柳文豪，李寶瑞，楊文朋

出口坦桑尼亞橡膠彈簧懸掛轉(zhuǎn)向架的研制

柳文豪，李寶瑞，楊文朋

（中車山東機(jī)車車輛有限公司，山東 濟(jì)南 250022）

介紹了出口坦桑尼亞橡膠彈簧懸掛鑄鋼轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)、技術(shù)參數(shù)及有關(guān)計(jì)算和試驗(yàn)情況。坦桑尼亞轉(zhuǎn)向架采用橡膠彈簧作為懸掛系統(tǒng)，扭曲線路情況下動(dòng)力學(xué)性能良好，在亞非拉等欠發(fā)達(dá)國家有一定的市場前景。

橡膠彈簧；鑄鋼；轉(zhuǎn)向架；仿真分析

中車山東公司與坦桑尼亞國鐵簽署了44輛集裝箱平車的銷售合同。根據(jù)合同技術(shù)條款要求，公司完成了坦桑尼亞平車轉(zhuǎn)向架的研制。2019-06，完成了轉(zhuǎn)向架的方案設(shè)計(jì)；2020-01，完成轉(zhuǎn)向架的樣機(jī)試制及批量生產(chǎn)工作。

1 主要技術(shù)特點(diǎn)

該轉(zhuǎn)向架與傳統(tǒng)三大件轉(zhuǎn)向架相比，有以下技術(shù)特點(diǎn)：①采用V形橡膠彈簧作為轉(zhuǎn)向架的懸掛減振系統(tǒng)。橡膠彈簧將搖枕和側(cè)架連接起來，傳動(dòng)牽引力和制動(dòng)力，在垂直方向上提供彈性支撐，在縱向和橫向起到柔性連接和限位作用。橡膠彈簧安裝方便，終身免維護(hù)，安裝空間緊湊，有效減輕轉(zhuǎn)向架自重。②車體和轉(zhuǎn)向架通過平面心盤和間隙旁承連接，懸掛系統(tǒng)采用橡膠彈簧。車輛在崎嶇不平及多曲線的線路具有良好的動(dòng)力學(xué)性能。③搖枕、側(cè)架垂向相對位移時(shí)，橡膠彈簧產(chǎn)生形變，搖枕、側(cè)架配合面不產(chǎn)生磨耗，便于維護(hù)。④側(cè)架與橡膠彈簧之間設(shè)有V形調(diào)整墊板，便于調(diào)整轉(zhuǎn)向架心盤和車體車鉤的高度。

2 主要技術(shù)參數(shù)

主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 主要技術(shù)參數(shù)

軌距/mm1 000 軸重/t15.7 自重/t3.3 最高運(yùn)行速度/（km/h）75 通過最小曲線半徑/m88 固定軸距/mm1 750 車輪直徑/mmφ851 心盤面到軌面空車高（含磨耗盤）/mm 軸承AAR C級軸承 限界符合坦桑尼亞國鐵限界的要求

3 主要結(jié)構(gòu)

該鑄鋼三大件轉(zhuǎn)向架，主要由輪對、側(cè)架組成、懸掛減振裝置、搖枕組成、基礎(chǔ)制動(dòng)裝置、滾動(dòng)軸承、中心銷、承載鞍、擋鍵、心盤磨耗盤和安全擋等組成，如圖1所示。

1—輪對；2—側(cè)架組成；3—懸掛減振裝置；4—搖枕組成；5—基礎(chǔ)制動(dòng)裝置；6—滾動(dòng)軸承；7—中心銷；11—承載鞍；12—擋鍵；13—心盤磨耗盤；14—安全擋。

3.1 輪對

輪對由車軸、車輪過盈配合壓裝而成。車軸材質(zhì)為LZW級鋼，軸頸和防頸按AAR標(biāo)準(zhǔn)C級軸承接口設(shè)計(jì)。車輪為整體輾鋼輪，車輪直徑為851 mm，材質(zhì)為CL60鋼。車軸輪座外側(cè)留有約35 mm的加長量，重新選配壓裝后輪對內(nèi)側(cè)距更改為991 mm，此時(shí)輪對可應(yīng)用于1067軌距轉(zhuǎn)向架。

3.2 懸掛減振裝置

懸掛減振裝置由一組對向的V形橡膠彈簧構(gòu)成。橡膠彈簧設(shè)計(jì)時(shí)考慮以下三個(gè)因素：彈簧的剛度和阻尼需滿足空、重車動(dòng)力學(xué)性能的需要；彈簧需具有良好的靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度可靠性；彈簧需滿足產(chǎn)品結(jié)構(gòu)安裝空間要求。

根據(jù)以上的設(shè)計(jì)原則，確定彈簧結(jié)構(gòu)如圖2所示，橡膠彈簧成30°夾角布置在搖枕和側(cè)架之間。組對產(chǎn)品的載荷和性能情況為：空車載荷25.6 kN作用下，垂向剛度為4.27 kN/mm（0，﹣15%），縱向剛度約為40 kN/mm，橫向剛度約為6 kN/mm。

圖2 橡膠彈簧結(jié)構(gòu)示意圖（空車狀態(tài)下）

橡膠彈簧垂向剛度比較小，搖枕相對側(cè)架在垂向有比較大的位移，而縱、橫方向具有適宜的剛度實(shí)現(xiàn)良好的彈性定位；同時(shí)橡膠彈簧具有適宜的阻尼系數(shù)，是對減振性能的重要補(bǔ)充。

3.3 搖枕、側(cè)架組成

搖枕組成由搖枕、支點(diǎn)座、旁承磨耗板等構(gòu)成。搖枕的V形彈簧安裝面鑄有4 mm高的凸臺，可通過機(jī)加工或者磨修成型。旁承磨耗板與搖枕間通過定位銷過盈配合連接。下心盤與搖枕一體式結(jié)構(gòu)，減輕搖枕自重。

側(cè)架組成由側(cè)架、滑槽磨耗板等構(gòu)成。側(cè)架的V形彈簧安裝面同樣鑄有4 mm高的凸臺。鑄造過程中，側(cè)架斜面（非配合部位）之間設(shè)置工藝撐桿，限制其熱處理過程中內(nèi)收，控制V形面相對角度。側(cè)架底部開有方槽，安全擋穿過方槽與搖枕連接，意外情況下可以保證搖枕、側(cè)架不分離。磨耗板材質(zhì)為06Cr19Ni10，焊接在滑槽盒底部。

4 主要零部件計(jì)算和試驗(yàn)

4.1 搖枕、側(cè)架強(qiáng)度分析

采用有限元分析軟件對搖枕、側(cè)架進(jìn)行了靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度分析。計(jì)算結(jié)果表明，在規(guī)定工況下，搖枕、側(cè)架最大應(yīng)力不超過B+級鑄鋼的許用應(yīng)力，其彈性變形滿足AAR M-202-2011和AAR M-203-2011的要求，搖枕、側(cè)架的疲勞壽命滿足運(yùn)用要求。

4.2 動(dòng)力學(xué)計(jì)算

采用AAR四級譜，利用車輛系統(tǒng)多體動(dòng)力學(xué)軟件SIMPACK9.5對裝用該轉(zhuǎn)向架的集裝箱平車進(jìn)行了空重車狀態(tài)下的動(dòng)力學(xué)性能分析，并對橡膠彈簧的三向剛度進(jìn)行了優(yōu)化。按照優(yōu)化后的分析結(jié)果，在最高速度為7 km/h范圍內(nèi)，車輛蛇形運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性、直線運(yùn)行品質(zhì)及車輛在直線和曲線上運(yùn)行安全性等動(dòng)力學(xué)性能指標(biāo)均滿足GB5599的要求。

5 試驗(yàn)

根據(jù)TB/T 2843對橡膠彈簧進(jìn)行了各類型式試驗(yàn)。三向靜態(tài)剛度試驗(yàn)結(jié)果表明，橡膠彈簧在垂向、橫向、縱向的剛度均滿足技術(shù)要求。在疲勞試驗(yàn)臺上對橡膠彈簧進(jìn)行疲勞試驗(yàn)：疲勞載荷為158 kN×（1±30%），試驗(yàn)次數(shù)為200萬次。在疲勞試驗(yàn)過程中，橡膠與金屬粘結(jié)面良好，樣品無斷裂、磨損及其他形式的損壞。試驗(yàn)結(jié)果表明產(chǎn)品的性能滿足技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)要求。

6 結(jié)束語

坦桑尼亞轉(zhuǎn)向架采用橡膠彈簧作為懸掛系統(tǒng)，扭曲線路情況下動(dòng)力學(xué)性能良好，在亞非拉等欠發(fā)達(dá)國家有一定的市場前景。該轉(zhuǎn)向架的成功研制，提高了公司三大件型轉(zhuǎn)向架的研制技術(shù)水平，增強(qiáng)了公司在國際鐵路貨車市場的競 爭力。

［1］嚴(yán)雋髦，傅茂海.車輛工程［M］.北京：中國鐵道出版社，2008.

［2］劉建勛，卜繼玲.鐵道車輛轉(zhuǎn)向架橡膠彈性元件應(yīng)用技術(shù)［M］.北京：中國鐵道出版社，2012.

［3］株洲時(shí)代新材技術(shù)中心.JNZ-TZ15型轉(zhuǎn)向架V型橡膠彈簧型式試驗(yàn)報(bào)告［R］.2019.

［4］中車山東機(jī)車車輛有限公司研究院.JNZ-TZ15型轉(zhuǎn)向架搖枕、側(cè)架剛度和疲勞強(qiáng)度分析報(bào)告［R］.2019.

［5］中車山東機(jī)車車輛有限公司研究院.坦桑尼亞平車動(dòng)力學(xué)分析報(bào)告［R］.2019.

U270.331

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.08.031

2095－6835（2020）08－0077－02

柳文豪（1988—），男，山東萊西人，學(xué)士，工程師，研究方向?yàn)殍F路貨車轉(zhuǎn)向架技術(shù)。

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕