地铁车转向架的选型与结构

李春革 刘尚帅

沈阳地铁集团有限公司运营分公司

地铁车转向架的选型与结构

李春革 刘尚帅

沈阳地铁集团有限公司运营分公司

转向架是轨道车辆结构中最为重要的部件之一，高速列车转向架的定位刚度、轴箱弹簧垂向刚度、轴箱悬挂系统垂向阻尼、中央悬挂系统弹簧的横向刚度、二系横向阻尼对车辆在高速行驶时的稳定性有重要影响。

地铁车辆；转向架；轻量化设计

结构轻量化是地铁车辆设计的首要目标，在提速的大背景下，车辆产品结构轻量化有重要的现实意义.转向架是地铁车辆的重要部件之一，而构架是转向架的基础，其将转向架各零、部件组成一个整体，承受、传递车体轮对间各种作用力及载荷，运行工况恶劣，受力情况复杂。在构架的设计过程中，一般采用有限元软件进行强度分析，但基于有限元结构分析的优化设计还有待进一步的深入研究。

1 交叉支撑转向架类型

交叉支撑转向架按交叉支撑装置与侧架的连接位置不同分为下交叉支撑转向架和中交叉支撑转向架。下交叉支撑转向架的两根交叉杆与侧架下部连结，交叉杆在摇枕底部不通过中间孔，主要产品有转K2型、转K6型等下交叉支撑转向架；中交叉支撑转向架的两根交叉杆在侧架三角孔部位的中部连结，交叉杆通过摇枕中间孔，主要产品有转K1型及系列中交叉支撑转向架。

2 转向架主要结构特点

转K2型下交叉支撑转向架和转K1型及系列中交叉支撑转向架研制初期均采用中部刚性焊接连接的交叉支撑装置、钢对钢摩擦的斜楔减振系统、端部摩擦定位的双作用弹性旁承、槽钢等型组焊结构制动梁、低摩擦系数心盘磨耗盘及旁承磨耗板等结构与技术。另外，转K2型下交叉支撑转向架轴箱采用承载鞍与侧架直接接触的钢对钢干摩擦定位结构；转K1型及系列中交叉支撑转向架采用双圆柱定位的八字型轴箱弹性垫。运用考验结果表明，总体运行性能及使用可靠性有待提高，维护检修工作量较大。近年来，齐轨道装备公司研制成功的转K6型下交叉支撑转向架采用了大量的运用成熟新技术，直接采用中部无焊接的弹性交叉支撑装置、带有高分子复合材料主摩擦板的组合式斜楔、磨耗板端部弹性定位的双作用弹性旁承、双侧止挡定位的内八字型轴箱弹性垫、整体锻造制动梁等技术，车辆运行性能及使用可靠性明显提高。

3 转向架技术的发展现状

3.1 侧架交叉支撑弹性连接技术

交叉支撑装置可提高转向架抗菱刚度的理论研究、原理验证结果表明：采用交叉支撑技术可有效保持转向架的正位状态，大幅度提高车辆临界速度，并减少车辆在曲线运行时车轮与钢轨的冲角，保证车辆运行性能稳定和运行安全可靠性。同时，可有效改善斜楔的受力状态，减少斜楔磨耗板磨耗，延长减振系统使用寿命。但两交叉支撑杆件中部连接结构、杆件两端与侧架连接结构、交叉支撑连杆结构可靠性是交叉支撑技术到实用化程度需研究解决的三个技术关键，其中两交叉杆件间中部节点弹性连接和杆件端部与侧架节点弹性连接技术最为重要。

3.2 交叉杆中部弹性连接技术

理论计算和试验验证及批量运用考验结果表明：若两交叉杆件中部节点无连接，易出现在车辆运行时由于振动使上、下杆件垂向接触磨损，影响交叉支撑杆件自身结构强度。若两交叉杆件中部节点刚性连接(如焊接)，交叉连杆中部焊接部位疲劳寿命低，不能满足中国铁路货车检修周期和使用寿命要求，两交叉连杆中部实现弹性连接是交叉支撑技术原理在中国铁路货车上应用推广的一个技术关键。研发了与交叉连杆中部结构匹配的U型、X型热塑性弹性体弹性元件，使两交叉连杆中部节点实现弹性连接。第一、既解决了交叉节点可靠连接，又避免两杆件垂向振动接触磨损和杆件与连接扣板间纵向微动接触磨损问题。第二、杆件与扣板间取消焊接，交叉支撑装置刚性连接改为弹性连接，交叉连杆疲劳寿命评估结果可满足25年或500万公里的运用要求，达到了交叉支撑连杆与转向架等寿命的目标，在中国得到了成功应用并全面推广，使用寿命及可靠性满足了中国的运用要求，能够满足中国铁路货车提速、重载的发展需要。

3.3 研发高韧性交叉杆新材料

大连钢铁集团利用近两年的时间，经过了大量的材料匹配试验研究，开发出适合中国铁路货车的CR-1型交叉杆钢管新材料，已经过铁道部批准定型并全面应用，其强度达到20号钢的标准，而韧塑性指标保持10号钢的水平，具有优良的抗低温冲击性能，表面低硬度，提高了交叉杆对振动的适应性和疲劳可靠性，可满足提速使用要求。

3.4 轴箱弹性定位技术

轴箱参数合理匹配并实现弹性定位一直是铁路货车工作者追求的技术目标，齐轨道装备公司突破约束弹性定位技术关键，完成了降低轮轨间垂向、横向动作用力研究和轴箱定位技术攻关研究，提出并应用轴箱可靠弹性定位技术。实现了轴箱的可靠弹性定位。与构架间采用横、纵向完全定位，达到轮对可靠弹性定位的目的，解决了原有钢对钢摩擦定位不稳定导致车辆运行性能差的技术难题，提高了车辆直线高速运行的稳定性。实现了轮对的准径向功能。车辆曲线通过时，由于轴箱的弹性定位，在轮轨蠕滑力作用下，使转向架两轮对产生径向位移，减小轮对与钢轨之间的冲角，改善车辆的曲线通过性能，减小轮缘的磨耗。解决了侧架导框与承载鞍磨耗的惯性质量问题。根据理论分析和试验验证结果，选取适宜的技术参数及设置适当的导框间隙，实现了侧架导框与承载鞍无磨耗，解决了原有导框磨耗严重的惯性质量问题，进一步提高了车辆运行性能稳定性和使用可靠性。

4 结束语

通过交叉支撑转向架技术的应用推广，带动车轴、轴承、车钩缓冲装置、制动装置等关键技术的协调快速发展。50钢缩短型车轴、紧凑型轴承、高分子耐磨配件、17型高强度车钩、高容量缓冲器、120-1型空气控制阀等多项新技术、新结构、新材料、新工艺均取得突破，车辆整体运行性能和使用可靠性的大幅度提升，促进了检修体制改革，车辆实现了取消辅修、延长厂、段修周期，减少了维护检修费用，降低了寿命期内车辆综合成本，提高了综合经济效益。

[1] 田晓东，史桂蓉，阮雪榆。复杂曲面实物的逆向工程及其关键技术[J]；机械设计与制造工程；2000年04期.

[2] 宋凤书，曹志礼。铁路货车转向架技术考察报告[J]；铁道车辆；2000年08期.