姜永輝,丁長權,劉余龍,顏志軍,陶功安
(中車株洲電力機車有限公司 產(chǎn)品研發(fā)中心,湖南 株洲 412001)
城市軌道交通線路通常具有曲線多、半徑小的特點,對車輛的曲線通過性要求越來越明顯,特別是一些國外城市,軌道交通線路曲線最小半徑達20~40m,而常規(guī)地鐵車輛一般通過最小曲線半徑約為100~150m。所以在此類車輛設計過程中,考核車輛的曲線通過能力顯得尤為重要。
文章設計了一種帶搖枕鉸接式轉向架的鉸接結構,該結構可滿足車輛順利通過了40m(甚至更?。┌霃角€要求。該鉸接結構已成功應用于土耳其伊茲密爾輕軌、馬來西亞安邦線輕軌、華為松山湖輕軌等項目,車輛曲線通過能力及各項動力學指標均滿足相關標準要求。
轉向架相關設計參數(shù)如表1所示。
表1 轉向架相關設計參數(shù)
鉸接結構主要包括A節(jié)車體連接臂、B節(jié)車體連接臂、三環(huán)回轉支承、橡膠軸套組件、搖枕等部件,如圖1所示??諝鈴椈勺溆跇嫾軆蓚葌攘?,搖枕坐落在兩空氣彈簧之上,三環(huán)回轉支承坐落在搖枕中央,其中環(huán)通過螺栓與搖枕緊固連接,外環(huán)與A節(jié)車體連接臂通過螺栓緊固連接,內(nèi)環(huán)通過橡膠軸套組件過渡與B節(jié)車體連接臂連接。
當車輛通過曲線線路時,兩相鄰車體通過A、B兩節(jié)車體連接臂(即三環(huán)回轉支承外環(huán)、內(nèi)環(huán))實現(xiàn)與轉向架(回轉支承中環(huán))的相對轉動,即順利通過曲線線路。
圖1 鉸接結構
(1)搖枕。搖枕作為鉸接結構乃至轉向架的關鍵部件,設計時應保證其具有可靠的剛度與強度,在此基礎上,應盡量做到結構簡單,制造容易,功能集成且維護檢修方便。
該搖枕主體結構由上下蓋板及前后側板焊接而成,為保證搖枕的剛度與強度,搖枕內(nèi)部設置了加強筋板。搖枕中部呈“魚腹”形,一定程度上提高了搖枕的承載能力,并降低了車體的高度。該搖枕可謂承上啟下,集眾多安裝接口與一身,主要包括搖頭止擋(1),回轉支承安裝座(2),垂向減振器安裝座(3),空氣管路(4),高度調(diào)節(jié)安裝座(5),橫向減振器安裝座(6),整體起吊座(7),牽引桿安裝座(8)等,如圖2所示。
搖枕主體材料采用16MnDR鋼板焊接結構。按照國際鐵路聯(lián)盟標準UIC615-1《牽引單元:轉向架和走行裝置-結構部件的一般規(guī)定》,搖枕的強度需滿足5g沖擊載荷不斷裂,3g沖擊不屈服要求,同時結合歐洲標準 EN 12663-1/2010《鐵路應用-鐵路機車和客車車體結構的強度要求》的規(guī)定,校核搖枕的疲勞強度。
圖2 搖枕結構
搖枕焊接標準為EN15085,優(yōu)先選用對接焊縫和單邊V形焊縫;焊縫位于低應力區(qū)。圖3表明搖枕上全部節(jié)點都落在Goodman母材疲勞曲線和焊縫疲勞曲線內(nèi),搖枕主體結構和焊縫疲勞強度滿足標準要求。
圖3 搖枕Goodman曲線
(2)三環(huán)回轉支承結構?;剞D支承為三環(huán)結構,位于搖枕和車體之間,是實現(xiàn)車體與轉向架相對回轉運動的關鍵功能性部件?;剞D支承的應用可大幅度提高車輛對城市軌道交通曲線多、半徑小等特點的適用性。
回轉支承屬于軸承類,產(chǎn)品已達標準化、系列化,其主體結構主要包括外套圈(1)、密封圈(2)、滾動體(3)、隔離塊(4)、中套圈(5)、內(nèi)套圈(6)、油杯(7)等,如圖 4所示,回轉支承各套圈及滾動體材質(zhì)滿足JB/T 2300-1999。
回轉支承的回轉力矩一般較低,遠低于常規(guī)車輛轉彎時因空氣彈簧扭轉產(chǎn)生的恢復力矩,因此回轉支承的應用可避免空氣彈簧產(chǎn)生扭轉變形,減小空氣彈簧的水平位移,提高空氣彈簧的使用壽命。對二系垂向減振器也有同樣的效果,使垂向減振器主要處于垂向運動狀態(tài),避免減振器橡膠關節(jié)出現(xiàn)偏轉、扭轉現(xiàn)象,提高橡膠關節(jié)的使用壽命。
圖4 三環(huán)回轉支承結構
在鉸接結構中,回轉支承安裝在搖枕上,如圖4所示?;剞D支承主要承受來自車體的三向載荷及傾覆力矩,其受力狀況相對較為復雜;另外,在回轉支承選型設計時,還應考慮其限界尺寸、回轉力矩、拆裝潤滑便捷等因素。
(3)兩車體連接臂組裝,如圖5所示。鉸接結構主要包括三環(huán)結構回轉支承(1,2,3)、橡膠軸套組件(4)、A節(jié)車體連接臂(5)、橫向限位止擋(6)、B節(jié)車體連接臂(7)等?;剞D支承中間套圈通過螺栓與搖枕緊固連接,外套圈通過螺栓與A節(jié)車體連接臂(5)緊固連接,內(nèi)套圈通過橡膠軸套組件(4)過渡與B節(jié)車體連接臂連接(7)。為防止車體橫向晃動引起B(yǎng)節(jié)連接臂(7)相對橡膠軸套組件(4)橫向滑動,特在其間設有一橫向限位彈性擋塊(6)。
圖5 兩車體連接臂組裝
橡膠軸套組件(4)由上、下安裝座和橡膠軸套組成。其中下安裝座與三環(huán)回轉支承內(nèi)套圈通過螺栓緊固連接,橡膠軸套(2)與B節(jié)連接臂壓合后通過螺栓將上安裝座與下安裝座緊固連接。
A節(jié)、B節(jié)車體連接臂均為鍛件結構。A節(jié)連接臂上部通過兩排平行螺栓與A節(jié)車體連接,下部環(huán)向平面與回轉支承外環(huán)通過螺栓緊固連接;B節(jié)連接臂圓軸部位與橡膠軸套組件壓合,平板部分通過兩排螺栓與B節(jié)車體連接。兩連接臂均設置了定位凸臺與卡槽,增強了與車體連接的可靠性。
該鉸接結構為適應軌道交通車輛線路彎道多且曲線小的特點而設計,其結構簡單、設計合理,滿足了轉向架與車體的縱向牽引、回轉靈活、過小半徑曲線能力強等特性要求。目前,該鉸接結構已先后成功應用于土耳其伊茲密爾輕軌車輛、馬來西亞安邦線輕軌車輛及華為松山湖輕軌等車輛。車輛運營情況良好,曲線通過性能優(yōu)越,各項動力學指標均滿足運行要求,該鉸接結構的成功研制,為進一步開拓國內(nèi)外城市軌道交通車輛提供技術支撐。
[1]丁長權,姜永輝,劉暉霞,等.鉸接式輕軌車輛轉向架研制[J].技術與市場,2017,(4).
[2]南車株洲電力機車有限公司.一種搖枕與兩節(jié)車體連接的鉸接結構:中國,ZL 2014 1 0382493.X 2014-08-06.
[3]姜永輝,陶功安,張文濤,等.一種輕軌車輛轉向架中央懸掛裝置設計[J].電機車與城軌車輛,2017,(5).
[4]姜永輝.回轉支承在軌道交通車輛轉向架中的選型計算[J].技術與市場,2013,20(5):91-93.