機(jī)車轉(zhuǎn)向架技術(shù)平臺產(chǎn)品及應(yīng)用

蔡 峰，高 文，張曉峰，楊宗良

（1.中車戚墅堰機(jī)車有限公司，江蘇常州 213011；2.中國勞動社會保障出版社有限公司，北京 100029）

1 引言

由于機(jī)車產(chǎn)品的需求具有單次采購批量少、研發(fā)周期短、產(chǎn)品種類繁多等特點(diǎn)，要求機(jī)車研發(fā)制造企業(yè)提高快速響應(yīng)市場需求的能力，尤其在投標(biāo)階段，能夠迅速地、準(zhǔn)確地提供高質(zhì)量、低成本的產(chǎn)品方案，以及時滿足客戶的個性化需求。

轉(zhuǎn)向架作為機(jī)車的重要組成部分，其研發(fā)過程往往圍繞著整車的性能需求開展，轉(zhuǎn)向架的種類由于客戶對機(jī)車性能的要求各不相同而日益增多，因此，轉(zhuǎn)向架技術(shù)平臺的搭建具有重要意義，如果轉(zhuǎn)向架研發(fā)過程中零部件均從平臺產(chǎn)品中選擇，可以提高零部件的重用率、縮短研發(fā)周期、增強(qiáng)質(zhì)量穩(wěn)定性，從而降低研發(fā)及后期維護(hù)費(fèi)用。

2 轉(zhuǎn)向架技術(shù)平臺分類

轉(zhuǎn)向架一般由構(gòu)架、輪軸驅(qū)動裝置、軸箱裝置、一系和二系懸掛系統(tǒng)、電機(jī)懸掛裝置、牽引裝置、基礎(chǔ)制動裝置及附件等部件組成。依據(jù)機(jī)車市場化需求及運(yùn)輸條件的不同，轉(zhuǎn)向架每個部件會有所差異，為滿足不同需求，中車戚墅堰機(jī)車有限公司建立了客運(yùn)架懸系列轉(zhuǎn)向架平臺、貨運(yùn)半懸掛系列轉(zhuǎn)向架平臺、地鐵工程車系列轉(zhuǎn)向架平臺；近年來，由于鐵路干線機(jī)車運(yùn)能需求的提升及勢在必行的節(jié)能環(huán)保要求，又搭建了新型貨運(yùn)和新型客運(yùn)機(jī)車轉(zhuǎn)向架平臺。目前，轉(zhuǎn)向架技術(shù)平臺種類見表1。

表1 轉(zhuǎn)向架技術(shù)平臺

2.1 客運(yùn)架懸系列轉(zhuǎn)向架平臺

20世紀(jì)90年代，為滿足機(jī)車客運(yùn)提速的要求，相關(guān)單位研制了速度160 km/h的準(zhǔn)高速客運(yùn)干線DF11型內(nèi)燃機(jī)車。該機(jī)車轉(zhuǎn)向架主要特點(diǎn)是電機(jī)懸掛方式為架懸結(jié)構(gòu)，驅(qū)動裝置采用了空心軸六連桿裝置驅(qū)動。以DF11型機(jī)車轉(zhuǎn)向架平臺為基礎(chǔ)，后續(xù)研制了DF11G型、DF11Z型、NDJ3型以及NZJ1型轉(zhuǎn)向架。各個轉(zhuǎn)向架參數(shù)見表2，所應(yīng)用車型見圖1。

圖1 客運(yùn)架懸轉(zhuǎn)向架平臺產(chǎn)品應(yīng)用車型

表2 客運(yùn)架懸轉(zhuǎn)向架平臺產(chǎn)品參數(shù)

2.2 貨運(yùn)半懸掛系列轉(zhuǎn)向架平臺

DF8B型內(nèi)燃機(jī)車是為滿足當(dāng)時繁忙干線貨運(yùn)重載提速需要而研制的一種機(jī)型。前12臺DF8B型機(jī)車轉(zhuǎn)向架采用了套箍車輪、牽引電機(jī)滑動抱軸懸掛。根據(jù)當(dāng)時運(yùn)輸形勢，后續(xù)設(shè)計了120 km/h客運(yùn)內(nèi)燃機(jī)車，其轉(zhuǎn)向架牽引電機(jī)采用滾動軸承抱軸懸掛方式，后續(xù)在此機(jī)車轉(zhuǎn)向架平臺基礎(chǔ)上，研制了SDD16型、GKD4C型、SDD17型、CDD5B1型轉(zhuǎn)向架，各個轉(zhuǎn)向架參數(shù)見表3，所應(yīng)用車型見圖2。

圖2 貨運(yùn)半懸轉(zhuǎn)向架平臺產(chǎn)品應(yīng)用車型

表3 貨運(yùn)半懸掛轉(zhuǎn)向架平臺產(chǎn)品參數(shù)

2.3 地鐵工程車系列轉(zhuǎn)向架平臺

目前地鐵工程車轉(zhuǎn)向架平臺包括探傷車轉(zhuǎn)向架、網(wǎng)軌車轉(zhuǎn)向架、橋梁檢查車轉(zhuǎn)向架，3種類型轉(zhuǎn)向架在構(gòu)架主體、電機(jī)懸掛裝置、軸箱裝置、牽引裝置、輪對結(jié)構(gòu)等方面均實(shí)現(xiàn)了簡統(tǒng)。平臺轉(zhuǎn)向架最大的特點(diǎn)是采用了“Z”字型的牽引裝置，該結(jié)構(gòu)最大可能地降低了牽引點(diǎn)高度，從而最大程度地減少車輛的軸重轉(zhuǎn)移，避免了由于軸重轉(zhuǎn)移過大而對車輛黏著重量利用的影響，車輛的牽引力能夠得到充分的發(fā)揮；牽引桿系統(tǒng)簡單緊湊，且在同一平面，在牽引過程中，一側(cè)牽引桿受拉，另一側(cè)牽引桿受壓，牽引位置具有很好的對中性，有利于牽引力的傳遞。各個轉(zhuǎn)向架參數(shù)見表4，所應(yīng)用車型見圖3。

圖3 地鐵工程車轉(zhuǎn)向架平臺產(chǎn)品應(yīng)用車型

表4 地鐵工程車系列轉(zhuǎn)向架平臺產(chǎn)品參數(shù)

3 新型貨運(yùn)機(jī)車轉(zhuǎn)向架平臺的搭建

轉(zhuǎn)向架平臺的搭建一般在滿足轉(zhuǎn)向架功能的前提下，基于平臺化的設(shè)計原則，建立成熟的部件庫，后續(xù)以成熟部件庫為原型，完成相關(guān)的轉(zhuǎn)向架設(shè)計工作。本節(jié)以在原鐵道部從GE公司引進(jìn)的原HXN5機(jī)車轉(zhuǎn)向架基礎(chǔ)上建立新型貨運(yùn)機(jī)車轉(zhuǎn)向架平臺的過程為例，介紹轉(zhuǎn)向架平臺的搭建過程。

（1）原HXN5轉(zhuǎn)向架特點(diǎn)分析。牽引方式采用中心銷牽引；二系懸掛采用三點(diǎn)式旁承支撐；軸箱定位方式采用導(dǎo)框式軸箱定位結(jié)構(gòu)。

（2）結(jié)構(gòu)優(yōu)化。導(dǎo)框式軸箱定位結(jié)構(gòu)容易導(dǎo)致車輪異常磨耗，需要對軸箱定位結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。經(jīng)分析，軸箱定位方式采用大撓度一系彈簧且低橫向剛度的單拉桿軸箱定位結(jié)構(gòu)。

（3）新平臺形成。平臺中軸箱軸承、驅(qū)動軸承、軸箱體、抱軸箱等主要部件實(shí)現(xiàn)了簡統(tǒng)，形成了轉(zhuǎn)向架零部件模塊的架構(gòu)模型，同時保證了后續(xù)轉(zhuǎn)向架平臺產(chǎn)品的適用性和可擴(kuò)展性。

新平臺首個轉(zhuǎn)向架產(chǎn)品——單拉桿HXN5轉(zhuǎn)向架，經(jīng)過仿真分析、試驗(yàn)驗(yàn)證、樣車運(yùn)用考核、批量應(yīng)用的整個研發(fā)及運(yùn)用過程表明，該轉(zhuǎn)向架研制達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，解決了原導(dǎo)框式軸箱定位結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向架暴露的問題，形成了新的產(chǎn)品技術(shù)平臺。

以單拉桿HXN5轉(zhuǎn)向架為原型，根據(jù)不同用戶的需求，先后研制了HXN5B型、SDD21型、CDD5A1型、CDA5A1型、CDA5C1型、FXN5C型轉(zhuǎn)向架，其中FXN5C型交流傳動貨運(yùn)內(nèi)燃機(jī)車是為擔(dān)當(dāng)國內(nèi)干線貨運(yùn)而全新研發(fā)的新一代節(jié)能環(huán)保機(jī)車，目前正在運(yùn)用考核階段，轉(zhuǎn)向架狀態(tài)良好。新型貨運(yùn)機(jī)車轉(zhuǎn)向架平臺下的轉(zhuǎn)向架參數(shù)見表5。

表5 新型貨運(yùn)轉(zhuǎn)向架平臺產(chǎn)品參數(shù)

4 結(jié)語

轉(zhuǎn)向架技術(shù)平臺的搭建除了在機(jī)車投標(biāo)階段能夠快速提供滿足個性化需求的轉(zhuǎn)向架方案外，還可大幅降低轉(zhuǎn)向架的全壽命周期成本，在轉(zhuǎn)向架的研發(fā)、制造、試驗(yàn)以及外購件的采購、后期維保等階段均具有重要的意義。

（1）研發(fā)階段。轉(zhuǎn)向架的設(shè)計盡可能采用產(chǎn)品平臺下的零部件，實(shí)現(xiàn)零部件的通用化，降低了設(shè)計錯誤、減少了研發(fā)人員的投入、縮短了研發(fā)周期，最大程度上提高了研發(fā)效率。

（2）制造階段。由于較多的轉(zhuǎn)向架零部件實(shí)現(xiàn)了簡化統(tǒng)一，無需在制造過程中產(chǎn)生新的工裝設(shè)備，減少了復(fù)雜零部件新試制過程中產(chǎn)生的報廢品，降低了制造成本。

（3）試驗(yàn)階段。轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)主要零部件種類的增加勢必會增加相關(guān)型式試驗(yàn)和運(yùn)用考核費(fèi)用，尤其是與整車取得許可證或中鐵檢驗(yàn)認(rèn)證中心（CRCC）認(rèn)證產(chǎn)品相關(guān)的車輪、車軸、閘瓦、軸箱軸承等。產(chǎn)品平臺的建立實(shí)現(xiàn)了主要零部件的通用，減少了相關(guān)試驗(yàn)費(fèi)用的支出。

（4）外購件采購。平臺下的轉(zhuǎn)向架零部件采用了大量的通用產(chǎn)品，減少了新增外購件的種類和型號，而且較多同種類、同型號零部件的采購提高了采購議價能力，降低了采購成本。

（5）后期維保。大量成熟產(chǎn)品的使用，使產(chǎn)品質(zhì)量具有較高的可靠性，維保人員擁有較多的維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，從而降低了維護(hù)成本。