深圳地鐵工程車轉向架研制

翟鳳宇 白文雖

摘 要：我國鐵路和城市軌道交通近年來發(fā)展迅速。地鐵建設規(guī)模不斷擴大，為各種維護作業(yè)類工程車帶來巨大市場。中車山東機車車輛有限公司于2014年與深圳地鐵簽訂了12輛吊臂平車和2輛純?yōu)⑺角鍧嵻嚬┴浐贤瑸槠湓O計了一種地鐵工程車轉向架并完成試制及批量生產(chǎn)，目前已交付客戶，且運行狀況良好。

關鍵詞：工程車轉向架;結構;技術參數(shù);仿真計算

中圖分類號：U270.33 文獻標識碼：A

中車山東公司在引進Y25系列轉向架的基礎上，近年來先后自主開發(fā)并生產(chǎn)了160 km/h快速貨車轉向架、200 km/h

高速貨車轉向架、27 t軸重焊接徑向轉向架、長客地鐵構架等產(chǎn)品，產(chǎn)品種類基本涵蓋了貨車焊接轉向架的各個領域，培養(yǎng)了一批研發(fā)、工藝、焊接等方面的人才隊伍，在焊接轉向架領域積累了較為豐富的經(jīng)驗。目前我國國內(nèi)工程車轉向架沒有固定的模式，產(chǎn)品形式不一，結構各異。對平穩(wěn)性要求較高的工程車，其轉向架常基于機車或客車轉向架進行簡配設計，但仍存在結構復雜，成本高，性價比低等問題。而部分基于傳統(tǒng)貨車轉向架設計的工程車轉向架，配置雖較為簡單，但是細節(jié)結構不符合現(xiàn)代貨車的可靠性及輕量化設計理念，磨耗結構較多，需進一步改善提升。基于以上需求，中車山東公司根據(jù)Y25型轉向架設計研發(fā)了JNZ-SZ2型地鐵工程車轉向架。

1 主要技術參數(shù)

2 主要結構特點

設計原則：

（1）低成本輕量化的原則。（2）客戶要求的軸箱懸掛系統(tǒng)。（3）借鑒成熟的現(xiàn)有產(chǎn)品及其相關技術。

該轉向架為焊接構架式轉向架。主要由構架總成、輪對組成、懸掛減振系統(tǒng)、軸箱總成、基礎制動裝置等組成。車輪采用直徑為840 mm的整體輾鋼輪;軸箱懸掛系統(tǒng)采用單側利諾爾減振器和內(nèi)外圈不等高的兩級剛度彈簧組成;構架總成由焊接構架、軸箱導框、球面下心盤等組成。構架主要受力部件采用Q345D材料。轉向架采用球面心盤與鋼彈簧旁承聯(lián)合承載的技術。基礎制動裝置為吊掛結構的杠桿式單側閘瓦制動結構，采用高摩合成閘瓦。（見圖1）

2.1 構架總成

該轉向架為焊接構架式轉向架，由Y25型轉向架改進而來。構架總成由構架組成、制動吊座、閘瓦吊座和彈性旁承組成，主要受力部件采用Q345D材料。構架組成主要由側梁、橫梁、下心盤及彈簧導框組成。側梁由上下蓋板和腹板組焊而成，左右筋板起到穩(wěn)定支撐作用，側梁為轉向架保證垂向彎曲剛度的。橫梁由上下蓋板與左右腹板組焊而成，能夠支撐并傳遞車體與轉向架之間的作用力。構架去除了Y25型轉向架的端梁結構，并過閘瓦吊座和制動吊座將制動裝置與構架連接，去除了復雜的制動縱向梁結構，結構簡單合理，符合輕量化設計理念，充分滿足了客戶對工程車轉向架的需求。

2.2 輪對組成

輪對組成主要由車輪、車軸組成，輪對采用冷壓裝工藝。車輪采用符合TB/T 2817-2018標準，材質(zhì)為CL60的HDSA輾鋼整體車輪，踏面型式采用LM型磨耗踏面;車軸采用符合TB/T2945-1999標準，材質(zhì)為LZW鋼的鍛鋼車軸。

2.3 軸箱懸掛系統(tǒng)

設計原則：（1）設計的懸掛系統(tǒng)應有助于提高車輛抗脫軌穩(wěn)定性并改善空車時車輛運行品質(zhì)。（2）采用既有成熟產(chǎn)品，提高性價比。

采用單側利諾爾減振器和內(nèi)外圈不等高兩級剛度彈簧組成的一系懸掛系統(tǒng)。由于外圓彈簧高于內(nèi)圓彈簧，當空車或輕載時，內(nèi)圓彈簧不進行承載。隨著車輛載重提升，內(nèi)圓彈簧加入承載。利諾爾減振器所提供的摩擦力的大小隨載荷發(fā)生變化，當軸箱與構架導框有垂向和縱向相對位移時，吊環(huán)角也發(fā)生變化，導致載荷和水平分力也發(fā)生變化，從而引起摩擦力隨之變化。[1]作為變摩擦減振器，利諾爾減振器具有結構緊湊、維修量小，性能穩(wěn)定等優(yōu)點。（見圖2）

2.4 基礎制動裝置

設計原則：（1）采用垂向下拉桿式基礎制動，制動倍率為4.7。（2）制動、緩解各狀態(tài)下，杠桿不得侵入下部限界且不得與車軸干涉。（3）下拉桿長度及孔間距滿足初始位置制動性能要求和輪瓦磨耗后的調(diào)整需要。

采用類似Y25Lsd-KP1型轉向架的散開式單側踏面制動形式，由焊接制動梁、制動杠桿組成、下拉桿組成、杠桿吊組成、吊桿組成、閘瓦托、高摩合成閘瓦、閘瓦插銷等組成?；A制動裝置通過4個吊桿組成及制動杠桿吊組成等與構架橫梁連接。采用這種制動方式具有結構簡單、價格低、傳動效率高、檢修難度低等優(yōu)點[2]。

該制動裝置采用符合UIC標準的焊接制動梁，梁架由直桿與弓形桿組成，兩桿之間設有支柱，直桿兩端設有閘瓦托。其中直桿采用熱軋無縫鋼管，結構簡單其力學性能優(yōu)秀。閘瓦托設有雙塊閘瓦接口，可安裝雙塊閘瓦，從而使閘瓦與車輪踏面受力更均勻，有效降低車輪磨耗。同時制動梁支柱設有中間銷孔，通過制動銷與制動杠桿連接，支柱與銷孔配合時壓裝襯套，能夠起到耐磨的作用。與國鐵車主要運用的L-A型、L-B型和L-C型組合式制動梁相比，在滿足強度要求的前提下結構簡單，制造組裝及更換維護的難度都更低。（見圖3）

基礎制動裝置中的制動倍率即是車輛制動時由制動缸傳至轉向架的作用力經(jīng)轉向架制動杠桿機構放大的倍率。根據(jù)受力分析，可以得出下拉桿式基礎制動裝置的制動倍率如式（1）：

其中n為制動倍率，a為游動杠桿上部長度，b為游動杠桿下部長度;c為固定杠桿上部長度，d為固定杠桿下部長度。[3]經(jīng)過計算可得制動杠桿比（2）：

根據(jù)制動杠桿比設置制動杠桿的長度為固定端（243/180），游動端（297/220）。預設下拉桿主尺寸為975 mm，孔間距55 mm。根據(jù)上文設置參數(shù)建立杠桿系統(tǒng)簡圖，分別對新車輪、一半磨耗車輪、即將到限車輪三種情況下，閘瓦不同磨耗量時的制動工況進行校核，結果顯示以上制動杠桿及拉桿尺寸設置滿足要求。

3 仿真計算分析

在轉向架設計過程中對構架及制動梁等關鍵部位進行了仿真計算分析。依據(jù)UIC833《三角制動梁供貨技術條件》，對轉向架的制動梁進行了靜強度及疲勞強度的分析。結果表明，在靜載荷作用下，制動梁剛度滿足要求;在1×106次循環(huán)而不發(fā)生疲勞破壞，制動梁結構的疲勞強度滿足要求。依據(jù)UIC510-4-1993《實驗臺上的二軸和三軸轉向架車輛強度測試》，按16 t軸重、轉向架自重4.2 t考慮，來確定靜強度與疲勞強度評估的超常和模擬運營載荷。結果表明，各超常載荷工況下構架的安全系數(shù)均大于1，構架的靜強度滿足要求;各組合工況的應力幅均未超過許用應力幅的20%，構架疲勞強度均滿足要求。

4 試驗情況

2015年11月份，中車山東公司對JNZ-SZ2型轉向架構架按照UIC510-3標準進行了靜載荷及疲勞試驗，試驗件數(shù)1件;對轉向架制動梁按照UIC833-2004標準進行試驗，靜載荷試驗8件，疲勞試驗2件，結果表明構架及制動梁滿足標準要求。且JNZ-SZ2型轉向架已結合整車完成了《TSV-01型隧道清洗車出廠自檢試驗報告》。（圖4）

5 結束語

目前JNZ-SZ2型轉向架均運行良好，并在繼深圳地鐵后，該轉向架又陸續(xù)供應貴陽、合肥、成都、濟南等多個地鐵工程車項目，收獲了客戶的廣泛認可，提高了公司的知名度并取得良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

參考文獻：

[1]朱公然.淺談Y25型轉向架利諾爾減振器的設計[J].鐵道車輛，1990，28（03）：11-15.

[2]白文雖，翟鵬軍，白文遠，等.關于Y25型轉向架基礎制動裝置發(fā)展趨勢的探討[J].鐵道車輛，2017，55（09）：30-32+5.

[3]孫家鋒，劉振明，陸正濤，等.鐵路貨車轉向架基礎制動裝置技術分析[J].鐵道機車車輛，2018，38（03）：62-65.

[4]中車山東機車車輛有限公司.JNZ-SZ1型轉向架焊接構架靜強度、疲勞強度分析報告[R].2015.

[5]中車山東機車車輛有限公司.JNZ-SZ1型轉向架軸箱強度分析報告[R].2015.

[6]中車山東機車車輛有限公司.JNZ-SZ2型轉向架焊接構架靜強度、疲勞強度分析報告[R].2015.