符合TSI标准双层动车组转向架技术方案研究

罗汉，汪林峰

（中车株洲电力机车有限公司产品研发中心，湖南 株洲 412001）

0 引言

1 转向架主要参数及结构特点

1.1 转向架主要技术参数

转向架的主要技术参数详见表1。

表1 技术参数

1.2 转向架结构特点

符合TSI标准双层动车组转向架主要由构架、一系悬挂装置、轮对轴箱组装、二系悬挂装置、驱动系统、牵引装置、驱动系统悬挂装置、基础制动装置、附属装置等部件组成（见图1）。

图1 A1A转向架方案图

1.2.1 构架

构架采用“日”字形结构，由高强度低合金钢焊接而成，焊接满足EN 15085标准焊接体系要求。

构架由两根侧梁，一根横梁和两根端梁组成；构架是转向架各部件的安装基础，承受并传递各种载荷，按照EN 13749的要求对构架进行强度计算[1]。

1.2.2 轮对轴箱组装

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车轮采用整体轮，符合EN 13262标准。车轮材料为ER9，车轮踏面为S1002型外形。车轮为直腹板，动车车轮制动盘安装在腹板两侧。

车轴为空心车轴，方便列车在不落轮的状态下对车轴进行超声波探伤检查，确保行车安全。车轴材料为EA4T，符合EN 13261的要求。车轴分为动力和拖车两种车轴，动力车轴轴身有驱动齿轮和齿轮箱轴承的安装座，拖车车轴轴身设有轮盘制动盘安装座。根据EN13104和EN13103对动力车轴和拖车车轴（空心车轴）进行强度计算校核[12]。

轴箱体采用分体式结构，方便轮对检修维护。轴箱轴承为整体式免维护圆锥滚子轴承。

1.2.3 驱动单元

完整的驱动单元由牵引电机、齿轮箱组装、齿轮箱吊杆以及联轴器组成，安装在转向架构架和车轴上，传递牵引和制动转矩（见图2所示）。

齿轮箱采用带输出轴的空心轴结构，通过3个安装点弹性地悬挂在构架上。牵引电机安装有防脱落装置，通过联轴节与齿轮箱连接起来。齿轮箱的输出端通过橡胶联轴节与车轴相连。

图2 驱动单元

1.2.4 一系悬挂装置

一系悬挂装置采用转臂式轴箱定位结构。一系悬挂系统由一组螺旋钢弹簧、一系垂向减振器和定位装置组成（见图3所示）。一系垂向减振器能衰减轮对的高频振动。一系悬挂还设置了垂向止挡，确保在弹簧断裂的情形下动车组行车安全[3]。

图3 一系悬挂装置

1.2.5 二系悬挂装置

二系悬挂装置主要由空气弹簧、二系横向减振器、二系垂向减振器、抗蛇行减振器、横向止挡、高度阀控制装置等组成。二系悬挂系统装配两个空气弹簧气囊，每一气囊串联一个应急弹簧，一旦空气弹簧泄气，应急弹簧可作为保护装置防止列车脱轨并保证车辆即使处于空气弹簧故障状态也能够继续运行。每车设4个高度阀（4点调平）。当任一空气弹簧泄气时，则该转向架的另一空气弹簧也会立即放气。

图4 驱动单元

1.2.6 牵引装置

牵引装置被设置在转向架的中部，在两个横梁间。牵引装置主要由牵引座、中心销组装（中心销座和中心销）、牵引杆组装（牵引杆、橡胶关节）、横向止挡、整体起吊止挡、横向减振器等组成，其结构见图5。横向减振器连接着牵引座和转向架构架的侧梁。

图5 牵引装置

1.2.7 基础制动装置

机车采用轮盘制动方式，每个转向架包含4个不带停放功能的制动单元和2个带停放功能的制动单元。

1.2.8 附属装置

附属装置主要包扫石器、空气管路、车载故障诊断系统等部件。

2 动力学计算

采用德国航空航天中心开发的SIMPACK动力学仿真分析软件，对动车组的动力学性能进行分析、计算。评价包括非线性临界速度、直线平稳性、曲线安全性和IBE值计算，根据EN14363标准及合同要求对动车组各指标进行评价[4]。

2.1 非线性临界速度

非线性临界速度的计算方法为：截取一段长度为50m的不平顺时域谱作为激扰，让机车以一定的速度通过不平顺后，在直道上继续运行，通过各刚体位移的收敛和发散情况来判断机车是否失稳。计算结果见表2所示：

表2 动车组运行稳定性（km/h）

从表2可知，在新轮的轮轨状态下，动车组的非线性临界速度较高，动力车达到了400km/h，非动力车达到了490km/h；在等效锥度0.6时，动力车达到了280km/h，非动力车达到了330km/h，完成能够满足最高运行速度200km/h的要求。

2.2 直线平稳性计算

计算时选取德国低干扰作为轨道激扰，根据EN14363标准要求，各评价指标极限值如表3所示，其中舒适度指标要求是项目合同要求，高于EN12299标准要求。该动车组在不同速度下，动车组的运行平稳性的变化情况如表4所示，表中ND、NT分别为动力车、非动力车的舒适度指标，ahD、ahT分别为动力车、非动力车的垂向振动加速度，azD、azT分别为动力车、非动力车的垂向振动加速度。

表3 评价指标及其限值

表4 动车组的运行平稳性变化情况

在运行速度220km/h以内，动车组的的舒适度小于1.89，横向加速度小于1.5m/s2，垂向加速度小于2.0m/s2，具有优异的平稳性。

2.3 曲线安全性计算

如表5所示，根据不同的线路曲线半径设置了不同的超高和缓和曲线。计算中输出动车组的轮轴横向力（kN）、轮轴横向力均方根值、轮轨垂向力Qmax（kN）、和脱轨系数Y/Q等安全性指标。

表5 曲线通过线路设置

动车组在各种线路工况下各项动力学性能指标列于表6中。

表6 曲线通过时各动力学性能指标/AW0

从表5和表6的计算结果可知，机车以表5中设置的各种线路工况通过曲线时，轮轴横向力、轮轴横向力均方根值、轮轨垂向力Qmax（kN）、和脱轨系数Y/Q等安全性指标都在表3规定的范围内，说明该动车组曲线通过性能满足要求[5]。

3 结论

本文提出了一种符合TSI标准双层动车组转向架的技术方案。经过详细的转向架技术方案、各部件结构介绍和动力学性能计算分析，得到以下结论：（1）TSI双层动车组转向架方案具有较强的可行性，能满足欧洲线路的运营要求，转向架设计符合TSI认证体系。（2）转向架采用成熟可靠的驱动方案、牵引装置以及合理的悬挂方式，保证了转向架结构合理、安全可靠。（3）该型转向架动力学性能满足要求。