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        速度160 km/h快速軌道車用SDB-160型轉(zhuǎn)向架研制

        2015-10-15 03:15:55趙峰強賈海燕周業(yè)明高希妨
        鐵道機車車輛 2015年5期
        關(guān)鍵詞:轉(zhuǎn)向架設(shè)計

        趙峰強,賈海燕,周業(yè)明,高希妨

        (1 南車四方車輛有限公司 產(chǎn)品開發(fā)部,山東青島266031;2 南車青島四方機車車輛股份有限公司 技術(shù)中心,山東青島266031)

        速度160 km/h快速軌道車用SDB-160型轉(zhuǎn)向架研制

        趙峰強1,賈海燕1,周業(yè)明2,高希妨1

        (1 南車四方車輛有限公司產(chǎn)品開發(fā)部,山東青島266031;2 南車青島四方機車車輛股份有限公司技術(shù)中心,山東青島266031)

        介紹了速度160 km/h快速軌道車用SDB-160型轉(zhuǎn)向架的研制背景、技術(shù)參數(shù)、結(jié)構(gòu)特點及試驗情況。

        160k m/h;SDB-160型;動力轉(zhuǎn)向架;交流傳動;動力學(xué)

        目前國內(nèi)鐵路公務(wù)部門使用的各種軌道車速度均小于或等于120 km/h,隨著中國既有鐵路大范圍提速到160~200 km/h以及新建200 km/h及以上客運專線的通車,為滿足新形勢下的鐵路檢修、維護需要,必須研制速度大于或等于160 km/h的快速軌道車、維修車、檢測車等裝備。

        2009年10月中國南車股份有限公司組織開展了最高運行速度160 km/h G C D-600型交流傳動快速軌道車的研制工作,由南車四方車輛有限公司聯(lián)合南車青島四方機車車輛股份有限公司負(fù)責(zé)進行軌道車用轉(zhuǎn)向架的研制工作,該轉(zhuǎn)向架定名為SDB-160型轉(zhuǎn)向架。

        轉(zhuǎn)向架設(shè)計方案是根據(jù)南車四方車輛有限公司長期積累的轉(zhuǎn)向架設(shè)計、制造以及檢修運用維護經(jīng)驗,以國內(nèi)提速客車、高速動車組及地鐵車輛中經(jīng)過運用驗證的成熟轉(zhuǎn)向架技術(shù)為基礎(chǔ)進行設(shè)計開發(fā),并針對工程車輛的應(yīng)用條件對各部結(jié)構(gòu)及技術(shù)參數(shù)進行了進一步優(yōu)化,使該轉(zhuǎn)向架具有較好的綜合性能。

        1 SDB-160型轉(zhuǎn)向架簡介

        SDB-160型轉(zhuǎn)向架是以經(jīng)過運用驗證的成熟結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),結(jié)合EMU高速動車組轉(zhuǎn)向架技術(shù),按照技術(shù)先進可靠、結(jié)構(gòu)簡潔、維護工作量小的原則進行開發(fā)設(shè)計。主要由構(gòu)架、輪對軸箱及定位裝置、中央懸掛和牽引裝置、驅(qū)動裝置和制動裝置組成。轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)見圖1。

        轉(zhuǎn)向架為無搖枕結(jié)構(gòu),主要技術(shù)參數(shù)見表1。

        2 轉(zhuǎn)向架主要部件設(shè)計

        2.1構(gòu)架組成設(shè)計

        構(gòu)架是轉(zhuǎn)向架的重要部件,是其他零部件的安裝基礎(chǔ),也是承載體和傳力體,故構(gòu)架的結(jié)構(gòu)形式既要考慮與其他各有關(guān)零部件的相互位置和轉(zhuǎn)向架總體布置,又要考慮構(gòu)架具有足夠的強度和剛度要求,以保證結(jié)構(gòu)緊湊、安全可靠。構(gòu)架在設(shè)計中考慮了各梁盡可能設(shè)計成等強度梁,以保證獲得最大強度和最小自重[1]。

        圖1 SDB-160型轉(zhuǎn)向架三維模型

        表1 SDB-160型轉(zhuǎn)向架主要技術(shù)參數(shù)

        轉(zhuǎn)向架構(gòu)架(圖2)采用了H型焊接結(jié)構(gòu),由側(cè)梁、橫梁和空氣彈簧支承梁等主要部件組成。構(gòu)架的靜強度和疲勞強度評定按UIC 615-4-2003確定的計算載荷工況進行,計算結(jié)果表明:焊接構(gòu)架的焊縫區(qū)域和母材區(qū)域各節(jié)點的最大等效應(yīng)力均小于其相應(yīng)的許用應(yīng)力值,構(gòu)架的靜強度和疲勞強度滿足設(shè)計要求[2]。

        圖2 SDB-160型轉(zhuǎn)向架構(gòu)架模型

        2.2輪對和軸箱設(shè)計

        (1)輪對設(shè)計

        輪對由車輪、車軸、齒輪箱(包括從動齒輪)及輪裝制動盤組成。車輪強度計算及疲勞評判依據(jù)E N 13979進行,車軸設(shè)計滿足E N 13104-2001《鐵路應(yīng)用—輪對和轉(zhuǎn)向架—動軸—設(shè)計方法》標(biāo)準(zhǔn)對強度的要求。

        (2)軸箱設(shè)計

        設(shè)計結(jié)構(gòu)參照200E M U的成熟結(jié)構(gòu),為轉(zhuǎn)臂、軸箱一體式結(jié)構(gòu)(圖3),結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕;軸箱采用鑄鋼箱體,設(shè)計過程中根據(jù)軌道車的使用情況對軸箱體結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計;軸承采用經(jīng)過在電氣化鐵道系統(tǒng)中運用驗證的雙列分體式圓柱滾子軸承,軸承壽命大于200萬km。

        圖3 軸箱定位裝置

        2.3懸掛系統(tǒng)設(shè)計

        轉(zhuǎn)向架采用兩系懸掛系統(tǒng)。

        軸箱和構(gòu)架之間安裝有一系懸掛系統(tǒng)(圖3),它使軸箱在縱向、橫向及垂向?qū)崿F(xiàn)無間隙、無磨耗的彈性定位,并承受3個方向的載荷。

        二系懸掛(圖4)由組合式空氣彈簧、橫向油壓減振器、抗蛇行油壓減振器、自動高度調(diào)整閥、差壓閥、橫向止擋、調(diào)整墊等組成。

        圖4 二系懸掛組成

        2.4牽引裝置設(shè)計

        每臺轉(zhuǎn)向架設(shè)有一套“Z”字形中央牽引裝置(圖5),包括中央牽引銷、中心銷套、牽引梁組成、牽引拉桿等部件。

        中心銷的上端固定在車體的枕梁中心,下端插入牽引梁內(nèi),通過中心銷套將中心銷與牽引梁固定在一起,牽引梁和構(gòu)架之間通過兩個呈“Z”字形布置的牽引拉桿連接;中心銷套消除中心銷、牽引梁之間的間隙,實現(xiàn)了無間隙牽引,中心銷套的橡膠層變形還可以滿足車體和轉(zhuǎn)向架之間的相對轉(zhuǎn)動,從而消除了磨耗。牽引裝置承擔(dān)列車牽引力及制動力的同時還承擔(dān)橫向力。

        圖5 中央牽引裝置

        2.5驅(qū)動裝置設(shè)計

        驅(qū)動裝置(圖6)主要由牽引電機、齒輪箱、聯(lián)軸器組成。

        牽引電機采用變頻控制的交流電機,架懸式安裝;齒輪箱為平行軸式齒輪箱,采用鑄造分體式結(jié)構(gòu),一端通過軸承安裝于車軸上,另一端彈性地吊裝于構(gòu)架的橫梁上。采用斜齒輪一級減速傳動,飛濺潤滑。聯(lián)軸器采用W N齒式聯(lián)軸器,能滿足在各種工況下的電機軸與齒輪軸的變位要求,確保安全平穩(wěn)地運行。

        圖6 驅(qū)動裝置

        2.6基礎(chǔ)制動裝置設(shè)計

        轉(zhuǎn)向架基礎(chǔ)制動采用輪裝制動盤。每轉(zhuǎn)向架安裝4套制動夾鉗、制動缸,其中斜對角的兩個制動缸帶停放制動功能。停放制動夾鉗所產(chǎn)生的制動力能夠保證列車停放在最大坡道上不溜車。停車制動單元設(shè)有手動緩解拉環(huán),當(dāng)車輛無風(fēng)壓時,手動方式可方便地使車輛緩解。

        3 動力學(xué)性能

        設(shè)計時委托西南交通大學(xué)牽引動力試驗室依據(jù)G B 5599-85《鐵道車輛動力學(xué)性能評定和試驗鑒定規(guī)范》要求,對轉(zhuǎn)向架動力學(xué)性能進行了校核計算。

        3.1運動穩(wěn)定性分析

        通過仿真計算,SDB-160轉(zhuǎn)向架新造狀態(tài)下臨界速度大于300 km/h,運行一段時期后,隨著踏面斜度增加,各等效踏面錐度下臨界速度都大于240 km/h,穩(wěn)定裕量大于50%,滿足最高運行速度160 km/h的運營要求,詳見圖7[3]。

        3.2運行平穩(wěn)性分析

        通過采用國內(nèi)某實測線路譜,模擬分析了車輛以不同速度(40~180 km/h)在直線軌道上的運行情況,結(jié)果表明轉(zhuǎn)向架的橫、垂向平穩(wěn)性指標(biāo)和加速度指標(biāo)隨運行速度的增加呈增加趨勢,在40~180 km/h的運行速度范圍內(nèi),轉(zhuǎn)向架的橫、垂向平穩(wěn)性指標(biāo)平均值都小于2.5,符合G B 5599-85規(guī)定的優(yōu)秀等級要求,見圖8~圖9[3]。

        圖7 等效踏面錐度對臨界速度的影響

        圖8 車輛的平穩(wěn)性指標(biāo)

        圖9 車輛的加速度指標(biāo)

        4 試 驗

        4.1構(gòu)架靜強度和疲勞試驗

        構(gòu)架研制完成后,委托西南交通大學(xué)牽引動力試驗室進行了靜強度和疲勞強度試驗,試驗參照 UIC 615-4 -2003《動力車—轉(zhuǎn)向架和走行裝置—轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的結(jié)構(gòu)強度》和T B/T 2368-2005《動力轉(zhuǎn)向架構(gòu)架強度試驗方法》進行。

        試驗可知,構(gòu)架靜強度滿足要求;對模擬運行工況所得的靜強度試驗結(jié)果進行疲勞強度評估,各測點的應(yīng)力幅值均在G O O D M A N圖包絡(luò)線(圖10)內(nèi),構(gòu)架疲勞強度滿足要求[4]。

        疲勞試驗循環(huán)載荷總次數(shù)為1 000萬次,磁粉探傷和超聲波探傷檢查無裂紋,構(gòu)架疲勞強度試驗合格。

        圖10 疲勞強度評估G O O D M A N圖

        4.2動力學(xué)試驗

        轉(zhuǎn)向架研制完成后,整車2012年5月在隴海線(元龍—福臨堡—茂陵)進行了動力學(xué)線路試驗。通過試驗驗證,軌道車各項動力學(xué)指標(biāo)良好,平穩(wěn)性指標(biāo)最大為2.2,列車脫軌系數(shù)為0.56,動力學(xué)性能達到優(yōu)良等級。目前,該車已完成1年,1萬km的運用考核,運用情況良好。

        5 結(jié)束語

        通過仿真計算和試驗驗證,充分證明了SDB-160型轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)強度和動力學(xué)性能參數(shù),完全能滿足快速軌道車輛的運用要求。隨著中國鐵路的快速發(fā)展,快速、節(jié)能和高可靠性的工程車輛必將成為鐵路維護部門的新需求,160 km/h SDB-160型轉(zhuǎn)向架作為快速工程車輛的轉(zhuǎn)向架通用平臺,可以得到廣泛推廣。

        [1] 宋曉文,李言義,等.SYD-160型液力傳動動力分散動車組轉(zhuǎn)向架[J].鐵道車輛,2002,40(7):11-29.

        [2] 西南交通大學(xué).SDB-160型轉(zhuǎn)向架構(gòu)架強度分析報告[R].2010.

        [3] 西南交通大學(xué).SDB-160型轉(zhuǎn)向架動力學(xué)性能計算報告[R].2010.

        [4] 西南交通大學(xué).SDB-160型轉(zhuǎn)向架構(gòu)架靜強度和疲勞強度試驗報告[R].2012.

        Develop ment of SDB-160 Bogies Used in 160 km/h High Speed Railway Vehicles

        Z H A O Fengqiang1,JIA H aiyan1,Z H O U Yeming2,G A O Xifang1
        (1 Product Develop ment Department,CSR Qingdao Sifang Co.,Ltd.,Qingdao 266111 Shandong,China;2 Technique Center,CSR Qingdao Sifang Rolling Stock Research Institute Co.,Ltd.,Qingdao 266111 Shandong,China)

        The develop ment background,technical parameters,structure features and test conditions of SDB-160 type bogies used in 160k m/h high speed railway vehicles is described in this paper.

        160k m/h;SDB-160 type;m otor bogie;A C drive;dynamics

        U270.331

        A

        10.3969/j.issn.1008-7842.2015.05.12

        1008-7842(2015)05-0055-04

        趙峰強(1983—)男,工程師(2015-01-08)

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