符合TSI標準雙層動車組轉向架技術方案研究

羅漢，汪林峰

（中車株洲電力機車有限公司產品研發中心，湖南 株洲 412001）

0 引言

1 轉向架主要參數及結構特點

1.1 轉向架主要技術參數

轉向架的主要技術參數詳見表1。

表1 技術參數

1.2 轉向架結構特點

符合TSI標準雙層動車組轉向架主要由構架、一系懸掛裝置、輪對軸箱組裝、二系懸掛裝置、驅動系統、牽引裝置、驅動系統懸掛裝置、基礎制動裝置、附屬裝置等部件組成（見圖1）。

圖1 A1A轉向架方案圖

1.2.1 構架

構架采用“日”字形結構，由高強度低合金鋼焊接而成，焊接滿足EN 15085標準焊接體系要求。

構架由兩根側梁，一根橫梁和兩根端梁組成；構架是轉向架各部件的安裝基礎，承受并傳遞各種載荷，按照EN 13749的要求對構架進行強度計算[1]。

1.2.2 輪對軸箱組裝

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車輪采用整體輪，符合EN 13262標準。車輪材料為ER9，車輪踏面為S1002型外形。車輪為直腹板，動車車輪制動盤安裝在腹板兩側。

車軸為空心車軸，方便列車在不落輪的狀態下對車軸進行超聲波探傷檢查，確保行車安全。車軸材料為EA4T，符合EN 13261的要求。車軸分為動力和拖車兩種車軸，動力車軸軸身有驅動齒輪和齒輪箱軸承的安裝座，拖車車軸軸身設有輪盤制動盤安裝座。根據EN13104和EN13103對動力車軸和拖車車軸（空心車軸）進行強度計算校核[12]。

軸箱體采用分體式結構，方便輪對檢修維護。軸箱軸承為整體式免維護圓錐滾子軸承。

1.2.3 驅動單元

完整的驅動單元由牽引電機、齒輪箱組裝、齒輪箱吊桿以及聯軸器組成，安裝在轉向架構架和車軸上，傳遞牽引和制動轉矩（見圖2所示）。

齒輪箱采用帶輸出軸的空心軸結構，通過3個安裝點彈性地懸掛在構架上。牽引電機安裝有防脫落裝置，通過聯軸節與齒輪箱連接起來。齒輪箱的輸出端通過橡膠聯軸節與車軸相連。

圖2 驅動單元

1.2.4 一系懸掛裝置

一系懸掛裝置采用轉臂式軸箱定位結構。一系懸掛系統由一組螺旋鋼彈簧、一系垂向減振器和定位裝置組成（見圖3所示）。一系垂向減振器能衰減輪對的高頻振動。一系懸掛還設置了垂向止擋，確保在彈簧斷裂的情形下動車組行車安全[3]。

圖3 一系懸掛裝置

1.2.5 二系懸掛裝置

二系懸掛裝置主要由空氣彈簧、二系橫向減振器、二系垂向減振器、抗蛇行減振器、橫向止擋、高度閥控制裝置等組成。二系懸掛系統裝配兩個空氣彈簧氣囊，每一氣囊串聯一個應急彈簧，一旦空氣彈簧泄氣，應急彈簧可作為保護裝置防止列車脫軌并保證車輛即使處于空氣彈簧故障狀態也能夠繼續運行。每車設4個高度閥（4點調平）。當任一空氣彈簧泄氣時，則該轉向架的另一空氣彈簧也會立即放氣。

圖4 驅動單元

1.2.6 牽引裝置

牽引裝置被設置在轉向架的中部，在兩個橫梁間。牽引裝置主要由牽引座、中心銷組裝（中心銷座和中心銷）、牽引桿組裝（牽引桿、橡膠關節）、橫向止擋、整體起吊止擋、橫向減振器等組成，其結構見圖5。橫向減振器連接著牽引座和轉向架構架的側梁。

圖5 牽引裝置

1.2.7 基礎制動裝置

機車采用輪盤制動方式，每個轉向架包含4個不帶停放功能的制動單元和2個帶停放功能的制動單元。

1.2.8 附屬裝置

附屬裝置主要包掃石器、空氣管路、車載故障診斷系統等部件。

2 動力學計算

采用德國航空航天中心開發的SIMPACK動力學仿真分析軟件，對動車組的動力學性能進行分析、計算。評價包括非線性臨界速度、直線平穩性、曲線安全性和IBE值計算，根據EN14363標準及合同要求對動車組各指標進行評價[4]。

2.1 非線性臨界速度

非線性臨界速度的計算方法為：截取一段長度為50m的不平順時域譜作為激擾，讓機車以一定的速度通過不平順后，在直道上繼續運行，通過各剛體位移的收斂和發散情況來判斷機車是否失穩。計算結果見表2所示：

表2 動車組運行穩定性（km/h）

從表2可知，在新輪的輪軌狀態下，動車組的非線性臨界速度較高，動力車達到了400km/h，非動力車達到了490km/h；在等效錐度0.6時，動力車達到了280km/h，非動力車達到了330km/h，完成能夠滿足最高運行速度200km/h的要求。

2.2 直線平穩性計算

計算時選取德國低干擾作為軌道激擾，根據EN14363標準要求，各評價指標極限值如表3所示，其中舒適度指標要求是項目合同要求，高于EN12299標準要求。該動車組在不同速度下，動車組的運行平穩性的變化情況如表4所示，表中ND、NT分別為動力車、非動力車的舒適度指標，ahD、ahT分別為動力車、非動力車的垂向振動加速度，azD、azT分別為動力車、非動力車的垂向振動加速度。

表3 評價指標及其限值

表4 動車組的運行平穩性變化情況

在運行速度220km/h以內，動車組的的舒適度小于1.89，橫向加速度小于1.5m/s2，垂向加速度小于2.0m/s2，具有優異的平穩性。

2.3 曲線安全性計算

如表5所示，根據不同的線路曲線半徑設置了不同的超高和緩和曲線。計算中輸出動車組的輪軸橫向力（kN）、輪軸橫向力均方根值、輪軌垂向力Qmax（kN）、和脫軌系數Y/Q等安全性指標。

表5 曲線通過線路設置

動車組在各種線路工況下各項動力學性能指標列于表6中。

表6 曲線通過時各動力學性能指標/AW0

從表5和表6的計算結果可知，機車以表5中設置的各種線路工況通過曲線時，輪軸橫向力、輪軸橫向力均方根值、輪軌垂向力Qmax（kN）、和脫軌系數Y/Q等安全性指標都在表3規定的范圍內，說明該動車組曲線通過性能滿足要求[5]。

3 結論

本文提出了一種符合TSI標準雙層動車組轉向架的技術方案。經過詳細的轉向架技術方案、各部件結構介紹和動力學性能計算分析，得到以下結論：（1）TSI雙層動車組轉向架方案具有較強的可行性，能滿足歐洲線路的運營要求，轉向架設計符合TSI認證體系。（2）轉向架采用成熟可靠的驅動方案、牽引裝置以及合理的懸掛方式，保證了轉向架結構合理、安全可靠。（3）該型轉向架動力學性能滿足要求。