)。各項(xiàng)結(jié)果表明，轉(zhuǎn)向架均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

鋼軌探傷；轉(zhuǎn)向架；地鐵

地鐵鋼軌探傷轉(zhuǎn)向架是用于探測鋼軌內(nèi)部各種傷損的專用檢測轉(zhuǎn)向架，轉(zhuǎn)向架裝配的軌道探傷檢測設(shè)備可對(duì)鋼軌的傷損類型、傷損程度進(jìn)行自動(dòng)分析，并能夠和歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)照［1］。地鐵鋼軌探傷轉(zhuǎn)向架分為動(dòng)車轉(zhuǎn)向架和拖車轉(zhuǎn)向架，兩者的主要區(qū)別是：動(dòng)車轉(zhuǎn)向架有牽引傳動(dòng)裝置，包括齒輪傳動(dòng)裝置、牽引電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸節(jié)等；拖車轉(zhuǎn)向架沒有牽引傳動(dòng)裝置。其他結(jié)構(gòu)類似可以進(jìn)行互換［2］。本文主要介紹拖車轉(zhuǎn)向架。

1 轉(zhuǎn)向架的主要技術(shù)參數(shù)

軌距為1 435mm，固定軸距為2 500mm，軸重為11t，最大運(yùn)行速度為100km/h，車輪滾動(dòng)圓直徑為840mm，通過最小曲線半徑為100m，車輛限界GB/T146.1-1983。

2 主要部件及系統(tǒng)

2.1 構(gòu)架組成

構(gòu)架是轉(zhuǎn)向架的骨架，通過其將輪對(duì)裝配、軸箱裝配、牽引裝置、二系懸掛及基礎(chǔ)制動(dòng)裝置等組成一個(gè)轉(zhuǎn)向架整體。構(gòu)架由2根左右對(duì)稱的側(cè)梁、1根橫梁、2根輔助橫梁組成。整個(gè)構(gòu)架呈“H”型結(jié)構(gòu)（見圖1）。構(gòu)架采用低合金高強(qiáng)度鋼板焊接而成，具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度大、壽命長的特點(diǎn)。構(gòu)架側(cè)梁和橫梁是接近等強(qiáng)度的箱型梁焊接而成，橫梁上焊有牽引銷座、二系彈簧座。由于構(gòu)架焊縫質(zhì)量要求高，按EN15085標(biāo)準(zhǔn)焊接體系進(jìn)行焊接,焊縫檢驗(yàn)等級(jí)為CT2級(jí)。側(cè)梁要求上下直線度小于或等于3mm，旁彎小于或等于3mm，故采用機(jī)器人焊接及多層焊的焊接工藝來保證焊縫穩(wěn)定的外觀及焊縫內(nèi)部質(zhì)量。側(cè)梁和橫梁連接處的焊縫是構(gòu)架的主要焊縫，也是構(gòu)架重要承載焊縫。對(duì)此，要求焊縫100%超聲波探傷及磁粉探傷，其次每層焊縫焊接完成后進(jìn)行焊縫平整，去除焊渣、氧化皮等雜質(zhì)，保證焊縫層間的質(zhì)量。在加工方面，為了保證各安裝配合面的尺寸精度，構(gòu)架采用整體數(shù)控機(jī)械加工工藝，保證轉(zhuǎn)向架零部件組裝時(shí)具有很高的定位精度。

圖1 構(gòu)架

2.2輪對(duì)軸箱裝配

輪對(duì)是走行部中直接關(guān)系到行車安全的重要部件，承受著巨大的靜載荷和動(dòng)載荷。因此，要求輪對(duì)各部件有足夠強(qiáng)度和良好的狀態(tài)。輪對(duì)由車軸和車輪壓裝而成，采用注油壓裝在車軸輪座上，制動(dòng)盤采用冷壓方式過盈壓裝在車軸盤座上。軸箱主體左右對(duì)稱，前后有別結(jié)構(gòu)，后部設(shè)有迷宮式防塵結(jié)構(gòu)，頂部為矩形凸臺(tái)，凸臺(tái)左右平面可用做不落輪璇床的定位面，尺寸緊湊、整體鑄造。軸承型式采用雙列圓柱結(jié)構(gòu)，具有組裝方便、承載負(fù)荷大、可靠性強(qiáng)、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。軸箱端部安裝有防滑裝置、測速裝置、接地裝置和軌道探傷檢測設(shè)備（見圖2）。同時(shí)，軸箱端蓋的設(shè)計(jì)滿足不拆除軌道探傷檢測設(shè)備的情況下，在軸端部進(jìn)行超聲波探傷檢查等特點(diǎn)。

圖2 輪對(duì)軸箱裝配

2.3 一二系懸掛裝置

軸箱和構(gòu)架之間安裝有疊層橡膠彈簧，每個(gè)軸箱設(shè)有2個(gè)疊層橡膠彈簧，分別安裝于軸箱兩側(cè)。這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)能使軸箱在縱向、橫向和垂直方向?qū)崿F(xiàn)無間隙、無磨耗的彈性定位，并承受2個(gè)方向的載荷。二系懸掛裝置主要包括垂向油壓減振器、橫向油壓減振器、高圓彈簧等。其中，高圓彈簧為應(yīng)力承載件，使同一轉(zhuǎn)向架各輪對(duì)之間的重量分配適當(dāng)，輪載荷在各種線路條件下不致相差過大。高圓彈簧兩端均加有橡膠墊，可以增大彈簧軸向和橫向的柔性，從而提高車輛的走行質(zhì)量。減振器為阻尼部件，主要用來抑制彈簧吸振后反彈時(shí)的振蕩以及來自路面的沖擊。橫向減振器以衰減車體的橫向振動(dòng)，獲得良好的運(yùn)行性能。垂向減振器用來衰減車體的垂向振動(dòng)，保證車輛在較高的速度下有良好的運(yùn)行品質(zhì)。同時(shí)，在構(gòu)架上設(shè)三向止檔，對(duì)車體進(jìn)行橫向、垂向、縱向限位，以保證車輛運(yùn)行品質(zhì)及安全性。

2.4 牽引與制動(dòng)裝置

牽引裝置主要由中心銷、磨耗板、尼龍?zhí)椎攘悴考?gòu)成，將構(gòu)架的牽引或制動(dòng)力傳遞給車體，該裝置結(jié)構(gòu)緊湊、可靠，便于裝拆和維護(hù)。磨耗板通過螺栓固定在構(gòu)架上，其與尼龍?zhí)子?mm間隙，有效地減緩了車輛運(yùn)行中的縱向振動(dòng)，提高了車輛運(yùn)行的安全性。基礎(chǔ)制動(dòng)裝置采用軸裝盤式單元制動(dòng)，其中部分帶停放制動(dòng)功能。其代替了閘瓦對(duì)車輪踏面的摩擦，增大了摩擦接觸面積，改善了熱負(fù)荷傳遞條件，減少了車輪的磨耗，延長了車輪的使用壽命。單元制動(dòng)缸內(nèi)設(shè)有閘片間隙自動(dòng)調(diào)整器，當(dāng)制動(dòng)盤和閘片發(fā)生碰撞，使閘片和制動(dòng)盤間隙超過某一特定值時(shí)，閘片間隙調(diào)整器便會(huì)自動(dòng)運(yùn)作，使其保持在規(guī)程的范圍內(nèi)。閘片與閘片托之間采用了燕尾槽并設(shè)有專門的鎖定機(jī)構(gòu)，便于閘片的安裝和更換，給維保帶來方便。該基礎(chǔ)制動(dòng)裝置具有恒定的制動(dòng)力，其熱容量允許其有較高的制動(dòng)率，可以在更高的速度下制動(dòng)，獲得較高的減速度，從而縮短了制動(dòng)距離，保證車輛在最大超標(biāo)情況下，停放在最大車行道上。同時(shí)，在構(gòu)架外側(cè)設(shè)置手動(dòng)緩解裝置，方便緩解，保證車輛運(yùn)行品質(zhì)及安全性。

3 計(jì)算分析和試驗(yàn)

3.1 構(gòu)架靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)

西南交通大學(xué)牽引動(dòng)力國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室根據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN13749《鐵道應(yīng)用-輪對(duì)和轉(zhuǎn)向架規(guī)定-轉(zhuǎn)向架構(gòu)架結(jié)構(gòu)要求的方法》和UIC515-4《拖車轉(zhuǎn)向架-走行部轉(zhuǎn)向架構(gòu)架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)》規(guī)范對(duì)首件構(gòu)架進(jìn)行了靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)。構(gòu)架的靜強(qiáng)度試驗(yàn)分為模擬運(yùn)用載荷試驗(yàn)和超常載荷試驗(yàn)。計(jì)算構(gòu)架靜強(qiáng)度時(shí)需計(jì)算橫向載荷、垂向載荷，為更全面地分析構(gòu)架受力工況，還考慮了特殊載荷，如菱形載荷、制動(dòng)載荷等。在載荷計(jì)算完成后，根據(jù)車輛實(shí)際的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行載荷組合，模擬車輛真實(shí)的運(yùn)行情況。結(jié)果表明，該構(gòu)架滿足靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)要求，為車輛的可靠運(yùn)行提供了保證。

3.2 動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)

鐵路產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心機(jī)車車輛檢驗(yàn)站根據(jù)GB/T5599-1985《鐵道車輛動(dòng)力學(xué)性能評(píng)定和試驗(yàn)鑒定規(guī)范》和GB/T7928-2003《地鐵車輛通用技術(shù)條件》進(jìn)行了最高試驗(yàn)速度的動(dòng)力學(xué)性能試驗(yàn)，內(nèi)容包括地鐵鋼軌探傷車的車輛系統(tǒng)的蛇行運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性，曲線通過性能和運(yùn)行平穩(wěn)性等，對(duì)主要懸掛參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化研究，并對(duì)優(yōu)化以后的動(dòng)力學(xué)性能進(jìn)行了預(yù)測。結(jié)果表明，地鐵鋼軌探傷車的動(dòng)力學(xué)性能達(dá)到TB/T17426-1998《鐵道特種車輛和軌行機(jī)械動(dòng)力學(xué)性能評(píng)定及試驗(yàn)方法》的要求，能夠滿足100km/h運(yùn)行速度的安全要求。

4 結(jié)語

目前該轉(zhuǎn)向架已在鋼軌探傷車上應(yīng)用，客戶反映使用情況優(yōu)良。轉(zhuǎn)向架對(duì)車輛的運(yùn)行性能和安全至關(guān)重要，對(duì)軌道交通系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性有重大影響。因此，對(duì)于地鐵鋼軌探傷轉(zhuǎn)向架，必須重視其優(yōu)良的性能和性能穩(wěn)定性、輕量化、低噪聲、高可靠性、易維保以及特殊的運(yùn)行環(huán)境等特點(diǎn)。

［1］鄧小軍.北京地鐵轉(zhuǎn)向架的改進(jìn)［J］.鐵道車輛，2000 （B12）：63-66.

［2］尚景華.城市輕軌車輛轉(zhuǎn)向架的探討［J］.鐵道機(jī)車車輛，2002（3）：14-16.

Design and Research of Metro Rail Flaw Detection Bogie

Yang XiaolingLuo JuanjuanDing Jie
（Luoyang Zhongche Locomotive Co.,Ltd.，Luoyang Henan 471002）

This paper focuses on the analysis of the structure and performance of the main parts of the rail flaw detection bogie.The structural strength of the frame,axle,wheel,axle box,traction device and other important components were calculated and analyzed.In addition,the static strength and fatigue strength of the frame were simulated and analyzed,and the reliability test was carried out.The results showed that the bogie met the standard requirements.

rail flaw detection；bogie；metro

U270.33

A

1003-5168（2017）04-0143-02

2017-03-16

楊小玲（1980-），女，本科，工程師，研究方向：轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)。