李得花

（中車唐山機(jī)車車輛有限公司 高級工程師 河北 唐山 063035）

1 前言

出口阿根廷內(nèi)燃動(dòng)車組為三輛編組的寬軌內(nèi)燃動(dòng)車組，每列動(dòng)車組可單列運(yùn)行，也可雙列聯(lián)掛運(yùn)行，根據(jù)客流量的變化情況合理配置車輛編組，具有靈活、高速、舒適的特點(diǎn)。在阿根廷國內(nèi)線路缺乏日常合理的維護(hù)，線路條件很差的［1］情況下，專門研制出符合阿根廷路情的寬軌動(dòng)力轉(zhuǎn)向架。轉(zhuǎn)向架決定著客車的運(yùn)行品質(zhì)和行車安全［2-3］，該轉(zhuǎn)向架具有振動(dòng)噪聲低、運(yùn)行性能良好、零部件少、維修費(fèi)用低、易于組裝和分解等特點(diǎn)。

2 主要技術(shù)特點(diǎn)和參數(shù)

2.1 主要技術(shù)特點(diǎn)

1）轉(zhuǎn)向架采用空氣彈簧直接支承車體的結(jié)構(gòu)。

2）構(gòu)架主體為“H”形的焊接結(jié)構(gòu)。

3）一系采用轉(zhuǎn)臂軸箱定位裝置，起到減振及軸箱定位作用。

4）采用Z形結(jié)構(gòu)布置的牽引裝置來傳遞轉(zhuǎn)向架與車體之間的牽引力和制動(dòng)力。

5）輪盤制動(dòng)方式。

6）采用滾動(dòng)抱軸箱驅(qū)動(dòng)方式。

2.2 主要技術(shù)參數(shù) 見表1。

表1 轉(zhuǎn)向架主要技術(shù)參數(shù)

3 轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

阿根廷內(nèi)燃動(dòng)車組動(dòng)力轉(zhuǎn)向架采用無搖枕、軸箱外置式結(jié)構(gòu)。動(dòng)力轉(zhuǎn)向架由構(gòu)架、一系懸掛及輪對軸箱定位裝置、二系懸掛裝置、牽引裝置、驅(qū)動(dòng)裝置和基礎(chǔ)制動(dòng)裝置六大部分組成。每臺動(dòng)力轉(zhuǎn)向架有2 個(gè)動(dòng)力軸，兩套斜對稱布置的驅(qū)動(dòng)裝置，如圖1所示。

轉(zhuǎn)向架采用空氣彈簧直接支承車體的結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低，易維護(hù)，安全可靠性好的優(yōu)點(diǎn)。轉(zhuǎn)向架中所有零部件的設(shè)計(jì)以降低轉(zhuǎn)向架壽命周期成本為原則。為提高轉(zhuǎn)向架的維護(hù)性能，降低維護(hù)成本，轉(zhuǎn)向架采用模塊化、系列化的設(shè)計(jì)，動(dòng)力轉(zhuǎn)向架和非動(dòng)力轉(zhuǎn)向架大部分零部件可實(shí)現(xiàn)互換。

圖1 動(dòng)力轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)布局圖

3.1 構(gòu)架 轉(zhuǎn)向架構(gòu)架采用‘H’形結(jié)構(gòu)，由鋼板、鋼管和鍛鋼件焊接構(gòu)成。主要由側(cè)梁、橫梁、制動(dòng)吊座、電機(jī)吊座、牽引拉桿座等零件構(gòu)成。側(cè)梁為U型結(jié)構(gòu)，采用四塊板拼焊形式，在適當(dāng)位置設(shè)置加強(qiáng)筋板，鋼板厚度：下蓋板16 mm、腹板12 mm、上蓋板14 mm。橫梁采用203 X 14 無縫鋼管，貫通并延伸出兩側(cè)梁之外，避免橫梁端面與側(cè)梁外側(cè)平齊而易引起焊接缺陷的現(xiàn)象。構(gòu)架用的鋼板材質(zhì)采用腐蝕性能好的S 355 J 2 W（H），鋼管材質(zhì)采用Q 345 D。構(gòu)架組焊后經(jīng)退火處理，消除焊接應(yīng)力。如圖2所示。

圖2 構(gòu)架示意圖

3.2 輪對軸箱定位裝置 輪對軸箱定位裝置主要由輪對組成、轉(zhuǎn)臂軸箱組成及一系懸掛裝置等零部件組成，如圖3所示。

圖3 輪對軸箱定位裝置

車輪采用輪徑為920 mm的整體輾鋼車輪，執(zhí)行EN 13262［4］標(biāo)準(zhǔn)，采用阿根廷要求的NEFA706［5］踏面外形，車輪表面經(jīng)過整體加工。車軸由符合EN13261［6］的EA4T材料制成，車軸毛坯進(jìn)行超聲波探傷，加工完成后進(jìn)行磁粉探傷。軸承的選擇考慮阿根廷線路條件較差、軸重較大及維護(hù)水平較低，采用150×250 全密封圓錐滾子軸承，軸承的計(jì)算壽命大于300 萬公里。轉(zhuǎn)臂軸箱組成主要包括轉(zhuǎn)臂軸箱、全密封圓錐滾子軸承、防塵擋圈、壓板等。根據(jù)整車系統(tǒng)的需要，可在轉(zhuǎn)向架軸端安裝速度傳感器、溫度傳感器和接地裝置。

一系懸掛裝置采用鋼彈簧串聯(lián)橡橡膠堆并聯(lián)一系垂向減振器的結(jié)構(gòu)，同時(shí)針對鋼彈簧折斷等失效情況設(shè)置了一系垂向彈性止擋，適應(yīng)軸重較大的工況。

設(shè)計(jì)過程中在零部件的防松、防脫、防裂、防斷方面做了慎重的考慮，并充分考慮了阿根廷目前線路差、維護(hù)水平低的使用情況，做到了盡量少維護(hù)、免維護(hù)的要求。

3.3 二系懸掛裝置 為確保旅客乘坐的舒適性，每臺轉(zhuǎn)向架安裝2 套帶節(jié)流閥的空氣彈簧，節(jié)流閥具有垂向油壓減振器功能，不需要單獨(dú)安裝垂向減振器，對高頻激擾有較好的衰減性［7］。空氣彈簧支承車體的重量并提供車體與轉(zhuǎn)向架間的橫向位移和回轉(zhuǎn)變位。空氣彈簧采用疊層的輔助橡膠彈簧來維持在整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)垂向剛度并達(dá)到要求的性能。

橫向剛度通過剛度遞增的橫向緩沖器實(shí)現(xiàn)，該緩沖器能夠控制橫向乘坐舒適度。并且每臺轉(zhuǎn)向架配有2 套橫向油壓減振器，安裝在牽引銷和構(gòu)架之間，衰減車體的橫向振動(dòng)。

通過使用高度控制閥校正車體相對于轉(zhuǎn)向架的偏差，以控制車體在不同載客量情況下維持車輛高度不變。為保證一個(gè)轉(zhuǎn)向架兩側(cè)空氣彈簧的內(nèi)壓之差，在兩個(gè)空氣彈簧之間安裝1個(gè)差壓閥。

在空氣彈簧膠囊破損或失效的情況下，車體由輔助橡膠彈簧支承，從而保證車下各系統(tǒng)正常運(yùn)行，使車輛在沒有空氣彈簧工作的情況下，仍能持續(xù)運(yùn)行。如在空氣彈簧膠囊破損情況下，建議降低車輛運(yùn)行速度，使車輛能盡快回到維修站。

二系懸掛裝置主要由空氣彈簧、橫向減振器、橫向緩沖橡膠止擋、高度控制閥、差壓閥及管路等組成。如圖4所示。

圖4 二系懸掛裝置示意圖

3.4 牽引裝置 采用應(yīng)用成熟Z 形結(jié)構(gòu)布置的牽引拉桿來傳遞轉(zhuǎn)向架與車體之間的牽引力和制動(dòng)力。牽引拉桿的一端與牽引梁相連，另一端與轉(zhuǎn)向架構(gòu)架橫梁上的牽引座相連。這種結(jié)構(gòu)簡單，可實(shí)現(xiàn)低位牽引、落車工工藝簡單。牽引裝置主要由中心銷、牽引梁（內(nèi)置中心銷套）和牽引拉桿組成。如圖5所示。

圖5 二系懸掛裝置示意圖

3.5 基礎(chǔ)制動(dòng)裝置 基礎(chǔ)制動(dòng)裝置（見圖6）采用輪裝盤形制動(dòng)單元，每條輪對上安裝2套制動(dòng)盤，制動(dòng)盤直徑為640 mm?；A(chǔ)制動(dòng)裝置由四個(gè)制動(dòng)單元、手制動(dòng)連桿和制動(dòng)管路組成。制動(dòng)單元由制動(dòng)缸、制動(dòng)杠桿、杠桿吊座、制動(dòng)閘片等組成。每個(gè)制動(dòng)單元以三點(diǎn)懸掛的方式安裝在構(gòu)架橫梁上的制動(dòng)吊座上。制動(dòng)缸采用皮碗式帶手制動(dòng)機(jī)構(gòu)和不帶手制動(dòng)機(jī)構(gòu)兩種型式，帶有閘片間隙自動(dòng)調(diào)整器。每輛車配有1 套安裝有手制機(jī)構(gòu)的的制動(dòng)單元，可滿足停放制動(dòng)的要求。

圖6 基礎(chǔ)制動(dòng)裝置示意圖

3.6 驅(qū)動(dòng)裝置 驅(qū)動(dòng)裝置采用滾動(dòng)抱軸箱形式的驅(qū)動(dòng)裝置。動(dòng)力轉(zhuǎn)向架裝有兩套對稱布置的驅(qū)動(dòng)裝置，每套驅(qū)動(dòng)單元裝置主要由牽引電機(jī)和電機(jī)懸掛件等零部件組成，如圖7所示。

牽引電機(jī)采用抱軸式彈性半懸掛方式，一側(cè)與滾動(dòng)抱軸箱聯(lián)結(jié)，另一側(cè)采用一個(gè)電機(jī)吊桿懸掛在構(gòu)架上，牽引電機(jī)吊座上安裝有橡膠彈性元件，可實(shí)現(xiàn)輪對與構(gòu)架之間相對位移。

圖7 驅(qū)動(dòng)裝置示意圖

4 計(jì)算分析

4.1 動(dòng)力學(xué)性能計(jì)算 采用Simpack 動(dòng)力學(xué)分析軟件，對速度120 km／h 的阿根廷內(nèi)燃動(dòng)車組按照GB5599［8］進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)性能分析，并對一系、二系懸掛件的剛度及阻尼等參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。通過計(jì)算得出如下結(jié)論［9］：

1）出口阿根廷寬軌內(nèi)燃動(dòng)車組動(dòng)車新造狀態(tài)下臨界速度超過120 km/h，且有一定的裕量，能夠滿足運(yùn)營要求。

2）在美國二級譜的作用下，新造狀態(tài)下出口阿根廷寬軌內(nèi)燃動(dòng)車組動(dòng)車運(yùn)行速度不大于70 km/h時(shí)，橫向和垂向平穩(wěn)性指標(biāo)和最大振動(dòng)加速度均滿足相關(guān)規(guī)范的優(yōu)級標(biāo)準(zhǔn)；在美國三級譜的作用下，新造狀態(tài)下出口阿根廷寬軌內(nèi)燃動(dòng)車組動(dòng)車運(yùn)行速度不大于90 km/h時(shí)，橫向和垂向平穩(wěn)性指標(biāo)和最大振動(dòng)加速度均滿足相關(guān)規(guī)范的優(yōu)級標(biāo)準(zhǔn)；在美國四、五級譜的作用下，新造狀態(tài)下出口阿根廷寬軌內(nèi)燃動(dòng)車組動(dòng)車運(yùn)行速度不大于100 km/h 時(shí)，橫向和垂向平穩(wěn)性指標(biāo)和最大振動(dòng)加速度均滿足相關(guān)規(guī)范的優(yōu)級標(biāo)準(zhǔn)。

3）出口阿根廷寬軌內(nèi)燃動(dòng)車組動(dòng)車新造狀態(tài)能夠以不同的速度安全通過半徑300 m、500 m、800 m的曲線，各項(xiàng)安全性能指標(biāo)均在各相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)限定的限度范圍內(nèi)。

4）各載重工況下，出口阿根廷寬軌內(nèi)燃動(dòng)車組動(dòng)車新造狀態(tài)下柔度系數(shù)均能滿足UIC 505-5［10］的要求。

4.2 關(guān)鍵部件強(qiáng)度計(jì)算 為確保設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的可靠性和車輛運(yùn)行性能的安全性，對構(gòu)架等關(guān)鍵部件按UIC 615-4［11］進(jìn)行了靜強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度和剛度分析計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明，構(gòu)架設(shè)計(jì)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，對橫側(cè)梁聯(lián)結(jié)處、一系彈簧安裝座、制動(dòng)吊座等部位進(jìn)行了重點(diǎn)評估和優(yōu)化。同時(shí)對車軸強(qiáng)、車輪、轉(zhuǎn)臂軸箱、牽引拉桿、中心銷、牽引梁等零件進(jìn)行了有限元強(qiáng)度計(jì)算，計(jì)算結(jié)果表明，可以滿足轉(zhuǎn)向架各工況下的強(qiáng)度要求。

5 構(gòu)架疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)

2014 年9 月，在原鐵道部產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心機(jī)車車輛檢驗(yàn)站完成了構(gòu)架的靜載荷試驗(yàn)和疲勞試驗(yàn)，按照UIC615-4［11］要求進(jìn)行了疲勞試驗(yàn)，疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)第1階段進(jìn)行600萬次載荷循環(huán)，第2、3階段各進(jìn)行200 萬次載荷循環(huán)，總計(jì)1000 萬次。在疲勞試驗(yàn)過程中，采用濕式磁粉探傷定期檢查構(gòu)架焊縫，均未發(fā)現(xiàn)裂紋，可認(rèn)為具有足夠的疲勞強(qiáng)度［12］。

6 結(jié)束語

2014年10月，阿根廷內(nèi)燃動(dòng)車組動(dòng)車組動(dòng)力轉(zhuǎn)向架在公司完成了組裝和整車調(diào)試。2015 年1 月，動(dòng)車組運(yùn)抵阿根廷，進(jìn)行了制動(dòng)能力及車輛運(yùn)行性能測試并進(jìn)行運(yùn)營考核。根據(jù)售后服務(wù)人員的運(yùn)行跟蹤情況及客戶的反饋情況，動(dòng)力轉(zhuǎn)向架運(yùn)行狀態(tài)良好。