出口澳大利亞23 t軸重側(cè)翻車轉(zhuǎn)向架的研制

甄亞林，穆鳳軍，徐世鋒

(中車齊齊哈爾車輛有限公司 大連研發(fā)中心，遼寧 大連 116052)

中車齊齊哈爾車輛有限公司借鑒出口澳大利亞轉(zhuǎn)向架的設(shè)計和運用經(jīng)驗，2018年為澳大利亞力拓公司成功研制了側(cè)翻車用23 t軸重控制型轉(zhuǎn)向架。該轉(zhuǎn)向架經(jīng)數(shù)次優(yōu)化，動力學(xué)性能優(yōu)良，符合力拓公司SS-R 173：2013《鐵道機車車輛動態(tài)性能標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，能夠滿足空重車最高運行速度80 km/h的要求。該轉(zhuǎn)向架于2019年3月開始正式投入使用，經(jīng)過運用考驗，可以滿足用戶運輸要求。

1 主要技術(shù)特點

1.1 增加外旁承止擋提高車輛抗傾翻穩(wěn)定性

配裝該轉(zhuǎn)向架的側(cè)翻車傾翻角度為45°，傾翻穩(wěn)定性是研發(fā)側(cè)翻車必須考慮的重要事項。為提高車輛在傾翻過程中貨物還未開始卸出時的橫向傾翻穩(wěn)定性，轉(zhuǎn)向架采用彈性旁承加外旁承止擋結(jié)構(gòu)，在搖枕安裝彈性旁承位置外側(cè)焊接外旁承止擋，如圖1所示。車輛在正常狀態(tài)下，僅彈性旁承起承載作用；車輛傾翻作業(yè)時，若車體發(fā)生傾覆，則外旁承止擋可以支撐車體，防止車輛扣翻，提高了安全性。彈性旁承中心距為1 270 mm，外旁承止擋中心距為1 520 mm，止擋上用折頭螺栓安裝磨耗板，便于磨耗板拆卸與更換。外旁承止擋磨耗面低于旁承滾子4 mm，磨耗板可調(diào)整厚度，便于組裝時調(diào)整外旁承止擋磨耗板頂面與旁承滾子的距離。

圖1 外旁承止擋示意圖

1.2 使用液壓減振器提高動力學(xué)性能

該轉(zhuǎn)向架依據(jù)力拓公司SS-R 173:2013標(biāo)準(zhǔn)考核其動力學(xué)性能。不裝液壓減振器的控制型轉(zhuǎn)向架點頭浮沉振動工況較為惡劣，車輪垂向最小載荷、彈簧最大容量、車體最大垂向加速度等動力學(xué)指標(biāo)超標(biāo)。為使其滿足SS-R 173:2013動力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)的要求，轉(zhuǎn)向架中央懸掛系統(tǒng)安裝STUCKI液壓減振器，如圖2所示。

圖2 STUCKI液壓減振器

減振器在空車狀態(tài)下不起作用，僅在重車狀態(tài)下起作用。經(jīng)動力學(xué)分析計算，加裝液壓減振器后，轉(zhuǎn)向架點頭浮沉振動工況得到了極大改善，能顯著提高車輛在重車狀態(tài)下的動力學(xué)性能。

1.3 采用多項新技術(shù)

采用常摩擦減振裝置，斜楔主摩擦面加寬，提高了三大件式轉(zhuǎn)向架的運行穩(wěn)定性；裝用大直徑車輪，有效降低了輪軌磨耗和輪軌接觸應(yīng)力；采用TMX集成制動裝置，質(zhì)量輕，制動效率高；磨耗件采用高分子或耐磨材料，磨耗輕，使用壽命長，降低了車輛檢修維護成本。

2 主要技術(shù)參數(shù)

出口澳大利亞23 t軸重側(cè)翻車轉(zhuǎn)向架主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 出口澳大利亞23 t軸重側(cè)翻車轉(zhuǎn)向架主要技術(shù)參數(shù)

3 主要結(jié)構(gòu)

該轉(zhuǎn)向架為鑄鋼三大件式控制型轉(zhuǎn)向架，主要由輪軸組成、側(cè)架組成、搖枕組成、減振裝置、中央彈簧懸掛系統(tǒng)、TMX集成制動裝置、彈性旁承和液壓減振器等組成，如圖3所示。

圖3 出口澳大利亞23 t軸重側(cè)翻車轉(zhuǎn)向架示意圖

(1) 車軸材質(zhì)為符合AAR M 101：2017《經(jīng)熱處理碳素鋼車軸規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)的F級鋼。車輪為整體輾鋼多次磨耗型車輪，直徑為970 mm，材質(zhì)為C級鋼，符合AAR M 107：2012《碳素鋼車輪》的規(guī)定。

(2) 搖枕、側(cè)架材質(zhì)為符合AAR M 201:2018《鑄鋼件規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)的C級鋼，其靜強度、靜載荷和疲勞強度分別滿足AAR M 202:2018《鑄造或構(gòu)造轉(zhuǎn)向架搖枕設(shè)計和試驗規(guī)范》和AAR M 203:2012《鑄鋼轉(zhuǎn)向架側(cè)架設(shè)計和試驗規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)要求。

(3) 采用常摩擦減振裝置。為提高轉(zhuǎn)向架抗菱形變形能力，采用主摩擦面加寬到260 mm的貝氏體球墨鑄鐵斜楔。彈簧材質(zhì)為60Si2CrVAT，每臺轉(zhuǎn)向架共有16個搖枕彈簧和4個減振彈簧，彈簧幾何參數(shù)見表2。

表2 彈簧幾何參數(shù)

(4) 采用制動缸直徑為203 mm、制動倍率為4.589的TMX集成制動裝置。閘瓦厚度為50.8 mm的AAR高摩合成閘瓦。

(5) 采用STUCKI HYDRASHOX PLATINUM A型液壓減振器和STUCKI ISB-10常接觸彈性旁承，旁承載荷為20 kN，旁承垂向剛度為1.8 MN/m，旁承間隙為6.4 mm。

4 計算和試驗情況

4.1 搖枕、側(cè)架強度計算和試驗

采用有限元軟件對搖枕和側(cè)架進行了靜強度、靜載荷和疲勞強度計算。其中，搖枕還增加了側(cè)翻工況下的計算。計算結(jié)果表明：側(cè)架在AAR M 203:2012標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的工況以及搖枕在AAR M 202:2018標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的工況和側(cè)翻工況下，最大應(yīng)力均不超過C級鋼的許用應(yīng)力；搖枕、側(cè)架的剛度分別滿足AAR M 202:2018和AAR M 203:2012標(biāo)準(zhǔn)要求；疲勞壽命均能夠滿足30年或600萬km的要求。

4.2 動力學(xué)計算

利用車輛動力學(xué)分析軟件NUCARS對裝用該轉(zhuǎn)向架的側(cè)翻車進行了動力學(xué)性能仿真計算，對比了轉(zhuǎn)向架在有液壓減振器和無液壓減振器2種工況下的動力學(xué)性能。計算內(nèi)容包括車輛蛇行失穩(wěn)臨界速度、穩(wěn)態(tài)曲線通過性能、動態(tài)曲線通過性能、特定軌道不平順下的車輛響應(yīng)等。計算結(jié)果表明：車輛各項動力學(xué)性能考察指標(biāo)滿足空重車運行速度80 km/h的要求，符合力拓公司SS-R 173：2013標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

5 運用情況

23 t軸重側(cè)翻車轉(zhuǎn)向架共配裝到6輛側(cè)翻車上，主要用于運輸石砟等散裝貨物。自2019年3月在澳大利亞投入使用以來，運用情況良好，轉(zhuǎn)向架無故障，液壓減振器與搖枕接觸部位無沖擊。側(cè)翻車傾翻作業(yè)時性能穩(wěn)定，外旁承止擋磨耗墊無磕碰，無裂損，外旁承止擋磨耗面與旁承滾子距離合理(圖4)。

圖4 出口澳大利亞23 t軸重側(cè)翻車轉(zhuǎn)向架運用情況

6 結(jié)束語

中車齊齊哈爾車輛有限公司研發(fā)的出口澳大利亞23 t軸重側(cè)翻車轉(zhuǎn)向架采用了多項新技術(shù)，結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定可靠，檢修維護方便，滿足力拓公司的運用要求。