某城市軌道交通車輛柔性拖車轉向架的研制

馬曉光，肖遙，金雄峰，王康

某城市軌道交通車輛柔性拖車轉向架的研制

馬曉光1，肖遙1，金雄峰1，王康*,2

（1.中車南京浦鎮車輛有限公司，江蘇 南京 210031；2.西南交通大學 牽引動力國家重點實驗室，四川 成都 610031）

介紹了一種用于城市軌道交通永磁直驅列車的柔性拖車轉向架，該轉向架采用了小軸距、小輪徑的設計方法。轉向架的構架采用“交叉板式”橫梁實現柔性，能提供較低的扭轉剛度和合適的抗菱剛度，適應線路不平順的能力更強。對構架進行強度計算和疲勞試驗之后，發現測試結果滿足標準要求。對拖車柔性轉向架的扭曲減載性能進行了測試，發現該轉向架的輪重減載率較傳統轉向架偏低。同時對拖車柔性轉向架的構架模態進行了測試，更加全面地掌握了該轉向架的特性。最終得到結論：該新型轉向架的各項指標均滿足設計和標準要求，滿足線路實際運用要求。

拖車轉向架；柔性構架；永磁直驅列車

城市軌道交通車輛簡稱為城軌車輛。普通鐵路車輛由機車驅動在鐵路上行駛，而城軌車輛由若干動車與拖車組成，其中動車承擔驅動功能。由于城市軌道交通車輛的主要作用是運送乘客，其轉向架還應具備普通客車轉向架的各種裝置和性能。并且城市軌道交通中各種車輛轉向架還應該是一個具有更小噪音和較大載重適應性的系統。同時，城軌車輛在人口密集的城市運行，安全可靠性要求高，對列車運行噪音和環境污染有著十分嚴格的要求。由于城軌交通的特殊性，在這些線路上運行的車輛也應與之相適應。

隨著城市的發展，地鐵由于其快捷便利的優點成為了不可替代的交通工具[1]。對于地鐵列車，良好的曲線通過能力是人們追求的重要目標之一[2]。永磁直驅地鐵列車是下一代地鐵的主要研究方向，其具有小曲線通過能力強、牽引能耗低、噪聲低、輪緣磨耗低等特點，可有效降低線路的規劃難度和建設成本，降低車輛在運營過程中的費用，同時提高其乘坐舒適性和運行平穩性[3]。

本文闡述了一種用于80 km永磁直驅列車的柔性拖車轉向架，軸距設定為1.9 m，車輛小曲線通過能力提高到150 m，同時轉向架構架采用“交叉板式橫梁”，降低了構架的扭轉剛度，適應軌道不平順能力更強，車輛運行舒適性更佳。

3.3 煙草公司統購農藥防病品種少 在調查的過程中，不少煙農反映煙田暴發病蟲害時，煙草公司缺乏相應的防病農藥產品。煙農轉而會在村鎮農藥銷售人員的推薦下購買農藥，而一些農藥銷售人員缺乏生態安全意識，推薦的農藥往往容易造成農藥殘留量超限的問題。

1 轉向架主要技術參數

車體與鋼軌之間通過轉向架（即走行部）進行接觸和作用。車體坐落于轉向架上，轉向架不僅有效地支撐著整個車體，且對車輛的軸重進行均衡。如果沒有轉向架，則車輛無法快速行駛。同時，轉向架還保證了車輛在軌道上的安全運行。

轉向架是軌道車輛最關鍵的部件，車輛的動力學性能都與轉向架息息相關。該城市軌道交通車輛柔性拖車轉向架依據某條地鐵線路運營要求設計，轉向架主要技術參數如表1所示。

表1 轉向架主要技術參數

2 轉向架主要結構

永磁直驅柔性拖車轉向架最大的特點是其構架為柔性焊接構架。轉向架的其他結構形式一般和常規設計類同，但為滿足某條線路運營要求進行了優化[4]。

柔性轉向架是指輪對在構架中定位剛度小的轉向架。特別是縱向剛度小，例如構架中前、后兩軸在通過曲線時，呈現徑向位置，將有利于曲線通過，能減緩輪軌的側向磨耗。柔性轉向架較多用于動車及客車轉向架上。機車轉向架由于結構要求，輪對的縱向定位剛度較大[5]。

該永磁直驅柔性拖車轉向架的結構如圖1所示。

2.1 柔性構架

轉向架的各零部件通過構架組成一個整體，因此，構架不僅要承載，還要考慮與轉向架安裝制動裝置和軸箱定位裝置等的結構、形狀和尺寸相適應。

柔性構架相對于傳統的剛性轉向架來說，最大的區別在于其采用了“交叉板式”柔性橫梁結構，如圖2所示。

國家藥品審評中心于2003年提出了 “仿產品不是仿標準”的指導思想[8]。本研究結果亦表明，質量標準對于不同來源產品的區分力是很弱的，難以揭示產品的內涵。出于產品放行和生命周期的考慮，質量標準的限度往往比較寬松，一個符合質量標準的產品是否一定是安全、有效的，還有待商榷。因此，一致性評價絕不能僅從質量標準一致著手。

可以通過改變橫梁的參數來改變和調整構架的剛度特性，從而提高其在行駛過程中對扭曲軌道的接受能力[6]。進一步說，柔性構架具有更多的模態信息。

腦型脂肪栓塞綜合征可表現為頭痛、煩躁不安、失眠、易怒、譫妄甚至昏迷、復視、去大腦強直、偏癱，也可伴有嘔吐、尿失禁及自主神經功能紊亂，常早期出現病理反射，腦脂肪栓塞呈彌漫性時較少出現定位體征［2,3,5］。累及中樞神經系統的FES病例常伴有瘀點性皮疹、發熱、心動過速及低血壓，但肺動脈高壓的癥狀或體征反而較少。FES可能成為術后患者出現中樞神經系統癥狀（如意識障礙等）的原因之一。

圖1 動車轉向架

圖2 構架裝置

轉向架的側梁采用箱形結構，橫梁采用“交叉板式”對接結構形式?！敖徊姘迨健苯Y構由四個變截面的鋼板構成，如圖3所示，可以通過調整該結構的厚度、寬度、距中心距離、板長和角度來滿足不同構架不同的剛度，以適應不同線路要求。

圖3 交叉板式結構斷面

2.2 二系懸掛裝置

懸掛是兩個部件之間傳遞力的裝置的總稱，用于緩沖輪軌之間的振動激勵，由彈性部件充當低通濾波器的作用，阻尼單元消耗振動激勵的能量。為了降低軌道不平順和輪對在軌道上運動過程中的影響，在構架與車體之間設置二系懸掛。按照彈性懸掛裝置主要作用的不同，可以分為三大類：①起降低沖擊振動作用的彈簧裝置；②衰減振動的減振裝置；③主要起定位和約束作用的定位裝置[7]。

本設計中的二系懸掛裝置采用空氣彈簧全承載結構。為了降低車體的垂向和橫向最大加速度以及轉向架向車體傳遞的振動，設置了橫向和垂向油壓減振器[8]。在鐵道車輛上，油壓減振器是一個非常重要和常用的部件。如果車輛各部分的高、低頻振動不經過減振器就傳遞到車體上，會降低機械部件的性能和使用時間，甚至會出現安全問題。車輛的安全和舒適性會被減振器的性能優劣直接影響[9]。

有數據顯示，在美國每天就有5億支吸管被遺棄（這意味著每人每天大約1.5支的消耗量）。有專門負責清理海灘垃圾的環保組織在一項研究中聲稱，美國各地的海灘上每年廢棄的吸管大約有75億支之多。

2.3 中心牽引裝置

本設計為踏面制動單元，一共配置了四個制動單元，其中兩個為停放制動單元，另外兩個為常用制動單元。制動單元缸的安裝方式是先將其安裝在過渡板上，然后再使用三個貫穿了側梁的螺栓將其安裝在側梁上。

在地鐵列車中，牽引傳動系統的主要作用是實現機械能和電能的相互轉換，牽引傳動系統的性能極大地影響了地鐵列車的動力大小和運行特性，所以是地鐵列車研究的重要內容[11]。

對照組：根據性別，男性患者和女性患者例數分別為19例和16例；年齡平均值為(62.29±5.74)歲；高血壓病程平均值為(8.33±1.06)年。

本次設計中的牽引方式為“Z”型雙牽引拉桿牽引方式，牽引拉桿一端連接轉向架構架，另一端連接車體。“Z”型雙牽引拉桿牽引方式有利于提高車輛動力學性能和運行平穩性[12]。如圖5所示。

圖4 二系懸掛系統

圖5 中心牽引裝置

2.4 基礎制動裝置

為了使車輛在規定距離內停車，必須安裝基礎制動裝置。其作用是將制動缸內部產生的制動力，通過中間杠桿進行增大，然后作用在車輪上，使得車輪受到阻力而停下來。

轉向架上的牽引制動裝置是一種連接轉向架和車體的重要零部件，傳遞輪軌之間的相互作用所產生的牽引力及制動裝置所產生的制動力。牽引裝置不僅需要能夠保證車輛在正常行駛中不會干擾到轉向架和車體之間的相對位置運動，還需要能夠適應車輛在通過彎道時車身相對于轉向架角度的問題[10]。

發生制動作用時，制動缸產生的力首先傳送到中間杠桿機構，經過中間杠桿機構對該力的大小進行成倍的增加之后，再將其傳送到制動裝置上進行減速。如圖6所示。

圖6 基礎制動裝置布置

3 轉向架仿真計算

3.1 柔性構架強度及模態分析

由于城軌車輛在人口密集的城市運行，安全可靠性要求高。構架作為車輛重要的承載部件和輪對定位的核心，如果在車輛運行過程中，因結構強度不足發生失效斷裂，將嚴重危及行車安全，造成難以估量的后果。因此，構架結構強度在高速運行中是否安全、可靠，對列車的安全運營具有重要意義[13]。

本文參照UIC 615-4[14]和EN 13749[15]標準要求，對該型永磁直驅柔性構架進行了靜強度與疲勞強度評估和模態分析。

同時，為了以防車輛在過曲線的時候，轉向架和車體之間的相對橫移過大，且為了保證車輛在運行過程中的橫向平穩性較好，設置了橫向止擋，如圖4所示。

3.1.1 強度分析

（1）在超常主要載荷及其組合工況下，構架上最大應力位于側梁中部上蓋板內側圓弧彎角處，值為218.6 MPa；焊縫部位的最大應力位于側梁中部上蓋板與內立板連接焊縫處，值為121.5 MPa，結合材料的應力屬性來看，構架的靜強度試驗結果滿足要求；

親戚們可沒父母這么好言好語。一個表姑一聽說他的分數，直接從鼻孔里笑出來，說：“我還以為是指哪考哪呢，原來是說的一出考的一出?！彼查g他學會了好多俚話，什么“吃嘛嘛香，干嘛嘛不成”，還有“心比天高，手比水潮”……大人們說的時候，多少有點兒似笑非笑，似乎是輕微的嘲笑，又像是嚴厲的指責。都不像，像一把把尖刀，還撒了鹽。

對圖9的拖車柔性轉向架的扭曲減載性能測試結果進行分析，可以發現該轉向架的輪重減載率較傳統轉向架偏低。

構架靜強度試驗載荷工況主要包括超常載荷和模擬運營載荷工況。在超常載荷工況下，靜強度試驗的目的是為了驗證轉向架構架在承受最大載荷時是否會發生永久變形而導致失效的危險，主要包括最大垂向載荷、最大橫向載荷及10‰的軌道扭曲[16]。模擬運營載荷工況是為了驗證車輛在運行過程中，構架在橫向、垂向和扭轉等運營載荷的作用下，是否會出現疲勞裂縫[17]。

（2）在模擬運營載荷及其組合工況下，構架大應力區域的動應力幅值均未超出對應材料的Goodman-Smith疲勞評估曲線，從而可以判定構架的疲勞強度滿足要求。

模態分析是根據頻率、阻尼和模態振型的結構固有特性去描述結構的過程，同時也是將物理空間上耦合的運動方程變換成一組單自由度系統運動方程的過程[18]。

圖7 兩種工況構架應力云圖

圖8 構架P355NL1母材和焊接接頭的Goodman疲勞曲線

3.1.2 模態分析

黃國滋等[22]對普洱茶曬青毛茶和陳香茶中可溶性糖在儲存過程中的變化進行研究，在3種不同的儲存環境下儲存540 d，2類茶可溶性糖的保留量與儲存時間成反比，即隨著儲存時間的延長，其可溶性糖的保留量逐漸減少。

5.正交試驗結果。分別以提取溫度、提取時間、固液比、釀酒酵母質量分數為四因子，溶液中葛根素的含量為指標，設計L9（34）四因素三水平正交試驗，進一步優化從粉葛中提取葛根素的最優工藝參數。由表6可以看到，4個因素對葛根素的含量影響均極為顯著，但其影響程度的大小有較大差異。采用正交試驗對提取條件進行優化，結果表明，葛根素含量高的最佳提取條件為A2B3C1D2，即最佳提取溫度為28°C、提取時間為20h、固液比為0.167、釀酒酵母的質量百分含量為0.3%。

模態分析的目的是通過系統模態參數識別得到結構的振型和固有頻率，其意義在于了解結構的共振區域，為結構設計提供指導，它是開展其他動力學特性分析的前提和基礎，也是結構系統振動特性研究、振動故障診斷及結構動力特性優化設計的依據[19]。

通過對拖車柔性轉向架的構架模態進行測試，可得到其有限元模態分析計算結果。結果表明，構架的第一階固有頻率為9.6 Hz，振型特征為兩側梁反向點頭，主要模態如表2所示。

3.2 車輛扭曲減載計算

根據永磁直驅拖車轉向架的懸掛設計參數，計算該型轉向架的扭曲減載性能，以下列舉出了空氣彈簧有氣、AW0工況，分別抬高轉向架一位左輪51.5 mm和64.1 mm，各車輪的減載率計算如圖9所示。

表2 模態計算結果

圖9 一位左輪抬高51.5 mm和64.1 mm轉向架輪重減載率

經過對該轉向架構架進行強度分析，可以得到如下的超常載荷組合工況和模擬運營工況構架應力云圖以及構架P355NL1母材和焊接接頭的Goodman疲勞曲線如圖7、圖8所示，通過對比分析，可以得到其計算結果如下：

4 試驗驗證

4.1 構架疲勞試驗

如圖10所示，對永磁直驅拖車柔性構架進行1000萬次主體疲勞試驗，200萬次牽引制動疲勞試驗，另補充200萬次扭曲疲勞試驗，經探傷檢測之后未發現裂紋。同時根據試驗結果，測得轉向架構架扭轉剛度為0.39 MN·m/rad，抗菱剛度為17.36 MN·m/rad。

4.2 構架模態測試

本文采用試驗模態分析（Experimental Modal Analysis，EMA）方法進行模態測試（轉向架整備狀態），使用力錘激勵被測結構（采用固定敲擊點），分批移動傳感器方式進行采集力信號和加速度響應信號，采用三向加速度傳感器獲得、、三方向響應信號。數據采集后用基于特征系統實現算法（Eigensystem Realization Algorithm，ERA）和多參考點無限長脈沖響應濾波算法（PolyIIR）聯合分析，最終獲得模態分析結果。主要模態測試結果如表3所示，菱形振型圖如圖11所示。

圖10 拖車柔性構架強度試驗

表3 主要模態測試結果

4.3 扭曲減載及均衡試驗

本文對裝用拖車柔性轉向架的某地鐵線路永磁直驅列車車輛按照EN 14363標準[20]進行扭曲減載和均衡試驗，各工況下輪重減載率均滿足標準和合同要求，試驗現場圖片如圖12所示，某工況及同線路常規拖車同工況下扭曲減載試驗結果和均衡試驗結果如表4～7所示，其中永磁直驅列車車輛與同線路常規車輛的車重和載重狀態基本一致。

圖11 菱形變形模態振型圖

圖12 扭曲減載試驗

從表4中可以得出，試驗得出的扭曲減載結果與仿真計算的結果比較接近，說明仿真計算的方法可靠。

流散在海外的敦煌文獻，除英、法、俄之外，藏品最為豐富的國家當屬日本。據不完全統計，日本公私散藏的敦煌文獻大約在1000到2000號之間。然而日本藏品來源多途，收藏也很分散，而且不少貯于私立機構或個人藏家之手。

表4 某工況下扭曲減載試驗結果

工況：1.空氣彈簧有氣；2.抬高量：R1為64.1 mm，R3為51.5 mm。

從表4、表5中可以得出，在抬高量基本一致的情況下，裝用柔性拖車轉向架車輛扭曲減載試驗的減載率較常規車輛總體上有所降低，但不明顯，主要是因為柔性拖車轉向架取消了抗側滾扭桿裝置，抵消了柔性構架扭轉剛度減小的優勢。

所以，在中西比較研究中，不僅需要理解和借鑒，更需要介入和反思。中國古典詩歌除具有一般意義上的文學性之外，還有自己獨特的美學特質，單純依靠西方的各種理論很難作出貼切入微的解釋，這就需要我們更有成效地建設自己的理論體系?！斗g詩學》一書給了我們很好的啟示。書中將中西方的范疇和理論并舉，比如“活法”論與互文性、距離論與零度寫作等等，不滿足于在中西詩學間尋求簡單的“對應”，而是以西方理論作為參照，豐富和加強中國詩學的批評力量。

從表6、表7中可以得出，裝用柔性拖車轉向架車輛均衡試驗的減載率較常規車輛明顯降低，充分驗證了柔性構架的優勢。

表5 同線路常規拖車同工況下扭曲減載試驗結果

工況：1.空氣彈簧有氣；2.抬高量：R2為65.5 mm，R4為50.2 mm。

表6 某工況下均衡試驗結果

工況：1.空氣彈簧有氣；2.抬高量：R7為19 mm。

表7 同線路常規拖車同工況下均衡試驗結果

工況：1.空氣彈簧有氣；2.抬高量：R2為19 mm。

5 結論

永磁直驅拖車轉向架采用了小軸距、小輪徑和柔性構架的設計理念，降低了構架的抗扭剛度，提高了車輛適應線路不平順的能力和曲線通過能力。

例2：小說《斗破蒼穹》：經過歸納統計斗氣大陸將斗氣功法的等級由高到低分為四階十二級：天、地、玄、黃！而每一階又分初中高三級！

雖然前期仿真計算與試驗驗證結果略有差異，但總體趨勢一致，各項試驗結果表明，該新型轉向架各項指標滿足設計和標準要求，滿足線路實際運用要求。

該新型轉向架已完成試制并裝車運用，后期將進一步深入分析轉向架在線路實際運用過程中的技術指標。

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Study on Flexible Trailer Bogie for Urban Rail Transit

MA Xiaoguang1，XIAO Yao1，JIN Xiongfeng1，WANG Kang2

(1.CRRC Nanjing Puzhen Co., Ltd., Nanjing 210031, China; 2.State Key Laboratory of Traction Power, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China)

This article introduces a flexible trailer bogie for permanent magnet direct-drive trains in urban rail transit. The bogie adopts a design method of small wheelbase and small wheel diameter. The bogie frame adopts the "cross-plate" beam for flexibility, which can provide lower torsional stiffness and appropriate diamond stiffness, and has a stronger adaptability to line irregularities. After the strength calculation and fatigue test of the frame, it is found that the test results meet the standard requirements. The torsion load reduction performance of the trailer's flexible bogie is tested, and it is found that the wheel load reduction rate of the bogie is lower than that of the traditional bogie. At the same time, the frame mode of the trailer's flexible bogie is tested, and the characteristics of the bogie are more comprehensively grasped. Finally, it is concluded that all the indicators of the new bogie meet the design and standard requirements and meet the actual application requirements of the line.

trailer bogie；flexible frame；permanent magnet direct-drive train

U270.33

A

10.3969/j.issn.1006-0316.2022.02.004

1006-0316 (2022) 02-0022-08

2021-07-21

國家重點研發計劃：軌道交通列車高效變流裝置（2017YFB1200903）

馬曉光（1986－），男，江蘇南京人，碩士研究生，主要研究方向為軌道交通車輛轉向架研究，E-mail：PZ12621@163.com。*通訊作者：王康（1998－），男，河南南陽人，碩士研究生，主要研究方向為車輛工程，E-mail：kwang_up@163.com。