王日藝，陶兆山，孫海東，胡定祥

（南車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司，江蘇南京210031）

出口突尼斯內(nèi)燃動車組轉(zhuǎn)向架

王日藝，陶兆山，孫海東，胡定祥

（南車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司，江蘇南京210031）

介紹了出口突尼斯內(nèi)燃動車組的PW16D/T-Ⅰ型準(zhǔn)軌及PWM13D/T-Ⅰ型米軌轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)特點，并闡述了對上述轉(zhuǎn)向架的靜強度、疲勞強度計算、動力學(xué)計算及試驗校核。

內(nèi)燃動車組；轉(zhuǎn)向架；結(jié)構(gòu)；設(shè)計

2007年突尼斯國營鐵路公司發(fā)出20列內(nèi)燃動車組招標(biāo)，其中12列準(zhǔn)軌，8列米軌。這批車輛主要用于替代現(xiàn)有的法國CFD車輛。由于CFD的車輛噪聲大，乘坐舒適度低。突尼斯國鐵SNCFT對該批車輛提出了很高的噪聲控制指標(biāo)。該批車輛主要用于突尼斯市至貝加準(zhǔn)軌線路，突尼斯市至SFAX、SUSSIS的米軌線路。由于突尼斯國家鐵路電氣化程度較低，故此提出采購動力分散型液力傳動內(nèi)燃動車組（DMU）。

中國南車于2007年7月通過技術(shù)投標(biāo)，2009年3月獲得中標(biāo)通知，2010年1月正式啟動項目。于2012年10月完成了首列車交付和整車性能試驗，次月交付完畢全部車輛。2013年1月正式投入運營。

1 動車組概況

動車組最小單元由一輛豪華型車輛和一輛普通型車輛組成，見圖1，可實現(xiàn)2列、3列重聯(lián)編組。采用了模塊化設(shè)計且與車體接口統(tǒng)一的PW16D/T-Ⅰ型準(zhǔn)軌及PWM13D/T-Ⅰ型米軌轉(zhuǎn)向架，車體可在準(zhǔn)軌轉(zhuǎn)向架和米軌轉(zhuǎn)向架間互換；傳動系統(tǒng)采用液力傳動＋車軸齒輪箱技術(shù)；制動系統(tǒng)采用液力制動和空氣制動混合制動技術(shù)。

圖1 動車組編組

2 動車組轉(zhuǎn)向架技術(shù)特點

轉(zhuǎn)向架采用無搖枕結(jié)構(gòu)。由焊接構(gòu)架、鋼彈簧轉(zhuǎn)臂定位式一系懸掛；空氣彈簧承載二系懸掛、“Z”型雙拉桿牽引、抗側(cè)滾扭桿；輪盤制動裝置、液力傳動式車軸齒輪箱裝置（僅動車轉(zhuǎn)向架）。準(zhǔn)軌動車轉(zhuǎn)向架（PW16D-Ⅰ）見圖2。不論準(zhǔn)軌或是米軌轉(zhuǎn)向架，動、拖車轉(zhuǎn)向架的區(qū)別在于動車轉(zhuǎn)向架設(shè)有齒輪傳動裝置。

圖2 準(zhǔn)軌動車轉(zhuǎn)向架（PW16D-Ⅰ）

轉(zhuǎn)向架主要技術(shù)參數(shù)：

（1）構(gòu)架裝置

構(gòu)架裝置由側(cè)梁、橫梁、輔助側(cè)梁、縱向梁等部件組成，準(zhǔn)軌動車構(gòu)架見圖3和米軌動車構(gòu)架見圖4。

側(cè)梁主要由鋼板焊接而成的箱型結(jié)構(gòu)，橫梁主要由無縫鋼管和鑄件焊接而成，其上設(shè)有轉(zhuǎn)臂定位座、空彈簧安裝座、一系彈簧安裝座、制動吊座、齒輪箱拉桿座（僅動車構(gòu)架有）、牽引拉桿座、橫向減振器安裝座以及輪緣潤滑、撒沙裝置等輔助設(shè)備安裝座。

圖3 準(zhǔn)軌動車構(gòu)架

圖4 米軌動車構(gòu)架

構(gòu)架裝置在設(shè)計過程中，為滿足技術(shù)規(guī)范中準(zhǔn)軌轉(zhuǎn)向架和米軌轉(zhuǎn)向架與車體接口相同的要求，經(jīng)過對方案的多次空間校核，最后通過在側(cè)梁內(nèi)側(cè)（準(zhǔn)軌）和外側(cè)（米軌）設(shè)置側(cè)梁輔助梁以滿足空氣彈簧安裝座橫向距離均為1 900 mm；在準(zhǔn)軌側(cè)梁輔助梁和米軌側(cè)梁中部內(nèi)側(cè)下面設(shè)置抗側(cè)滾扭桿安裝座以滿足其上體接口一致和抗側(cè)滾扭桿裝置可在準(zhǔn)軌和米軌轉(zhuǎn)向架上互換；在構(gòu)架兩根橫梁管端部斜對稱設(shè)置高度閥調(diào)節(jié)桿安裝座，且兩構(gòu)架鋼管長度一樣以滿足高度閥上體接口一致。準(zhǔn)軌和米軌構(gòu)架裝置除了側(cè)梁輔助梁和側(cè)梁下蓋板以外，其余零部件均可互換。

（2）輪對軸箱定位裝置

輪對軸箱定位裝置主要由轉(zhuǎn)臂式一系懸掛裝置和輪對軸箱裝置組成。

采用鋼彈簧懸掛轉(zhuǎn)臂式定位結(jié)構(gòu)，主要由轉(zhuǎn)臂、夾緊箍、鋼彈簧組成、垂向減振器、轉(zhuǎn)臂節(jié)點、絕緣墊、一系橡膠墊、輪對提吊等組成。垂向剛度由鋼彈簧提供，縱向、橫向定位剛度由轉(zhuǎn)臂節(jié)點提供；鋼彈簧采用雙卷螺旋彈簧，垂直方向上設(shè)輪對提吊裝置，便于整車起吊。

輪對軸箱裝置主要由車輪、車軸、軸箱、軸承、輪裝式制動盤等組成。軸箱采用外置式軸箱，準(zhǔn)軌軸頸中心距為2 100 mm，米軌軸頸中心距為1 670 mm，根據(jù)業(yè)主要求輪對內(nèi)側(cè)距準(zhǔn)軌設(shè)置為1 358 mm、米軌為929 mm。

輪對軸箱裝置中懸掛參數(shù)的選擇基于準(zhǔn)軌和米軌線路維護檢修水平較差，線路曲線小并且多的特點，經(jīng)過動力學(xué)軟件的優(yōu)化分析，考慮兼顧車輛穩(wěn)定性、線路順服能力以及車輪的磨耗性能，最終確定一系鋼彈簧垂向剛度為1.0 MN/m，一系垂向減振器阻尼為20 k N· m/s，轉(zhuǎn)臂節(jié)點的縱、橫向剛度分別為12 MN/m和5 MN/m；

準(zhǔn)軌動車輪對軸箱定位裝置見圖5。

準(zhǔn)軌轉(zhuǎn)向架輪對和米軌轉(zhuǎn)向架輪對除了車軸長度不一樣外，其余相同功能的輪對部件均可以互換。同軌距的輪對除了車軸外，其余相同功能的部件均可以互換。

圖5 準(zhǔn)軌動車輪對軸箱定位裝置

（3）中央懸掛裝置

中央懸掛裝置采用無搖枕結(jié)構(gòu)，由空氣彈簧全承載。由空氣彈簧、牽引裝置、橫向減振器、抗蛇行減振器（僅準(zhǔn)軌裝配）、高度閥、抗側(cè)滾扭桿裝置等組成。為滿足車體在準(zhǔn)軌、米軌轉(zhuǎn)向架間的互換，準(zhǔn)軌、米軌轉(zhuǎn)向架與車體的機械接口一致，其中抗蛇行減振器及其安裝座只有準(zhǔn)軌轉(zhuǎn)向架設(shè)有。中央懸掛裝置見圖6。

為滿足準(zhǔn)軌、米軌轉(zhuǎn)向架與車體接口相同，抗蛇行減振器兩端的安裝座與構(gòu)架、車體采用螺栓連接和圓銷定位結(jié)構(gòu)，米軌轉(zhuǎn)向架由于不設(shè)抗蛇行減振器，所以車體和構(gòu)架上不安裝相應(yīng)的減振器座。為滿足動車轉(zhuǎn)向架齒輪箱傳動軸的安裝，牽引體采用了橋式結(jié)構(gòu)，有效的避開了傳動軸空間上的干涉。

圖6 中央懸掛裝置

中央懸掛裝置懸掛參數(shù)的優(yōu)化選擇考慮兼顧車輛的運行穩(wěn)定性、舒適度和抗側(cè)滾性能，最終確定抗側(cè)滾扭桿裝置抗側(cè)滾剛度為1.5 MN·m/rad，二系橫向減振器阻尼為40 k N·m/s，每個空氣彈簧節(jié)流孔阻尼為40 k N·m/s，二系橫向止擋間隙為25 mm，空車每空氣彈簧二系垂向剛度取0.390 MN·m；空車每空氣彈簧二系橫向剛度取0.128 MN/m，并在準(zhǔn)軌轉(zhuǎn)向架設(shè)置抗蛇行減振器，阻尼為250 k N·m/s。

（4）基礎(chǔ)制動裝置

基礎(chǔ)制動采用盤形制動型式，動力和非動力轉(zhuǎn)向架均采用輪裝盤，每個車輪安裝1套?；A(chǔ)制動由克諾爾公司整套提供，其結(jié)構(gòu)形式為緊湊型，通過4個螺栓吊裝于構(gòu)架上，安裝拆卸簡單。見圖7。

整車基礎(chǔ)制動中只有拖車的部分制動缸帶停放制動，停放制動力由彈簧提供。為保證列車在負(fù)載工況下能停放在坡度為20‰的軌道上，停放制動每軸安裝一套。停放制動通過充氣緩解，也能手動進行緩解。

圖7 基礎(chǔ)制動裝置

動車轉(zhuǎn)向架由于前后齒輪箱通過萬向傳動軸連接，前后輪對具有相同的轉(zhuǎn)速，因此動車轉(zhuǎn)向架上只需設(shè)置一套防滑裝置即可。而拖轉(zhuǎn)向架前后輪對需分別設(shè)有一套防滑裝置。

（5）傳動裝置

動車轉(zhuǎn)向架采用兩個齒輪箱，分別安裝于兩根動車車軸。動車車軸的主齒輪箱為“初級齒輪箱”通過主萬向軸接受液力傳動裝置的動力扭矩并通過2級萬向軸將扭矩傳輸給車軸“次級齒輪箱”，見圖8。

圖8 傳動裝置

（6）輔助設(shè)備

為滿足動車轉(zhuǎn)向架牽引需求，在動車轉(zhuǎn)向架端部設(shè)有撒沙管安裝座，同時在整車兩端第一條輪對上設(shè)有排障器，見圖7所示；撒沙管安裝座和排障器通過模塊化設(shè)計集成到一個支架上，該支架在研制過程中按IEC 61373標(biāo)準(zhǔn)要求進行了沖擊振動試驗，并滿足相應(yīng)要求。

3 仿真分析計算

在轉(zhuǎn)向架開發(fā)過程中，采用了大量的UIC、EN標(biāo)準(zhǔn)體系，特別體現(xiàn)在仿真分析計算及型式試驗等方面。

（1）強度分析計算

根據(jù)UIC 515-4、UIC 615-4、ERRI B12/RP60、EN 13749標(biāo)準(zhǔn)要求，借助ANSYS軟件對突尼斯內(nèi)燃動車組準(zhǔn)軌、米軌轉(zhuǎn)向架構(gòu)架進行了有限元應(yīng)力分析，并對構(gòu)架進行了靜強度和疲勞強度評估以及模態(tài)分析，結(jié)果表明以上轉(zhuǎn)向架構(gòu)架靜強度和疲勞強度滿足要求，準(zhǔn)軌構(gòu)架的第一階固有頻率為36.7 Hz，彈性振型特征為兩側(cè)梁反向點頭；米軌構(gòu)架的第一階固有頻率為33.2 Hz，彈性振型特征為兩側(cè)梁反向點頭。圖9和圖10分別是構(gòu)架的有限元離散模型及構(gòu)架合成動應(yīng)力幅值云圖。

此外、根據(jù)EN 13104、UIC 515-3、UIC 510-5、EN13260、EN13262等歐洲標(biāo)準(zhǔn)要求對轉(zhuǎn)向架車軸、車輪、牽引銷、牽引體等關(guān)鍵受力部件強度進行了分析計算及試驗。結(jié)果表明，以上關(guān)鍵受力部件結(jié)構(gòu)強度滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

（2）動力學(xué)性能預(yù)測

圖9 準(zhǔn)軌構(gòu)架和米軌構(gòu)架有限元離散模型

針對線路不平順較大，小曲線較多的特點對準(zhǔn)軌動車轉(zhuǎn)向架、米軌動車轉(zhuǎn)向架進行了動力學(xué)性能計算和懸掛參數(shù)優(yōu)化分析［2］，其結(jié)論如下：

圖10 準(zhǔn)軌構(gòu)架和米軌構(gòu)架｜合成動應(yīng)力幅值云圖

①車輛直線運行平穩(wěn)性

準(zhǔn)軌內(nèi)燃動車組在160 km/h速度范圍內(nèi)，米軌內(nèi)燃動車組在130 km/h速度范圍內(nèi)，空車、定員及超載工況下的最大橫向加速度和最大垂向加速度均小于2.5 m/s2，且橫向加速度均方根值小于0.5 m/s2，垂向加速度均方根值小于0.75 m/s2，運行要求滿足UIC-518相關(guān)規(guī)定。各工況下的橫向和垂向平穩(wěn)性指標(biāo)均小于2.8，滿足標(biāo)書規(guī)定要求。

②對車輛曲線通過安全性進行了預(yù)測

準(zhǔn)軌內(nèi)燃動車組、米軌內(nèi)燃動車組在各種載荷工況下，通過R100、R250、R400、R600、R800、R1 000和R1 500（僅準(zhǔn)軌）曲線時，在所計算速度范圍內(nèi)，輪軸橫向力H、脫軌系數(shù)Q/P、輪重減載率ΔP/P和傾覆系數(shù)D等各項動力學(xué)指標(biāo)都在GB 5599-85和UIC-518相關(guān)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)，滿足車輛的運行安全性要求。

此外還針對空氣彈簧失效、二系橫向減振器失效一半、準(zhǔn)軌動車抗蛇行減振器失效一半等故障工況進行了動力學(xué)性能分析，并提出了相應(yīng)的限速運行要求。

（3）RAMS研究

RAMS是可靠性（Reliability）、可用性（Availability）、可維修性（Maintainabitity）和安全性（Safety）的簡稱。

通過對轉(zhuǎn)向架零部件故障率預(yù)測和硬件級故障模式、影響及危害性分析（FMECA分析），列出了轉(zhuǎn)向架可靠性關(guān)鍵清單，同時根據(jù)硬件級FMECA分析結(jié)果，辨別出設(shè)計薄弱環(huán)節(jié)，并采取有針對性的改進措施，進而提高了列車的可靠性和安全性。

4 型式試驗

（1）構(gòu)架靜強度及疲勞強度試驗

構(gòu)架按照UIC標(biāo)準(zhǔn)要求進行了構(gòu)架靜強度及疲勞強度試驗，試驗次數(shù)1 000萬次。經(jīng)探傷檢查，沒有出現(xiàn)疲勞裂紋，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

（2）動車組線路動力學(xué)性能試驗

首列動車組于2012年10月交付突尼斯國鐵現(xiàn)場，并在線路上完成了2 000 km的磨合運行之后，準(zhǔn)軌和米軌動車組分別按照UIC 518正常方法和簡易方法進行了動力學(xué)性能試驗，受線路限制準(zhǔn)軌最高試驗速度達到130 km/h，米軌最高試驗速度達到143 km/h，試驗結(jié)果指標(biāo)脫軌系數(shù)最大估計值0.78，最大橫向和垂向平穩(wěn)性分別為2.7、2.73，車體最大橫向和垂向加速度估計值分別為2.0 m/s2、2.44 m/s2；車體橫向和垂向加速度的最大均方根值分別為0.49 m/s2、0.73 m/s2，準(zhǔn)靜態(tài)橫向加速度的最大估計值為0.33 m/s2，各項動力學(xué)測試指標(biāo)與計算相比基本吻合，各項動力學(xué)性能指標(biāo)均達到了標(biāo)準(zhǔn)要求。

5 結(jié)束語

裝用準(zhǔn)軌PW16D/T-Ⅰ型轉(zhuǎn)向架和米軌PWM13D/T-Ⅰ型轉(zhuǎn)向架的DMU是為滿足突尼斯國鐵SNCFT的低噪聲和高舒適度要求而研制的，該系列轉(zhuǎn)向架較大程度的采用了模塊化設(shè)計，同時采用了液力傳動等新結(jié)構(gòu)及新技術(shù)，現(xiàn)已完成了設(shè)計、理論分析計算，產(chǎn)品生產(chǎn)，并在突尼斯成功完成了2 000 km的磨合運行以及相關(guān)型式試驗并于2013年1月成功的投入商業(yè)運營。

該DMU自投入運營以來現(xiàn)已在突尼斯國鐵線路上安全服役1年，1年來DMU以優(yōu)越的運行品質(zhì)得到了突尼斯各界人員的好評。

［1］ 嚴(yán)雋耄.車輛工程［M］.北京：中國鐵道出版社，2006.

［2］ 西南交通大學(xué)牽引動力國家重點實驗室.南車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司出口突尼斯準(zhǔn)、米軌內(nèi)燃動車動力學(xué)性能計算報告［R］.2010.

［3］ 北京交通大學(xué)結(jié)構(gòu)強度檢測實驗室.南車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司出口突尼斯內(nèi)燃動車組準(zhǔn)、米軌轉(zhuǎn)向架構(gòu)架構(gòu)架靜強度和疲勞強度以及模態(tài)分析報告［R］.2010.

［4］ 鐵道部產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心機車車輛檢驗站.浦鎮(zhèn)公司出口突尼斯內(nèi)燃動車組（準(zhǔn)軌）牽引、制動和動力學(xué)專項性能試驗報告［R］.2012.

［5］ 北京交通大學(xué)結(jié)構(gòu)強度檢測實驗室.突尼斯內(nèi)燃動車組準(zhǔn)軌轉(zhuǎn)向架構(gòu)架產(chǎn)品質(zhì)量檢驗報告［R］.2011.

Development of the Bogie for DMU Exported to Tunisia

WANG Riyi，TAO Zhaoshan，SUN Haidong，HU Dingxiang
（CSR Nanjing Puzheng Rolling Stock Co.，Ltd.，Nanjing 210031 Jiangsu，China）

This paper introduced the structure characteristics of the PW16D/T and PWM13D/T bogie for DMU exported to Tunisia，and elaborated the static strength，fatigue strength calculation，dynamic calculation and test verification.

DMU；bogie；structure；design

U266.1.5

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2014.03.11

1008－7842（2014）03－0043－04

1—）男，工程師（

2014－03－01）