天津地鐵6號(hào)線轉(zhuǎn)向架研制

王曉明+周業(yè)明+孫厚禮

摘 要：介紹了天津地鐵6號(hào)線轉(zhuǎn)向架的技術(shù)特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)及主要技術(shù)參數(shù)等。經(jīng)過計(jì)算分析和試驗(yàn)驗(yàn)證，該轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和動(dòng)力學(xué)等各方面的性能均滿足要求，該轉(zhuǎn)向架已完成批量生產(chǎn)并交付業(yè)主，現(xiàn)已成功運(yùn)用于天津地鐵6號(hào)線。

關(guān)鍵詞：地鐵；轉(zhuǎn)向架；研制

1 概述

天津地鐵6號(hào)線轉(zhuǎn)向架是以SDB-80型轉(zhuǎn)向架為技術(shù)平臺(tái)，在此成熟結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行適應(yīng)性設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中以“系統(tǒng)性、繼承性、創(chuàng)新性、科學(xué)性”為指導(dǎo)原則，以B型地鐵模塊化設(shè)計(jì)為指導(dǎo)思想，借用B型地鐵轉(zhuǎn)向架模塊化數(shù)據(jù)庫的成熟、可靠結(jié)構(gòu)，針對(duì)新的牽引驅(qū)動(dòng)和信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行適應(yīng)性設(shè)計(jì)，形成新的結(jié)構(gòu)模塊。

2 轉(zhuǎn)向架特點(diǎn)和主要技術(shù)參數(shù)

2.1 轉(zhuǎn)向架的特點(diǎn)。天津地鐵6號(hào)線轉(zhuǎn)向架，采用模塊化設(shè)計(jì)，分為結(jié)構(gòu)相似的動(dòng)車轉(zhuǎn)向架和拖車轉(zhuǎn)向架，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)整體的輕量化。該型轉(zhuǎn)向架為軸承外置式無搖枕轉(zhuǎn)向架，鋼板、鋼管焊接的H型構(gòu)架，整體輾鋼車輪，采用兩系懸掛系統(tǒng)（一系疊層橡膠彈簧，二系空氣彈簧），采用彈性無磨耗Z字形牽引裝置。

2.2 轉(zhuǎn)向架主要技術(shù)參數(shù)。天津地鐵6號(hào)線轉(zhuǎn)向架主要技術(shù)參數(shù)見表1。

3 轉(zhuǎn)向架主要結(jié)構(gòu)

天津地鐵6號(hào)線轉(zhuǎn)向架主要由構(gòu)架組成、輪對(duì)軸箱定位裝置、二系懸掛及中央牽引裝置、牽引電機(jī)和聯(lián)軸節(jié)安裝、基礎(chǔ)制動(dòng)裝置、轉(zhuǎn)向架配管等組成。

3.1 構(gòu)架組成。構(gòu)架分為結(jié)構(gòu)相似的動(dòng)車構(gòu)架和拖車構(gòu)架。構(gòu)架側(cè)梁采用箱形全鋼板焊接結(jié)構(gòu)，橫梁采用無縫鋼管，兼做空氣彈簧附加氣室。側(cè)梁上設(shè)置制動(dòng)座、一系簧座和二系簧座等結(jié)構(gòu)，橫梁上設(shè)置電機(jī)座、齒輪箱座和牽引座等結(jié)構(gòu)。

3.2 輪對(duì)軸箱定位裝置。輪對(duì)軸箱定位裝置主要包括車輪、車軸、軸箱裝置及一系懸掛等。車輪采用整體輾鋼車輪，車輪滾動(dòng)圓直徑840mm，壓裝在車軸上，另外車輪還加裝了降噪阻尼裝置，通過吸收車輪的振動(dòng)來達(dá)到降噪的目的。車輪的踏面采用符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的踏面，并且與天津6號(hào)線軌道相匹配，減少輪軌之間磨耗。

3.3二系懸掛及中央牽引裝置。二系懸掛及中央牽引裝置主要包括空氣彈簧、高度閥、差壓閥、橫向減振器、橫向止擋座、牽引裝置等。

3.4 牽引電機(jī)和聯(lián)軸節(jié)。牽引電機(jī)采用架懸式，由定位鍵和四個(gè)螺栓安裝在構(gòu)架電機(jī)座上，通過采用合理的防松措施，能夠滿足防松要求。聯(lián)軸節(jié)采用WN齒式聯(lián)軸節(jié)。牽引電機(jī)和聯(lián)軸節(jié)均選用有成熟運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)的產(chǎn)品。

3.5 基礎(chǔ)制動(dòng)裝置。每根車軸安裝兩套單元制動(dòng)裝置，其中一套具有停放制動(dòng)功能，能夠保證列車在最大超員的情況下，停放在最大坡道上不溜車。單元制動(dòng)缸內(nèi)設(shè)有閘瓦間隙自動(dòng)調(diào)整器，保證閘瓦間隙始終保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。

3.6 轉(zhuǎn)向架配管組成。管路采用不銹鋼管，在保證管路可靠密封的前提下，通過合理的布置，使得管路拆裝方便、簡(jiǎn)潔美觀；通過分析，將管支架布置構(gòu)架低應(yīng)力區(qū)域內(nèi)，保證整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足要求。

4 設(shè)計(jì)計(jì)算

4.1 構(gòu)架強(qiáng)度及模態(tài)計(jì)算。根據(jù)UIC615-4標(biāo)準(zhǔn)的要求，采用有限元分析軟件，天津地鐵6號(hào)線轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的靜強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度及模態(tài)進(jìn)行了計(jì)算分析，結(jié)果表明[1]：（1）天津地鐵6號(hào)線轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度均滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求。（2）構(gòu)架的一階固有頻率為32.75Hz。

4.2 動(dòng)力學(xué)計(jì)算。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，采用專業(yè)的動(dòng)力學(xué)分析軟件，按照天津地鐵6號(hào)線車輛的相關(guān)參數(shù)建立了動(dòng)力學(xué)模型，進(jìn)行計(jì)算分析，結(jié)果表明[2]：（1）天津地鐵6號(hào)線轉(zhuǎn)向架的非線性臨街速度為169km/h，滿足最高運(yùn)營(yíng)速度80km/h、最高試驗(yàn)速度90km/h的要求。（2）在美國(guó)五級(jí)軌道譜激勵(lì)作用下，最高運(yùn)營(yíng)速度范圍內(nèi)，直線和曲線工況下，橫向平穩(wěn)性指標(biāo)和垂向平穩(wěn)性指標(biāo)都小于2.5，達(dá)到了GB5599規(guī)定的1級(jí)（優(yōu)）要求。最大橫向加速度和最大垂向加速度均符合GB5599規(guī)定的運(yùn)行品質(zhì)的要求。（3）天津地鐵6號(hào)線轉(zhuǎn)向架在直線和曲線工況下，動(dòng)、拖車的空載和重載時(shí)的脫軌系數(shù)均小于0.8，輪重減載率均小于0.6，輪軸橫向力均在規(guī)定值范圍內(nèi)，各項(xiàng)安全指標(biāo)均滿足GB5599標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求。

5 試驗(yàn)驗(yàn)證

5.1 構(gòu)架靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)。根據(jù)UIC615-4標(biāo)準(zhǔn)的要求，對(duì)天津地鐵6號(hào)線轉(zhuǎn)向架構(gòu)架進(jìn)行了靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明[3]：（1）根據(jù)UIC615-4標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)估，所有測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力均在靜強(qiáng)度許用應(yīng)力范圍內(nèi)，根據(jù)運(yùn)營(yíng)載荷測(cè)試，各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力均在相應(yīng)的疲勞極限范圍內(nèi)，構(gòu)架靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度滿足要求。（2）構(gòu)架通過了1000萬次主結(jié)構(gòu)載荷的疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)和200萬次局部結(jié)構(gòu)載荷的疲勞試驗(yàn)，試驗(yàn)之后探傷均未發(fā)現(xiàn)裂紋。

5.2 轉(zhuǎn)向架動(dòng)應(yīng)力及軸箱溫升測(cè)試。根據(jù)合同要求，北京交通大學(xué)對(duì)轉(zhuǎn)向架的動(dòng)應(yīng)力和軸箱溫升進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明[4]：（1）轉(zhuǎn)向架關(guān)鍵部位的測(cè)點(diǎn)等效應(yīng)力幅值均小于70MPa，滿足車輛360萬公里的運(yùn)行需求。（2）給出了轉(zhuǎn)向架各處測(cè)點(diǎn)加速度的8級(jí)譜值。（3）軸箱在試驗(yàn)過程中的最大溫升不超過22℃（滿足合同要求）。

5.3 動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)。按照試驗(yàn)大綱的要求，國(guó)家鐵路產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心對(duì)天津地鐵6號(hào)線車輛進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)性能試驗(yàn)，結(jié)果表明[5]：（1）被試車輛在空車（AW0）正常工況和超員（AW3）正常工況下，運(yùn)行穩(wěn)定性試驗(yàn)最高試驗(yàn)速度為90km/h，運(yùn)行穩(wěn)定性指標(biāo)符合評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)的要求，符合80km/h速度級(jí)安全運(yùn)行的要求。（2）運(yùn)行平穩(wěn)性試驗(yàn)最高試驗(yàn)速度為80km/h，運(yùn)行平穩(wěn)性指標(biāo)為優(yōu)級(jí)。

6 結(jié)束語

天津地鐵6號(hào)線車輛轉(zhuǎn)向架是在成熟的SDB-80平臺(tái)的基礎(chǔ)上，嚴(yán)格按照流程研制的適用于天津6號(hào)線地鐵車輛的轉(zhuǎn)向架，該轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理、功能齊全、安全可靠，通過了嚴(yán)格的仿真計(jì)算分析、臺(tái)架試驗(yàn)和線路試驗(yàn)驗(yàn)證。目前，該型轉(zhuǎn)向架已經(jīng)馳騁在天津地鐵6號(hào)線上，運(yùn)營(yíng)業(yè)績(jī)優(yōu)秀。

參考文獻(xiàn)

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[5]徐倩.天津地鐵6號(hào)線工程電動(dòng)客車動(dòng)力學(xué)性能檢測(cè)報(bào)告[R].北京：國(guó)家鐵路產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，2016.