出口安哥拉HZ20-AGO型转向架的研制

冯成礼 祝笈 邹建美 杨军 张光才

摘要：介绍了HZ20-AGO型窄轨转向架的主要技术参数、结构和计算与试验验证情况。

关键词：窄轨转向架;技术参数;结构;仿真;试验

中图分类号：U270.331                                  文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2020）21-0077-02

0  引言

2019年，中车眉山车辆有限公司（下简称“眉山公司”）作为供应商，与安哥拉客户签订了供货合同。眉山公司研发了适合于轨距1067mm、设计速度100km/h，轴重20t的控制型三大件式窄轨货车转向架。

1  主要技术参数

轨距                            1067mm

设计速度                      100km/h

轴重                            20t

自重                            3.72t

固定轴距                      1750mm

车轮直径                      840mm

轴颈中心距                   1624mm

下心盘直径                   298mm

通过最小曲线半径（限速）  80m

制动倍率   5.5

限界                 安哥拉本格拉铁路机车车辆限界

2  结构介绍

HZ20-AGO型转向架为窄轨铸钢三大件式控制型转向架，采用常摩擦减振装置和两级刚度弹簧的中央悬挂装置，双作用常接触的弹性旁承。转向架主要由轮轴组成、侧架组成、中央悬挂及减振装置、摇枕组成、制动装置、弹性旁承、中心销连接装置等零部件组成。如图1所示。

2.1 轮轴组成

轮轴组成由车轮、车轴和滚动轴承装置组成。车轮采用LM型踏面的HDZD车轮，轮径840mm;车轴采用符合TB/T 2945-1999的LZW材质锻造;轴承采用符合TB/T2235的352226X2-2RZ圆锥滚动轴承装置。

2.2 侧架组成

侧架组成由侧架、导框顶面磨耗板、滑槽磨耗板、立柱磨耗板等零部件组成。侧架内侧面方框两侧设有摇枕回转止挡，材质采用符合TB/T 3012-2016的B+级钢。立柱磨耗板采用折头螺栓与侧架紧固。滑槽磨耗板和导框顶面磨耗板都依靠自身的变形弹力卡在侧架上，便于转向架运用过程中的检修和维护。

2.3 悬挂及减振装置

悬挂装置由摇枕弹簧组和减振装置组成。摇枕弹簧组为两级刚度，可提高空车工况下动力学性能。减振装置为加宽斜楔的常摩擦减振器，增加转向架的抗菱刚度。

2.4 摇枕组成

摇枕组成由摇枕、心盘磨耗盘、斜面磨耗板、固定杠杆支点座组成。下心盘内设有导电式尼龙心盘磨耗盘，并与搖枕整体铸造。摇枕材质采用B+级钢。斜面磨耗板、固定杠杆支点座与摇枕均采用焊接方式连接。

2.5 基础制动装置

基础制动装置采用滑槽式单侧闸瓦制动，主要由制动梁组成、下拉杆、制动杠杆、闸瓦、制动圆销等部件组成。制动梁架采用制动梁用热轧型钢，经切割拉制而成;支柱、瓦托采用B级钢铸造;滑块部位安装有尼龙磨耗套。闸瓦为符合TB/T2403的高摩合成闸瓦，各转动连接部位均采用耐磨衬套。

2.6 弹性旁承

转向架采用双作用常接触弹性旁承，可为车辆提供稳定合适的回转阻力矩，弹性旁承主要由旁承座、弹性旁承体、旁承磨耗板、滚子及滚子轴等组成。

2.7 中心销连接装置

中心销连接装置由车体向下插入，中心销挡从摇枕腔体穿入，使转向架和车体连接。

3  分析计算

3.1 动力学计算

2019年6月，根据GB/T5599-1985《铁道车辆动力学性能评定和试验规范》，建立仿真模型（图2），对该车在直线、缓和曲线和圆曲线上运行时的稳定性、平稳性、安全性进行了动力学计算。结果如下：

①在空车和装载工况下，在新轮轨状态下的蛇行运动失稳临界速度能满足最高运行速度的要求。②在AAR Ⅳ级线路谱输入下，在110km/h速度范围内，空车和装载工况下车体的横向加速度最大值均小于0.5g;空车和装载工况下垂向加速度最大值均小于0.7g，满足GB/T5599-1985的要求。③在AAR Ⅳ级线路谱输入模拟下，空车工况80km/h速度内的垂向平稳性指标、90km/h速度内的横向平稳性指标、装载工况在90 km/h速度范围内的横向及垂向平稳性指标均满足GB/T5599-1985的优级标准;空车及装载工况在110km/h速度范围内的垂向平稳性指标满足GB/T5599-1985的良好标准。④装配该转向架的低帮平车以小于50mm欠超高通过114m半径、150m半径、200m半径、300m半径的圆曲线时，空车和装载工况下的轮轨横向力Q、轮轴横向力、轮重减载率、脱轨系数、倾覆系数等指标均小于GB/T5599-1985规定的安全标准。

3.2 摇枕计算

2019年6月，按照21t轴重车辆，采用有限元分析软件，参照TB/T 1335-1996《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》和铁道行业推荐标准TB/T 1959-2006《铁道货车摇枕、侧架静载荷及疲劳试验》，分析了HZ20-AGO型转向架摇枕的刚度和疲劳强度。计算结论如下：①在标准规定的静强度计算工况下，摇枕结构的最大应力为136.96MPa，小于TB/T 1335-1996标准规定的许用应力，满足标准要求。②在标准规定的各工况下，摇枕结构的最大变形均小于TB/T 1959-2006标准规定的限制值，满足标准要求。③摇枕高应力区累积损伤远小于1，其余各处的累积损伤均为0，结构能够通过标准规定的疲劳试验。

3.3 侧架计算

2019年6月，按照21t轴重车辆，采用有限元分析软件，参照TB/T 1335-1996《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》和铁道行业推荐标准TB/T 1959-2006《铁道货车摇枕、侧架静载荷及疲劳试验》，分析了HZ20-AGO型转向架侧架的刚度和疲劳强度。计算结论如下：①在标准规定的静强度计算工况下，侧架结构的最大应力为143.48MPa，小于TB/T 1335-1996标准规定的许用应力，满足标准要求。②在标准规定的各工况下，摇枕结构的最大变形均小于TB/T 1959-2006标准规定的限制值，满足标准要求。③侧架高应力区累积损伤远小于1，其余各处的累积损伤均为0，结构能够通过TB/T 1959-2006标准规定的疲劳试验。

3.4 车轴计算

2019年6月，按照EN13103：2009和JIS E4501-1995《铁道车辆—车轴强度设计方法》标准，分析了HZ20-AGO型转向架车轴强度，对车轴进行强度计算。车轴各部位安全系数安全系数大于1，轮座部位和轴颈部位的疲劳强度基本能满足强度要求。

3.5 制动梁计算

2019年6月，采用有限元分析软件，根据铁道行业推荐标准 TB/T1978-2018《铁路货车转向架组合式制动梁》，分析了HZ20-AGO型转向架制动梁的静强度和疲劳强度。计算结论如下：①制动梁结构在静强度计算工况下的最大应力小于标准规定的许用应力。②制动梁在各工况下的最大变形均小于标准规定的限制值，其结构刚度满足标准要求。③制动梁各处的主应力材料利用度和合成材料利用度均小于1，结构能够通过标准规定的疲劳试验。

4  试验

4.1 摇枕试验

2019年8月，眉山公司依据TB/T 1959-2006《铁道货车摇枕、侧架静载荷及疲劳试验》完成了HZ20-AGO型转向架摇枕静载荷和疲劳试验。试验结果表明：①摇枕在TB/T 1959-2006标准规定的弹性变形、永久变形和极限变形载荷下测试结果符合要求。②摇枕在完成TB/T 1959-2006标准规定的循环载荷后，未发现裂纹。

4.2 侧架试验

2019年8月，眉山公司依据TB/T 1959-2006《铁道货车摇枕、侧架静载荷及疲劳试验》完成了HZ20-AGO型转向架侧架静载荷和疲劳试验。试验结果表明：

①侧架在TB/T 1959-2006标准规定的弹性变形、永久变形和极限变形载荷下测试结果符合要求。

②侧架在完成TB/T 1959-2006标准规定的循环载荷后，未发现裂纹。

4.3 制动梁试验

2019年8月，依据TB/T1978《铁道货车组合式制动梁》完成了HZ20-AGO型转向架制动梁静载荷和疲劳试验。试验结果表明：①制动梁在标准规定的挠度、永久变形和安全系数载荷下测试结果符合要求。②制动梁在完成标准规定的循环载荷后，未发现裂纹。

4.3 线路试验

2019年12月，装配HZ20-AGO型轉向架的车辆运送至安哥拉，经过整备调试，通过了本格拉线路试验。

5  结束语

目前，HZ20-AGO型转向架已在安哥拉投入运用，眉山公司将继续对该转向架的运用性能持续跟踪服务，让更多的“中国造”服务于非洲铁路运输业的发展。

参考文献：

[1]严隽耄.车辆工程[M].四川：西南交通大学出版社，2007.

[2]西南交通大学机械工程学院.HZ20-AGO型转向架摇枕结构强度分析报[R].2019.

[3]中车青岛四方车辆研究所有限公司.安哥拉20t轴重窄轨车轴强度计算报告[R].2019.

[4]西南交通大学机械工程学院.HZ20-AGO型转向架制动梁结构强度分析报[R].2019.

[5]中铁检验认证（青岛）车车辆检验站有限公司.HZ20-AGO 型转向架制动梁检验报告[R].2019.