高速轉向架輪對的結構設計

管林挺

(吉林鐵道職業技術學院，吉林 吉林 132200)

0 前言

眾所周知，車輛運行速度越高，其各部件的工作環境就越惡化，對其安全性和可靠性的要求就越高[1]。在整個車輛系統中，輪對在通過接觸輪軌直接傳遞作用力方面起著十分重要的作用。車輛在軌道上高速運行中其全部重量均由輪對肩負著，并承擔著非常復雜的載荷，其中主要是由其下接觸鋼軌、其上的車體各種動、靜作用力傳遞過來。所以，輪對應該具有優良的結構和足夠的強度，從而來保證列車運行的安全性和可靠性。本文從上述存在的問題出發，參照我國現運行的幾種型號動車組的動力輪對進行高速轉向架的結構設計。

1 高速轉向架輪對的結構設計

1.1 車軸的結構設計

1.1.1 車軸材料

本文所設計的車軸材料選用S38C。

1.1.2 軸重確定

軸重也叫軸荷，軸重指的是每根車軸允許分攤的最大整車重量。經資料查得，CRH1動車組的軸重為16t；CRH2動車組的軸重為14t；CRH3動車組的軸重為17t；CRH5動車組的軸重為17t。通過與以上4種動車組進行比較分析后，將所設計車軸的軸重定為15t。

1.1.3 軸身內、外徑，過渡圓弧半徑的確定

經過與國內外其它型號動車組車軸尺寸比較分析，將軸身外徑定為182mm，軸頸外徑定為130mm，車軸內孔徑定為60mm。

在軸頸部位，軸頸和密封環座間的過渡圓弧為R40mm。密封環座和輪座之間的過渡區域可由幾個R25mm的圓弧半徑構成。據國內外實驗研究結果知，要使車軸壓配合部位的疲勞極限進一步提升，可以進行優化設計，改變車軸的外形尺寸。車軸輪座直徑(D=201mm)與車軸直徑(d=182mm)之比為1.1，屬最佳直徑比范圍；為實現在軸身和車輪座、齒輪座間的過渡區域結構具有最小的應力集中，特別是在靠近軸身的端面，輪轂的長度要在靠近軸身處設計一個半徑為R75mm的過渡圓弧。車軸結構如圖1所示。

圖1 車軸結構

1.2 車輪結構設計

1.2.1 車輪踏面外形

各國采用的車輪踏面種類多樣，各有特點，分析知均滿足以下條件：通過曲線軌道時要容易；輪軌間的磨損小，在產生磨損之后，幾何外形變化量小；對車輪旋修時，要消耗無益的少，去掉質量的切削變化要小；要有較好地防止輪軌脫軌的安全性以及要有較小的輪軌間接觸應力等。本文所設計的車輪踏面采用LMA磨耗型踏面。

1.2.2 車輪結構

本文所設計車輪(圖2)為：

(1)制動盤厚度大小為133mm、外徑尺寸為725mm(有效外徑720mm)，采用一體鍛鋼式制動盤，安裝在在車輪上。

(2)制造車輪采用SSW-Q3R材質，其寬度大小為135mm，直徑尺寸為860 mm。

(3)采用具有優良的防噪聲性能和較好彈性的碳素鋼整體碾壓直輻板車輪。

(4)應用LMA磨耗型車輪踏面，磨耗半徑最大可能為35mm，輪緣高度為28 mm。

圖2 車輪結構

2 輪對加工工藝分析

2.1 車軸加工工藝

空心車軸毛坯進廠后，機械加工的主要工藝過程如下：

(1)毛坯以外圓定位，在雙面銑床上粗銑兩端面。(2)在空心車軸的兩側堵頭上找到中心進行定位，在車軸仿形車床上對軸身、輪座、半精車軸頸、制動盤座和防塵板座進行確定。(3)以輪座面定位，精銑兩端面，保證2298mm尺寸。(4)修研中心孔，以中心孔定位，精車軸頸、制動盤座、輪座、防塵板座及軸肩圓弧。(5)磨輪座、制動盤座。(6)滾壓輪座、制動盤座、軸身及R75mm圓弧。(7)精磨防塵座、軸頸。(8)交驗。

2.2 輪對壓裝工藝

進行輪對壓裝時，要保持以下油壓機活塞、車軸以及車輪這三者在縱向中心上一致。在壓裝力的作用下，使車軸輪座沿著輪轂孔慢慢移動。在壓裝配合表面上發生彈塑性變形，因為有壓力產生作用而產生摩擦力時，使壓裝力克服配合面。此時，輪轂孔表面和車軸輪座形成相對移動，達到輪軸壓裝的效果。在相同溫度下，進行壓裝各個零部件，通常在室溫的環境下，將部件放置8h以上才進行壓裝。由于各部件摩擦過程、壓裝質量等都會受到溫度的影響。

輪對壓裝的一般工藝流程為：

(1)吊裝：首先，準備方木，在車軸支架上吊上車軸，同時車軸上已安裝好輪箱，并用方木把輪箱墊高，車軸的縱向中心線保持水平。

(2)套車輪：用吊車把車輪套在車軸上，車輪縱向中心線與車軸縱向中心線重合，然后進行預壓裝。

(3)壓車輪：在臥式輪軸壓樁機上吊入車輪，同時將已完成預壓裝的車輪緩慢吊入。第一步，壓裝前準備，進行水平定位，利用水平儀將壓力機活塞、車軸以及車輪3個部件保持中心線一致。第二步，壓裝，設定準確的虎口行走距離在壓裝機上，在車輪上逐步增加壓裝力，這一步通過虎口來實現。同時關注自動記錄器記錄的壓力曲線，并讀取壓力機上壓力表壓力數值。最后，明確壓裝的具體位置，利用定規來完成，保存填寫壓裝曲線圖，實現圖紙要求的位置。

(4)反壓實驗：在輪對壓裝完成后的48h后進行反壓實驗，將磁座百分表放在輪轂的端面上，車軸在承受80t水平力后，輪軸不發生相對位移。