李田 曹莉姣 馬超 穆青

【摘? 要】主要對(duì)寶雞中車時(shí)代工程機(jī)械有限公司研制的120km/h電傳動(dòng)軌道工程車輛動(dòng)力轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)、功能及其重要構(gòu)成系統(tǒng)做簡(jiǎn)單介紹，對(duì)其相關(guān)計(jì)算驗(yàn)證進(jìn)行簡(jiǎn)要說明。

【關(guān)鍵詞】軌道工程車輛;電傳動(dòng);動(dòng)力轉(zhuǎn)向架

引言

隨著我國(guó)鐵路事業(yè)的高速發(fā)展，為鐵路配套的軌道工程車輛的技術(shù)運(yùn)用及運(yùn)行速度也逐步提升。同時(shí)，隨著國(guó)家對(duì)于環(huán)保問題的日益重視，各種環(huán)保方面的法律、法規(guī)逐漸出臺(tái)，傳統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)和液力傳動(dòng)的軌道工程車輛轉(zhuǎn)向架已不能很好地滿足軌道工程車輛運(yùn)用要求。因此，為滿足我國(guó)鐵路事業(yè)的高速發(fā)展需求，并結(jié)合公司未來發(fā)展需求，寶雞中車時(shí)代工程機(jī)械有限公司設(shè)計(jì)研發(fā)了一款120km/h速度等級(jí)軌道工程車輛用電傳動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向架。

1.轉(zhuǎn)向架主要技術(shù)參數(shù)

該轉(zhuǎn)向架主要技術(shù)參數(shù)如表1所示：

2.轉(zhuǎn)向架概述

該轉(zhuǎn)向架如圖1所示，主要有構(gòu)架、輪對(duì)軸箱、二系旁承懸掛裝置、牽引裝置、牽引電機(jī)、車軸齒輪箱、基礎(chǔ)制動(dòng)裝置及其他附件組成。

1.構(gòu)架 2.動(dòng)力輪對(duì)軸箱裝置 3.二系旁承懸掛裝置 4.牽引裝置 5.牽引電機(jī)6.基礎(chǔ)制動(dòng)裝置 7.附件組成

3.轉(zhuǎn)向架主要組成部分介紹

（1）構(gòu)架。該轉(zhuǎn)向架構(gòu)架主體為由兩根側(cè)梁和一個(gè)橫梁組成的全鋼板焊接“H”型結(jié)構(gòu)，其上設(shè)有各種附件安裝座，具有強(qiáng)度大、剛性好、質(zhì)量輕、焊接工藝性好等優(yōu)點(diǎn)。構(gòu)架在焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，完全遵循《EN15085—3：鐵路應(yīng)用—鐵道車輛及部件的焊接—第3部分：設(shè)計(jì)要求》。設(shè)計(jì)中對(duì)構(gòu)架整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，避免了構(gòu)架拼焊后局部出現(xiàn)較大應(yīng)力集中問題。構(gòu)架設(shè)計(jì)強(qiáng)度符合TB/T 3549.1《機(jī)車車輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定規(guī)范 轉(zhuǎn)向架 第一部分：轉(zhuǎn)向架構(gòu)架》中規(guī)定。構(gòu)架組焊完成后，進(jìn)行退火處理，消除構(gòu)架內(nèi)部殘余焊接應(yīng)力。構(gòu)架組焊后整采用整體機(jī)加工，可保證構(gòu)架上安裝各部件尺寸定位精度要求。

（2）動(dòng)力輪對(duì)軸箱裝置。該轉(zhuǎn)向架輪對(duì)軸箱裝置采用雙拉桿式定位方式。每個(gè)軸箱有兩組完全相同的內(nèi)、外簧彈簧組，并在軸箱體和構(gòu)架之間設(shè)有垂向油壓減振器。輪對(duì)采用注油壓裝方式，符合TB/T 1463《機(jī)車輪對(duì)組裝技術(shù)條件》規(guī)定。車輪為輪徑915mm的HFS型車輪，設(shè)計(jì)符合TB/T 2817《鐵道車輛用輾鋼整體車輪技術(shù)條件》，踏面型式采用LM磨耗型踏面。車軸軸型符合TB/T 2624《重型軌道車車軸型式及基本尺寸》，材質(zhì)為L(zhǎng)Z50，生產(chǎn)制造符合TB/T 2945《鐵道車輛用LZ50車軸及鋼坯技術(shù)條件》。該轉(zhuǎn)向架電機(jī)輸出端與齒輪箱輸入端由聯(lián)軸節(jié)過渡，電機(jī)輸出的扭矩通過聯(lián)軸節(jié)傳遞到齒輪箱，齒輪箱的從動(dòng)端與車軸過盈連接，通過從動(dòng)端帶動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)整車運(yùn)動(dòng)。

（3）二系懸掛裝置。該轉(zhuǎn)向架二系懸掛裝置采用橡膠堆配合橫向油壓減振器和側(cè)擋型式。每轉(zhuǎn)向架配置四個(gè)橡膠堆，一個(gè)橫向油壓減振器，兩個(gè)側(cè)擋裝置。此二系懸掛裝置性能穩(wěn)定，使用維護(hù)保養(yǎng)簡(jiǎn)單，能夠適應(yīng)車輛通過較小曲線半徑，還可以衰減車輛橫向振動(dòng)，限制車體與轉(zhuǎn)向架之間的橫向位移。

（4）牽引裝置。該轉(zhuǎn)向架牽引裝置采用低位連桿牽引裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單靈活、重量輕、連接部位潤(rùn)滑好、維修保養(yǎng)簡(jiǎn)單方便。

（5）牽引電機(jī)。該轉(zhuǎn)向架牽引電機(jī)額定功率為250 kW，額定轉(zhuǎn)速為750r/min，電機(jī)冷卻方式為強(qiáng)迫風(fēng)冷，采用架懸方式安裝。

（6）基礎(chǔ)制動(dòng)裝置。該轉(zhuǎn)向架基礎(chǔ)制動(dòng)裝置采用單元制動(dòng)器單側(cè)踏面制動(dòng)型式，閘瓦采用高摩合成閘瓦。每個(gè)轉(zhuǎn)向架設(shè)置有四個(gè)外置安裝帶駐車停放功能的單元制動(dòng)器，能在車輛停車或無(wú)風(fēng)狀態(tài)下利用蓄能的彈簧實(shí)現(xiàn)車輛停車制動(dòng)功能。同時(shí)，還具有閘瓦間隙自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，保證閘瓦與車輪踏面間隙8mm～12mm。

（7）其他附件組成。該轉(zhuǎn)向架根據(jù)車輛運(yùn)用工況要求，設(shè)置了撒砂裝置、一二系鎖定裝置、接地裝置、軸溫報(bào)警裝置等附件組成。

4.設(shè)計(jì)計(jì)算

（1）構(gòu)架強(qiáng)度計(jì)算。為保證車輛運(yùn)用安全，依據(jù)TB/T1335《鐵道車輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定規(guī)范》及TB/T2368《動(dòng)力轉(zhuǎn)向架構(gòu)架強(qiáng)度試驗(yàn)方法》，采用Pro/E三維建模軟件及ANSYS Workbench有限元分析軟件，對(duì)轉(zhuǎn)向架構(gòu)架按照23t軸重施加載荷，進(jìn)行了靜強(qiáng)度計(jì)算及疲勞強(qiáng)度評(píng)價(jià)。

①靜強(qiáng)度計(jì)算。經(jīng)過對(duì)構(gòu)架模型進(jìn)行處理和單元離散，構(gòu)架形成366500個(gè)單元，691423個(gè)測(cè)點(diǎn)，構(gòu)架網(wǎng)格質(zhì)量達(dá)到74%，符合進(jìn)行加載計(jì)算要求。

通過經(jīng)計(jì)算分析，各工況下構(gòu)架最大等效應(yīng)力均小于對(duì)應(yīng)材料的應(yīng)力評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。構(gòu)架應(yīng)力最大部位出現(xiàn)在超常載荷工況4下側(cè)梁內(nèi)肋板處（彈簧座對(duì)應(yīng)位置），如圖2所示，應(yīng)力值為243.8MPa，小于355MPa，，故構(gòu)架滿足靜強(qiáng)度要求。

②疲勞強(qiáng)度分析。選取構(gòu)架主要測(cè)點(diǎn)模擬運(yùn)營(yíng)載荷工況進(jìn)行疲勞強(qiáng)度評(píng)定，各測(cè)點(diǎn)疲勞強(qiáng)度采用Goodman圖進(jìn)行疲勞強(qiáng)度評(píng)價(jià)，評(píng)定結(jié)果見圖3 。結(jié)果表明構(gòu)架各測(cè)點(diǎn)的疲勞強(qiáng)度均沒有超過母材的疲勞極限也沒有超過焊縫區(qū)的疲勞極限，故運(yùn)營(yíng)載荷各工況下構(gòu)架疲勞強(qiáng)度滿足疲勞強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)。

（2）動(dòng)力學(xué)計(jì)算驗(yàn)證。為驗(yàn)證該軌道工程車轉(zhuǎn)向架動(dòng)力學(xué)性能，依據(jù)軌道車設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和計(jì)算參數(shù)，采用多體動(dòng)力學(xué)分析SIMPACK軟件建立非線性動(dòng)力學(xué)分析模型，計(jì)算分析車輛系統(tǒng)的失穩(wěn)臨界速度、運(yùn)行安全性和運(yùn)行平穩(wěn)性，綜合評(píng)估車輛動(dòng)力學(xué)性能。因該轉(zhuǎn)向架主要用于軌道工程車輛車輛中的重型軌道車，不是作為載人客車。因此，其動(dòng)力學(xué)性能考核評(píng)價(jià)主要依據(jù)GB/T 17426-1998《鐵道特種車輛和軌行機(jī)械動(dòng)力學(xué)性能評(píng)定和試驗(yàn)方法》。

通過對(duì)多種工況的計(jì)算分析，并結(jié)合特種車輛動(dòng)力學(xué)性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行仿真評(píng)估分析，得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：

①軌道車線性失穩(wěn)臨界速度隨車輪踏面等效踏面錐度增大而減小，非線性臨界速度在新輪狀態(tài)下為238km/h，能夠滿足該車輛120km/h運(yùn)用速度和132km/h最高試驗(yàn)速度的要求。

②經(jīng)計(jì)算分析軌道車通過多種典型曲線工況的結(jié)果，各項(xiàng)運(yùn)行安全性指標(biāo)參數(shù)均在標(biāo)準(zhǔn)要求安全限度值以內(nèi)，可滿足車輛通過100m曲線安全運(yùn)行要求。

③軌道車直線運(yùn)行時(shí)，20km/h～132km/h速度范圍內(nèi)，車體垂向和橫向振動(dòng)加速度均滿足限度值要求;20km/h～120km/h速度范圍內(nèi)垂向平穩(wěn)性指標(biāo)均為優(yōu)等級(jí)，132km/h速度級(jí)垂向平穩(wěn)性指標(biāo)為良好等級(jí);各速度級(jí)橫向平穩(wěn)性指標(biāo)均為優(yōu)等級(jí)。

④軌道車側(cè)向通過9號(hào)和12號(hào)道岔時(shí)，不同速度級(jí)下脫軌系數(shù)、輪重減載率和輪軸橫向力等指標(biāo)均具有一定安全裕量。

綜上，根據(jù)仿真計(jì)算的分析結(jié)果，軌道車運(yùn)行安全性和平穩(wěn)性各項(xiàng)參數(shù)能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17426-1998《鐵道特種車輛和軌行機(jī)械動(dòng)力學(xué)性能評(píng)定和試驗(yàn)方法》的要求，滿足整車運(yùn)行的動(dòng)力學(xué)性能要求。

（3）緊急制動(dòng)計(jì)算驗(yàn)證。軌道車制動(dòng)距離是衡量制動(dòng)性能的一個(gè)重要參數(shù)，因此應(yīng)通過計(jì)算來校核車輛在緊急制動(dòng)情況下制動(dòng)距離是否滿足GB/T 10082《重型軌道車技術(shù)條件》所規(guī)定的軌道車在平直線路上，單機(jī)以120km/h時(shí)自行速度運(yùn)行，緊急制動(dòng)距離不大于800米的要求及是否滿足滑行條件。

根據(jù)TB/1407《列車牽引計(jì)算規(guī)程》計(jì)算整車緊急制動(dòng)距離計(jì)算，計(jì)算得知：在平直道上，單機(jī)以120km/h時(shí)自行速度運(yùn)行，緊急制動(dòng)距離為655.5m，滿足緊急緊急制動(dòng)距離不大于800米的要求。且對(duì)其滑行條件及整車坡道駐車能力計(jì)算校核均滿足整車設(shè)計(jì)要求。

5.結(jié)語(yǔ)

該轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)介紹及相應(yīng)計(jì)算結(jié)果表明：該轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊合理，能滿足動(dòng)力學(xué)性能、限界及強(qiáng)度的要求;同時(shí)，滿足最大運(yùn)用速度為120km/h的要求和初速度為120km/h時(shí)整車緊急制動(dòng)距離小于800 m的要求。因此該轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、懸掛參數(shù)的匹配是合理的，設(shè)計(jì)是成功的，能夠滿足整車轉(zhuǎn)向架運(yùn)用需求。

參考文獻(xiàn)

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