120km/h軌道工程車輛用電傳動動力轉向架設計

李田 曹莉姣 馬超 穆青

【摘? 要】主要對寶雞中車時代工程機械有限公司研制的120km/h電傳動軌道工程車輛動力轉向架的結構、功能及其重要構成系統做簡單介紹，對其相關計算驗證進行簡要說明。

【關鍵詞】軌道工程車輛;電傳動;動力轉向架

引言

隨著我國鐵路事業的高速發展，為鐵路配套的軌道工程車輛的技術運用及運行速度也逐步提升。同時，隨著國家對于環保問題的日益重視，各種環保方面的法律、法規逐漸出臺，傳統機械傳動和液力傳動的軌道工程車輛轉向架已不能很好地滿足軌道工程車輛運用要求。因此，為滿足我國鐵路事業的高速發展需求，并結合公司未來發展需求，寶雞中車時代工程機械有限公司設計研發了一款120km/h速度等級軌道工程車輛用電傳動動力轉向架。

1.轉向架主要技術參數

該轉向架主要技術參數如表1所示：

2.轉向架概述

該轉向架如圖1所示，主要有構架、輪對軸箱、二系旁承懸掛裝置、牽引裝置、牽引電機、車軸齒輪箱、基礎制動裝置及其他附件組成。

1.構架 2.動力輪對軸箱裝置 3.二系旁承懸掛裝置 4.牽引裝置 5.牽引電機6.基礎制動裝置 7.附件組成

3.轉向架主要組成部分介紹

（1）構架。該轉向架構架主體為由兩根側梁和一個橫梁組成的全鋼板焊接“H”型結構，其上設有各種附件安裝座，具有強度大、剛性好、質量輕、焊接工藝性好等優點。構架在焊接結構設計時，完全遵循《EN15085—3：鐵路應用—鐵道車輛及部件的焊接—第3部分：設計要求》。設計中對構架整體結構進行優化，避免了構架拼焊后局部出現較大應力集中問題。構架設計強度符合TB/T 3549.1《機車車輛強度設計及試驗鑒定規范 轉向架 第一部分：轉向架構架》中規定。構架組焊完成后，進行退火處理，消除構架內部殘余焊接應力。構架組焊后整采用整體機加工，可保證構架上安裝各部件尺寸定位精度要求。

（2）動力輪對軸箱裝置。該轉向架輪對軸箱裝置采用雙拉桿式定位方式。每個軸箱有兩組完全相同的內、外簧彈簧組，并在軸箱體和構架之間設有垂向油壓減振器。輪對采用注油壓裝方式，符合TB/T 1463《機車輪對組裝技術條件》規定。車輪為輪徑915mm的HFS型車輪，設計符合TB/T 2817《鐵道車輛用輾鋼整體車輪技術條件》，踏面型式采用LM磨耗型踏面。車軸軸型符合TB/T 2624《重型軌道車車軸型式及基本尺寸》，材質為LZ50，生產制造符合TB/T 2945《鐵道車輛用LZ50車軸及鋼坯技術條件》。該轉向架電機輸出端與齒輪箱輸入端由聯軸節過渡，電機輸出的扭矩通過聯軸節傳遞到齒輪箱，齒輪箱的從動端與車軸過盈連接，通過從動端帶動車輪轉動，從而驅動整車運動。

（3）二系懸掛裝置。該轉向架二系懸掛裝置采用橡膠堆配合橫向油壓減振器和側擋型式。每轉向架配置四個橡膠堆，一個橫向油壓減振器，兩個側擋裝置。此二系懸掛裝置性能穩定，使用維護保養簡單，能夠適應車輛通過較小曲線半徑，還可以衰減車輛橫向振動，限制車體與轉向架之間的橫向位移。

（4）牽引裝置。該轉向架牽引裝置采用低位連桿牽引裝置，結構簡單靈活、重量輕、連接部位潤滑好、維修保養簡單方便。

（5）牽引電機。該轉向架牽引電機額定功率為250 kW，額定轉速為750r/min，電機冷卻方式為強迫風冷，采用架懸方式安裝。

（6）基礎制動裝置。該轉向架基礎制動裝置采用單元制動器單側踏面制動型式，閘瓦采用高摩合成閘瓦。每個轉向架設置有四個外置安裝帶駐車停放功能的單元制動器，能在車輛停車或無風狀態下利用蓄能的彈簧實現車輛停車制動功能。同時，還具有閘瓦間隙自動調節功能，保證閘瓦與車輪踏面間隙8mm～12mm。

（7）其他附件組成。該轉向架根據車輛運用工況要求，設置了撒砂裝置、一二系鎖定裝置、接地裝置、軸溫報警裝置等附件組成。

4.設計計算

（1）構架強度計算。為保證車輛運用安全，依據TB/T1335《鐵道車輛強度設計及試驗鑒定規范》及TB/T2368《動力轉向架構架強度試驗方法》，采用Pro/E三維建模軟件及ANSYS Workbench有限元分析軟件，對轉向架構架按照23t軸重施加載荷，進行了靜強度計算及疲勞強度評價。

①靜強度計算。經過對構架模型進行處理和單元離散，構架形成366500個單元，691423個測點，構架網格質量達到74%，符合進行加載計算要求。

通過經計算分析，各工況下構架最大等效應力均小于對應材料的應力評定標準。構架應力最大部位出現在超常載荷工況4下側梁內肋板處（彈簧座對應位置），如圖2所示，應力值為243.8MPa，小于355MPa，，故構架滿足靜強度要求。

②疲勞強度分析。選取構架主要測點模擬運營載荷工況進行疲勞強度評定，各測點疲勞強度采用Goodman圖進行疲勞強度評價，評定結果見圖3 。結果表明構架各測點的疲勞強度均沒有超過母材的疲勞極限也沒有超過焊縫區的疲勞極限，故運營載荷各工況下構架疲勞強度滿足疲勞強度標準。

（2）動力學計算驗證。為驗證該軌道工程車轉向架動力學性能，依據軌道車設計結構和計算參數，采用多體動力學分析SIMPACK軟件建立非線性動力學分析模型，計算分析車輛系統的失穩臨界速度、運行安全性和運行平穩性，綜合評估車輛動力學性能。因該轉向架主要用于軌道工程車輛車輛中的重型軌道車，不是作為載人客車。因此，其動力學性能考核評價主要依據GB/T 17426-1998《鐵道特種車輛和軌行機械動力學性能評定和試驗方法》。

通過對多種工況的計算分析，并結合特種車輛動力學性能評價標準進行仿真評估分析，得到以下幾點結論：

①軌道車線性失穩臨界速度隨車輪踏面等效踏面錐度增大而減小，非線性臨界速度在新輪狀態下為238km/h，能夠滿足該車輛120km/h運用速度和132km/h最高試驗速度的要求。

②經計算分析軌道車通過多種典型曲線工況的結果，各項運行安全性指標參數均在標準要求安全限度值以內，可滿足車輛通過100m曲線安全運行要求。

③軌道車直線運行時，20km/h～132km/h速度范圍內，車體垂向和橫向振動加速度均滿足限度值要求;20km/h～120km/h速度范圍內垂向平穩性指標均為優等級，132km/h速度級垂向平穩性指標為良好等級;各速度級橫向平穩性指標均為優等級。

④軌道車側向通過9號和12號道岔時，不同速度級下脫軌系數、輪重減載率和輪軸橫向力等指標均具有一定安全裕量。

綜上，根據仿真計算的分析結果，軌道車運行安全性和平穩性各項參數能夠滿足標準GB/T 17426-1998《鐵道特種車輛和軌行機械動力學性能評定和試驗方法》的要求，滿足整車運行的動力學性能要求。

（3）緊急制動計算驗證。軌道車制動距離是衡量制動性能的一個重要參數，因此應通過計算來校核車輛在緊急制動情況下制動距離是否滿足GB/T 10082《重型軌道車技術條件》所規定的軌道車在平直線路上，單機以120km/h時自行速度運行，緊急制動距離不大于800米的要求及是否滿足滑行條件。

根據TB/1407《列車牽引計算規程》計算整車緊急制動距離計算，計算得知：在平直道上，單機以120km/h時自行速度運行，緊急制動距離為655.5m，滿足緊急緊急制動距離不大于800米的要求。且對其滑行條件及整車坡道駐車能力計算校核均滿足整車設計要求。

5.結語

該轉向架的結構介紹及相應計算結果表明：該轉向架結構設計緊湊合理，能滿足動力學性能、限界及強度的要求;同時，滿足最大運用速度為120km/h的要求和初速度為120km/h時整車緊急制動距離小于800 m的要求。因此該轉向架結構設計、懸掛參數的匹配是合理的，設計是成功的，能夠滿足整車轉向架運用需求。

參考文獻

[1]鮑維千.內燃機車總體及走行部[M]. 北京：中國鐵道出版社，2007.