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)，不僅影響了高速運行的安全穩(wěn)定、乘客舒適度和曲線通過性，同時還影響到制造維修的工藝安全和可靠性能。介于此點，我們有必要對各類轉(zhuǎn)臂式軸箱定位結(jié)構(gòu)的優(yōu)良進(jìn)行對比分析，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、制動能力和曲線通過性能，同時結(jié)構(gòu)和剛度參數(shù)也影響著交通車輛的安全運行。目前我國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，同時其他發(fā)達(dá)國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，基本架構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，但是在實際應(yīng)用當(dāng)中，行駛速度不能夠突破120km/h，這也是難以攻堅的難點。

2 制作構(gòu)成和優(yōu)勢

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)點形式類似于CRH3。一體式轉(zhuǎn)臂軸箱的構(gòu)造相對簡單牢固，缺點是在更換車輪的時候，需要同時將構(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在動車組行駛速度在兩百千米每小時的速度等級為基本代表，而CRH3動車組行駛速度在三百千米每小時的速度等級作為基本代表，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。兩種共同點是沒有單獨的軸箱，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，這種裝置的特點是擁有完全獨立的軸箱體，定位轉(zhuǎn)臂在周成部分是屬于分體式結(jié)構(gòu)，定為節(jié)點是兩半對裝構(gòu)成，在裝配定為節(jié)點和專項架構(gòu)的時候需要在節(jié)點中實施橡膠預(yù)壓縮，三體式裝置在更換車輪時可不比拆掉定位及節(jié)點，但是組成的零件較多，安全性能低也是它的缺點。

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)點箍、軸箱體、轉(zhuǎn)臂和轉(zhuǎn)臂箍等零件，具有單獨的軸箱體，定位轉(zhuǎn)臂在軸承部分和節(jié)點部分都是分開式結(jié)構(gòu)。這種裝置結(jié)構(gòu)優(yōu)點便是輪體更換便捷，不需要拆解定位節(jié)點部分的安裝螺母；橡膠節(jié)點的芯軸為整體，外鋼套是分開結(jié)構(gòu)，用橡膠預(yù)壓縮來組裝節(jié)點箍。缺點便是零件繁瑣復(fù)雜，牢固性能低，在節(jié)點裝配丟失時會威脅到車輛安全行駛。

2.5 設(shè)計裝置理念 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)計的高度比較小，對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。所有橡膠墊對于吸收高頻率震動和減少噪聲傳播十分重要。

2.6 設(shè)計結(jié)構(gòu)考慮因素

2.6.1 后期維護(hù)性，在更換車輪時需要拆解轉(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)點的結(jié)構(gòu)設(shè)計需要更加簡化，但是在結(jié)構(gòu)簡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)計初期要實現(xiàn)不維護(hù)。

3 剛度參數(shù)對動力性能影響

上述幾種轉(zhuǎn)臂式軸箱定位剛度會受到路況條件、交通車輛的最大運行速度，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)臂的長度對動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)臂的長度不能短于45厘米。通過車輛整體的動力學(xué)仿真計算，分析動力學(xué)性能的影響。

當(dāng)豎向定位剛度達(dá)到30MN/m時，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行。當(dāng)豎向定位的剛度超過40扭力是，磨損程度會隨之增高，與此同時橫向定位剛度對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，對車輪的磨損影響不是十分顯著。而且一系的定位剛度對車輛安全平穩(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)行駛性能會提高。

結(jié)束語

在所有轉(zhuǎn)臂式軸箱定位裝置當(dāng)中，動車組采取軸承部位兩體式結(jié)構(gòu)裝置會提高車輛的可靠性，而且更換車輪時也比較便捷，維修也比較方便，沒有難度。轉(zhuǎn)臂定位節(jié)點需要兼顧車輛高速車輛的運行穩(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，在我國同時也所研究開發(fā)，在顯示實踐當(dāng)中，定位節(jié)點需要滿足負(fù)荷能力對使用壽命和抗疲勞能力，同時需要兼?zhèn)鋮?shù)特點的硬性要求。