姜永輝，丁長(zhǎng)權(quán)，劉余龍，顏志軍，陶功安

（中車株洲電力機(jī)車有限公司 產(chǎn)品研發(fā)中心，湖南 株洲 412001）

1 概述

城市軌道交通線路通常具有曲線多、半徑小的特點(diǎn)，對(duì)車輛的曲線通過(guò)性要求越來(lái)越明顯，特別是一些國(guó)外城市，軌道交通線路曲線最小半徑達(dá)20～40m，而常規(guī)地鐵車輛一般通過(guò)最小曲線半徑約為100～150m。所以在此類車輛設(shè)計(jì)過(guò)程中，考核車輛的曲線通過(guò)能力顯得尤為重要。

文章設(shè)計(jì)了一種帶搖枕鉸接式轉(zhuǎn)向架的鉸接結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可滿足車輛順利通過(guò)了40m（甚至更小）半徑曲線要求。該鉸接結(jié)構(gòu)已成功應(yīng)用于土耳其伊茲密爾輕軌、馬來(lái)西亞安邦線輕軌、華為松山湖輕軌等項(xiàng)目，車輛曲線通過(guò)能力及各項(xiàng)動(dòng)力學(xué)指標(biāo)均滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

2 主要技術(shù)參數(shù)

轉(zhuǎn)向架相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

表1 轉(zhuǎn)向架相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)

3 鉸接結(jié)構(gòu)與功能

鉸接結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)支承、橡膠軸套組件、搖枕等部件，如圖1所示?？諝鈴椈勺溆跇?gòu)架兩側(cè)側(cè)梁，搖枕坐落在兩空氣彈簧之上，三環(huán)回轉(zhuǎn)支承坐落在搖枕中央，其中環(huán)通過(guò)螺栓與搖枕緊固連接，外環(huán)與A節(jié)車體連接臂通過(guò)螺栓緊固連接，內(nèi)環(huán)通過(guò)橡膠軸套組件過(guò)渡與B節(jié)車體連接臂連接。

當(dāng)車輛通過(guò)曲線線路時(shí)，兩相鄰車體通過(guò)A、B兩節(jié)車體連接臂（即三環(huán)回轉(zhuǎn)支承外環(huán)、內(nèi)環(huán)）實(shí)現(xiàn)與轉(zhuǎn)向架（回轉(zhuǎn)支承中環(huán)）的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，即順利通過(guò)曲線線路。

圖1 鉸接結(jié)構(gòu)

（1）搖枕。搖枕作為鉸接結(jié)構(gòu)乃至轉(zhuǎn)向架的關(guān)鍵部件，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證其具有可靠的剛度與強(qiáng)度，在此基礎(chǔ)上，應(yīng)盡量做到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，功能集成且維護(hù)檢修方便。

該搖枕主體結(jié)構(gòu)由上下蓋板及前后側(cè)板焊接而成，為保證搖枕的剛度與強(qiáng)度，搖枕內(nèi)部設(shè)置了加強(qiáng)筋板。搖枕中部呈“魚(yú)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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)。按照國(guó)際鐵路聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)UIC615-1《牽引單元：轉(zhuǎn)向架和走行裝置－結(jié)構(gòu)部件的一般規(guī)定》，搖枕的強(qiáng)度需滿足5g沖擊載荷不斷裂，3g沖擊不屈服要求，同時(shí)結(jié)合歐洲標(biāo)準(zhǔn) EN 12663-1/2010《鐵路應(yīng)用-鐵路機(jī)車和客車車體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度要求》的規(guī)定，校核搖枕的疲勞強(qiáng)度。

圖2 搖枕結(jié)構(gòu)

搖枕焊接標(biāo)準(zhǔn)為EN15085，優(yōu)先選用對(duì)接焊縫和單邊V形焊縫；焊縫位于低應(yīng)力區(qū)。圖3表明搖枕上全部節(jié)點(diǎn)都落在Goodman母材疲勞曲線和焊縫疲勞曲線內(nèi)，搖枕主體結(jié)構(gòu)和焊縫疲勞強(qiáng)度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖3 搖枕Goodman曲線

（2）三環(huán)回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)?；剞D(zhuǎn)支承為三環(huán)結(jié)構(gòu)，位于搖枕和車體之間，是實(shí)現(xiàn)車體與轉(zhuǎn)向架相對(duì)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵功能性部件?；剞D(zhuǎn)支承的應(yīng)用可大幅度提高車輛對(duì)城市軌道交通曲線多、半徑小等特點(diǎn)的適用性。

回轉(zhuǎn)支承屬于軸承類，產(chǎn)品已達(dá)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，其主體結(jié)構(gòu)主要包括外套圈（1）、密封圈（2）、滾動(dòng)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(zhuǎn)支承各套圈及滾動(dòng)體材質(zhì)滿足JB/T 2300-1999。

回轉(zhuǎn)支承的回轉(zhuǎn)力矩一般較低，遠(yuǎn)低于常規(guī)車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)因空氣彈簧扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的恢復(fù)力矩，因此回轉(zhuǎn)支承的應(yīng)用可避免空氣彈簧產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)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(duì)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(yùn)動(dòng)狀態(tài)，避免減振器橡膠關(guān)節(jié)出現(xiàn)偏轉(zhuǎn)、扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象，提高橡膠關(guān)節(jié)的使用壽命。

圖4 三環(huán)回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)

在鉸接結(jié)構(gòu)中，回轉(zhuǎn)支承安裝在搖枕上，如圖4所示?；剞D(zhuǎn)支承主要承受來(lái)自車體的三向載荷及傾覆力矩，其受力狀況相對(duì)較為復(fù)雜；另外，在回轉(zhuǎn)支承選型設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)考慮其限界尺寸、回轉(zhuǎn)力矩、拆裝潤(rùn)滑便捷等因素。

（3）兩車體連接臂組裝，如圖5所示。鉸接結(jié)構(gòu)主要包括三環(huán)結(jié)構(gòu)回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)支承中間套圈通過(guò)螺栓與搖枕緊固連接，外套圈通過(guò)螺栓與A節(jié)車體連接臂（5）緊固連接，內(nèi)套圈通過(guò)橡膠軸套組件（4）過(guò)渡與B節(jié)車體連接臂連接（7）。為防止車體橫向晃動(dòng)引起B(yǎng)節(jié)連接臂（7）相對(duì)橡膠軸套組件（4）橫向滑動(dòng)，特在其間設(shè)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(zhuǎn)支承內(nèi)套圈通過(guò)螺栓緊固連接，橡膠軸套（2）與B節(jié)連接臂壓合后通過(guò)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(jié)構(gòu)。A節(jié)連接臂上部通過(guò)兩排平行螺栓與A節(jié)車體連接，下部環(huán)向平面與回轉(zhuǎn)支承外環(huán)通過(guò)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(guò)兩排螺栓與B節(jié)車體連接。兩連接臂均設(shè)置了定位凸臺(tái)與卡槽，增強(qiáng)了與車體連接的可靠性。

4 結(jié)語(yǔ)

該鉸接結(jié)構(gòu)為適應(yīng)軌道交通車輛線路彎道多且曲線小的特點(diǎn)而設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)合理，滿足了轉(zhuǎn)向架與車體的縱向牽引、回轉(zhuǎn)靈活、過(guò)小半徑曲線能力強(qiáng)等特性要求。目前，該鉸接結(jié)構(gòu)已先后成功應(yīng)用于土耳其伊茲密爾輕軌車輛、馬來(lái)西亞安邦線輕軌車輛及華為松山湖輕軌等車輛。車輛運(yùn)營(yíng)情況良好，曲線通過(guò)性能優(yōu)越，各項(xiàng)動(dòng)力學(xué)指標(biāo)均滿足運(yùn)行要求，該鉸接結(jié)構(gòu)的成功研制，為進(jìn)一步開(kāi)拓國(guó)內(nèi)外城市軌道交通車輛提供技術(shù)支撐。

［1］丁長(zhǎng)權(quán)，姜永輝，劉暉霞，等.鉸接式輕軌車輛轉(zhuǎn)向架研制［J］.技術(shù)與市場(chǎng)，2017，（4）.

［2］南車株洲電力機(jī)車有限公司.一種搖枕與兩節(jié)車體連接的鉸接結(jié)構(gòu)：中國(guó)，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(zhuǎn)向架中央懸掛裝置設(shè)計(jì)［J］.電機(jī)車與城軌車輛，2017，（5）.

［4］姜永輝.回轉(zhuǎn)支承在軌道交通車輛轉(zhuǎn)向架中的選型計(jì)算［J］.技術(shù)與市場(chǎng)，2013，20（5）：91-93.