翟鳳宇 白文雖

摘 要：我國(guó)鐵路和城市軌道交通近年來發(fā)展迅速。地鐵建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，為各種維護(hù)作業(yè)類工程車帶來巨大市場(chǎng)。中車山東機(jī)車車輛有限公司于2014年與深圳地鐵簽訂了12輛吊臂平車和2輛純?yōu)⑺角鍧嵻嚬┴浐贤?，為其設(shè)計(jì)了一種地鐵工程車轉(zhuǎn)向架并完成試制及批量生產(chǎn)，目前已交付客戶，且運(yùn)行狀況良好。

關(guān)鍵詞：工程車轉(zhuǎn)向架;結(jié)構(gòu);技術(shù)參數(shù);仿真計(jì)算

中圖分類號(hào)：U270.33 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中車山東公司在引進(jìn)Y25系列轉(zhuǎn)向架的基礎(chǔ)上，近年來先后自主開發(fā)并生產(chǎn)了160 km/h快速貨車轉(zhuǎn)向架、200 km/h

高速貨車轉(zhuǎn)向架、27 t軸重焊接徑向轉(zhuǎn)向架、長(zhǎng)客地鐵構(gòu)架等產(chǎn)品，產(chǎn)品種類基本涵蓋了貨車焊接轉(zhuǎn)向架的各個(gè)領(lǐng)域，培養(yǎng)了一批研發(fā)、工藝、焊接等方面的人才隊(duì)伍，在焊接轉(zhuǎn)向架領(lǐng)域積累了較為豐富的經(jīng)驗(yàn)。目前我國(guó)國(guó)內(nèi)工程車轉(zhuǎn)向架沒有固定的模式，產(chǎn)品形式不一，結(jié)構(gòu)各異。對(duì)平穩(wěn)性要求較高的工程車，其轉(zhuǎn)向架?；跈C(jī)車或客車轉(zhuǎn)向架進(jìn)行簡(jiǎn)配設(shè)計(jì)，但仍存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，性價(jià)比低等問題。而部分基于傳統(tǒng)貨車轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)的工程車轉(zhuǎn)向架，配置雖較為簡(jiǎn)單，但是細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)不符合現(xiàn)代貨車的可靠性及輕量化設(shè)計(jì)理念，磨耗結(jié)構(gòu)較多，需進(jìn)一步改善提升。基于以上需求，中車山東公司根據(jù)Y25型轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)研發(fā)了JNZ-SZ2型地鐵工程車轉(zhuǎn)向架。

1 主要技術(shù)參數(shù)

2 主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

設(shè)計(jì)原則：

（1）低成本輕量化的原則。（2）客戶要求的軸箱懸掛系統(tǒng)。（3）借鑒成熟的現(xiàn)有產(chǎn)品及其相關(guān)技術(shù)。

該轉(zhuǎn)向架為焊接構(gòu)架式轉(zhuǎn)向架。主要由構(gòu)架總成、輪對(duì)組成、懸掛減振系統(tǒng)、軸箱總成、基礎(chǔ)制動(dòng)裝置等組成。車輪采用直徑為840 mm的整體輾鋼輪;軸箱懸掛系統(tǒng)采用單側(cè)利諾爾減振器和內(nèi)外圈不等高的兩級(jí)剛度彈簧組成;構(gòu)架總成由焊接構(gòu)架、軸箱導(dǎo)框、球面下心盤等組成。構(gòu)架主要受力部件采用Q345D材料。轉(zhuǎn)向架采用球面心盤與鋼彈簧旁承聯(lián)合承載的技術(shù)?；A(chǔ)制動(dòng)裝置為吊掛結(jié)構(gòu)的杠桿式單側(cè)閘瓦制動(dòng)結(jié)構(gòu)，采用高摩合成閘瓦。（見圖1）

2.1 構(gòu)架總成

該轉(zhuǎn)向架為焊接構(gòu)架式轉(zhuǎn)向架，由Y25型轉(zhuǎn)向架改進(jìn)而來。構(gòu)架總成由構(gòu)架組成、制動(dòng)吊座、閘瓦吊座和彈性旁承組成，主要受力部件采用Q345D材料。構(gòu)架組成主要由側(cè)梁、橫梁、下心盤及彈簧導(dǎo)框組成。側(cè)梁由上下蓋板和腹板組焊而成，左右筋板起到穩(wěn)定支撐作用，側(cè)梁為轉(zhuǎn)向架保證垂向彎曲剛度的。橫梁由上下蓋板與左右腹板組焊而成，能夠支撐并傳遞車體與轉(zhuǎn)向架之間的作用力。構(gòu)架去除了Y25型轉(zhuǎn)向架的端梁結(jié)構(gòu)，并過閘瓦吊座和制動(dòng)吊座將制動(dòng)裝置與構(gòu)架連接，去除了復(fù)雜的制動(dòng)縱向梁結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理，符合輕量化設(shè)計(jì)理念，充分滿足了客戶對(duì)工程車轉(zhuǎn)向架的需求。

2.2 輪對(duì)組成

輪對(duì)組成主要由車輪、車軸組成，輪對(duì)采用冷壓裝工藝。車輪采用符合TB/T 2817-2018標(biāo)準(zhǔn)，材質(zhì)為CL60的HDSA輾鋼整體車輪，踏面型式采用LM型磨耗踏面;車軸采用符合TB/T2945-1999標(biāo)準(zhǔn)，材質(zhì)為L(zhǎng)ZW鋼的鍛鋼車軸。

2.3 軸箱懸掛系統(tǒng)

設(shè)計(jì)原則：（1）設(shè)計(jì)的懸掛系統(tǒng)應(yīng)有助于提高車輛抗脫軌穩(wěn)定性并改善空車時(shí)車輛運(yùn)行品質(zhì)。（2）采用既有成熟產(chǎn)品，提高性價(jià)比。

采用單側(cè)利諾爾減振器和內(nèi)外圈不等高兩級(jí)剛度彈簧組成的一系懸掛系統(tǒng)。由于外圓彈簧高于內(nèi)圓彈簧，當(dāng)空車或輕載時(shí)，內(nèi)圓彈簧不進(jìn)行承載。隨著車輛載重提升，內(nèi)圓彈簧加入承載。利諾爾減振器所提供的摩擦力的大小隨載荷發(fā)生變化，當(dāng)軸箱與構(gòu)架導(dǎo)框有垂向和縱向相對(duì)位移時(shí)，吊環(huán)角也發(fā)生變化，導(dǎo)致載荷和水平分力也發(fā)生變化，從而引起摩擦力隨之變化。[1]作為變摩擦減振器，利諾爾減振器具有結(jié)構(gòu)緊湊、維修量小，性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。（見圖2）

2.4 基礎(chǔ)制動(dòng)裝置

設(shè)計(jì)原則：（1）采用垂向下拉桿式基礎(chǔ)制動(dòng)，制動(dòng)倍率為4.7。（2）制動(dòng)、緩解各狀態(tài)下，杠桿不得侵入下部限界且不得與車軸干涉。（3）下拉桿長(zhǎng)度及孔間距滿足初始位置制動(dòng)性能要求和輪瓦磨耗后的調(diào)整需要。

采用類似Y25Lsd-KP1型轉(zhuǎn)向架的散開式單側(cè)踏面制動(dòng)形式，由焊接制動(dòng)梁、制動(dòng)杠桿組成、下拉桿組成、杠桿吊組成、吊桿組成、閘瓦托、高摩合成閘瓦、閘瓦插銷等組成。基礎(chǔ)制動(dòng)裝置通過4個(gè)吊桿組成及制動(dòng)杠桿吊組成等與構(gòu)架橫梁連接。采用這種制動(dòng)方式具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低、傳動(dòng)效率高、檢修難度低等優(yōu)點(diǎn)[2]。

該制動(dòng)裝置采用符合UIC標(biāo)準(zhǔn)的焊接制動(dòng)梁，梁架由直桿與弓形桿組成，兩桿之間設(shè)有支柱，直桿兩端設(shè)有閘瓦托。其中直桿采用熱軋無縫鋼管，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單其力學(xué)性能優(yōu)秀。閘瓦托設(shè)有雙塊閘瓦接口，可安裝雙塊閘瓦，從而使閘瓦與車輪踏面受力更均勻，有效降低車輪磨耗。同時(shí)制動(dòng)梁支柱設(shè)有中間銷孔，通過制動(dòng)銷與制動(dòng)杠桿連接，支柱與銷孔配合時(shí)壓裝襯套，能夠起到耐磨的作用。與國(guó)鐵車主要運(yùn)用的L-A型、L-B型和L-C型組合式制動(dòng)梁相比，在滿足強(qiáng)度要求的前提下結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造組裝及更換維護(hù)的難度都更低。（見圖3）

基礎(chǔ)制動(dòng)裝置中的制動(dòng)倍率即是車輛制動(dòng)時(shí)由制動(dòng)缸傳至轉(zhuǎn)向架的作用力經(jīng)轉(zhuǎn)向架制動(dòng)杠桿機(jī)構(gòu)放大的倍率。根據(jù)受力分析，可以得出下拉桿式基礎(chǔ)制動(dòng)裝置的制動(dòng)倍率如式（1）：

其中n為制動(dòng)倍率，a為游動(dòng)杠桿上部長(zhǎng)度，b為游動(dòng)杠桿下部長(zhǎng)度;c為固定杠桿上部長(zhǎng)度，d為固定杠桿下部長(zhǎng)度。[3]經(jīng)過計(jì)算可得制動(dòng)杠桿比（2）：

根據(jù)制動(dòng)杠桿比設(shè)置制動(dòng)杠桿的長(zhǎng)度為固定端（243/180），游動(dòng)端（297/220）。預(yù)設(shè)下拉桿主尺寸為975 mm，孔間距55 mm。根據(jù)上文設(shè)置參數(shù)建立杠桿系統(tǒng)簡(jiǎn)圖，分別對(duì)新車輪、一半磨耗車輪、即將到限車輪三種情況下，閘瓦不同磨耗量時(shí)的制動(dòng)工況進(jìn)行校核，結(jié)果顯示以上制動(dòng)杠桿及拉桿尺寸設(shè)置滿足要求。

3 仿真計(jì)算分析

在轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)過程中對(duì)構(gòu)架及制動(dòng)梁等關(guān)鍵部位進(jìn)行了仿真計(jì)算分析。依據(jù)UIC833《三角制動(dòng)梁供貨技術(shù)條件》，對(duì)轉(zhuǎn)向架的制動(dòng)梁進(jìn)行了靜強(qiáng)度及疲勞強(qiáng)度的分析。結(jié)果表明，在靜載荷作用下，制動(dòng)梁剛度滿足要求;在1×106次循環(huán)而不發(fā)生疲勞破壞，制動(dòng)梁結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度滿足要求。依據(jù)UIC510-4-1993《實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的二軸和三軸轉(zhuǎn)向架車輛強(qiáng)度測(cè)試》，按16 t軸重、轉(zhuǎn)向架自重4.2 t考慮，來確定靜強(qiáng)度與疲勞強(qiáng)度評(píng)估的超常和模擬運(yùn)營(yíng)載荷。結(jié)果表明，各超常載荷工況下構(gòu)架的安全系數(shù)均大于1，構(gòu)架的靜強(qiáng)度滿足要求;各組合工況的應(yīng)力幅均未超過許用應(yīng)力幅的20%，構(gòu)架疲勞強(qiáng)度均滿足要求。

4 試驗(yàn)情況

2015年11月份，中車山東公司對(duì)JNZ-SZ2型轉(zhuǎn)向架構(gòu)架按照UIC510-3標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了靜載荷及疲勞試驗(yàn)，試驗(yàn)件數(shù)1件;對(duì)轉(zhuǎn)向架制動(dòng)梁按照UIC833-2004標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)，靜載荷試驗(yàn)8件，疲勞試驗(yàn)2件，結(jié)果表明構(gòu)架及制動(dòng)梁滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。且JNZ-SZ2型轉(zhuǎn)向架已結(jié)合整車完成了《TSV-01型隧道清洗車出廠自檢試驗(yàn)報(bào)告》。（圖4）

5 結(jié)束語

目前JNZ-SZ2型轉(zhuǎn)向架均運(yùn)行良好，并在繼深圳地鐵后，該轉(zhuǎn)向架又陸續(xù)供應(yīng)貴陽、合肥、成都、濟(jì)南等多個(gè)地鐵工程車項(xiàng)目，收獲了客戶的廣泛認(rèn)可，提高了公司的知名度并取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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[2]白文雖，翟鵬軍，白文遠(yuǎn)，等.關(guān)于Y25型轉(zhuǎn)向架基礎(chǔ)制動(dòng)裝置發(fā)展趨勢(shì)的探討[J].鐵道車輛，2017，55（09）：30-32+5.

[3]孫家鋒，劉振明，陸正濤，等.鐵路貨車轉(zhuǎn)向架基礎(chǔ)制動(dòng)裝置技術(shù)分析[J].鐵道機(jī)車車輛，2018，38（03）：62-65.

[4]中車山東機(jī)車車輛有限公司.JNZ-SZ1型轉(zhuǎn)向架焊接構(gòu)架靜強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度分析報(bào)告[R].2015.

[5]中車山東機(jī)車車輛有限公司.JNZ-SZ1型轉(zhuǎn)向架軸箱強(qiáng)度分析報(bào)告[R].2015.

[6]中車山東機(jī)車車輛有限公司.JNZ-SZ2型轉(zhuǎn)向架焊接構(gòu)架靜強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度分析報(bào)告[R].2015.