某城市轨道交通车辆柔性拖车转向架的研制

马晓光，肖遥，金雄峰，王康

某城市轨道交通车辆柔性拖车转向架的研制

马晓光1，肖遥1，金雄峰1，王康*,2

（1.中车南京浦镇车辆有限公司，江苏 南京 210031；2.西南交通大学 牵引动力国家重点实验室，四川 成都 610031）

介绍了一种用于城市轨道交通永磁直驱列车的柔性拖车转向架，该转向架采用了小轴距、小轮径的设计方法。转向架的构架采用“交叉板式”横梁实现柔性，能提供较低的扭转刚度和合适的抗菱刚度，适应线路不平顺的能力更强。对构架进行强度计算和疲劳试验之后，发现测试结果满足标准要求。对拖车柔性转向架的扭曲减载性能进行了测试，发现该转向架的轮重减载率较传统转向架偏低。同时对拖车柔性转向架的构架模态进行了测试，更加全面地掌握了该转向架的特性。最终得到结论：该新型转向架的各项指标均满足设计和标准要求，满足线路实际运用要求。

拖车转向架；柔性构架；永磁直驱列车

城市轨道交通车辆简称为城轨车辆。普通铁路车辆由机车驱动在铁路上行驶，而城轨车辆由若干动车与拖车组成，其中动车承担驱动功能。由于城市轨道交通车辆的主要作用是运送乘客，其转向架还应具备普通客车转向架的各种装置和性能。并且城市轨道交通中各种车辆转向架还应该是一个具有更小噪音和较大载重适应性的系统。同时，城轨车辆在人口密集的城市运行，安全可靠性要求高，对列车运行噪音和环境污染有着十分严格的要求。由于城轨交通的特殊性，在这些线路上运行的车辆也应与之相适应。

随着城市的发展，地铁由于其快捷便利的优点成为了不可替代的交通工具[1]。对于地铁列车，良好的曲线通过能力是人们追求的重要目标之一[2]。永磁直驱地铁列车是下一代地铁的主要研究方向，其具有小曲线通过能力强、牵引能耗低、噪声低、轮缘磨耗低等特点，可有效降低线路的规划难度和建设成本，降低车辆在运营过程中的费用，同时提高其乘坐舒适性和运行平稳性[3]。

本文阐述了一种用于80 km永磁直驱列车的柔性拖车转向架，轴距设定为1.9 m，车辆小曲线通过能力提高到150 m，同时转向架构架采用“交叉板式横梁”，降低了构架的扭转刚度，适应轨道不平顺能力更强，车辆运行舒适性更佳。

3.3 烟草公司统购农药防病品种少 在调查的过程中，不少烟农反映烟田暴发病虫害时，烟草公司缺乏相应的防病农药产品。烟农转而会在村镇农药销售人员的推荐下购买农药，而一些农药销售人员缺乏生态安全意识，推荐的农药往往容易造成农药残留量超限的问题。

1 转向架主要技术参数

车体与钢轨之间通过转向架（即走行部）进行接触和作用。车体坐落于转向架上，转向架不仅有效地支撑着整个车体，且对车辆的轴重进行均衡。如果没有转向架，则车辆无法快速行驶。同时，转向架还保证了车辆在轨道上的安全运行。

转向架是轨道车辆最关键的部件，车辆的动力学性能都与转向架息息相关。该城市轨道交通车辆柔性拖车转向架依据某条地铁线路运营要求设计，转向架主要技术参数如表1所示。

表1 转向架主要技术参数

2 转向架主要结构

永磁直驱柔性拖车转向架最大的特点是其构架为柔性焊接构架。转向架的其他结构形式一般和常规设计类同，但为满足某条线路运营要求进行了优化[4]。

柔性转向架是指轮对在构架中定位刚度小的转向架。特别是纵向刚度小，例如构架中前、后两轴在通过曲线时，呈现径向位置，将有利于曲线通过，能减缓轮轨的侧向磨耗。柔性转向架较多用于动车及客车转向架上。机车转向架由于结构要求，轮对的纵向定位刚度较大[5]。

该永磁直驱柔性拖车转向架的结构如图1所示。

2.1 柔性构架

转向架的各零部件通过构架组成一个整体，因此，构架不仅要承载，还要考虑与转向架安装制动装置和轴箱定位装置等的结构、形状和尺寸相适应。

柔性构架相对于传统的刚性转向架来说，最大的区别在于其采用了“交叉板式”柔性横梁结构，如图2所示。

国家药品审评中心于2003年提出了 “仿产品不是仿标准”的指导思想[8]。本研究结果亦表明，质量标准对于不同来源产品的区分力是很弱的，难以揭示产品的内涵。出于产品放行和生命周期的考虑，质量标准的限度往往比较宽松，一个符合质量标准的产品是否一定是安全、有效的，还有待商榷。因此，一致性评价绝不能仅从质量标准一致着手。

可以通过改变横梁的参数来改变和调整构架的刚度特性，从而提高其在行驶过程中对扭曲轨道的接受能力[6]。进一步说，柔性构架具有更多的模态信息。

脑型脂肪栓塞综合征可表现为头痛、烦躁不安、失眠、易怒、谵妄甚至昏迷、复视、去大脑强直、偏瘫，也可伴有呕吐、尿失禁及自主神经功能紊乱，常早期出现病理反射，脑脂肪栓塞呈弥漫性时较少出现定位体征［2,3,5］。累及中枢神经系统的FES病例常伴有瘀点性皮疹、发热、心动过速及低血压，但肺动脉高压的症状或体征反而较少。FES可能成为术后患者出现中枢神经系统症状（如意识障碍等）的原因之一。

图1 动车转向架

图2 构架装置

转向架的侧梁采用箱形结构，横梁采用“交叉板式”对接结构形式。“交叉板式”结构由四个变截面的钢板构成，如图3所示，可以通过调整该结构的厚度、宽度、距中心距离、板长和角度来满足不同构架不同的刚度，以适应不同线路要求。

图3 交叉板式结构断面

2.2 二系悬挂装置

悬挂是两个部件之间传递力的装置的总称，用于缓冲轮轨之间的振动激励，由弹性部件充当低通滤波器的作用，阻尼单元消耗振动激励的能量。为了降低轨道不平顺和轮对在轨道上运动过程中的影响，在构架与车体之间设置二系悬挂。按照弹性悬挂装置主要作用的不同，可以分为三大类：①起降低冲击振动作用的弹簧装置；②衰减振动的减振装置；③主要起定位和约束作用的定位装置[7]。

本设计中的二系悬挂装置采用空气弹簧全承载结构。为了降低车体的垂向和横向最大加速度以及转向架向车体传递的振动，设置了横向和垂向油压减振器[8]。在铁道车辆上，油压减振器是一个非常重要和常用的部件。如果车辆各部分的高、低频振动不经过减振器就传递到车体上，会降低机械部件的性能和使用时间，甚至会出现安全问题。车辆的安全和舒适性会被减振器的性能优劣直接影响[9]。

有数据显示，在美国每天就有5亿支吸管被遗弃（这意味着每人每天大约1.5支的消耗量）。有专门负责清理海滩垃圾的环保组织在一项研究中声称，美国各地的海滩上每年废弃的吸管大约有75亿支之多。

2.3 中心牵引装置

本设计为踏面制动单元，一共配置了四个制动单元，其中两个为停放制动单元，另外两个为常用制动单元。制动单元缸的安装方式是先将其安装在过渡板上，然后再使用三个贯穿了侧梁的螺栓将其安装在侧梁上。

在地铁列车中，牵引传动系统的主要作用是实现机械能和电能的相互转换，牵引传动系统的性能极大地影响了地铁列车的动力大小和运行特性，所以是地铁列车研究的重要内容[11]。

对照组：根据性别，男性患者和女性患者例数分别为19例和16例；年龄平均值为(62.29±5.74)岁；高血压病程平均值为(8.33±1.06)年。

本次设计中的牵引方式为“Z”型双牵引拉杆牵引方式，牵引拉杆一端连接转向架构架，另一端连接车体。“Z”型双牵引拉杆牵引方式有利于提高车辆动力学性能和运行平稳性[12]。如图5所示。

图4 二系悬挂系统

图5 中心牵引装置

2.4 基础制动装置

为了使车辆在规定距离内停车，必须安装基础制动装置。其作用是将制动缸内部产生的制动力，通过中间杠杆进行增大，然后作用在车轮上，使得车轮受到阻力而停下来。

转向架上的牵引制动装置是一种连接转向架和车体的重要零部件，传递轮轨之间的相互作用所产生的牵引力及制动装置所产生的制动力。牵引装置不仅需要能够保证车辆在正常行驶中不会干扰到转向架和车体之间的相对位置运动，还需要能够适应车辆在通过弯道时车身相对于转向架角度的问题[10]。

发生制动作用时，制动缸产生的力首先传送到中间杠杆机构，经过中间杠杆机构对该力的大小进行成倍的增加之后，再将其传送到制动装置上进行减速。如图6所示。

图6 基础制动装置布置

3 转向架仿真计算

3.1 柔性构架强度及模态分析

由于城轨车辆在人口密集的城市运行，安全可靠性要求高。构架作为车辆重要的承载部件和轮对定位的核心，如果在车辆运行过程中，因结构强度不足发生失效断裂，将严重危及行车安全，造成难以估量的后果。因此，构架结构强度在高速运行中是否安全、可靠，对列车的安全运营具有重要意义[13]。

本文参照UIC 615-4[14]和EN 13749[15]标准要求，对该型永磁直驱柔性构架进行了静强度与疲劳强度评估和模态分析。

同时，为了以防车辆在过曲线的时候，转向架和车体之间的相对横移过大，且为了保证车辆在运行过程中的横向平稳性较好，设置了横向止挡，如图4所示。

3.1.1 强度分析

（1）在超常主要载荷及其组合工况下，构架上最大应力位于侧梁中部上盖板内侧圆弧弯角处，值为218.6 MPa；焊缝部位的最大应力位于侧梁中部上盖板与内立板连接焊缝处，值为121.5 MPa，结合材料的应力属性来看，构架的静强度试验结果满足要求；

亲戚们可没父母这么好言好语。一个表姑一听说他的分数，直接从鼻孔里笑出来，说：“我还以为是指哪考哪呢，原来是说的一出考的一出。”瞬间他学会了好多俚话，什么“吃嘛嘛香，干嘛嘛不成”，还有“心比天高，手比水潮”……大人们说的时候，多少有点儿似笑非笑，似乎是轻微的嘲笑，又像是严厉的指责。都不像，像一把把尖刀，还撒了盐。

对图9的拖车柔性转向架的扭曲减载性能测试结果进行分析，可以发现该转向架的轮重减载率较传统转向架偏低。

构架静强度试验载荷工况主要包括超常载荷和模拟运营载荷工况。在超常载荷工况下，静强度试验的目的是为了验证转向架构架在承受最大载荷时是否会发生永久变形而导致失效的危险，主要包括最大垂向载荷、最大横向载荷及10‰的轨道扭曲[16]。模拟运营载荷工况是为了验证车辆在运行过程中，构架在横向、垂向和扭转等运营载荷的作用下，是否会出现疲劳裂缝[17]。

（2）在模拟运营载荷及其组合工况下，构架大应力区域的动应力幅值均未超出对应材料的Goodman-Smith疲劳评估曲线，从而可以判定构架的疲劳强度满足要求。

模态分析是根据频率、阻尼和模态振型的结构固有特性去描述结构的过程，同时也是将物理空间上耦合的运动方程变换成一组单自由度系统运动方程的过程[18]。

图7 两种工况构架应力云图

图8 构架P355NL1母材和焊接接头的Goodman疲劳曲线

3.1.2 模态分析

黄国滋等[22]对普洱茶晒青毛茶和陈香茶中可溶性糖在储存过程中的变化进行研究，在3种不同的储存环境下储存540 d，2类茶可溶性糖的保留量与储存时间成反比，即随着储存时间的延长，其可溶性糖的保留量逐渐减少。

5.正交试验结果。分别以提取温度、提取时间、固液比、酿酒酵母质量分数为四因子，溶液中葛根素的含量为指标，设计L9（34）四因素三水平正交试验，进一步优化从粉葛中提取葛根素的最优工艺参数。由表6可以看到，4个因素对葛根素的含量影响均极为显著，但其影响程度的大小有较大差异。采用正交试验对提取条件进行优化，结果表明，葛根素含量高的最佳提取条件为A2B3C1D2，即最佳提取温度为28°C、提取时间为20h、固液比为0.167、酿酒酵母的质量百分含量为0.3%。

模态分析的目的是通过系统模态参数识别得到结构的振型和固有频率，其意义在于了解结构的共振区域，为结构设计提供指导，它是开展其他动力学特性分析的前提和基础，也是结构系统振动特性研究、振动故障诊断及结构动力特性优化设计的依据[19]。

通过对拖车柔性转向架的构架模态进行测试，可得到其有限元模态分析计算结果。结果表明，构架的第一阶固有频率为9.6 Hz，振型特征为两侧梁反向点头，主要模态如表2所示。

3.2 车辆扭曲减载计算

根据永磁直驱拖车转向架的悬挂设计参数，计算该型转向架的扭曲减载性能，以下列举出了空气弹簧有气、AW0工况，分别抬高转向架一位左轮51.5 mm和64.1 mm，各车轮的减载率计算如图9所示。

表2 模态计算结果

图9 一位左轮抬高51.5 mm和64.1 mm转向架轮重减载率

经过对该转向架构架进行强度分析，可以得到如下的超常载荷组合工况和模拟运营工况构架应力云图以及构架P355NL1母材和焊接接头的Goodman疲劳曲线如图7、图8所示，通过对比分析，可以得到其计算结果如下：

4 试验验证

4.1 构架疲劳试验

如图10所示，对永磁直驱拖车柔性构架进行1000万次主体疲劳试验，200万次牵引制动疲劳试验，另补充200万次扭曲疲劳试验，经探伤检测之后未发现裂纹。同时根据试验结果，测得转向架构架扭转刚度为0.39 MN·m/rad，抗菱刚度为17.36 MN·m/rad。

4.2 构架模态测试

本文采用试验模态分析（Experimental Modal Analysis，EMA）方法进行模态测试（转向架整备状态），使用力锤激励被测结构（采用固定敲击点），分批移动传感器方式进行采集力信号和加速度响应信号，采用三向加速度传感器获得、、三方向响应信号。数据采集后用基于特征系统实现算法（Eigensystem Realization Algorithm，ERA）和多参考点无限长脉冲响应滤波算法（PolyIIR）联合分析，最终获得模态分析结果。主要模态测试结果如表3所示，菱形振型图如图11所示。

图10 拖车柔性构架强度试验

表3 主要模态测试结果

4.3 扭曲减载及均衡试验

本文对装用拖车柔性转向架的某地铁线路永磁直驱列车车辆按照EN 14363标准[20]进行扭曲减载和均衡试验，各工况下轮重减载率均满足标准和合同要求，试验现场图片如图12所示，某工况及同线路常规拖车同工况下扭曲减载试验结果和均衡试验结果如表4～7所示，其中永磁直驱列车车辆与同线路常规车辆的车重和载重状态基本一致。

图11 菱形变形模态振型图

图12 扭曲减载试验

从表4中可以得出，试验得出的扭曲减载结果与仿真计算的结果比较接近，说明仿真计算的方法可靠。

流散在海外的敦煌文献，除英、法、俄之外，藏品最为丰富的国家当属日本。据不完全统计，日本公私散藏的敦煌文献大约在1000到2000号之间。然而日本藏品来源多途，收藏也很分散，而且不少贮于私立机构或个人藏家之手。

表4 某工况下扭曲减载试验结果

工况：1.空气弹簧有气；2.抬高量：R1为64.1 mm，R3为51.5 mm。

从表4、表5中可以得出，在抬高量基本一致的情况下，装用柔性拖车转向架车辆扭曲减载试验的减载率较常规车辆总体上有所降低，但不明显，主要是因为柔性拖车转向架取消了抗侧滚扭杆装置，抵消了柔性构架扭转刚度减小的优势。

所以，在中西比较研究中，不仅需要理解和借鉴，更需要介入和反思。中国古典诗歌除具有一般意义上的文学性之外，还有自己独特的美学特质，单纯依靠西方的各种理论很难作出贴切入微的解释，这就需要我们更有成效地建设自己的理论体系。《翻译诗学》一书给了我们很好的启示。书中将中西方的范畴和理论并举，比如“活法”论与互文性、距离论与零度写作等等，不满足于在中西诗学间寻求简单的“对应”，而是以西方理论作为参照，丰富和加强中国诗学的批评力量。

从表6、表7中可以得出，装用柔性拖车转向架车辆均衡试验的减载率较常规车辆明显降低，充分验证了柔性构架的优势。

表5 同线路常规拖车同工况下扭曲减载试验结果

工况：1.空气弹簧有气；2.抬高量：R2为65.5 mm，R4为50.2 mm。

表6 某工况下均衡试验结果

工况：1.空气弹簧有气；2.抬高量：R7为19 mm。

表7 同线路常规拖车同工况下均衡试验结果

工况：1.空气弹簧有气；2.抬高量：R2为19 mm。

5 结论

永磁直驱拖车转向架采用了小轴距、小轮径和柔性构架的设计理念，降低了构架的抗扭刚度，提高了车辆适应线路不平顺的能力和曲线通过能力。

例2：小说《斗破苍穹》：经过归纳统计斗气大陆将斗气功法的等级由高到低分为四阶十二级：天、地、玄、黄！而每一阶又分初中高三级！

虽然前期仿真计算与试验验证结果略有差异，但总体趋势一致，各项试验结果表明，该新型转向架各项指标满足设计和标准要求，满足线路实际运用要求。

该新型转向架已完成试制并装车运用，后期将进一步深入分析转向架在线路实际运用过程中的技术指标。

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Study on Flexible Trailer Bogie for Urban Rail Transit

MA Xiaoguang1，XIAO Yao1，JIN Xiongfeng1，WANG Kang2

(1.CRRC Nanjing Puzhen Co., Ltd., Nanjing 210031, China; 2.State Key Laboratory of Traction Power, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China)

This article introduces a flexible trailer bogie for permanent magnet direct-drive trains in urban rail transit. The bogie adopts a design method of small wheelbase and small wheel diameter. The bogie frame adopts the "cross-plate" beam for flexibility, which can provide lower torsional stiffness and appropriate diamond stiffness, and has a stronger adaptability to line irregularities. After the strength calculation and fatigue test of the frame, it is found that the test results meet the standard requirements. The torsion load reduction performance of the trailer's flexible bogie is tested, and it is found that the wheel load reduction rate of the bogie is lower than that of the traditional bogie. At the same time, the frame mode of the trailer's flexible bogie is tested, and the characteristics of the bogie are more comprehensively grasped. Finally, it is concluded that all the indicators of the new bogie meet the design and standard requirements and meet the actual application requirements of the line.

trailer bogie；flexible frame；permanent magnet direct-drive train

U270.33

A

10.3969/j.issn.1006-0316.2022.02.004

1006-0316 (2022) 02-0022-08

2021-07-21

国家重点研发计划：轨道交通列车高效变流装置（2017YFB1200903）

马晓光（1986－），男，江苏南京人，硕士研究生，主要研究方向为轨道交通车辆转向架研究，E-mail：PZ12621@163.com。*通讯作者：王康（1998－），男，河南南阳人，硕士研究生，主要研究方向为车辆工程，E-mail：kwang_up@163.com。