出口阿根廷寬軌內燃動車組動力轉向架研制

李得花

（中車唐山機車車輛有限公司 高級工程師 河北 唐山 063035）

1 前言

出口阿根廷內燃動車組為三輛編組的寬軌內燃動車組，每列動車組可單列運行，也可雙列聯掛運行，根據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。在阿根廷國內線路缺乏日常合理的維護，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力轉向架。轉向架決定著客車的運行品質和行車安全［2-3］，該轉向架具有振動噪聲低、運行性能良好、零部件少、維修費用低、易于組裝和分解等特點。

2 主要技術特點和參數

2.1 主要技術特點

1）轉向架采用空氣彈簧直接支承車體的結構。

2）構架主體為“H”形的焊接結構。

3）一系采用轉臂軸箱定位裝置，起到減振及軸箱定位作用。

4）采用Z形結構布置的牽引裝置來傳遞轉向架與車體之間的牽引力和制動力。

5）輪盤制動方式。

6）采用滾動抱軸箱驅動方式。

2.2 主要技術參數 見表1。

表1 轉向架主要技術參數

3 轉向架結構特點

阿根廷內燃動車組動力轉向架采用無搖枕、軸箱外置式結構。動力轉向架由構架、一系懸掛及輪對軸箱定位裝置、二系懸掛裝置、牽引裝置、驅動裝置和基礎制動裝置六大部分組成。每臺動力轉向架有2 個動力軸，兩套斜對稱布置的驅動裝置，如圖1所示。

轉向架采用空氣彈簧直接支承車體的結構，具有結構簡單，成本低，易維護，安全可靠性好的優點。轉向架中所有零部件的設計以降低轉向架壽命周期成本為原則。為提高轉向架的維護性能，降低維護成本，轉向架采用模塊化、系列化的設計，動力轉向架和非動力轉向架大部分零部件可實現互換。

圖1 動力轉向架結構布局圖

3.1 構架 轉向架構架采用‘H’形結構，由鋼板、鋼管和鍛鋼件焊接構成。主要由側梁、橫梁、制動吊座、電機吊座、牽引拉桿座等零件構成。側梁為U型結構，采用四塊板拼焊形式，在適當位置設置加強筋板，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，貫通并延伸出兩側梁之外，避免橫梁端面與側梁外側平齊而易引起焊接缺陷的現象。構架用的鋼板材質采用腐蝕性能好的S 355 J 2 W（H），鋼管材質采用Q 345 D。構架組焊后經退火處理，消除焊接應力。如圖2所示。

圖2 構架示意圖

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，執行EN 13262［4］標準，采用阿根廷要求的NEFA706［5］踏面外形，車輪表面經過整體加工。車軸由符合EN13261［6］的EA4T材料制成，車軸毛坯進行超聲波探傷，加工完成后進行磁粉探傷。軸承的選擇考慮阿根廷線路條件較差、軸重較大及維護水平較低，采用150×250 全密封圓錐滾子軸承，軸承的計算壽命大于300 萬公里。轉臂軸箱組成主要包括轉臂軸箱、全密封圓錐滾子軸承、防塵擋圈、壓板等。根據整車系統的需要，可在轉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橡橡膠堆并聯一系垂向減振器的結構，同時針對鋼彈簧折斷等失效情況設置了一系垂向彈性止擋，適應軸重較大的工況。

設計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、維護水平低的使用情況，做到了盡量少維護、免維護的要求。

3.3 二系懸掛裝置 為確保旅客乘坐的舒適性，每臺轉向架安裝2 套帶節流閥的空氣彈簧，節流閥具有垂向油壓減振器功能，不需要單獨安裝垂向減振器，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向架間的橫向位移和回轉變位。空氣彈簧采用疊層的輔助橡膠彈簧來維持在整個負載范圍內垂向剛度并達到要求的性能。

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

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

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正常運行，使車輛在沒有空氣彈簧工作的情況下，仍能持續運行。如在空氣彈簧膠囊破損情況下，建議降低車輛運行速度，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 采用應用成熟Z 形結構布置的牽引拉桿來傳遞轉向架與車體之間的牽引力和制動力。牽引拉桿的一端與牽引梁相連，另一端與轉向架構架橫梁上的牽引座相連。這種結構簡單，可實現低位牽引、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 基礎制動裝置 基礎制動裝置（見圖6）采用輪裝盤形制動單元，每條輪對上安裝2套制動盤，制動盤直徑為640 mm。基礎制動裝置由四個制動單元、手制動連桿和制動管路組成。制動單元由制動缸、制動杠桿、杠桿吊座、制動閘片等組成。每個制動單元以三點懸掛的方式安裝在構架橫梁上的制動吊座上。制動缸采用皮碗式帶手制動機構和不帶手制動機構兩種型式，帶有閘片間隙自動調整器。每輛車配有1 套安裝有手制機構的的制動單元，可滿足停放制動的要求。

圖6 基礎制動裝置示意圖

3.6 驅動裝置 驅動裝置采用滾動抱軸箱形式的驅動裝置。動力轉向架裝有兩套對稱布置的驅動裝置，每套驅動單元裝置主要由牽引電機和電機懸掛件等零部件組成，如圖7所示。

牽引電機采用抱軸式彈性半懸掛方式，一側與滾動抱軸箱聯結，另一側采用一個電機吊桿懸掛在構架上，牽引電機吊座上安裝有橡膠彈性元件，可實現輪對與構架之間相對位移。

圖7 驅動裝置示意圖

4 計算分析

4.1 動力學性能計算 采用Simpack 動力學分析軟件，對速度120 km／h 的阿根廷內燃動車組按照GB5599［8］進行了動力學性能分析，并對一系、二系懸掛件的剛度及阻尼等參數進行了優化。通過計算得出如下結論［9］：

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

2）在美國二級譜的作用下，新造狀態下出口阿根廷寬軌內燃動車組動車運行速度不大于70 km/h時，橫向和垂向平穩性指標和最大振動加速度均滿足相關規范的優級標準；在美國三級譜的作用下，新造狀態下出口阿根廷寬軌內燃動車組動車運行速度不大于90 km/h時，橫向和垂向平穩性指標和最大振動加速度均滿足相關規范的優級標準；在美國四、五級譜的作用下，新造狀態下出口阿根廷寬軌內燃動車組動車運行速度不大于100 km/h 時，橫向和垂向平穩性指標和最大振動加速度均滿足相關規范的優級標準。

3）出口阿根廷寬軌內燃動車組動車新造狀態能夠以不同的速度安全通過半徑300 m、500 m、800 m的曲線，各項安全性能指標均在各相關標準限定的限度范圍內。

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

4.2 關鍵部件強度計算 為確保設計結構的可靠性和車輛運行性能的安全性，對構架等關鍵部件按UIC 615-4［11］進行了靜強度、疲勞強度和剛度分析計算。計算結果表明，構架設計滿足標準要求，對橫側梁聯結處、一系彈簧安裝座、制動吊座等部位進行了重點評估和優化。同時對車軸強、車輪、轉臂軸箱、牽引拉桿、中心銷、牽引梁等零件進行了有限元強度計算，計算結果表明，可以滿足轉向架各工況下的強度要求。

5 構架疲勞強度試驗

2014 年9 月，在原鐵道部產品質量監督檢驗中心機車車輛檢驗站完成了構架的靜載荷試驗和疲勞試驗，按照UIC615-4［11］要求進行了疲勞試驗，疲勞強度試驗第1階段進行600萬次載荷循環，第2、3階段各進行200 萬次載荷循環，總計1000 萬次。在疲勞試驗過程中，采用濕式磁粉探傷定期檢查構架焊縫，均未發現裂紋，可認為具有足夠的疲勞強度［12］。

6 結束語

2014年10月，阿根廷內燃動車組動車組動力轉向架在公司完成了組裝和整車調試。2015 年1 月，動車組運抵阿根廷，進行了制動能力及車輛運行性能測試并進行運營考核。根據售后服務人員的運行跟蹤情況及客戶的反饋情況，動力轉向架運行狀態良好。