高速動車組轉(zhuǎn)向架區(qū)域裙板結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究

（中車唐山機車車輛有限公司，河北 唐山 064000）

近年來，我國高速鐵路的快速發(fā)展，對我國經(jīng)濟發(fā)展和人們生活方式的影響極大，贏得了社會各界的贊譽。我國生產(chǎn)的高速動車組不僅成功在內(nèi)地運營，而且不斷開拓著國際市場。轉(zhuǎn)向架在鐵道車輛運行的過程中能夠緩和軌道不平順對列車的沖擊，保證車輛運行的穩(wěn)定性、安全性和曲線通過能力。因此，開發(fā)高性能轉(zhuǎn)向架是發(fā)展高速動車組技術(shù)的關(guān)鍵。CRH380B 型動車組轉(zhuǎn)向架區(qū)域裙板結(jié)構(gòu)是在CGH3C 型動車組的基礎(chǔ)上進行優(yōu)化設(shè)計的，按材質(zhì)分為2種：一種是玻璃鋼裙板，用于頭車1位端轉(zhuǎn)向架區(qū)域；另一種是開口鋁型材裙板，用在頭車2位端及中間車轉(zhuǎn)向架區(qū)域。

一、動車組轉(zhuǎn)向架簡介

一是構(gòu)架。構(gòu)架是轉(zhuǎn)向架的基礎(chǔ)，它把轉(zhuǎn)向架各零部件組成一個整體，不僅結(jié)構(gòu)、形狀和尺寸都應(yīng)滿足各零部件組裝的要求，還承受和傳遞來自車體與輪對之間各種方向的載荷和扭矩。二是輪對軸箱定位裝置。用來承受車輛的重量，承受并緩沖、衰減來自輪軌之間的沖擊，傳遞驅(qū)動力和制動力，并提供導(dǎo)向功能，使車輛沿軌道的平動轉(zhuǎn)化為輪對的滾動。三是一系懸掛裝置。位于輪對與構(gòu)架之間，可以減小來自軌道不平順的各種動態(tài)影響。四是二系懸掛裝置。位于構(gòu)架和車體之間起連接作用。它主要由枕梁、空氣彈簧裝置及橫向止檔等組成，用于緩沖和衰減構(gòu)架和車體之間振動。五是基礎(chǔ)制動裝置。拖車轉(zhuǎn)向架的每個車軸上裝有三個制動盤，能夠使運行中的車輛在規(guī)定的距離范圍內(nèi)停車。

二、玻璃鋼裙板裂紋原因分析

經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查及綜合分析，認為玻璃鋼裙板產(chǎn)生裂紋的原因包括：一是CRH380B 項目初期，玻璃鋼裙板供應(yīng)商沒有達到圖樣要求的5.5-5.7mm 的厚度要求，在厚度超差地方造成了干涉，后續(xù)供應(yīng)商對此部位進行了打磨返修。由于玻璃鋼裙板為三維彎曲件，厚度無法測量，打磨后的厚度也無法控制。二是裂紋大部分位于雙鎖座部位，雙鎖座部位距離裙板翻邊較近，由于翻邊控制變形的能力較強，在變形無法釋放的情況下就會在鎖座處產(chǎn)生裂紋。三是安裝玻璃鋼裙板時，裙板支架與玻璃鋼裙板存在干涉現(xiàn)象，在緊固裙板的過程中產(chǎn)生應(yīng)力導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生。四是安裝玻璃鋼裙板時，2 個鎖座未調(diào)到一個平面上，鎖座錯位導(dǎo)致裙板扭擰，如此長時間運行會導(dǎo)致裙板產(chǎn)生裂紋。

三、高速動車組轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)特點

（一）輪對及組成

輪對包括動力輪對和非動力輪對兩類。在動力輪軸的一側(cè)裝有齒輪箱裝置，非動力輪軸上則安裝兩套制動盤，無齒輪箱裝置。非動力輪對的細微差異在于軸端安裝不同類型速度傳感器齒輪。

（二）構(gòu)架

鋼板焊接結(jié)構(gòu)，H 形主體框架。構(gòu)架由兩個側(cè)梁、橫梁、縱向連接梁、空氣彈簧支撐梁及其它焊接配件構(gòu)成。為了減小應(yīng)力集中現(xiàn)象，設(shè)計制造時將端部軸箱彈簧筒與側(cè)梁主體相連接的斷面形成柔滑面，以此達到良好的效果。

（三）一系懸掛

主要包括軸箱彈簧、垂向液壓減振器和轉(zhuǎn)臂定位橡膠套。在軸箱與構(gòu)架之間設(shè)置軸箱彈簧裝置。軸箱彈簧裝置緩沖車輪、軸箱的各種振動，同時將車身的重量分配到相應(yīng)的車輪，并且優(yōu)化改善車身的乘坐舒適性。

四、優(yōu)化方案

（一）玻璃鋼裙板結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

原結(jié)構(gòu)玻璃鋼裙板僅通過一個單螺栓連接，且間距較大，當一端的螺栓失效后，缺少冗余保護，裙板有脫落的風(fēng)險。優(yōu)化方案是將玻璃鋼裙板的車體連接座增加一個與車體之間的連接點，裙板在連接點位置預(yù)埋金屬襯套，確保裙板每端有2 個螺栓與車體連接座相連。當一端其中一個螺栓失效后，仍有其他螺栓起到冗余保護作用。

（二）開口鋁型材裙板結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

為改善轉(zhuǎn)向架枕梁區(qū)域開口鋁型材裙板的防脫冗余性能，在枕梁區(qū)域的鋁型材裙板兩端各增加一個連接點，同時增加車體連接座與車體之間的連接冗余。此外，為改善裙板的剛度，將原開口型材改為閉口型材。

五、仿真計算分析

（一）氣動載荷分析

由于裙板位于轉(zhuǎn)向架區(qū)域，是一開口結(jié)構(gòu)，因此列車過隧道時裙板兩側(cè)壓差很小。分析計算發(fā)現(xiàn)列車在隧道內(nèi)以350km/h 會車時，裙板兩側(cè)的壓差最大為80Pa 左右，此時可以忽略裙板的氣動載荷。但是當有較大橫風(fēng)時，裙板兩側(cè)會有較大壓差，此時必須考慮裙板所受的氣動載荷。本文針對列車運行速度160km/h、橫風(fēng)風(fēng)速30m/s 的工況進行分析計算。

（二）振動沖擊工況分析

依據(jù)IEC61373-2010《鐵路應(yīng)用鐵道車輛設(shè)備沖擊和振動試驗》標準，分析裙板的沖擊性能和振動性能。

總結(jié)：綜上所述，轉(zhuǎn)向架是保證高速動車組安全、高速、舒適運行的重要部分，隨著動車組速度的不斷提高，各種新型高速動車組轉(zhuǎn)向架也將不斷被研制出來，從而造福人類。優(yōu)化后的轉(zhuǎn)向架區(qū)域裙板應(yīng)力幅值較原裙板有較大程度的降低，滿足運用要求。