一種“目”字型窄軌客車構(gòu)架研制

李建鋒　張隸新　王俊鋒　范樂天　郭繼祥

摘要：文章針對莫桑比克客車項目的需要，開發(fā)出一種“目”字型窄軌客車用構(gòu)架。該轉(zhuǎn)向架具有結(jié)構(gòu)強度高、線路適應能力強、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單可靠、便于維護的特點。按國際通用的構(gòu)架強度評判標準UIC515-4，對轉(zhuǎn)向架關鍵受力部件進行了靜強度和疲勞強度分析計算和試驗。結(jié)果表明，該轉(zhuǎn)向架達到了預期設計的功能和性能。

關鍵詞：客車轉(zhuǎn)向架；窄軌；強度試驗；客車構(gòu)架研制；關鍵受力部件 文獻標識碼：A

中圖分類號：U260 文章編號：1009-2374（2016）07-0024-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.07.012

“目”字型窄軌客車轉(zhuǎn)向架是針對唐車公司2014年與莫桑比克簽定的70輛客車項目而研制的，適應1067mm軌距，最高運行速度為120km/h。考慮到莫桑比克國內(nèi)較差的線路條件和較低的轉(zhuǎn)向架維護能力，轉(zhuǎn)向架兩系減振均采用圓柱螺旋鋼彈簧。

1 研制目標

（1）研制出滿足莫桑比克技術要求的窄軌客車用轉(zhuǎn)向架，裝用于硬座、硬臥、發(fā)電車等6個車型上，同時盡量減少轉(zhuǎn)向架與車體間的接口；（2）轉(zhuǎn)向機在莫桑比克現(xiàn)有的惡劣線路、高溫潮濕的氣候條件、較低的轉(zhuǎn)向架維護能力及超員的情況下，具有良好安全性、可靠性及平穩(wěn)性；（3）適應莫桑比克的維護能力差和水平低的現(xiàn)狀，盡量做到結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、使用可靠等特點，在正常使用條件下能夠低維護或免維護。

2 轉(zhuǎn)向架主要參數(shù)

3 轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)型式

轉(zhuǎn)向架采用搖動臺型式的成熟帶結(jié)構(gòu)，安裝于搖枕中部的心盤集中承載，主要由構(gòu)架裝置、一系懸掛及輪對軸箱定位裝置、二系懸掛及搖枕裝置、基礎制動裝置四部分組成。轉(zhuǎn)向架總體方案如圖1所示：

3.1 構(gòu)架裝置

構(gòu)架裝置采用焊接結(jié)構(gòu)，呈雙“H”字形，由兩根側(cè)梁、兩根橫梁和兩根端梁組成。橫梁和端梁間設置縱向梁。側(cè)梁由4塊鋼板組焊成箱形封閉結(jié)構(gòu)梁，內(nèi)設加強筋板，以提高側(cè)梁承載剛度，側(cè)梁中部下立板上焊有橫向緩沖器座，側(cè)梁外側(cè)對稱焊裝搖枕吊座；橫梁采用無縫鋼管，橫梁上安全托吊、中部制動吊座和縱向擋座；橫側(cè)梁連接處采用整體鑄造的過渡座，并作為側(cè)梁的一部分與側(cè)梁內(nèi)立板對接，與橫梁鋼管采用環(huán)形焊縫實現(xiàn)對接，解決了橫梁連接處剛度變化大，應力集中容易出現(xiàn)疲勞裂紋的問題。構(gòu)架端部設置端梁，采用截面工字型的鋼板品焊結(jié)構(gòu)，既為端部制動吊座提供焊裝接口，增加了兩側(cè)梁的橫向剛度，又降低了對兩側(cè)梁垂向剛度的影響，提高了構(gòu)架對莫桑比克較差線路的適應能力。在橫梁和端梁間設置縱向梁，為基礎制動裝置提供安裝接口。轉(zhuǎn)向架側(cè)梁的外側(cè)設置搖枕吊座，為搖枕裝置組裝提供接口，橫梁內(nèi)側(cè)設置縱向擋座，為縱向牽引提供接口，在構(gòu)架橫梁和端梁為基礎制動裝置設置各吊桿安裝座。構(gòu)架結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

3.2 一系懸掛及輪對軸箱定位裝置

一系定位裝置采用干摩擦導柱軸箱定位裝置，每軸箱設置兩組圓柱式鋼制螺旋彈簧和兩套導柱組成。考慮到莫桑比克的線路條件及維護水平，采用自密封圓錐滾子軸承CLASS D（AAR標準），軸承的理論計算壽命大于3000000km。由于軸承具有良好的密封結(jié)構(gòu)，且密封性能經(jīng)過長期的運營考核，因此軸箱采用開放式結(jié)構(gòu)。車輪采用輪徑為Φ864mm的整體輾鋼車輪，執(zhí)行TB/T 2708-96標準，材質(zhì)為CL60鋼，采用LM型踏面外形。一系設置垂向彈性止擋裝置，以保證軸簧折斷后行車安全。一系懸掛及輪對軸箱定位裝置結(jié)構(gòu)如圖3所示。

3.3 二系懸掛及搖枕裝置

二系懸掛方式采用帶搖動臺結(jié)構(gòu)，4個搖枕吊桿吊掛在構(gòu)架上，每側(cè)由1個搖枕吊軸穿入2個搖枕吊桿的端部孔中，彈簧托梁組成紡織于搖枕吊軸上，在彈簧托梁組成上放置4組枕簧，將搖枕裝置放置與4組枕簧上。二系懸掛及搖枕裝置結(jié)構(gòu)如圖4所示：

3.4 基礎制動裝置

基礎制動裝置選用杠桿式雙側(cè)踏面制動。移動杠桿拉板、拉桿、拉桿吊等采用S355J2W（H）鋼板焊接而成，各轉(zhuǎn)動關節(jié)處采用銷孔（襯套孔）小間隙配合，襯套采用奧貝套。設置閘瓦間隙調(diào)整裝置，車輪磨耗后能夠調(diào)節(jié)閘瓦與踏面間的組裝間隙。基礎制動裝置結(jié)構(gòu)如圖5所示。

4 計算分析

為保證轉(zhuǎn)向架關鍵受力部件的結(jié)構(gòu)強度，提高轉(zhuǎn)向架運行的安全性，按UIC515-4標準對構(gòu)架、搖枕及彈簧托梁等關鍵受力部件進行了靜強度和疲勞強度計算，在所有工況下，構(gòu)架、搖枕、彈簧托梁、軸箱體、車軸等部件均滿足UIC515-4標準要求。

通過對構(gòu)架的剛度計算表明構(gòu)架側(cè)梁中部相對構(gòu)架側(cè)梁兩端最大變形值為6.48mm。從模態(tài)分析結(jié)果可知，構(gòu)架的扭轉(zhuǎn)振動頻率為40.79Hz，整體一階垂向彎曲頻率為63.18Hz，一階橫向彎曲頻率為66.5Hz，在較低的頻率下構(gòu)架產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)、垂向、橫向的變形，表明構(gòu)架具有良好的柔度，具有較好的適應東南亞等米軌國家不平順超差線路的能力，達到了構(gòu)架柔性化設計的目標，避免了構(gòu)架的剛度過大而引起的應力集中，從而有利于提高構(gòu)架的壽命。

5 關鍵受力部件試驗

依據(jù)轉(zhuǎn)向架構(gòu)架強度試驗標準UIC515-4規(guī)定，在鐵科院機車車輛檢驗站對構(gòu)架、搖枕及彈簧托梁進行了靜強度和疲勞強度試驗，疲勞試驗分為三個階段完成：第一階段動載荷的循環(huán)次數(shù)為6×106；第二階段動載荷的循環(huán)次數(shù)為2×106，準靜態(tài)部分和動態(tài)部分為第一階段疲勞載荷計算值的1.2倍；第三階段動載荷的循環(huán)次數(shù)為2×106，準靜態(tài)部分和動態(tài)部分為第一階段疲勞載荷計算值的1.4倍，共計1000萬次。試驗結(jié)束后對試驗件進行磁粉探傷，未發(fā)現(xiàn)任何形式的裂紋。

6 結(jié)語

根據(jù)唐車公司與莫桑比克簽訂的合同而研制的窄軌客車轉(zhuǎn)向架，采用國內(nèi)成熟的結(jié)構(gòu)，并對構(gòu)架橫側(cè)梁連接結(jié)構(gòu)等多處進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，使得構(gòu)架的結(jié)構(gòu)強度更高、應力分布更合理。通過對構(gòu)架等關鍵受力部件進行強度計算，各受力部件強度均滿足要求，并有較大的安全裕量，通過構(gòu)架、搖枕等零件的疲勞試驗進一步驗證了轉(zhuǎn)向架關鍵受力部件的結(jié)構(gòu)強度。該窄軌客車轉(zhuǎn)向架具有較高的可靠性和良好的線路適應性，達到了預期設計的功能和性能。

參考文獻

[1] 唐山軌道客車有限責任公司產(chǎn)品技術研究中心.統(tǒng)型窄軌客車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架、搖枕和托梁強度計算報告[R].2014.

[2] UIC515-4.Passenger rolling stock-Trailer bogies-Running gear-Bogie frame structure strength tests[S].1993.

[3] 鐵道部產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心機車車輛檢驗站.統(tǒng)型窄軌客車轉(zhuǎn)向架焊接構(gòu)架、搖枕及托梁產(chǎn)品質(zhì)量檢驗報告[R].2015.

作者簡介：李建鋒（1982-），男，河南南陽人，中車唐山機車車輛有限公司工程師，研究方向：軌道車輛。

（責任編輯：黃銀芳）