新型160 km/h宽轨客车空气弹簧转向架结构设计

贾洪龙，李文学，程建会

（长春轨道客车股份有限公司技术中心 转向架开发部，吉林长春130062）

新型160 km/h宽轨客车空气弹簧转向架结构设计

贾洪龙，李文学，程建会

（长春轨道客车股份有限公司技术中心 转向架开发部，吉林长春130062）

介绍了速度等级为160 km/h、轴重为17 t的新型快速宽轨客车转向架设计结构，转向架型号CW 820。转向架研发过程中充分考虑了巴基斯坦境内运行环境条件及要求，借鉴了国内铁路客车等一些运营成熟的转向架结构，同时结合了技术引进国外动车组转向架先进设计理念，为巴基斯坦铁路（简称：巴铁）首次提供了空气弹簧转向架。

宽轨；空气弹簧；转向架；设计

目前，世界有一些国家，如巴基斯坦、阿根廷、巴西等铁路轨道采用宽轨，轨距较我国的准轨1 435 mm相比要宽，巴基斯坦、阿根廷轨距为1 676 mm，巴西轨距为1 600 mm。为了增加我国铁路客车在世界市场的份额，中国北车长春轨道客车股份有限公司（简称：长客公司）针对巴基斯坦202辆宽轨客车项目，设计出新型的型号为CW820的速度160 km/h宽轨客车空气弹簧转向架，能够完全满足巴基斯坦运营条件。这是长客公司第2次向巴铁局提供宽轨客车。首次供货175辆客车采用的是钢弹簧宽轨转向架，本次供货202辆客车标书技术规范中明确规定必须采用空气弹簧宽轨转向架，是巴基斯坦境内首次采用空气弹簧转向架。

1　CW820转向架设计要求及参数

巴基斯坦地处亚热带，南部沿海夏季温热，其他季节干燥多风沙，线路条件差，而且该国工业落后，车辆使用、维护水平较低，CW820转向架设计充分考虑了巴基斯坦境内运行环境条件及要求，借鉴了国内铁路客车等一些运营成熟的转向架结构，同时结合了技术引进国外动车组转向架先进设计理念。该转向架主要技术参数见表1。

表1　转向架技术参数

2　CW820转向架设计结构

CW820为无摇枕、无摇动台、无旁承式三无结构，具有结构简单、成本低、维修量少、性能优良、安全可靠等优点。转向架由构架组成、转臂式轴箱定位装置、中央悬挂装置、基础制动装置、基础制动配管、轴温报警装置等组成。其技术特点如下：

（1）采用改进的H形焊接构架，组焊后整体退火去应力；

（2）一系悬挂由双圈螺旋式钢弹簧、垂向减振器、转臂式橡胶节点定位等组成；

（3）二系悬挂由大横向变位带阻尼孔的空气弹簧、二系横向减振器、抗蛇行减振器等组成；

（4）在车体和转向架之间采用单牵引拉杆传递牵引力和制动力；

（5）基础制动采用轴盘式制动单元装置。

转向架的总体结构如图1所示。

图1　转向架总体图

2.1构架形式

转向架构架采用无摇枕、转臂式轴箱定位结构，构架主体材质选用Q345R板材。如图2所示，构架由两根箱形侧梁、两根管形横梁以及两纵向辅助箱形梁焊接而成。侧梁为中部下凹的鱼腹箱形结构，上盖板由中央盖板和端板组成。侧梁上焊有定位座以及一系垂向减振器座、二系横向减振器座等，内部有4块加强筋板。横梁使用两根无缝钢管，用纵向梁连接，纵向梁为箱形结构，兼做横向挡座；横梁上焊接有牵引拉杆座以及制动吊座。

图2　转向架构架图

根据构架静强度及疲劳强度计算和试验表明，该转向架构架强度可以满足要求。

2.2轮对轴箱定位装置

轴箱定位装置主要包括轮对、轴端组成、一系钢弹簧组成、节点装置、一系垂向减振器等，如图3所示。

图3　轮对轴箱定位图

轮对主要由车轴、车轮和制动盘等组成。轮对内侧距为1 600 mm。车轴符合TB/T2945-1999《铁道车辆用LZ50钢车轴及钢坯技术条件》的要求。车轮符合TB/T2708-1996《铁路快速客车辗钢整体车轮技术条件》，踏面为巴铁要求的P8型。

轴端主要由轴箱体、轴承、前盖、压板、防尘挡圈和轴端螺栓等组成。轴箱为转臂式结构，轴箱体材料为B级钢，结构为一体式，组装方便。

一系钢弹簧组成主要由双圈螺旋钢弹簧、上下夹板、特制螺栓等组成。内外圈弹簧执行T B/T 1025-2000《机车车辆用热卷螺旋压缩弹簧供货技术条件》。

每轴端设置一垂向减振器，用来衰减来自轨道的冲击和振动。每个垂向减振器通过4个螺栓将构架与轴箱连接到一起，与一系钢弹簧组并联。

2.3中央悬挂装置

中央悬挂装置主要由空气弹簧、横向减振器、横向缓冲器、高度调整阀、压差阀、安全钢丝绳、牵引支座、牵引拉杆、抗蛇行减振器等组成。如图4所示。

图4　中央悬挂装置

目前空气弹簧大量运用在国内外铁路客车转向架上，大大提高了车辆运行的平稳性，但巴基斯坦国内并未采用过。且巴铁系统供风压力小（500 kPa）、载质量大（最重发电车达68 t），现有空气弹簧直径无法满足这一要求。长客公司针对巴基斯坦202辆宽轨客车项目的特点，联合青岛四方车辆研究所有限公司研制出有效直径为φ650 mm的大直径空气弹簧。

每辆车的转向架和车体之间安装4个高度阀，每一个高度阀控制一个空气弹簧的充气、排气以及高度调整。水平杠杆和调整杆的功能是将由于乘客负载引起的高度变化信息，准确地传递给高度调整阀，通过高度阀的充排风使空气弹簧始终处于标准高度。调整杆两端使用球形关节轴承，能满足车体与转向架间的相对转动。

差压阀的设置是基于安全的考虑，当两空气弹簧内部的压差达到限度时，就会发生动作，将两个附加气室导通。这样就能避免某一个高度阀故障而过充或任意一个空气弹簧爆破而导致的车辆过度倾斜，保证车辆安全运行。

安全钢丝绳是空气弹簧的防过充装置，当高度阀和压差阀都有故障时空气弹簧可能无限制的充气和升高，安全钢丝绳就是抑制其无限升高对车辆起安全作用。

牵引装置用来传递牵引力和制动力。牵引装置采用单拉杆结构，其结构简单，安装方便。牵引支座通过8个螺栓与车体底架固定在一起。

每个转向架设有两个对称布置的抗蛇行减振器，抗蛇行减振器一端与车体连接另一端与构架相连，能有效抑制车辆的蛇行运动。

2.4基础制动装置

基础制动装置采用轴盘制动，在每根车轴上装有两个制动盘，每个制动盘配置一个单元制动缸，如图5所示，制动缸以3点悬挂在构架横梁的盘形制动吊座上。该制动装置结构简单能保证车辆安全制动。

图5　制动单元

3　CW 820转向架的计算试验

CW820转向架是新开发的一种宽轨客车转向架，研发过程进行了一系列的计算和试验，结果表明CW820转向架的性能指标和结构强度满足相关标准要求。

3.1动力学性能计算

西南交通大学牵引试验室对经济车和空调车进行了动力学计算，建立了空车、满载、超载模型，对转向架关键悬挂参数进行了优化，并对优化后的模型和故障工况进行了蛇行运动稳定性、运行平稳性和舒适度、曲线通过安全性等的校核计算。计算结果表明该车不同工况下的性能指标符合UIC 513、UIC 518、GB 5599-1985、UIC 505-5等标准的相关要求，运动稳定性具有足够的速度裕量，能够满足线路160 km/h速度正常运行的安全要求。

3.2构架的强度计算分析

CW820转向架构架由北京交通大学进行了有限元分析，结果表明：构架的静强度和疲劳强度均满足要求，构架的第一阶固有频率为32.2 Hz，振型为两侧梁反向点头。构架的有限元离散模型及构架合成动应力幅值云图如图6、图7所示。

图6　构架有限元离散模型

图7　构架合成动应力幅值云图

3.3构架静强度及疲劳强度试验

构架的强度试验按照UIC 515-4-1999《客运车辆后转向架—走行部转向架构架结构强度试验》及prEN 13749-1999《铁路应用轮对和转向架规定转向架构架结构要求的方法》进行，静态试验结果表明测点应力在强度许用极限范围内；疲劳试验布置8个液压作动器同时对构架分3阶段施加总计1 000万次，在600万次、800万次和1 000万次阶段循环结束后检查了试验构架整体，均未发现裂纹，满足试验要求。

3.4转向架滚振试验

西南交通大学牵引动力国家重点试验室对CW820转向架，配牵引动力试验室试验车车体，进行整车滚动振动试验。试验包括蛇行运动稳定性和运行平稳性试验，试验方案有转向架原始状态试验、空气弹簧无气和拆除各减振器故障方案在内的试验方案49个。试验结果表明：C W 820转向架在260 km/h速度范围内未出现失稳，该转向架具有足够的蛇行运动稳定性。该转向架在40～260 km/h速度范围内的车体横向和垂向运行平稳性指标等级达到优。该转向架的运行稳定性和运行平稳性能够满足在线路上160 km/h速度运行的要求。

3.5正线动力学性能试验

中国铁道科学研究院机车车辆研究所于2013年7月对长客公司出口巴基斯坦的宽轨客车进行了动力学性能试验，试验线路为Lahore-Kanawal，试验线路总长为283 km。试验结果表明，在正常工况和重车工况下硬卧车的运行稳定性和横向稳定性指标均满足试验大纲的要求，横向平稳性和垂向平稳性为优级；在正常工况下发电车的运行稳定性和横向稳定性指标均满足试验大纲的要求，横向平稳性和垂向平稳性为优级。

4　结束语

自20世纪60年代空气弹簧应用在轨道客车上以来，由于其具有变刚度，容易得到较低的振动频率，进而得到良好的运行品质，故逐渐取代钢圆弹簧作为二系悬挂系统。CW820转向架是巴铁车辆首次批量采用的空气弹簧转向架，标志着巴铁迈入了铁路客车现代化进程。该转向架设计理念先进、可靠，经过一系列试验及实际线路的运用，证明其具有优良的运行性能。

［1］ 严隽耄.车辆工程［M］.北京，中国铁道出版社，1999.

［2］ 李文学.宽轨CW-KB140型空气弹簧转向架的研制［J］.铁道车辆，2005，43（10）：26-29.

［3］ 张晓军.出口巴基斯坦宽轨客车转向架［J］.铁道车辆，2006，44（1）：22-24.

［4］ 西南交通大学牵引动力国家重点实验室.长春轨道客车股份有限公司出口巴基斯坦空调硬卧车动力学性能计算报告［R］.2010.

［5］ 北京交通大学结构强度实验室.巴基斯坦宽轨客车转向架构架静强度和疲劳强度计算报告［R］，2011.

［6］ 西南交通大学牵引动力国家重点实验室.CW820（巴基斯坦客车）转向架滚振动试验台动力学试验报告［R］.2011.

［7］ 铁道部产品质量监督检验中心机车车辆检验站.巴基斯坦202辆宽轨客车动力学性能试验研究报告［R］.2013.

Structure Design of New Type Air Spring Bogie of 160 km/h Broad Gauge Passenger Car

JIA Honglong，LI Wenxue，CHENG Jianhui
（Research&Development Center of Bogie Department，Changchun Railway Vehicle Co.，Ltd.，Changchun 130062 Jilin，China）

This paper introduces the bogie design of broad gauge passenger car with the speed of 160 km/h，and axle load of 17 tons，which is exported to Pakistan.The type of the bogie is CW820.Bogie development considers the Pakistan operation conditions，and adopts mature bogie structure of domestic railway passenger cars.At the same time，combined with the advanced technology bogie design concept of imported EMU，it is the first time to provide air spring bogie for Pakistan.

broad gauge；air spring；bogie；design

U270.33

A doi：10.3969/j.issn.1008-7842.2015.04.13

1008-7842（2015）04-0059-04

5—）男，工程师（

2014-12-19）