一種地鐵工程車通用二系轉向架的開發

萬友聰

摘 要結合我國地鐵線路的發展，目前對地鐵工程車需求量較大，針對地鐵工程車開發一款通用性二系轉向架，可滿足地鐵工程車研發關鍵零部件的通用性需求，可有效縮短地鐵工程車的研發時間，該二系轉向架結構簡單，強度滿足16t以下軸重需求，通用性較強，平穩性性能優越。

關鍵詞轉向架;一系懸掛;二系懸掛;牽引裝置

1 現狀分析

隨著我國經濟社會發展，城市軌道交通發生了日新月異的高速發展，我國自1969年10月1日北京第一條地鐵線路建成通車，截至2019年9月28日，我國已開通地鐵的城市有41個。隨著大量地鐵線路的長期運用，近年來出現許多線路問題，亟須地鐵工程車進行地鐵線路的養護。目前市場上常見的地鐵工程車有檢測車、鋼軌地鐵工程車、焊軌車、鋼軌探傷車、隧道清潔車、橋梁檢測車等。

地鐵線路的作用是承擔來自車輪的壓力并引導車輪前進。鋼軌通過扣件與軌枕連接，扣件的主要功能是阻止鋼軌對于軌枕的縱、橫向移動，保持鋼軌的正確位置。軌枕按其材質分為木枕、鋼筋混凝土軌枕和鋼軌枕三類。目前地鐵線路主要采用鋼筋混凝土軌枕。道床主要分為有砟道床和整體道床，地鐵線路道床一般都是采用整體鋼筋混凝土道床，與石碴路基比較，該種道床具備足夠的強度、剛度，便于施工，易于管理，可靠性高，使用壽命長，便于維護，有利于日常的清潔養護，降低運營成本。但整體道床相比有砟道床，對車輛運行緩沖效果差，車輛運行平穩性相對較差，目前根據現場試驗經驗，同樣的車在國鐵線路與在地鐵線路上進行動力學試驗，試驗臨界速度相差至少20KM/h。這就要求地鐵車輛在設計時要充分考慮線路的因素，通過合理的設計有效地提高車輛的動力學性能。早期國內工程車大多采用一系懸掛轉向架，雖然滿足作業要求，但整車舒適性較差。近年來，隨著我國經濟發展，客戶對工程車整車舒適性的要求也越來越高，這就要求轉向架能充分減振，有效降低線路的激擾傳遞到車體。針對工程車輛，采用二系空氣簧的話成本太高，因此本文主要針對地鐵工程車設計通用性較強的二系轉向架，用于地鐵工程車開發設計需求。

2 該轉向架結構介紹

該轉向架主要技術參數如下：

該二系轉向架主要由整體焊接式構架、驅動裝置、牽引裝置、基礎制動裝置、一系懸掛裝置、二系懸掛裝置等組成，轉向架結構見圖1所示。

2.1 構架

構架由側梁、橫梁、軸箱安裝座、齒輪箱安裝座等組成。構架材料選用Q345qE，主要安裝座材質為Q345D。

該構架強度參照TB/T2368-2005《動力轉向架構架強度試驗方法》進行有限元分析及進行構架強度試驗，該分析及試驗的目的主要是驗證在運用時可能出現的最大載荷的共同作用下，轉向架構架沒用永久變形的危險。有限元結果顯示，該構架強度、剛度及疲勞分析都滿足設計需求，計算圖片詳見圖3超常載荷工況及圖4疲勞分析。

2.2 驅動裝置

車軸材料采用LZ50，滿足TB/T 2945《鐵道車輛用LZ50鋼車軸及鋼坯技術條件》;車輪材料采用ER9，符合標準EN 13262《鐵路應用-輪對和轉向架-車輪-產品要求》，車輪踏面型式為LM磨耗型踏面。輪對壓裝符合標準TB/T 1463《機車輪對組裝技術條件》，軸端軸承采用SKF提供的BT2-8670一體式免維護軸承，滿足10年或80萬公里的壽命要求。車軸齒輪箱采用意大利進口品牌歐姆西車軸齒輪箱。傳動方式為靜液壓驅動，齒輪箱脫掛檔方式為摩擦片離合器脫掛擋（高低速）。

2.3 牽引裝置

牽引裝置采用牽引座加單牽引拉桿結構，橫向安裝橫向油壓減振器。牽引座與車體連接，為整車提供牽引力。該裝置結構簡單，方便安裝及檢修，強度滿足使用要求。

2.4 懸掛裝置

懸掛裝置為一系懸掛裝置和二系懸掛裝置，一系懸掛裝置為內外螺旋鋼彈簧加垂向油壓減振器組成，垂向油壓減振器有垂向起吊功能;二系懸掛裝置為橡膠堆。一系軸端軸箱安裝有防滑裝置及機械式速度傳感器。一系懸掛裝置結構合理，軸箱便于定位和裝夾，具備足夠的強度、剛度和位置精度，能滿足不落輪鏇削設備鏇削車輪踏面。

2.5 動力學計算

該轉向架安裝到一款地鐵工程車上進行了動力學計算驗證其性能，通過以上整車動力學性能仿真計算，可以對該地鐵工程車得出以下結論：

（1）該地鐵工程車在新輪軌時的失穩臨界速度較高為173km/h，能滿足運行要求。隨著車輪踏面的磨耗，車輛蛇行失穩臨界速度下降，當車輪踏面磨耗至等效錐度為0.35時，蛇行失穩臨界速度仍高于設計速度，運行穩定性滿足要求。

（2）該地鐵工程車以60km/h、80km/h速度運行在美國Ⅴ級譜激勵的直線軌道時，車體橫向、垂向振動加速度最大值均沒有，車體橫向、垂向平穩性指標均達到優級標準。

該地鐵工程車以100km/h速度運行時，車體橫向最大振動加速度為0.18g（1.8m/s2），車體垂向最大振動加速度為0.23g（2.3m/s2）均沒有超出規定的限度值，車體橫向平穩性指標、車體垂向平穩性指標均達到優級。

（3）以低于50km/h（欠超高約47mm）的速度通過R=150m的圓曲線時，以低于30km/h（欠超高約33mm）的速度通過R=80m的圓曲線時，各項指標在GB/T17426-1998和規定的限度值以內。當速度在35km/h（欠超高約60mm）通過R=80m的圓曲線時，輪軌橫向力仍然沒有超過限度值（39.58kN）。在R=65m的圓曲線上，以15km/h（欠超高約40mm）以下的速度、17km/h（欠超高約52.5mm）的速度通過時各項指標在GB/T17426-1998和規定的限度值以內，輪軌橫向力沒有超過限度值（39.58kN）。

3 結束語

該轉向架設計能滿足多種地鐵工程車裝機使用，該轉向架剛度、強度滿足設計需求，動力學性能優，臨界速度高，能提供良好的整車平穩性，能為作業人員提供良好的乘坐舒適性，為整車運用提供良好的作業性能，有效減小整車振動對車上零部件的損傷。滿足整車作業及高速連掛需求。能有效地為今后地鐵工程車開發提供通用性的轉向架需求。

參考文獻

[1]嚴雋耄，傅茂海.《車輛工程》，中國鐵道出版社.

[2]TB/T 2368《動力轉向架構架強度試驗方法》.

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[4]GB/T 17426《鐵道特種車輛和執行機械動力和軌行機械動力學性能評定及試驗方法》.

[5]TB/T 2945《鐵道車輛用LZ50鋼車軸及鋼坯技術條件》.

[6]TB/T 1463《機車輪對組裝技術條件》.

[7]EN 13262《鐵路應用-輪對和轉向架-車輪-產品要求》.