TC-ZG010型窄轨转向架研制

 刘  洋，张晓军，莘海萍

 （唐山轨道客车有限责任公司产品研发中心，河北  唐山  063035）

摘要：介绍了适用于安哥拉公务车的窄轨动力转向架的结构、主要技术参数和试验情况，并着重叙述了该转向架结构的优化及动力学性能。

关键词：窄轨转向架；结构；技术参数；试验中图分类号：U235：U260. 331

 0引言

 TC-ZG010型转向架是唐山轨道客车有限责任公司出口安哥拉高级自行公务车用的窄轨(轨距1067 mm)动力转向架。此窄轨自行公务车为单辆编组列车，其特点是快速、灵活、安全。安哥拉政府对公务车高度重视，从市场前景来看，在窄轨地区，动力转向架的研发有很大的发展空间。目前该公司已经生产出了安哥拉客车窄轨非动力转向架，其设计、工艺已经成熟。公务车作为政府用车，需求量较小，但是由于无需单独的动力机车牵引，安全性高，灵活性好，得到政府部门的青睐，所以，有必要对此转向架进行研发和技术储备，进而开拓更大的市场。

1转向架技术设计原则

 根据总体技术条件的要求，TC-ZG010型动力转向架设计速度为100 km/h，持续运营速度为80 km/h，同时具备很高的安全性、可靠性、舒适性。因此要求转向架的设计必须满足以下3方面的技术要求：

 (1)能力需求：合理布置相关牵引电机、齿轮箱、基础制动装置等的位置，同时需在牵引电机安装结构上进行优化，以满足牵引电机安装空间的要求。

 (2)安全可靠性指标需求：转向架是基础承载部件，其强度直接影响到列车的运行安全。为验证能否满足持续运营速度80 km/h的要求，需要对转向架的动力学性能、结构参数、关键受力件的疲劳性能等进行仿真分析和优化。

 (3)舒适性指标需求：为提高车辆运行中乘坐的舒适性，需对转向架一系悬挂、二系悬挂装置进行分析，增加减振、隔振措施，提高弹簧挠度。

2转向架主要技术参数

表1为TC-ZG010型转向架主要技术参数。

3转向架总体结构设计

 TC-ZG010型窄轨动力转向架采用H型焊接构架，轴箱采用转臂定位方式，选用圆柱滚子轴承，在轴箱上安装轴温报警传感器及接地装置。转向架各部位具有良好的耐磨性能，橡胶件具有良好的抗挤压、耐冲击、耐磨及耐老化性能。转向架牵引方式采用Z形双拉杆牵引。

 转向架牵引电机为弹性悬挂，每个构架上斜对称布置2台牵引电机；每轴采用2套轮装制动盘。转向架一系、二系均采用圆柱螺旋弹簧，并加有垂向减振器。图1为TC- ZC010型窄轨动力转向架总体结构示意图。

3.1  构架装置

 构架采用钢板焊接形式，主要由侧梁、横梁以及电机安装座、齿轮箱安装座等零部件组成，为H型构架；采用摇枕弹簧侧梁外侧悬挂结构，以增大摇枕弹簧的横向跨距；横、侧梁均为钢板焊接箱型结构，侧梁为U型结构，采用4块钢板拼焊形式，在适当位置设置加强筋板，横梁贯通并延伸出两侧梁内侧腹板上，其上、下盖板分别与侧梁的上、下盖板采用对接形式连接，以保证横、侧梁连接区域结构的可靠性及安全性。构架装置结构示意图如图2所示。

3.2轮对组成

 每个转向架设有两条轮对，轮对主要由车轴、车轮和制动盘等组成，如图3所示。其中车轴材料为TB2945 -1999规定的L250；而车轮主要考虑材料、直径和降噪，故其材料采用CL60，符合TB/T2817 -1997要求。

3.3  一系悬挂和轴箱装置

 一系悬挂装置是转向架的关键部件之一，对车辆运行的安全性、稳定性、舒适性起重要作用。转向架构架端部分别支撑在每个轴箱顶部的一组弹簧上。为了提高车辆运行中乘坐的舒适性，在轴箱弹簧的下面安装橡胶垫来隔离高频振动。此外，一系悬挂还设置有专门的垂向液压减振器，以提供减振作用。轴箱采用分体结构、转臂式，该装置结构简单，对线路具有很强的适应性，易于修理和维护，经济实用。

3.4  二系悬挂装置

 二系悬挂装置采用单圈高圆钢弹簧直接支承车体，弹簧横向跨距大，支承面高；采用二系垂向、横向油压减振器，这类减振器具有密封、防尘、防锈性能好、阻力稳定、调整拆卸容易、重量轻等特点。

3.5  中央牵引装置

 中央牵引装置采用Z形双拉杆牵引结构，可增加车辆运行的稳定性，其主要由牵引销、牵引梁、牵引拉杆组成。牵引支座与牵引盘采用C级钢铸造，牵引拉杆采用Q345E锻造。牵引盘中心和牵引拉杆两端均有橡胶节点，提供各向刚度。牵引装置如图4所示。

3.6  基础制动装置

 此转向架轴重为16 t，轴重较大，要求制动性能好，又由于空间所限，因此采用轮盘制动型式。该基础制动装置采用轮盘制动单元，以三点悬挂式悬挂在构架制动吊座上，制动装置能够满足制动距离的要求。

4计算与试验

4.1  强度计算

 对TC-ZG010型窄轨动力转向架的构架进行强度计算，主要对其静强度和疲劳强度进行评估。计算结果如下：

 (1)构架在静载荷作用下，最大相对位移为1. 78 mm，从构架整体来看，构架刚度满足设计要求。

 (2)根据UIC615标准中所规定的计算工况进行有限元计算，其中，模拟运营工况下，构架最大VonMises应力为273. 83 M Pa，未超出运营工况下Q345B钢和Q345D钢的许用应力288 M Pa的标准；超常工况下，构架最大Von Mises应力为312.9 M Pa，未超出在超常工况下Q345B钢和Q345D钢的许用应力345M Pa的标准。构架的静强度满足要求。

 (3)根据相关标准所载明的Goodman图对构架焊缝进行疲劳强度评定，结果表明：焊缝各部位安全系数均大于1，且有一定安全裕量，基本能够满足疲劳强度的要求。但在图中所示的安全系数较低的焊缝部位应严格控制焊接质量并焊后打磨。

4.2  动力学计算及参数优化

 铁道车辆的动力学性能是根据其动力学特性指标来评定的，这些指标包括车辆蛇行运动稳定性、运行平稳性和曲线通过性能等。动力学性能分析按照UIC518标准执行，同时参照GB5599—85《铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范》执行，计算后得出的悬挂参数优化结果如表2所示。

4.3  构架的静强度和疲劳试验

 为了验证TC—ZG010型窄轨动力转向架的结构强度，对其进行静强度和疲劳强度试验。试验结果表明，构架静强度和疲劳强度均满足要求。

5结论

 通过TC-ZG010型窄轨动力转向架的研制，主要实现了以下目标：

 (1)自主研发了适用于窄轨的动力转向架-1067 mm轨距动力转向架，根据动力转向架的

系统配置及结构布置要求，对构架装置各安装座结构、轮对结构、轴箱结构、制动方式及结构进行了设计，优化了TC-ZG010型窄轨动力转向架的结构，完全具备自主知识产权。

 (2) TC-ZG010型窄轨动力转向架的设计借鉴了目前应用的城轨转向架、高速转向架的设计理念和成熟结构，各零部件的强度计算校核完全按照相关标准执行，确保了转向架的可靠性。