出口阿根廷宽轨内燃动车组动力转向架研制

李得花

（中车唐山机车车辆有限公司 高级工程师 河北 唐山 063035）

1 前言

出口阿根廷内燃动车组为三辆编组的宽轨内燃动车组，每列动车组可单列运行，也可双列联挂运行，根据客流量的变化情况合理配置车辆编组，具有灵活、高速、舒适的特点。在阿根廷国内线路缺乏日常合理的维护，线路条件很差的［1］情况下，专门研制出符合阿根廷路情的宽轨动力转向架。转向架决定着客车的运行品质和行车安全［2-3］，该转向架具有振动噪声低、运行性能良好、零部件少、维修费用低、易于组装和分解等特点。

2 主要技术特点和参数

2.1 主要技术特点

1）转向架采用空气弹簧直接支承车体的结构。

2）构架主体为“H”形的焊接结构。

3）一系采用转臂轴箱定位装置，起到减振及轴箱定位作用。

4）采用Z形结构布置的牵引装置来传递转向架与车体之间的牵引力和制动力。

5）轮盘制动方式。

6）采用滚动抱轴箱驱动方式。

2.2 主要技术参数 见表1。

表1 转向架主要技术参数

3 转向架结构特点

阿根廷内燃动车组动力转向架采用无摇枕、轴箱外置式结构。动力转向架由构架、一系悬挂及轮对轴箱定位装置、二系悬挂装置、牵引装置、驱动装置和基础制动装置六大部分组成。每台动力转向架有2 个动力轴，两套斜对称布置的驱动装置，如图1所示。

转向架采用空气弹簧直接支承车体的结构，具有结构简单，成本低，易维护，安全可靠性好的优点。转向架中所有零部件的设计以降低转向架寿命周期成本为原则。为提高转向架的维护性能，降低维护成本，转向架采用模块化、系列化的设计，动力转向架和非动力转向架大部分零部件可实现互换。

图1 动力转向架结构布局图

3.1 构架 转向架构架采用‘H’形结构，由钢板、钢管和锻钢件焊接构成。主要由侧梁、横梁、制动吊座、电机吊座、牵引拉杆座等零件构成。侧梁为U型结构，采用四块板拼焊形式，在适当位置设置加强筋板，钢板厚度：下盖板16 mm、腹板12 mm、上盖板14 mm。横梁采用203 X 14 无缝钢管，贯通并延伸出两侧梁之外，避免横梁端面与侧梁外侧平齐而易引起焊接缺陷的现象。构架用的钢板材质采用腐蚀性能好的S 355 J 2 W（H），钢管材质采用Q 345 D。构架组焊后经退火处理，消除焊接应力。如图2所示。

图2 构架示意图

3.2 轮对轴箱定位装置 轮对轴箱定位装置主要由轮对组成、转臂轴箱组成及一系悬挂装置等零部件组成，如图3所示。

图3 轮对轴箱定位装置

车轮采用轮径为920 mm的整体辗钢车轮，执行EN 13262［4］标准，采用阿根廷要求的NEFA706［5］踏面外形，车轮表面经过整体加工。车轴由符合EN13261［6］的EA4T材料制成，车轴毛坯进行超声波探伤，加工完成后进行磁粉探伤。轴承的选择考虑阿根廷线路条件较差、轴重较大及维护水平较低，采用150×250 全密封圆锥滚子轴承，轴承的计算寿命大于300 万公里。转臂轴箱组成主要包括转臂轴箱、全密封圆锥滚子轴承、防尘挡圈、压板等。根据整车系统的需要，可在转向架轴端安装速度传感器、温度传感器和接地装置。

一系悬挂装置采用钢弹簧串联橡橡胶堆并联一系垂向减振器的结构，同时针对钢弹簧折断等失效情况设置了一系垂向弹性止挡，适应轴重较大的工况。

设计过程中在零部件的防松、防脱、防裂、防断方面做了慎重的考虑，并充分考虑了阿根廷目前线路差、维护水平低的使用情况，做到了尽量少维护、免维护的要求。

3.3 二系悬挂装置 为确保旅客乘坐的舒适性，每台转向架安装2 套带节流阀的空气弹簧，节流阀具有垂向油压减振器功能，不需要单独安装垂向减振器，对高频激扰有较好的衰减性［7］。空气弹簧支承车体的重量并提供车体与转向架间的横向位移和回转变位。空气弹簧采用叠层的辅助橡胶弹簧来维持在整个负载范围内垂向刚度并达到要求的性能。

横向刚度通过刚度递增的横向缓冲器实现，该缓冲器能够控制横向乘坐舒适度。并且每台转向架配有2 套横向油压减振器，安装在牵引销和构架之间，衰减车体的横向振动。

通过使用高度控制阀校正车体相对于转向架的偏差，以控制车体在不同载客量情况下维持车辆高度不变。为保证一个转向架两侧空气弹簧的内压之差，在两个空气弹簧之间安装1个差压阀。

在空气弹簧胶囊破损或失效的情况下，车体由辅助橡胶弹簧支承，从而保证车下各系统正常运行，使车辆在没有空气弹簧工作的情况下，仍能持续运行。如在空气弹簧胶囊破损情况下，建议降低车辆运行速度，使车辆能尽快回到维修站。

二系悬挂装置主要由空气弹簧、横向减振器、横向缓冲橡胶止挡、高度控制阀、差压阀及管路等组成。如图4所示。

图4 二系悬挂装置示意图

3.4 牵引装置 采用应用成熟Z 形结构布置的牵引拉杆来传递转向架与车体之间的牵引力和制动力。牵引拉杆的一端与牵引梁相连，另一端与转向架构架横梁上的牵引座相连。这种结构简单，可实现低位牵引、落车工工艺简单。牵引装置主要由中心销、牵引梁（内置中心销套）和牵引拉杆组成。如图5所示。

图5 二系悬挂装置示意图

3.5 基础制动装置 基础制动装置（见图6）采用轮装盘形制动单元，每条轮对上安装2套制动盘，制动盘直径为640 mm。基础制动装置由四个制动单元、手制动连杆和制动管路组成。制动单元由制动缸、制动杠杆、杠杆吊座、制动闸片等组成。每个制动单元以三点悬挂的方式安装在构架横梁上的制动吊座上。制动缸采用皮碗式带手制动机构和不带手制动机构两种型式，带有闸片间隙自动调整器。每辆车配有1 套安装有手制机构的的制动单元，可满足停放制动的要求。

图6 基础制动装置示意图

3.6 驱动装置 驱动装置采用滚动抱轴箱形式的驱动装置。动力转向架装有两套对称布置的驱动装置，每套驱动单元装置主要由牵引电机和电机悬挂件等零部件组成，如图7所示。

牵引电机采用抱轴式弹性半悬挂方式，一侧与滚动抱轴箱联结，另一侧采用一个电机吊杆悬挂在构架上，牵引电机吊座上安装有橡胶弹性元件，可实现轮对与构架之间相对位移。

图7 驱动装置示意图

4 计算分析

4.1 动力学性能计算 采用Simpack 动力学分析软件，对速度120 km／h 的阿根廷内燃动车组按照GB5599［8］进行了动力学性能分析，并对一系、二系悬挂件的刚度及阻尼等参数进行了优化。通过计算得出如下结论［9］：

1）出口阿根廷宽轨内燃动车组动车新造状态下临界速度超过120 km/h，且有一定的裕量，能够满足运营要求。

2）在美国二级谱的作用下，新造状态下出口阿根廷宽轨内燃动车组动车运行速度不大于70 km/h时，横向和垂向平稳性指标和最大振动加速度均满足相关规范的优级标准；在美国三级谱的作用下，新造状态下出口阿根廷宽轨内燃动车组动车运行速度不大于90 km/h时，横向和垂向平稳性指标和最大振动加速度均满足相关规范的优级标准；在美国四、五级谱的作用下，新造状态下出口阿根廷宽轨内燃动车组动车运行速度不大于100 km/h 时，横向和垂向平稳性指标和最大振动加速度均满足相关规范的优级标准。

3）出口阿根廷宽轨内燃动车组动车新造状态能够以不同的速度安全通过半径300 m、500 m、800 m的曲线，各项安全性能指标均在各相关标准限定的限度范围内。

4）各载重工况下，出口阿根廷宽轨内燃动车组动车新造状态下柔度系数均能满足UIC 505-5［10］的要求。

4.2 关键部件强度计算 为确保设计结构的可靠性和车辆运行性能的安全性，对构架等关键部件按UIC 615-4［11］进行了静强度、疲劳强度和刚度分析计算。计算结果表明，构架设计满足标准要求，对横侧梁联结处、一系弹簧安装座、制动吊座等部位进行了重点评估和优化。同时对车轴强、车轮、转臂轴箱、牵引拉杆、中心销、牵引梁等零件进行了有限元强度计算，计算结果表明，可以满足转向架各工况下的强度要求。

5 构架疲劳强度试验

2014 年9 月，在原铁道部产品质量监督检验中心机车车辆检验站完成了构架的静载荷试验和疲劳试验，按照UIC615-4［11］要求进行了疲劳试验，疲劳强度试验第1阶段进行600万次载荷循环，第2、3阶段各进行200 万次载荷循环，总计1000 万次。在疲劳试验过程中，采用湿式磁粉探伤定期检查构架焊缝，均未发现裂纹，可认为具有足够的疲劳强度［12］。

6 结束语

2014年10月，阿根廷内燃动车组动车组动力转向架在公司完成了组装和整车调试。2015 年1 月，动车组运抵阿根廷，进行了制动能力及车辆运行性能测试并进行运营考核。根据售后服务人员的运行跟踪情况及客户的反馈情况，动力转向架运行状态良好。