一種地鐵工程車通用二系轉(zhuǎn)向架的開發(fā)

萬友聰

摘 要結(jié)合我國地鐵線路的發(fā)展，目前對地鐵工程車需求量較大，針對地鐵工程車開發(fā)一款通用性二系轉(zhuǎn)向架，可滿足地鐵工程車研發(fā)關(guān)鍵零部件的通用性需求，可有效縮短地鐵工程車的研發(fā)時間，該二系轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)簡單，強(qiáng)度滿足16t以下軸重需求，通用性較強(qiáng)，平穩(wěn)性性能優(yōu)越。

關(guān)鍵詞轉(zhuǎn)向架;一系懸掛;二系懸掛;牽引裝置

1 現(xiàn)狀分析

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展，城市軌道交通發(fā)生了日新月異的高速發(fā)展，我國自1969年10月1日北京第一條地鐵線路建成通車，截至2019年9月28日，我國已開通地鐵的城市有41個。隨著大量地鐵線路的長期運(yùn)用，近年來出現(xiàn)許多線路問題，亟須地鐵工程車進(jìn)行地鐵線路的養(yǎng)護(hù)。目前市場上常見的地鐵工程車有檢測車、鋼軌地鐵工程車、焊軌車、鋼軌探傷車、隧道清潔車、橋梁檢測車等。

地鐵線路的作用是承擔(dān)來自車輪的壓力并引導(dǎo)車輪前進(jìn)。鋼軌通過扣件與軌枕連接，扣件的主要功能是阻止鋼軌對于軌枕的縱、橫向移動，保持鋼軌的正確位置。軌枕按其材質(zhì)分為木枕、鋼筋混凝土軌枕和鋼軌枕三類。目前地鐵線路主要采用鋼筋混凝土軌枕。道床主要分為有砟道床和整體道床，地鐵線路道床一般都是采用整體鋼筋混凝土道床，與石碴路基比較，該種道床具備足夠的強(qiáng)度、剛度，便于施工，易于管理，可靠性高，使用壽命長，便于維護(hù)，有利于日常的清潔養(yǎng)護(hù)，降低運(yùn)營成本。但整體道床相比有砟道床，對車輛運(yùn)行緩沖效果差，車輛運(yùn)行平穩(wěn)性相對較差，目前根據(jù)現(xiàn)場試驗經(jīng)驗，同樣的車在國鐵線路與在地鐵線路上進(jìn)行動力學(xué)試驗，試驗臨界速度相差至少20KM/h。這就要求地鐵車輛在設(shè)計時要充分考慮線路的因素，通過合理的設(shè)計有效地提高車輛的動力學(xué)性能。早期國內(nèi)工程車大多采用一系懸掛轉(zhuǎn)向架，雖然滿足作業(yè)要求，但整車舒適性較差。近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展，客戶對工程車整車舒適性的要求也越來越高，這就要求轉(zhuǎn)向架能充分減振，有效降低線路的激擾傳遞到車體。針對工程車輛，采用二系空氣簧的話成本太高，因此本文主要針對地鐵工程車設(shè)計通用性較強(qiáng)的二系轉(zhuǎn)向架，用于地鐵工程車開發(fā)設(shè)計需求。

2 該轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)介紹

該轉(zhuǎn)向架主要技術(shù)參數(shù)如下：

該二系轉(zhuǎn)向架主要由整體焊接式構(gòu)架、驅(qū)動裝置、牽引裝置、基礎(chǔ)制動裝置、一系懸掛裝置、二系懸掛裝置等組成，轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)見圖1所示。

2.1 構(gòu)架

構(gòu)架由側(cè)梁、橫梁、軸箱安裝座、齒輪箱安裝座等組成。構(gòu)架材料選用Q345qE，主要安裝座材質(zhì)為Q345D。

該構(gòu)架強(qiáng)度參照TB/T2368-2005《動力轉(zhuǎn)向架構(gòu)架強(qiáng)度試驗方法》進(jìn)行有限元分析及進(jìn)行構(gòu)架強(qiáng)度試驗，該分析及試驗的目的主要是驗證在運(yùn)用時可能出現(xiàn)的最大載荷的共同作用下，轉(zhuǎn)向架構(gòu)架沒用永久變形的危險。有限元結(jié)果顯示，該構(gòu)架強(qiáng)度、剛度及疲勞分析都滿足設(shè)計需求，計算圖片詳見圖3超常載荷工況及圖4疲勞分析。

2.2 驅(qū)動裝置

車軸材料采用LZ50，滿足TB/T 2945《鐵道車輛用LZ50鋼車軸及鋼坯技術(shù)條件》;車輪材料采用ER9，符合標(biāo)準(zhǔn)EN 13262《鐵路應(yīng)用-輪對和轉(zhuǎn)向架-車輪-產(chǎn)品要求》，車輪踏面型式為LM磨耗型踏面。輪對壓裝符合標(biāo)準(zhǔn)TB/T 1463《機(jī)車輪對組裝技術(shù)條件》，軸端軸承采用SKF提供的BT2-8670一體式免維護(hù)軸承，滿足10年或80萬公里的壽命要求。車軸齒輪箱采用意大利進(jìn)口品牌歐姆西車軸齒輪箱。傳動方式為靜液壓驅(qū)動，齒輪箱脫掛檔方式為摩擦片離合器脫掛擋（高低速）。

2.3 牽引裝置

牽引裝置采用牽引座加單牽引拉桿結(jié)構(gòu)，橫向安裝橫向油壓減振器。牽引座與車體連接，為整車提供牽引力。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，方便安裝及檢修，強(qiáng)度滿足使用要求。

2.4 懸掛裝置

懸掛裝置為一系懸掛裝置和二系懸掛裝置，一系懸掛裝置為內(nèi)外螺旋鋼彈簧加垂向油壓減振器組成，垂向油壓減振器有垂向起吊功能;二系懸掛裝置為橡膠堆。一系軸端軸箱安裝有防滑裝置及機(jī)械式速度傳感器。一系懸掛裝置結(jié)構(gòu)合理，軸箱便于定位和裝夾，具備足夠的強(qiáng)度、剛度和位置精度，能滿足不落輪鏇削設(shè)備鏇削車輪踏面。

2.5 動力學(xué)計算

該轉(zhuǎn)向架安裝到一款地鐵工程車上進(jìn)行了動力學(xué)計算驗證其性能，通過以上整車動力學(xué)性能仿真計算，可以對該地鐵工程車得出以下結(jié)論：

（1）該地鐵工程車在新輪軌時的失穩(wěn)臨界速度較高為173km/h，能滿足運(yùn)行要求。隨著車輪踏面的磨耗，車輛蛇行失穩(wěn)臨界速度下降，當(dāng)車輪踏面磨耗至等效錐度為0.35時，蛇行失穩(wěn)臨界速度仍高于設(shè)計速度，運(yùn)行穩(wěn)定性滿足要求。

（2）該地鐵工程車以60km/h、80km/h速度運(yùn)行在美國Ⅴ級譜激勵的直線軌道時，車體橫向、垂向振動加速度最大值均沒有，車體橫向、垂向平穩(wěn)性指標(biāo)均達(dá)到優(yōu)級標(biāo)準(zhǔn)。

該地鐵工程車以100km/h速度運(yùn)行時，車體橫向最大振動加速度為0.18g（1.8m/s2），車體垂向最大振動加速度為0.23g（2.3m/s2）均沒有超出規(guī)定的限度值，車體橫向平穩(wěn)性指標(biāo)、車體垂向平穩(wěn)性指標(biāo)均達(dá)到優(yōu)級。

（3）以低于50km/h（欠超高約47mm）的速度通過R=150m的圓曲線時，以低于30km/h（欠超高約33mm）的速度通過R=80m的圓曲線時，各項指標(biāo)在GB/T17426-1998和規(guī)定的限度值以內(nèi)。當(dāng)速度在35km/h（欠超高約60mm）通過R=80m的圓曲線時，輪軌橫向力仍然沒有超過限度值（39.58kN）。在R=65m的圓曲線上，以15km/h（欠超高約40mm）以下的速度、17km/h（欠超高約52.5mm）的速度通過時各項指標(biāo)在GB/T17426-1998和規(guī)定的限度值以內(nèi)，輪軌橫向力沒有超過限度值（39.58kN）。

3 結(jié)束語

該轉(zhuǎn)向架設(shè)計能滿足多種地鐵工程車裝機(jī)使用，該轉(zhuǎn)向架剛度、強(qiáng)度滿足設(shè)計需求，動力學(xué)性能優(yōu)，臨界速度高，能提供良好的整車平穩(wěn)性，能為作業(yè)人員提供良好的乘坐舒適性，為整車運(yùn)用提供良好的作業(yè)性能，有效減小整車振動對車上零部件的損傷。滿足整車作業(yè)及高速連掛需求。能有效地為今后地鐵工程車開發(fā)提供通用性的轉(zhuǎn)向架需求。

參考文獻(xiàn)

[1]嚴(yán)雋耄，傅茂海.《車輛工程》，中國鐵道出版社.

[2]TB/T 2368《動力轉(zhuǎn)向架構(gòu)架強(qiáng)度試驗方法》.

[3]袁清武.《車輛構(gòu)造與檢修》中國鐵道出版社.

[4]GB/T 17426《鐵道特種車輛和執(zhí)行機(jī)械動力和軌行機(jī)械動力學(xué)性能評定及試驗方法》.

[5]TB/T 2945《鐵道車輛用LZ50鋼車軸及鋼坯技術(shù)條件》.

[6]TB/T 1463《機(jī)車輪對組裝技術(shù)條件》.

[7]EN 13262《鐵路應(yīng)用-輪對和轉(zhuǎn)向架-車輪-產(chǎn)品要求》.