出口澳大利亚23 t轴重侧翻车转向架的研制

2021-11-09甄亚林穆凤军徐世锋

铁道车辆 2021年5期

甄亚林，穆凤军，徐世锋

(中车齐齐哈尔车辆有限公司大连研发中心，辽宁大连 116052)

中车齐齐哈尔车辆有限公司借鉴出口澳大利亚转向架的设计和运用经验，2018年为澳大利亚力拓公司成功研制了侧翻车用23 t轴重控制型转向架。该转向架经数次优化，动力学性能优良，符合力拓公司SS-R 173：2013《铁道机车车辆动态性能标准》的规定，能够满足空重车最高运行速度80 km/h的要求。该转向架于2019年3月开始正式投入使用，经过运用考验，可以满足用户运输要求。

1 主要技术特点

1.1 增加外旁承止挡提高车辆抗倾翻稳定性

配装该转向架的侧翻车倾翻角度为45°，倾翻稳定性是研发侧翻车必须考虑的重要事项。为提高车辆在倾翻过程中货物还未开始卸出时的横向倾翻稳定性，转向架采用弹性旁承加外旁承止挡结构，在摇枕安装弹性旁承位置外侧焊接外旁承止挡，如图1所示。车辆在正常状态下，仅弹性旁承起承载作用；车辆倾翻作业时，若车体发生倾覆，则外旁承止挡可以支撑车体，防止车辆扣翻，提高了安全性。弹性旁承中心距为1 270 mm，外旁承止挡中心距为1 520 mm，止挡上用折头螺栓安装磨耗板，便于磨耗板拆卸与更换。外旁承止挡磨耗面低于旁承滚子4 mm，磨耗板可调整厚度，便于组装时调整外旁承止挡磨耗板顶面与旁承滚子的距离。

图1 外旁承止挡示意图

1.2 使用液压减振器提高动力学性能

该转向架依据力拓公司SS-R 173:2013标准考核其动力学性能。不装液压减振器的控制型转向架点头浮沉振动工况较为恶劣，车轮垂向最小载荷、弹簧最大容量、车体最大垂向加速度等动力学指标超标。为使其满足SS-R 173:2013动力学标准的要求，转向架中央悬挂系统安装STUCKI液压减振器，如图2所示。

图2 STUCKI液压减振器

减振器在空车状态下不起作用，仅在重车状态下起作用。经动力学分析计算，加装液压减振器后，转向架点头浮沉振动工况得到了极大改善，能显著提高车辆在重车状态下的动力学性能。

1.3 采用多项新技术

采用常摩擦减振装置，斜楔主摩擦面加宽，提高了三大件式转向架的运行稳定性；装用大直径车轮，有效降低了轮轨磨耗和轮轨接触应力；采用TMX集成制动装置，质量轻，制动效率高；磨耗件采用高分子或耐磨材料，磨耗轻，使用寿命长，降低了车辆检修维护成本。

2 主要技术参数

出口澳大利亚23 t轴重侧翻车转向架主要技术参数如表1所示。

表1 出口澳大利亚23 t轴重侧翻车转向架主要技术参数

3 主要结构

该转向架为铸钢三大件式控制型转向架，主要由轮轴组成、侧架组成、摇枕组成、减振装置、中央弹簧悬挂系统、TMX集成制动装置、弹性旁承和液压减振器等组成，如图3所示。

图3 出口澳大利亚23 t轴重侧翻车转向架示意图

(1) 车轴材质为符合AAR M 101：2017《经热处理碳素钢车轴规范》标准的F级钢。车轮为整体辗钢多次磨耗型车轮，直径为970 mm，材质为C级钢，符合AAR M 107：2012《碳素钢车轮》的规定。

(2) 摇枕、侧架材质为符合AAR M 201:2018《铸钢件规范》标准的C级钢，其静强度、静载荷和疲劳强度分别满足AAR M 202:2018《铸造或构造转向架摇枕设计和试验规范》和AAR M 203:2012《铸钢转向架侧架设计和试验规范》标准要求。

(3) 采用常摩擦减振装置。为提高转向架抗菱形变形能力，采用主摩擦面加宽到260 mm的贝氏体球墨铸铁斜楔。弹簧材质为60Si2CrVAT，每台转向架共有16个摇枕弹簧和4个减振弹簧，弹簧几何参数见表2。

表2 弹簧几何参数

(4) 采用制动缸直径为203 mm、制动倍率为4.589的TMX集成制动装置。闸瓦厚度为50.8 mm的AAR高摩合成闸瓦。

(5) 采用STUCKI HYDRASHOX PLATINUM A型液压减振器和STUCKI ISB-10常接触弹性旁承，旁承载荷为20 kN，旁承垂向刚度为1.8 MN/m，旁承间隙为6.4 mm。

4 计算和试验情况

4.1 摇枕、侧架强度计算和试验

采用有限元软件对摇枕和侧架进行了静强度、静载荷和疲劳强度计算。其中，摇枕还增加了侧翻工况下的计算。计算结果表明：侧架在AAR M 203:2012标准规定的工况以及摇枕在AAR M 202:2018标准规定的工况和侧翻工况下，最大应力均不超过C级钢的许用应力；摇枕、侧架的刚度分别满足AAR M 202:2018和AAR M 203:2012标准要求；疲劳寿命均能够满足30年或600万km的要求。

4.2 动力学计算

利用车辆动力学分析软件NUCARS对装用该转向架的侧翻车进行了动力学性能仿真计算，对比了转向架在有液压减振器和无液压减振器2种工况下的动力学性能。计算内容包括车辆蛇行失稳临界速度、稳态曲线通过性能、动态曲线通过性能、特定轨道不平顺下的车辆响应等。计算结果表明：车辆各项动力学性能考察指标满足空重车运行速度80 km/h的要求，符合力拓公司SS-R 173：2013标准的规定。