邵亞堂， 黃運(yùn)華， 許紅江， 張隸新

(1 西南交通大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院， 成都 610031；2 中車(chē)唐山機(jī)車(chē)車(chē)輛有限公司 轉(zhuǎn)向架技術(shù)中心， 河北唐山 063035)

長(zhǎng)期以來(lái)，由于多方面的原因，世界各國(guó)或地區(qū)間的鐵路運(yùn)輸一直保持著多種軌距的現(xiàn)狀。據(jù)統(tǒng)計(jì)，自19世紀(jì)初開(kāi)始出現(xiàn)鐵路以來(lái)，全世界目前一共有100多種不同的軌距，其分布于381～2 440 mm之間[1]。這些不同軌距的線(xiàn)路嚴(yán)重阻礙了跨國(guó)間及跨地區(qū)間的鐵路運(yùn)輸和經(jīng)貿(mào)活動(dòng)的交流與發(fā)展。為進(jìn)一步發(fā)揮鐵路運(yùn)輸?shù)膬?yōu)勢(shì)，促進(jìn)世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，解決不同軌距之間的國(guó)際聯(lián)運(yùn)已勢(shì)在必行，而采用變軌距轉(zhuǎn)向架技術(shù)是解決軌距差異問(wèn)題的最有效的方法[2]。近年來(lái)，隨著我國(guó)“一帶一路”戰(zhàn)略構(gòu)想的不斷發(fā)展，絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶成為了我國(guó)的重大發(fā)展戰(zhàn)略，而亞歐大陸橋的鐵路運(yùn)輸存在歷史遺留的軌距差異問(wèn)題，這嚴(yán)重阻礙了“一帶一路”戰(zhàn)略構(gòu)想的進(jìn)一步實(shí)施。因此，為實(shí)現(xiàn)絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶鐵路的互聯(lián)互通，促進(jìn)貿(mào)易運(yùn)輸?shù)谋憬菪院徒?jīng)濟(jì)性，我國(guó)亟需大力加強(qiáng)對(duì)變軌距轉(zhuǎn)向架的研制工作。

1 變軌距轉(zhuǎn)向架發(fā)展?fàn)顩r

西班牙的變軌距轉(zhuǎn)向架研發(fā)最早也最典型，其變軌距技術(shù)成熟，運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)豐富。從最初1966年開(kāi)發(fā)的Talgo變軌距轉(zhuǎn)向架，采用獨(dú)立旋轉(zhuǎn)車(chē)輪技術(shù)，到后來(lái)研發(fā)的運(yùn)用于貨車(chē)的變軌距轉(zhuǎn)向架，由兩個(gè)半軸組成，并通過(guò)一個(gè)可伸縮軸連接[3]。近年來(lái)Taglo和德國(guó)Krauss-Maffei合作，開(kāi)發(fā)出運(yùn)用于內(nèi)燃機(jī)車(chē)液力傳動(dòng)的BT型可變軌距動(dòng)力轉(zhuǎn)向架，其變軌距輪對(duì)的驅(qū)動(dòng)裝置由車(chē)體上的電機(jī)驅(qū)動(dòng)萬(wàn)向軸傳動(dòng)[4]。西班牙變軌距轉(zhuǎn)向架應(yīng)用廣泛，在高鐵、城際、機(jī)車(chē)上都有應(yīng)用，典型的高速變軌距列車(chē)有Talgo 250動(dòng)力集中推挽型動(dòng)車(chē)、Talgo XXI高速柴油機(jī)車(chē)及Talgo AVRIL大容量高速動(dòng)車(chē)等[5-8]。

受西班牙變軌距技術(shù)的影響，世界各國(guó)紛紛研制這種效率高、過(guò)軌時(shí)間短的變軌距轉(zhuǎn)向架。日本在20世紀(jì)90年代提出了"可變軌距列車(chē)"計(jì)劃，主要為解決新干線(xiàn)1 435 mm準(zhǔn)軌與傳統(tǒng)線(xiàn)路1 067 mm窄軌之間的聯(lián)運(yùn)問(wèn)題。其第一代變軌距列車(chē)GCT01主要采用E30型A方式變軌距轉(zhuǎn)向架，采用獨(dú)立旋轉(zhuǎn)車(chē)輪，通過(guò)螺栓將輪轂與電機(jī)轉(zhuǎn)子連接，車(chē)軸與電機(jī)定子固接不轉(zhuǎn)動(dòng)，依靠輪對(duì)自身重力實(shí)現(xiàn)鎖緊/解鎖。為解決獨(dú)立旋轉(zhuǎn)車(chē)輪自身缺乏導(dǎo)向能力致使橫向力較大，及在1 067 mm曲線(xiàn)路段輪緣磨耗嚴(yán)重等問(wèn)題，日本在車(chē)體與轉(zhuǎn)向架之間加設(shè)輪對(duì)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，并運(yùn)用在RT-X5和RT-X7轉(zhuǎn)向架上進(jìn)行滾振試驗(yàn)?；谠囼?yàn)數(shù)據(jù)，研發(fā)設(shè)計(jì)了RT-X9和RT-X10迫導(dǎo)向軌距可變轉(zhuǎn)向架[9]。之后日本開(kāi)發(fā)了傳統(tǒng)輪對(duì)形式E30 B方式的RT-X11變軌距轉(zhuǎn)向架，并不斷優(yōu)化輪對(duì)結(jié)構(gòu)。日本在2006年研發(fā)出了第2代GCT01-200變軌距動(dòng)車(chē)組，又于2014年研發(fā)出第3代FGT變軌距動(dòng)車(chē)組(如圖1所示)，并于2014年9月在予贊線(xiàn)開(kāi)始了FGT-9000的測(cè)試。與此同時(shí)，德國(guó)BVV公司研制出了DBAG/Rafil V型變軌距輪對(duì)，波蘭公司ZNTK Poznań于上世紀(jì)90年代為波蘭國(guó)鐵PKP研發(fā)了SUW2000變軌距輪對(duì)，并應(yīng)用于4RS/N型貨車(chē)轉(zhuǎn)向架和25AN/S型客車(chē)轉(zhuǎn)向架中，其結(jié)構(gòu)如圖2所示[10]。瑞士PROSE則在2011年研制出了左右側(cè)梁橫移模式的EV09變軌距轉(zhuǎn)向架[11]。

圖1 日本第三代FGT變軌距動(dòng)車(chē)組

1-軸承與軸箱體；2-支承環(huán)；3-外防護(hù)蓋；4-車(chē)輪；5-內(nèi)防護(hù)蓋；6-彈性鎖爪；7-復(fù)位彈簧；8-自鎖螺母；9-彈簧安裝盤(pán)；10-車(chē)軸。圖2 SUW2000變軌距輪對(duì)

2 轉(zhuǎn)向架方案設(shè)計(jì)

由國(guó)外成熟的變軌距轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以看出，變軌距技術(shù)主要基于傳統(tǒng)輪對(duì)的車(chē)輪能夠沿車(chē)軸移動(dòng)，或者獨(dú)立旋轉(zhuǎn)車(chē)輪隨軸承一起在車(chē)軸上移動(dòng)。當(dāng)軌距變化范圍較大時(shí)，考慮不同軌距下需滿(mǎn)足限界要求的制約因素，移動(dòng)構(gòu)架側(cè)梁來(lái)改變軌距相對(duì)于移動(dòng)車(chē)輪改變軌距更容易實(shí)現(xiàn)。而對(duì)于1 435 mm/1 520 mm的變軌距轉(zhuǎn)向架來(lái)說(shuō)，其輪對(duì)內(nèi)側(cè)距變化范圍為87 mm(需要說(shuō)明的是，根據(jù)1 520 mm軌距轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求，其輪對(duì)內(nèi)側(cè)距為1 440 mm，而我國(guó)1 435 mm軌距轉(zhuǎn)向架的輪對(duì)內(nèi)側(cè)距為1 353 mm，變軌距轉(zhuǎn)向架是通過(guò)改變輪對(duì)內(nèi)側(cè)距以適應(yīng)不同軌距的要求，因此1 435 mm/1 520 mm變軌距轉(zhuǎn)向架在進(jìn)行軌距變換時(shí)，左右車(chē)輪實(shí)際移動(dòng)的距離為87 mm，而不是85 mm。)，單側(cè)僅移動(dòng)43.5 mm，相對(duì)來(lái)說(shuō)移動(dòng)車(chē)輪更容易實(shí)現(xiàn)。國(guó)外如德國(guó)Rafil V型、波蘭SUW2000型變軌距輪對(duì)，均采用移動(dòng)車(chē)輪的方式實(shí)現(xiàn)變軌。其次，由跨國(guó)聯(lián)運(yùn)高速列車(chē)項(xiàng)目的頂層設(shè)計(jì)指標(biāo)，對(duì)我國(guó)研制變軌距轉(zhuǎn)向架的速度等級(jí)有了更高的要求，即1 435 mm軌距最高運(yùn)行速度需要達(dá)到400 km/h。眾所周知，轉(zhuǎn)向架最高運(yùn)行速度對(duì)轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有相當(dāng)重要的影響。因此，考慮到對(duì)運(yùn)行速度的要求，基于現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車(chē)組轉(zhuǎn)向架進(jìn)行動(dòng)車(chē)組變軌距轉(zhuǎn)向架的設(shè)計(jì)，其軌距主要滿(mǎn)足中蒙、哈薩克斯坦、俄羅斯等國(guó)之間第二亞歐大陸橋互聯(lián)互通的1 435 mm/1 520 mm軌距線(xiàn)路需求。變軌距轉(zhuǎn)向架主要性能參數(shù)如表1所示。

表1 動(dòng)車(chē)組變軌距轉(zhuǎn)向架主要技術(shù)參數(shù)

2.1 轉(zhuǎn)向架各部件

變軌距轉(zhuǎn)向架的設(shè)計(jì)以標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車(chē)組轉(zhuǎn)向架為基礎(chǔ)，將變軌距鎖緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)在軸箱體中部，呈環(huán)槽式鎖緊，依靠地面變軌裝置觸發(fā)解鎖/鎖緊，軸箱體結(jié)構(gòu)尺寸相比于標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車(chē)組有所加大，轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。一系懸掛采用鋼彈簧和疊層橡膠彈簧頂層布置、一系垂向減振器外側(cè)布置的轉(zhuǎn)臂定位方式。構(gòu)架采用H型焊接結(jié)構(gòu)，由兩個(gè)側(cè)梁、一個(gè)動(dòng)車(chē)整體式橫梁及各類(lèi)安裝座組成，橫側(cè)梁通過(guò)連接座組焊而成，鋼板材質(zhì)S355J2W+N，各類(lèi)安裝座均為鍛件，鍛件材質(zhì)Q345E。二系懸掛采用大曲囊空氣彈簧，通過(guò)錐形導(dǎo)柱與枕梁連接，二系懸掛各減振器布置與標(biāo)動(dòng)轉(zhuǎn)向架一致，僅安裝位置做相應(yīng)調(diào)整。驅(qū)動(dòng)裝置采用原有的電機(jī)架懸4點(diǎn)吊掛式，撓性浮動(dòng)齒式聯(lián)軸節(jié)和一級(jí)減速齒輪方式傳扭，并設(shè)有電機(jī)橫向減振器，采用雙拉桿方式牽引。動(dòng)力輪對(duì)采用兩輪盤(pán)制動(dòng)，加設(shè)電機(jī)絲杠驅(qū)動(dòng)梯形滑塊橫移的隨動(dòng)機(jī)構(gòu)，非動(dòng)力輪對(duì)采用三軸盤(pán)制動(dòng)方式。

在鎖緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，為保證1 520 mm軌距時(shí)車(chē)輪與軸箱不發(fā)生干涉，將一系彈簧橫向跨距加寬至2 086 mm。由于軸箱體尺寸加大，致使構(gòu)架及二系懸掛安裝高度抬升65 mm，為保證車(chē)體地板面高度不變以適應(yīng)站臺(tái)的要求，將疊層彈簧厚度由原來(lái)的65 mm減薄至50 mm，剛度和阻尼需通過(guò)動(dòng)力學(xué)優(yōu)化重新確定。同時(shí)將構(gòu)架端部鋼彈簧安裝座上升50 mm呈筒帽結(jié)構(gòu)。經(jīng)核實(shí)，在空氣彈簧無(wú)風(fēng)和極端情況下，筒帽結(jié)構(gòu)依然能滿(mǎn)足車(chē)體點(diǎn)頭及通過(guò)豎曲線(xiàn)時(shí)不與構(gòu)架端頭碰撞。

1-輪對(duì)軸箱；2-鎖緊機(jī)構(gòu)；3-構(gòu)架組成；4-牽引電機(jī)；5-二系懸掛裝置；6-枕梁組成；7-輪盤(pán)制動(dòng)裝置；8-齒輪箱。圖3 變軌距轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

為適應(yīng)一系彈簧橫向跨距2 086 mm的要求，構(gòu)架橫梁加長(zhǎng)設(shè)計(jì)，使側(cè)梁跨距達(dá)到2 086 mm。側(cè)梁端頭一系減振器安裝座外移50 mm，保證了軸箱增大情況下減振器的安裝位置?？諝鈴椈蓹M向跨距同樣加寬至1 986 mm。位于枕梁上的抗蛇行減振器座、扭桿座均需單側(cè)外移43 mm以保證與構(gòu)架對(duì)應(yīng)安裝座的裝配位置。枕梁采用鑄鋁合金材料，內(nèi)部空腔容積最小180 dm3，用作空氣彈簧的附加氣室，其與車(chē)體的連接螺栓中心跨距保持原有的3 000 mm。枕梁橫向尺寸無(wú)需加寬，從而保證了與現(xiàn)有CR400BF動(dòng)車(chē)組車(chē)體的接口一致。由于在鎖緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，考慮頂層指標(biāo)要求，在不改動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的情況下將鎖緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)于車(chē)輪外側(cè)，保證了車(chē)輪內(nèi)側(cè)驅(qū)動(dòng)裝置不發(fā)生變化，因此驅(qū)動(dòng)裝置采用原有的標(biāo)動(dòng)配置，無(wú)需重新設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。

由于采用了傳統(tǒng)的平行軸驅(qū)動(dòng)裝置，車(chē)輪內(nèi)側(cè)再無(wú)空間布置軸裝制動(dòng)盤(pán)，因此沿用標(biāo)動(dòng)轉(zhuǎn)向架的輪盤(pán)制動(dòng)裝置，需考慮不同軌距情況下制動(dòng)夾鉗的兼容問(wèn)題，即在列車(chē)正常運(yùn)行時(shí)制動(dòng)夾鉗能固定，同時(shí)在軌距變換過(guò)程中又能跟隨車(chē)輪的橫移而隨動(dòng)，這就需要在制動(dòng)吊座位置加設(shè)隨動(dòng)裝置。單純的機(jī)械鎖緊/解鎖裝置雖然簡(jiǎn)單方便，無(wú)需信號(hào)控制，但如何觸發(fā)機(jī)械裝置解鎖、并在適宜的位置又能歸位鎖緊，這是夾鉗隨動(dòng)裝置設(shè)計(jì)中的難題。相比較而言，對(duì)于控制技術(shù)成熟的今天，采用半主動(dòng)控制方式則輕而易舉的解決了這樣的問(wèn)題，如采用氣缸/油缸行程推動(dòng)制動(dòng)單元橫移的方式，電機(jī)帶動(dòng)絲杠滑塊的橫移模式等。文中則選用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠帶動(dòng)梯形滑塊橫移的模式實(shí)現(xiàn)制動(dòng)裝置的隨動(dòng)問(wèn)題。

2.2 鎖緊機(jī)構(gòu)方案

鎖緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)在轉(zhuǎn)臂軸箱中部，呈U形環(huán)槽式，主要由兩側(cè)的鎖塊鎖緊，上表面環(huán)形凹槽則輔助鎖緊，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。軸箱體結(jié)構(gòu)為上下分體式設(shè)計(jì)，即上部的軸箱轉(zhuǎn)臂和下部的轉(zhuǎn)臂箍，轉(zhuǎn)臂節(jié)點(diǎn)和上部軸箱轉(zhuǎn)臂一體設(shè)計(jì)，這樣更方便鎖緊機(jī)構(gòu)的裝拆工藝。在車(chē)輪內(nèi)側(cè)的輪轂位置設(shè)計(jì)有橡膠密封囊，呈折疊形狀，密封囊固定在鋼保持架上，保持架與車(chē)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，用于滑動(dòng)套筒間隙面的防塵密封。車(chē)軸位置的輪座區(qū)與軸承座區(qū)僅為滑動(dòng)配合，將花鍵套與滾子花鍵傳扭的方式布置于車(chē)軸端部，有效的避開(kāi)了承載區(qū)與傳扭區(qū)的重疊，增強(qiáng)了滑套與車(chē)軸的壽命。在車(chē)軸端部與軸箱前蓋位置加裝測(cè)速齒輪，軸箱前蓋安裝防滑型WSP速度傳感器，磁性齒輪與傳感器探頭之間氣隙為0.9±0.5 mm。為防止變軌解鎖后車(chē)軸的橫向晃動(dòng)，在車(chē)軸端頭與軸箱前蓋之間設(shè)雙列球軸承，同時(shí)軸端壓蓋和軸箱端蓋共同約束球軸承的橫移。在軸箱端蓋外側(cè)裝有方形端蓋，方便車(chē)軸檢修探傷時(shí)超聲波探頭的伸入。軸箱體的尺寸較大，因此裙板底架的設(shè)計(jì)需充分考慮不同軌距轉(zhuǎn)向架下部限界的要求，保證新輪及磨耗到限時(shí)候軸箱體結(jié)構(gòu)均在限界以?xún)?nèi)。裙板底架由裙板座和承載底板組成，一方面裙板結(jié)構(gòu)將鎖緊桿底架封裝起來(lái)，防塵又防雪；另一方面可微幅轉(zhuǎn)動(dòng)的承載底板結(jié)構(gòu)，解決了在空重車(chē)不同載重下，軸箱體點(diǎn)頭時(shí)下底面與支承軌貼合不水平的問(wèn)題，減小了承載面的過(guò)度磨損。

1-軸箱前蓋；2-軸箱體；3-疊層彈簧；4-彈簧擋板；5-滑動(dòng)套筒；6-軸箱后蓋；7-車(chē)輪；8-齒輪箱；9-密封止擋；10-雙列圓錐滾子軸承；11-滾輪；12-復(fù)位彈簧；13-支撐箱蓋；14-測(cè)速齒輪；15-球軸承；16-軸箱端蓋；17-方形端蓋；18-軸端壓蓋；19-花鍵套；20-輥?zhàn)踊ㄦI；21-支撐箱；22-U形鎖緊桿；23-鎖塊；24-球鉸襯套；25-球鉸；26-螺釘M10；27-鎖緊桿底架；28-承載底板；29-裙板座；30-速度傳感器。圖4 變軌距輪對(duì)結(jié)構(gòu)方案圖

鎖緊機(jī)構(gòu)的解鎖與鎖緊過(guò)程是通過(guò)地面解鎖軌的觸發(fā)實(shí)現(xiàn)的，其變軌動(dòng)作需要與地面變軌設(shè)施共同完成。針對(duì)以上鎖緊機(jī)構(gòu)配套的地面變軌設(shè)施，文獻(xiàn)[12]已做了詳細(xì)的設(shè)計(jì)與分析。同時(shí)，文獻(xiàn)[13]也就此類(lèi)鎖緊機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向架軌距變換過(guò)程做了說(shuō)明。

3 車(chē)輛動(dòng)力學(xué)性能分析

變軌距轉(zhuǎn)向架動(dòng)力學(xué)參數(shù)相對(duì)于標(biāo)動(dòng)轉(zhuǎn)向架有一定的變動(dòng)，最主要的變化則集中在輪對(duì)軸箱部分，其輪對(duì)質(zhì)量由原來(lái)的1 516 kg增加至1 916 kg。再者，軌距的變化引起車(chē)輪的橫向移動(dòng)，造成了輪對(duì)側(cè)滾慣量Ixx和搖頭慣量Izz的變化。在參考CR400BF動(dòng)車(chē)組動(dòng)力學(xué)參數(shù)的基礎(chǔ)上，依據(jù)設(shè)計(jì)的方案，對(duì)相關(guān)動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行了調(diào)整，并利用SIMPACK軟件建立變軌距車(chē)輛動(dòng)力學(xué)模型。從實(shí)際情況出發(fā)，車(chē)輪踏面保持與標(biāo)動(dòng)轉(zhuǎn)向架踏面一致，同為L(zhǎng)MB10踏面。在1 435 mm軌距時(shí)采用CHN60軌，軌底坡1∶40；1 520 mm軌距采用俄羅斯P65軌，軌底坡1∶20。其輪軌接觸幾何關(guān)系如圖5所示?？紤]到最高運(yùn)營(yíng)速度需達(dá)到400 km/h，其動(dòng)力學(xué)性能應(yīng)符合《200 km/h及以上速度級(jí)電動(dòng)車(chē)組動(dòng)力學(xué)性能試驗(yàn)鑒定方法及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》及《高速動(dòng)車(chē)組整車(chē)試驗(yàn)規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“《評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》”和“《規(guī)范》”)中的相關(guān)規(guī)定。

圖5 LMB10踏面與不同鋼軌的輪軌接觸線(xiàn)圖

3.1 運(yùn)行平穩(wěn)性

變軌距轉(zhuǎn)向架車(chē)輛在兩種不同軌距線(xiàn)路運(yùn)行時(shí)，車(chē)輛系統(tǒng)在不同速度等級(jí)應(yīng)具有良好的平穩(wěn)性。文中仿真計(jì)算了車(chē)輛運(yùn)行速度從160 km/h至440 km/h間隔變化的橫向平穩(wěn)性指標(biāo)Wy和垂向平穩(wěn)性指標(biāo)Wz，采用實(shí)測(cè)武廣譜作為軌道激擾，車(chē)輛在兩種軌距不同速度等級(jí)下的平穩(wěn)性指標(biāo)如圖6所示。

圖6 變軌距轉(zhuǎn)向架車(chē)輛運(yùn)行平穩(wěn)性指標(biāo)

通過(guò)對(duì)圖6分析，可以看出兩種軌距下的橫向和垂向平穩(wěn)性指標(biāo)均未超過(guò)2.5，滿(mǎn)足《評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》中的優(yōu)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及《規(guī)范》對(duì)客室平穩(wěn)性的要求。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)1 435 mm軌距線(xiàn)路上的橫向平穩(wěn)性指標(biāo)均大于1 520 mm軌距時(shí)的橫向平穩(wěn)性指標(biāo)，這也證實(shí)了輪對(duì)在變軌至1 520 mm軌距時(shí)，滾動(dòng)圓橫向跨距和軸徑中心距都橫向加寬，使車(chē)輛具有了更高的橫向舒適度。而車(chē)輛的垂向平穩(wěn)性指標(biāo)差別不大，1 435 mm軌距線(xiàn)路時(shí)垂向平穩(wěn)性稍大于1 520 mm軌距線(xiàn)路，即寬軌線(xiàn)路的垂向平穩(wěn)性略?xún)?yōu)于準(zhǔn)軌線(xiàn)路，但效果不顯著，說(shuō)明變軌距轉(zhuǎn)向架車(chē)輛軌距的變化對(duì)其垂向平穩(wěn)性的影響很小。

3.2 曲線(xiàn)通過(guò)安全性

為了使車(chē)輛曲線(xiàn)通過(guò)性能具有普遍性，在仿真計(jì)算車(chē)輛的曲線(xiàn)通過(guò)性能時(shí)設(shè)置了6種曲線(xiàn)工況，并各自對(duì)應(yīng)不同速度等級(jí)，其圓曲線(xiàn)半徑和對(duì)應(yīng)的速度分別為：2 500 m (160 km/h)、3 500 m(200 km/h)、4 500 m(250 km/h)、5 500 m(300 km/h)、6 500 m(350 km/h)和7 500 m(400 km/h)。根據(jù)我國(guó)TB 10621-2014《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定，選取不同曲線(xiàn)工況下的欠超高均為90 mm。由于軌距的變化，為保證有相同的欠超高，這就導(dǎo)致了兩種軌距下的線(xiàn)路實(shí)設(shè)超高和緩和曲線(xiàn)長(zhǎng)不相同。依然采用實(shí)測(cè)武廣譜作為軌道激擾，計(jì)算車(chē)輛在兩種軌距曲線(xiàn)上運(yùn)行時(shí)的各安全性指標(biāo)，其脫軌系數(shù)、輪軸橫向力和輪重減載率隨曲線(xiàn)半徑的變化情況如圖7所示。

對(duì)數(shù)據(jù)的分析可以看出，變軌距轉(zhuǎn)向架車(chē)輛在兩種軌距線(xiàn)路上不同曲線(xiàn)半徑下的脫軌系數(shù)和輪重減載率均滿(mǎn)足《評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》和《規(guī)范》中的要求。根據(jù)最小輪對(duì)靜軸重P0=117.749 kN，來(lái)計(jì)算輪軸橫向力允許限度Hlim=49.25 kN，因此圖7(b)中的輪軸橫向力也均未超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)限度值。隨著曲線(xiàn)半徑的不斷增大，1 520 mm軌距線(xiàn)路車(chē)輛的脫軌系數(shù)和輪軸橫向力整體呈減小趨勢(shì)，但1 435 mm軌距線(xiàn)路在車(chē)速300 km/h(曲線(xiàn)半徑5 500 m)時(shí)橫向力出現(xiàn)激增，分析表明此工況車(chē)輛在進(jìn)入圓曲線(xiàn)路段時(shí)出現(xiàn)了一小段橫向晃動(dòng)引起的小幅蛇行，致使輪軸橫向力增加，也引起了脫軌系數(shù)突增至0.386，但隨后車(chē)輛的橫向晃動(dòng)趨于收斂并駛出曲線(xiàn)路段。輪重減載率隨著曲線(xiàn)半徑的增大總體呈增大趨勢(shì)，是因?yàn)檐?chē)輛在較高速度行駛時(shí)，軌道不平順產(chǎn)生的垂向激振較為劇烈，致使左右車(chē)輪出現(xiàn)了不同時(shí)的瞬間垂向沖擊，圖7(c)采集到的也是不同工況下輪重減載率的最大值。

圖7 變軌距車(chē)輛曲線(xiàn)通過(guò)性能隨曲線(xiàn)半徑變化情況

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)我國(guó)“一帶一路”倡議下的國(guó)際聯(lián)運(yùn)現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)出一種基于標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車(chē)組的動(dòng)車(chē)組變軌距轉(zhuǎn)向架，對(duì)轉(zhuǎn)向架各部件和鎖緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了說(shuō)明，并對(duì)其動(dòng)力學(xué)性能進(jìn)行了仿真分析。分析結(jié)果表明，變軌距轉(zhuǎn)向架車(chē)輛在兩種不同軌廓、不同軌距的線(xiàn)路上運(yùn)行時(shí)，其運(yùn)行平穩(wěn)性和曲線(xiàn)通過(guò)性能均滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)定要求。相對(duì)來(lái)說(shuō)，主要對(duì)變軌距轉(zhuǎn)向架進(jìn)行設(shè)計(jì)和動(dòng)力學(xué)分析，其結(jié)構(gòu)方案滿(mǎn)足可行性要求，而就其可靠性而言，還需要后期進(jìn)一步加設(shè)變位監(jiān)控裝置和上車(chē)警報(bào)反饋裝置。再者，仿真分析中采用了現(xiàn)有踏面和現(xiàn)車(chē)懸掛參數(shù)，并未考慮現(xiàn)有踏面對(duì)兩種軌廓的適應(yīng)性及懸掛參數(shù)對(duì)不同軌距的兼容性。針對(duì)這一方面的不足，則需要后期進(jìn)行踏面的優(yōu)化或新踏面的研制，以及懸掛參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)等?？傊?，在“一帶一路”倡議的背景下，研制適合我國(guó)國(guó)情的變軌距轉(zhuǎn)向架已變得尤為重要，文中的研究為我國(guó)變軌距轉(zhuǎn)向架的研發(fā)提供了一種行之有效的思路和方法。