彭立群，林达文，成 博，张志强，吴兴磊，王 进

（株洲时代新材料科技股份有限公司，湖南株洲412007）

EMU250转向架一系悬挂试验设计与研究

彭立群，林达文，成 博，张志强，吴兴磊，王 进

（株洲时代新材料科技股份有限公司，湖南株洲412007）

对一系悬挂进行力学性能试验是改善车辆动力学性能的重要手段。文章简要分析了EMU250转向架一系悬挂结构与原理，设计了一系悬挂组对滚动与滑动加载2种试验方案，重点分析了滚动加载试验方案，研究了一系悬挂垂向刚度和疲劳性能，结果表明一系悬挂垂向刚度呈正线性，疲劳次数对刚度影响较小，试验设计达到了预期效果，研究成果对轨道车辆一系悬挂的研发和试验起指导作用。

EMU250转向架；一系悬挂；试验研究

以200 km/h的CRH系列动车组开通为重要标志实施第6次铁路提速以来，中国高速铁路得到了迅速发展，动车组以高速、安全和舒适的优势吸引了大量的中短途客源，速度250 km/h动车组（EMU250）是国产化研制的新型动车组，最高运营速度250 km/h。为改善车辆动力学性能，应某公司的要求，株洲时代新材料科技股份有限公司（TMT）针对EMU250转向架一系悬挂部件进行了力学性能试验，为改善车辆动力学性能提供重要理论依据。

调研发现，目前有关轨道车辆转向架一系悬挂结构设计方面的研究很多，但从具体试验角度对一系悬挂进行力学性能试验的研究甚少，也没有相应的试验技术方案及装置，为解决这一技术难题，本文简要分析了EMU250转向架一系悬挂的结构及原理，设计了一系悬挂组对滚动与滑动加载2种试验方案，重点分析了滚动加载试验方案，分析了垂向刚度线性相关性以及疲劳试验前后刚度变化率，相应研究成果为轨道车辆转向架一系悬挂的设计和试验起指导作用。

1 EMU250一系悬挂结构

轨道车辆一系悬挂主要安装于轴箱与构架之间，以轮对轴箱为固定的硬基础，在构架的垂向、行车方向和横向提供可靠的三向柔性定位支撑，缓和车辆行驶过程中轮对振动、冲击对构架的影响，为二系悬挂提供柔性平稳平台，保证车辆运行平稳舒适［1］，安装位置见图1。

转向架一系悬挂按结构分为人字金属橡胶弹簧结构、转臂定位偏簧结构、转臂定位顶簧结构3种［2］，EMU 250转向架一系悬挂采用的是转臂定位顶簧结构，如图2所示。其中一系弹簧为单组双圈螺旋钢圆弹簧加内置止挡结构，减振装置为油压减振器，定位装置为转臂定位橡胶关节。该结构主要特点如下。

采用转臂式定位实现不同横纵向刚度和改善转向架的横向动力学性能，采用高挠一系钢弹簧缓冲转向架的垂向运动并满足高速运行要求，采用高阻尼的油压减振器衰减转向架的垂向振动或侧摆振动。

一系钢弹簧轴箱中心顶置，油压减振器与转臂节点分设在轴箱两侧，使得一系弹簧和转臂节点共同分担垂向载荷。

一系弹簧轴箱中心顶置节约了安装空间，提供了稳定的动静刚度和较大的垂向挠度，橡胶止挡不仅能减振降噪、绝缘防电、而且能降低钢弹簧动应力。

在一系钢弹簧中心位置（轴箱与构架之间）设有橡胶止挡，吸收和缓冲车辆过载时的冲击力，提高乘客舒适度。

一系钢弹簧组通过钢弹簧座和橡胶止挡的定位圈定位，内弹簧外弹簧左、右旋相间，互不接触，并通过专用垫圈来调整高度，整个结构通过螺栓连接在构架上，这样的设计便于拆解和装配，也方便检修作业［3］。

2 一系悬挂试验简述

目前轨道车辆转向架一系悬挂还没有试验标准，具体试验参照的标准主要有EN 13906－1、EN 13913－2003、TB/T 2211－2010、TB/T 2843－2010，相应技术条件中涉及两种加载方式，分别是组对滚动加载和组对滑动加载2种方式，分别如图3和图4所示。

组对滚动加载：设计2个轴箱并行安装为1组同时进行试验，其中钢弹簧组通过定位销安装于轴箱底部，橡胶止挡内置一系钢弹簧组，转臂节点橡胶关节压装于轴箱，通过锥形芯轴锁紧固定于支撑座，模拟车轴放置于轴箱车轴中心位置，上置滚动滑台。

组对滑动加载：安装方式不变，在垂向加载时，设计半圆柱体代替车轴，通过球面摩擦来施加垂向载荷。

通过两种方案的分析比较，本文采用组对滚动加载方式进行试验。

3 垂向刚度试验

3.1 试验原理

按照车辆动力学理论，在纵垂平面内车辆主要发生浮沉和点头运动［3］，据此得出了图5所示的一系悬挂垂向刚度试验原理。

转向架的垂向载荷主要来自车辆轴重和载重工况，在垂向载荷作用下一系弹簧会产生压缩变形，在遇到过载或冲击载荷时，橡胶止挡会吸收冲击力，同时发挥极限限位作用，转臂节点在轴箱的带动下进行扭转运动。纵向载荷主要来自车辆运行过程中的牵引力和制动力，在纵向的作用下转臂节点要承受径向载荷、同时一系弹簧需承受一定的水平力并产生偏心位移。

纵向载荷对钢弹簧组产生的偏心位移通过上置滑台前后滚动消除，垂向载荷通过滑台和模拟车轴施加整个系统进行试验。

3.2 试验装置结构组成

整体方案采用模块化“搭积木”的组合加载方式，试验拆装灵活方便、安装空间、夹持尺寸可调，可满足不同悬挂系统试验要求。具体的非标准试验装置由悬挂机架、油缸、导向柱、滑台、车轴、轴箱、底板、支座组成，分别如图6和图7所示，其中一系悬挂部件与工装组成一个整体安装于试验机底部，滑台导向座与机架导向横梁连接，承载板与模拟车轴以滚动摩擦的方式接触，通过内置滚棒施加垂向载荷，并通过前后滚动来消除偏心载荷，完成垂向刚度试验［4］。

4 试验验证

以EMU250转向架一系悬挂部件（包括轴箱、转臂节点橡胶关节、钢弹簧组、橡胶止挡、定位圆盘等）与试验装置进行组装，在16通道组合加载试验机上进行垂向刚度试验，研究一系悬挂垂向变形与载荷刚度特性。

4.1 试验方法

试验内容包括垂向刚度试验和垂向疲劳试验两部分，在疲劳试验前、中、后均需进行垂向刚度试验，研究疲劳次数对垂向刚度的影响。

（1）垂向刚度试验

预加载：将一系悬挂安装于试验机中心位置，垂向以150 k N/min的加载速度施加设计载荷205 k N，连续加载3次，间隔3 min；正式加载：垂向以150 k N/min的加载速度施加设计载荷205 k N计算（70～205 k N）的区间刚度。

（2）疲劳试验

垂向加载（140±64）k N，频率1 Hz，循环加载26万次。

疲劳试验前及疲劳试验过程中每隔13万次进行1次刚度试验。

4.2 试验数据

试验数据如表1所示。

4.3 数据分析及探讨

（1）线性相关性

从表1和图9得一系悬挂变形随垂向载荷递增，在整个加载过程中没有出现拐点，研究表明一系悬挂垂向刚度呈正线性。

（2）垂向刚度变化率

从图9得知疲劳试验前、中、后垂向刚度趋势一致，刚度与曲线斜率成正比。

从图10得知随着疲劳次数的增加，垂向刚度有变小趋势，但变化不大，其中疲劳试验前、中、后的垂向刚度分别为2.44，2.36，2.33 k N/mm，疲劳试验前后刚度变化率为4.5%，研究表明疲劳试验次数对刚度影响较小。

5 结 论

（1）通过分析EMU250转向架一系悬挂结构与原理，分别提出组对滚动与滑动加载2种技术方案，为一系悬挂试验设计提供参考。

（2）试验研究表明一系悬挂垂向刚度呈正线性，疲劳次数对刚度影响较小。

（3）试验设计达到了预期的目的，研究成果完善了轨道车辆转向架一系悬挂试验标准，为一系悬挂的设计和试验起指导作用。

［1］ 王 进，彭立群.机车车辆用轴箱弹簧［J］.铁道机车车辆，2008，28（6）：40-42.

［2］ 伍玉刚.二级变刚度在城轨车辆转向架一系悬挂系统中的应用［J］.电力机车与城轨车辆，2010，33（5）：20-22.

［3］ 段华东.ZMA120型转向架一系悬挂垂向刚度分析［J］.机车电传动，2011，4（7）：60-62.

［4］ 彭立群，林达文.一种轨道车辆一系减振系统疲劳试验装置［P］.中国：CN 201220017715.4，2012－01－16.

［5］ 刘建勋，卜继玲.轨道车辆转向架橡胶弹性元件应用技术［M］.北京：中国铁道出版社，2012.

［6］ 严隽耄，付茂海.车辆工程（第3版）［M］.北京：中国铁道出版社，2008.

Experimental Design and Research of EMU250 Bogie Primary Suspension

PENG Liqun，LIN Dawen，CHENG Bo，ZH ANG Zhiqiang，WU Xinglei，WANG Jin
（Zhuzhou Times New Material Technology Co.，Ltd.CSR，Zhuzhou 412007 Hunan，China）

The primary suspension for mechanical test is an important means to improve the performance of vehicle dynamics.The paper briefly analyzes the suspension structure and principles of EMU250 bogie，designs the rolling and sliding two kinds of load test programs，emphatically analyzes the rolling load test program and studies the vertical stiffness and fatigue properties.The results show the vertical stiffness of the suspension is a positive linear stiffness，the number of fatigue is less impact，and the test design achieves the desired effect.The research results can give guidance for the development and test of rail vehicle primary suspension.

EMU250 bogie；primary suspension；experimental research

U270.331＋.7

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2014.06.10

1008－7842（2014）06－0044－03

3—）男，工程师（

2014－04－16）