深圳地铁工程车转向架研制

翟凤宇 白文虽

摘 要：我国铁路和城市轨道交通近年来发展迅速。地铁建设规模不断扩大，为各种维护作业类工程车带来巨大市场。中车山东机车车辆有限公司于2014年与深圳地铁签订了12辆吊臂平车和2辆纯洒水式清洁车供货合同，为其设计了一种地铁工程车转向架并完成试制及批量生产，目前已交付客户，且运行状况良好。

关键词：工程车转向架;结构;技术参数;仿真计算

中图分类号：U270.33 文献标识码：A

中车山东公司在引进Y25系列转向架的基础上，近年来先后自主开发并生产了160 km/h快速货车转向架、200 km/h

高速货车转向架、27 t轴重焊接径向转向架、长客地铁构架等产品，产品种类基本涵盖了货车焊接转向架的各个领域，培养了一批研发、工艺、焊接等方面的人才队伍，在焊接转向架领域积累了较为丰富的经验。目前我国国内工程车转向架没有固定的模式，产品形式不一，结构各异。对平稳性要求较高的工程车，其转向架常基于机车或客车转向架进行简配设计，但仍存在结构复杂，成本高，性价比低等问题。而部分基于传统货车转向架设计的工程车转向架，配置虽较为简单，但是细节结构不符合现代货车的可靠性及轻量化设计理念，磨耗结构较多，需进一步改善提升。基于以上需求，中车山东公司根据Y25型转向架设计研发了JNZ-SZ2型地铁工程车转向架。

1 主要技术参数

2 主要结构特点

设计原则：

（1）低成本轻量化的原则。（2）客户要求的轴箱悬挂系统。（3）借鉴成熟的现有产品及其相关技术。

该转向架为焊接构架式转向架。主要由构架总成、轮对组成、悬挂减振系统、轴箱总成、基础制动装置等组成。车轮采用直径为840 mm的整体辗钢轮;轴箱悬挂系统采用单侧利诺尔减振器和内外圈不等高的两级刚度弹簧组成;构架总成由焊接构架、轴箱导框、球面下心盘等组成。构架主要受力部件采用Q345D材料。转向架采用球面心盘与钢弹簧旁承联合承载的技术。基础制动装置为吊挂结构的杠杆式单侧闸瓦制动结构，采用高摩合成闸瓦。（见图1）

2.1 构架总成

该转向架为焊接构架式转向架，由Y25型转向架改进而来。构架总成由构架组成、制动吊座、闸瓦吊座和弹性旁承组成，主要受力部件采用Q345D材料。构架组成主要由侧梁、横梁、下心盘及弹簧导框组成。侧梁由上下盖板和腹板组焊而成，左右筋板起到稳定支撑作用，侧梁为转向架保证垂向弯曲刚度的。横梁由上下盖板与左右腹板组焊而成，能够支撑并传递车体与转向架之间的作用力。构架去除了Y25型转向架的端梁结构，并过闸瓦吊座和制动吊座将制动装置与构架连接，去除了复杂的制动纵向梁结构，结构简单合理，符合轻量化设计理念，充分满足了客户对工程车转向架的需求。

2.2 轮对组成

轮对组成主要由车轮、车轴组成，轮对采用冷压装工艺。车轮采用符合TB/T 2817-2018标准，材质为CL60的HDSA辗钢整体车轮，踏面型式采用LM型磨耗踏面;车轴采用符合TB/T2945-1999标准，材质为LZW钢的锻钢车轴。

2.3 轴箱悬挂系统

设计原则：（1）设计的悬挂系统应有助于提高车辆抗脱轨稳定性并改善空车时车辆运行品质。（2）采用既有成熟产品，提高性价比。

采用单侧利诺尔减振器和内外圈不等高两级刚度弹簧组成的一系悬挂系统。由于外圆弹簧高于内圆弹簧，当空车或轻载时，内圆弹簧不进行承载。随着车辆载重提升，内圆弹簧加入承载。利诺尔减振器所提供的摩擦力的大小随载荷发生变化，当轴箱与构架导框有垂向和纵向相对位移时，吊环角也发生变化，导致载荷和水平分力也发生变化，从而引起摩擦力随之变化。[1]作为变摩擦减振器，利诺尔减振器具有结构紧凑、维修量小，性能稳定等优点。（见图2）

2.4 基础制动装置

设计原则：（1）采用垂向下拉杆式基础制动，制动倍率为4.7。（2）制动、缓解各状态下，杠杆不得侵入下部限界且不得与车轴干涉。（3）下拉杆长度及孔间距满足初始位置制动性能要求和轮瓦磨耗后的调整需要。

采用类似Y25Lsd-KP1型转向架的散开式单侧踏面制动形式，由焊接制动梁、制动杠杆组成、下拉杆组成、杠杆吊组成、吊杆组成、閘瓦托、高摩合成闸瓦、闸瓦插销等组成。基础制动装置通过4个吊杆组成及制动杠杆吊组成等与构架横梁连接。采用这种制动方式具有结构简单、价格低、传动效率高、检修难度低等优点[2]。

该制动装置采用符合UIC标准的焊接制动梁，梁架由直杆与弓形杆组成，两杆之间设有支柱，直杆两端设有闸瓦托。其中直杆采用热轧无缝钢管，结构简单其力学性能优秀。闸瓦托设有双块闸瓦接口，可安装双块闸瓦，从而使闸瓦与车轮踏面受力更均匀，有效降低车轮磨耗。同时制动梁支柱设有中间销孔，通过制动销与制动杠杆连接，支柱与销孔配合时压装衬套，能够起到耐磨的作用。与国铁车主要运用的L-A型、L-B型和L-C型组合式制动梁相比，在满足强度要求的前提下结构简单，制造组装及更换维护的难度都更低。（见图3）

基础制动装置中的制动倍率即是车辆制动时由制动缸传至转向架的作用力经转向架制动杠杆机构放大的倍率。根据受力分析，可以得出下拉杆式基础制动装置的制动倍率如式（1）：

其中n为制动倍率，a为游动杠杆上部长度，b为游动杠杆下部长度;c为固定杠杆上部长度，d为固定杠杆下部长度。[3]经过计算可得制动杠杆比（2）：

根据制动杠杆比设置制动杠杆的长度为固定端（243/180），游动端（297/220）。预设下拉杆主尺寸为975 mm，孔间距55 mm。根据上文设置参数建立杠杆系统简图，分别对新车轮、一半磨耗车轮、即将到限车轮三种情况下，闸瓦不同磨耗量时的制动工况进行校核，结果显示以上制动杠杆及拉杆尺寸设置满足要求。

3 仿真计算分析

在转向架设计过程中对构架及制动梁等关键部位进行了仿真计算分析。依据UIC833《三角制动梁供货技术条件》，对转向架的制动梁进行了静强度及疲劳强度的分析。结果表明，在静载荷作用下，制动梁刚度满足要求;在1×106次循环而不发生疲劳破坏，制动梁结构的疲劳强度满足要求。依据UIC510-4-1993《实验台上的二轴和三轴转向架车辆强度测试》，按16 t轴重、转向架自重4.2 t考虑，来确定静强度与疲劳强度评估的超常和模拟运营载荷。结果表明，各超常载荷工况下构架的安全系数均大于1，构架的静强度满足要求;各组合工况的应力幅均未超过许用应力幅的20%，构架疲劳强度均满足要求。

4 试验情况

2015年11月份，中车山东公司对JNZ-SZ2型转向架构架按照UIC510-3标准进行了静载荷及疲劳试验，试验件数1件;对转向架制动梁按照UIC833-2004标准进行试验，静载荷试验8件，疲劳试验2件，结果表明构架及制动梁满足标准要求。且JNZ-SZ2型转向架已结合整车完成了《TSV-01型隧道清洗车出厂自检试验报告》。（图4）

5 结束语

目前JNZ-SZ2型转向架均运行良好，并在继深圳地铁后，该转向架又陆续供应贵阳、合肥、成都、济南等多个地铁工程车项目，收获了客户的广泛认可，提高了公司的知名度并取得良好的经济效益和社会效益。

参考文献：

[1]朱公然.浅谈Y25型转向架利诺尔减振器的设计[J].铁道车辆，1990，28（03）：11-15.

[2]白文虽，翟鹏军，白文远，等.关于Y25型转向架基础制动装置发展趋势的探讨[J].铁道车辆，2017，55（09）：30-32+5.

[3]孙家锋，刘振明，陆正涛，等.铁路货车转向架基础制动装置技术分析[J].铁道机车车辆，2018，38（03）：62-65.

[4]中车山东机车车辆有限公司.JNZ-SZ1型转向架焊接构架静强度、疲劳强度分析报告[R].2015.

[5]中车山东机车车辆有限公司.JNZ-SZ1型转向架轴箱强度分析报告[R].2015.

[6]中車山东机车车辆有限公司.JNZ-SZ2型转向架焊接构架静强度、疲劳强度分析报告[R].2015.