地铁用平车JHWZ06型构架式转向架研制.pdf

2023 年 11 月（总第 445 期）60研究与交流STUDY AND COMMUNICATIONS第 51 卷Vol.51第 11 期No.11铁 道 技 术 监 督RAILWAY QUALITY CONTROL收稿日期：2023-03-20作者简介：张海丽，高级工程师；武进雄，教授级高级工程师；万涛，高级工程师；梁涛，高级工程师0引言为了满足用户的定制化需求，降低成本，提升在地铁施工/维护用平车市场竞争力，2021 年，中车石家庄车辆有限公司以订货技术条件为设计依据，借鉴既有铁路货车转向架的成熟技术，研制一种可通过半径 65 m 曲线、轴重为 12 t 的地铁平车用 JHWZ06 型构架式转向架。1转向架设计技术要求根据订货技术条件，提出 JHWZ06 型构架式转向架技术要求如下。（1）强度要求。符合 TB/T 3549.12019机车车辆强度设计及试验鉴定规范转向架第 1 部分：转向架构架要求。安全系数不小于 1.6。（2）动力学性能要求。符合 GB/T 55992019机车车辆动力学性能评定及试验鉴定规范 的要求。（3）曲线通过能力。具有通过半径 65 m 曲线的能力。（4）主要参数要求。轴重为 12 t，轨距为1 435 mm，轴距为 1 800 mm，轴数为 2 轴，轮径为 840 mm，最高运行速度为 80 km/h。（5）限界要求。符合 GB 146.12020标准轨距铁路限界第 1 部分：机车车辆限界 和CJJ/T 962018地铁限界标准中相应要求。地铁用平车 JHWZ06 型构架式转向架研制张海丽，武进雄，万涛，梁涛（中车石家庄车辆有限公司，河北 石家庄 051430）摘要：根据与用户签订的订货技术条件，借鉴铁路货车转向架的成熟技术，设计可通过半径 65 m 曲线、轴重为 12 t 的地铁用平车 JHWZ06 型构架式转向架，并进行仿真计算和试验。结果表明，JHWZ06 型构架式转向架的构架静强度符合 TB/T 3549.12019机车车辆强度设计及试验鉴定规范转向架第 1 部分：转向架构架要求；地铁用平车动力学性能指标符合 GB/T 55992019机车车辆动力学性能评定及试验鉴定规范，具备半径 65 m 曲线通过能力，限界满足设计要求。地铁用平车样机试运行 1 年，JHWZ06型构架式转向架运用状态良好，曲线通过能力强，闸瓦磨耗均匀，未出现任何不良现象，满足用户使用要求。关键词：地铁；平车；转向架；构架；焊接结构中图分类号：U272.3U231文献标识码：A文章编号：1006-9178（2023）11-0060-05Abstract：According to the technical conditions of the order signed with the user,the JHWZ06 frame bogies for themetro flat car is designed based on the mature technology of railway truck bogies,that flat carequipped with this bogies can pass the curve of 65 m radius and the axle load is 12 t,and the simulation calculation and test are carriedout.The results show that the static strength of JHWZ06 frame bogie conforms to the requirements of TB/T 3549.12019 Strengthdesign and test accreditation specification forrolling stock-Bogies-Part 1:Bogie frame;the dynamic performance indicators of subway flat carmeet GB/T 55992019 Specification fordynamicperformanceassessment and testingverification of rolling stock,the subway flat car have the ability to pass the curve with a radius of 65 m,and thelimit meets the design requirements.During the trial operation of the metro flat car prototype for one year,theJHWZ06 frame type bogie is in good condition,the flat car curve passing ability is strong,the brake shoe wear is uniform,and any adverse phenomenon doesnt appear,which meets the users use requirements.Keywords：Metro;Flat Car;Bogie;Frame;Welded Structure61铁道技术监督第 51 卷第 11 期2转向架主要结构和关键技术2.1主要结构依据 JHWZ06 型构架式转向架技术要求，参考既有 K3 型转向架构架基本形式，结合工程车实际运用过程中的承载工况，采用一体式 H 型构架，以保证平车在通过曲线时的刚度要求。JHWZ06 型构架式转向架结构如图 1 所示。轮对基础制动装置构架组成轴箱弹簧组成接地装置（a）主视图滚动轴承装置心盘磨耗板 心盘垫板下心盘常接触式弹性旁承（b）侧视图图 1JHWZ06 型构架式转向架结构为使车体在空车和重车状态下，均具有较好的动力学性能，轴箱弹簧组成中采用一系螺旋弹簧减振装置，一系悬挂装置设置在侧架和轴箱体之间。为了保证平车常用制动、驻车制动性能可靠，基础制动装置采用吊挂式单侧制动，弓形制动梁和高摩擦系数合成闸瓦，以及奥-贝球铁衬套及配套40Cr 钢圆销。每台转向架设置 1 处轴箱接地装置，采用直径为 308 mm 的心盘，以及与其配套的磨耗盘。采用LZ50 钢车轴和整体辗钢车轮，车轮踏面为 LM 磨耗型，车轮直径为 840 mm。采用装有塑钢保持架的 352226X2-2RZ 型双列圆锥滚子轴承。采用 JC-3 型双作用常接触弹性旁承。2.2关键技术（1）采用“凹”字型和 H 型双型焊接结构构架。“凹”字型和 H 型双型焊接构架属于一体式刚性构架，组成包括侧梁和横梁。侧梁和横梁均为组焊箱形结构，材料为 Q345B 低碳合金钢。侧梁由上盖板、下盖板、腹板和隔板组焊而成，上盖板和下盖板厚度均为 10 mm，腹板、隔板厚度均为 8 mm。横梁由上盖板、下盖板、隔板和加强板组焊而成，上盖板厚度为 12 mm，下盖板厚度为 10 mm，隔板和加强板厚度均为 88 mm。与传统构架相比，“凹”字型和 H 型双型焊接构架板材厚度薄、横截面大、刚度大、自重轻、成本低。（2）为了使平车具有 65 m 小半径曲线的通过能力，转向架整体蛇行运动的临界速度满足要求，保证平车在直线运行时的安全性，根据走行部的运动机理，采用变摩擦减振装置，轴箱与斜楔座间横向间隙设置为 20 mm3 mm，纵向间隙设置为12 mm2 mm。（3）为了有效控制闸瓦与踏面间间隙，减少踏面擦伤，解决制动或缓解过程中出现的问题，在闸瓦间隙调整器中，采用一种内外螺纹连接结构的精准微调下拉杆，调整范围为 070 mm，小于既有下拉杆连接的调整孔间距，可微调闸瓦与踏面间的间隙。（4）根据试运行时制动、缓解过程中制动梁的运动轨迹，通过理论计算和动态模拟，研究开发一种制动梁吊杆。安装后的制动梁吊杆沿车轴纵向对称，与纵向轴线不平行，以解决在制动或者缓解过程中制动梁别劲问题。（5）采用轴箱弹簧悬挂，减轻转向架的簧下质量，降低轮轨间作用力，改善转向架动力学性能。同时减少轮轨间磨耗，延长轮轨使用寿命，提高车轮的检修周期，在产品全寿命周期内降低运营成本。3仿真计算及其结果分析3.1构架静强度依据 TB/T 3549.12019，采用 NX 建模，采用 HyperMesh 软件进行网格划分、处理，采用ANSYS 软件对构架静强度进行仿真计算。为了提高仿真计算的准确性，模型构成以平面四边形单元为主，以四面体实体单元为辅。构架有限元模型中单元总数为 105 212 个，结点总数为81 689 个。构架式转向架构架与下心盘有限元模型如图 2 所示。构架静强度仿真计算条件及其结果见表 1。由构架静强度仿真计算结果可知，构架所处最不利工况为工况 4。利用仿真计算结果，得到工况4 条件下构架静强度应力云图，如图 3 所示。62地铁用平车 JHWZ06 型构架式转向架研制研究与交流图 3工况 4 条件下构架静强度应力云图由表 1 和图 3 可知，各工况安全系数均大于1.6，满足 TB/T 3549.12019 要求。其中，工况 4条件下，最大应力出现在横梁上盖螺栓孔处，为188.5 MPa，安全系数为 1.83，满足设计要求。3.2动力学性能以 GB/T 55992019 为依据，采用 SIMPACK多体动力学分析软件，建立平车动力学性能仿真计算模型，并进行动力学性能仿真、分析。平车动力学性能指标及其分析结果见表 2。由表 2 中分析结果可知，当运行速度为 80 km/h时，平车蛇行运动稳定性、横向稳定性、平稳性及运行安全性等各项动力学性能指标均能满足GB/T 55992019 要求。3.3动态包络线根据 GB 146.12020 和 CJJ/T 962018 中对车辆限界要求，针对装用 JHWZ06 型构架式转向架的平车，委托西南交通大学开展动态包络线计算。计算结果表明，在空车和重车工况下，装用工况123456约束心盘约束纵向线位移；转向架构架一侧轴箱约束垂向、横向线位移，一侧约束垂向线位移同工况 1同工况 1同工况 1心盘约束纵向线位移；转向架 3 个轴箱约束垂向、横向线位移，1 个轴箱约束垂向线位移心盘约束纵向线位移；转向架构架一侧轴箱约束垂向、横向线位移，另一侧的 1 个轴箱约束垂向线位移，1 个轴箱约束 18 mm 的垂向线位移载荷垂向加速度为 9.8 m/s2，心盘处施加的垂向载荷为 188.7 kN垂向加速度为 9.8 m/s2，心盘处施加的垂向载荷为 123.1 kN，一侧旁承施加的载荷为 18.4 kN垂向加速度为 9.8 m/s2，心盘处施加的垂向载荷为 123.1 kN，横向力为52.975 kN，一侧旁承施加的载荷为18.4 kN垂向加速度为 9.8 m/s2，横向加速度为 4.9 m/s2，心盘处施加的垂向载荷为 188.7 kN轴箱处施加左右方向相反的 13.4 kN菱形载荷垂向加速度为 9.8 m/s2，心盘处施加的垂向载荷为 188.7 kN结果最大应力为 111.9 3 MPa，小于许用应力 216 MPa，位于侧梁下盖最大应力为 94.6 MPa，小于许用应力 216 MPa，位于侧梁下盖最大应力为 171.6 MPa，小于许用应力 216 MPa，位于侧梁腹板最大应力为 188.5 MPa，小于许用应力 216 MPa，位于横梁上盖螺栓孔处最大应力为 52.3 MPa，小于许用应力 216 MPa，位于侧梁腹板最大应力为 176.9 MPa，小于许用应力 216 MPa，位于横梁腹板孔处（a）构架（b）下心盘图 2构架式转向架构架与下心盘有限元模型表 1构架静强度仿真计算条件及其结果63铁道技术监督第 51 卷第 11 期JHWZ06 型构架式转向架的平车外形轮廓尺寸满足GB 146.12020 和 CJJ/T 962018 中相应限界要求。4转向架试验4.1压吨试验在心盘中心位置施加 41.3 kN 压力，心盘下平面距轨面的压吨高度为 695 mm705 mm。将落成后的转向架推送到压吨设备处，确保压吨试验设备的触头中心与转向架心盘中心重合。启动压吨试验设备油缸，使触头下移，当触头与心盘接触时，记录心盘自由高度；在油缸的作用下，触头继续下移，当压力增大至 41.3 kN 时，记录相应压力对应的心盘下平面高度，压吨试验完成。经测试，在 41.3 kN 压力作用下，心盘下平面距轨面的压吨高度为 701 mm，在设计任务书、产品图样规定的心盘下平面距轨面高度范围 695 mm705 mm 内，满足转向架的设计要求。4.2限界通过试验在平直线路上，驱动转向架运行，检测平车是否能顺利通过符合 GB 146.12020 和 CJJ/T 962018 的限界规。试验结果表明，JHWZ06 型构架式转向架能顺利通过符合 GB 146.12020 和 CJJ/T 962018 的限界规，所有部位均未出现任何干涉现象，试验结果合格，转向架满足限界要求。5结论根据订货技术条件，设计地铁用平车转向架，介绍采用的关键技术，并仿真分析构架静强度和平车动力学性能，计算动态包络线。结果表明，构架静强度满足 TB/T 3549.12019 要求；当运行速度为 80 km/h 时，平车蛇行运动稳定性、横向稳定性、平稳性及运行安全性等各项动力学性能指标均能满足 GB/T 55992019 要求；在空车和重车工况下，装用 JHWZ06 型构架式转向架的平车外形轮廓尺寸满足 GB 146.12020 和 CJJ/T 962018 中相应限界要求。依据地铁用平车转向架设计方案，完成工程图样设计、输出，制作样机，并按照订货技术条件要求，进行压吨试验和限界通过试验，试验结果证明，平车转向架满足设计要求。在通过技术审查后，平车样机试运行 1 年。在试运行期间，JHWZ06 型构架式转向架运行状态良好，具有小半径曲线通过能力，闸瓦磨耗均匀，无任何不良现象出现，满足用户的使用要求。参考文献1 机车车辆强度设计及试验鉴定规范转向架第 1 部分：转向架构架：TB/T 3549.12019S 2 机车车辆动力学性能评定及试验鉴定规范：GB/T 55992019S（下转第 70 页）表 2平车动力学性能指标及其分析结果编号1234性能指标名称蛇行运动稳定性横向稳定性平稳性运行安全性性能指标要求在空车和装载工况下，当车轮直径分别为 840 mm 和 790 mm时，在新轮状态和车轮踏面磨耗后的蛇行临界速度均能满足运行要求。当车轮踏面等效锥度达到 0.40 时，蛇行运动失稳临界速度仍高于车辆设计的最高运行速度 88 km/h在空车和装载工况下，以最高试验速度 88 km/h 运行时，10 Hz 滤波后，轴箱上方构架横向加速度峰值为 2.798 m/s2，小于 3 m/s2，没有出现连续 6 次以上达到或超过 8 m/s2在 AAR 级线路谱条件下，在 88 km/h 速度范围内，经过15 Hz 带通滤波后，空车和装载工况下车体的横向振动加速度最大值均小于 3 m/s2，垂向振动加速度最大值为3.721 m/s2，小于 5 m/s2在 AAR 级线路谱条件下，直线区段以 88 km/h 速度运行时，空车和装载工况下的轮轴横向力 H 为 19.98 kN，脱轨系数 Q/P 为 0.574，轮重减载率 P/P 为 0.397，均满足 GB/T55992019 规定的相应指标分别通过半径为 65 m，150 m，300 m，600 m 的曲线，直向通过 9 号道岔及侧向通过由 9 号道岔组成的渡线时，空车和装载工况下的轮轴横向力 H 为 26.84 kN，脱轨系数 Q/P 为0.698 1，轮重减载率 P/P 为 0.472 3，均小于 GB/T 55992019 规定的相应指标分析结果平车运行稳定性满足运用要求转向架横向稳定性满足运用要求车体横向及垂向平稳性指标均小于 3.5，达 到 GB/T 55992019中优级平车直线运行安全性满足要求平车通过曲线时的安全性满足GB/T 55992019 要求70螺杆桩-土荷载传递规律和承载力研究现状研究与交流力性能J 江苏建筑，2013（5）：71-7324 杨克己实用桩基工程 M 北京：人民交通出版社，200425 李新凯螺杆灌注桩承载特性及承载力计算方法 D 重庆：重庆交通大学，201926 张伟，彭振斌，李志平螺杆桩在地基处理中的应用J 岩土工程界，2007（11）：38-3927 KUMARA J J，KIKUCHI Y，KURASHINA T Effects of the lateral stress on the inner frictional resistance of pipe piles driven intosandJ International journal of geo-engineering，2016，7（1）：1-1428 徐佩洪，许彬，董天文螺杆桩基础静载荷试验与承载力分析J 交通科学与工程，2016，32（3）：58-6229 TOMLINSON M JPile design and construction practice M London：viewpoint publication，197730 张伟新型螺杆灌注桩承载性能的研究 D 长沙：中南大学，200831 螺杆灌注桩技术规程：DBJ 46-0262013S 32 杨启安，沈保汉螺纹桩承载机理及承载力计算方法J 工业建筑，2013，43（1）：67-7033 徐梁螺杆桩承载特性分析与试验研究 D 合肥：合肥工业大学，201334 史小燕螺杆灌注桩及其在房屋建筑中的应用J 工程建设与设计，2012（12）：92-9435 螺杆桩设计与施工技术规定：LGZ2009 JGS 36 王曙光，冯浙，唐建中，等竖向荷载作用下螺杆灌注桩受压承载机理的试验研究 J 岩土工程学报，2021，43（2）：383-38937 谭方，吴帅泥岩地基螺杆桩竖向承载性能试验分析J 土工基础，2013，27（1）：69-7138 魏广帅螺杆桩承载机理及承载力计算方法研究J 路基工程，2022（2）：140-14439 周芝林螺纹桩中性点位置及轴力计算方法研究J 铁道科学与工程学报，2022，19（7）：1908-1917.40 建筑桩基技术规范：JGJ 942008S（编辑吴磊）3 标准轨距铁路限界第 1 部分：机车车辆限界：GB 146.12020S 4 地铁限界标准：CJJ/T 962018S 5 曹宝刚，武进雄，万涛，等TD11 型凹底平车用新型铸铝止轮器的研制J 铁道技术监督，2023，51（6）：63-676 大连交通大学JCHZ50 型焊接式转向架摇枕有限元强度计算报告R 大连：大连交通大学，20217 中车石家庄车辆有限公司JCHZ50 型转向架压吨试验报告R 石家庄：中车石家庄车辆有限公司，20218 西南交通大学JCHZ50 型焊接式构架转向架动力学计算报告R 成都：西南交通大学，20219 西南交通大学轨道平车（带随车吊）车辆动态包络线计算报告R 成都：西南交通大学，2021（编辑陈建国）（上接第 63 页）电平输入信号，供 PLC 使用，解决输入接口电压等级不匹配问题，取得良好试验效果。参考文献1 刘火良，杨森STM32 库开发实战指南M 北京：机械工业出版社，20132 熙平，张宁测控技术与仪器专业导论M 北京：电子工业出版社，20183 王绍伟，郑德智，吴玉勇嵌入式微系统M 北京：机械工业出版社，20164 邓举明，贾海燕，刘嘉宇一种成本低廉的地铁列车数据记录仪 J 单片机与嵌入式系统应用，2018，18（6）：74-775 余军，于水波，杨兴宽重载铁路轮轨踏面摩擦控制器J 铁道技术监督，2013，41（5）：49-53（编辑尹红）（上接第 59 页）CRCC 完成我国首批电-电双源调车机车关键零部件检验检测为贯彻落实国家“双碳”战略部署，助力轨道交通行业实现绿色低碳转型，2023 年中铁检验认证中心有限公司（CRCC）为我国首批电-电双源调车机车关键零部件提供专业检验检测服务。电-电双源调车机车为复兴系列调车机车标准化人机工程样车，采用接触网与动力电池 2 种电源混合驱动模式，是基于国家科技创新发展战略、绿色发展及环保要求下研发的零排放、高性能、适用于所有调车工况的新能源调车机车。CRCC 在设计阶段结合主机厂技术力量，确定检测试验方案，全面参与调车机车关键部件的检验检测。CRCC 机车车辆检验站先后开展了转向架构架静态和疲劳试验、车体静强度和结构安全性试验、车轴尺寸及疲劳性能试验、轴承性能试验、电笛等警示系统性能试验、整车模态试验，以及受电弓、牵引变压器、牵引电机、牵引变流器等电器关键部件的性能、环境和可靠性试验，充分发挥 CRCC 在机车车辆领域的综合检验检测技术优势，切实把控好此型号调车机车关键零部件的源头质量。针对新能源动力技术的应用场景和特点，CRCC 组建了新能源试验小组。试验小组充分研究相关标准，实地考察核实工况，以客户需求为导向，制定合理可行的试验方案；同时，将新能源检验检测设备与现有成熟试验能力优化整合，设计研制了适合电-电、重混、轻混等机车车型的通用储能系统检测平台，首次全面对车载动力电池的电芯、电池包、电池系统、电池管理系统（BMS）和热保障系统等全类型车载动力电池产品开展了“一站式”全项检测。摘编自中铁检验认证中心微信公众号