出口坦桑尼亚橡胶弹簧悬挂转向架的研制

2020-05-08柳文豪李宝瑞杨文朋

科技与创新 2020年8期

关键词：坦桑尼亚转向架橡胶

柳文豪，李宝瑞，杨文朋

出口坦桑尼亚橡胶弹簧悬挂转向架的研制

柳文豪，李宝瑞，杨文朋

（中车山东机车车辆有限公司，山东济南 250022）

介绍了出口坦桑尼亚橡胶弹簧悬挂铸钢转向架的结构、技术参数及有关计算和试验情况。坦桑尼亚转向架采用橡胶弹簧作为悬挂系统，扭曲线路情况下动力学性能良好，在亚非拉等欠发达国家有一定的市场前景。

橡胶弹簧；铸钢；转向架；仿真分析

中车山东公司与坦桑尼亚国铁签署了44辆集装箱平车的销售合同。根据合同技术条款要求，公司完成了坦桑尼亚平车转向架的研制。2019-06，完成了转向架的方案设计；2020-01，完成转向架的样机试制及批量生产工作。

1 主要技术特点

该转向架与传统三大件转向架相比，有以下技术特点：①采用V形橡胶弹簧作为转向架的悬挂减振系统。橡胶弹簧将摇枕和侧架连接起来，传动牵引力和制动力，在垂直方向上提供弹性支撑，在纵向和横向起到柔性连接和限位作用。橡胶弹簧安装方便，终身免维护，安装空间紧凑，有效减轻转向架自重。②车体和转向架通过平面心盘和间隙旁承连接，悬挂系统采用橡胶弹簧。车辆在崎岖不平及多曲线的线路具有良好的动力学性能。③摇枕、侧架垂向相对位移时，橡胶弹簧产生形变，摇枕、侧架配合面不产生磨耗，便于维护。④侧架与橡胶弹簧之间设有V形调整垫板，便于调整转向架心盘和车体车钩的高度。

2 主要技术参数

主要技术参数如表1所示。

表1 主要技术参数

轨距/mm1 000 轴重/t15.7 自重/t3.3 最高运行速度/（km/h）75 通过最小曲线半径/m88 固定轴距/mm1 750 车轮直径/mmφ851 心盘面到轨面空车高（含磨耗盘）/mm 轴承AAR C级轴承限界符合坦桑尼亚国铁限界的要求

3 主要结构

该铸钢三大件转向架，主要由轮对、侧架组成、悬挂减振装置、摇枕组成、基础制动装置、滚动轴承、中心销、承载鞍、挡键、心盘磨耗盘和安全挡等组成，如图1所示。

1—轮对；2—侧架组成；3—悬挂减振装置；4—摇枕组成；5—基础制动装置；6—滚动轴承；7—中心销；11—承载鞍；12—挡键；13—心盘磨耗盘；14—安全挡。

3.1 轮对

轮对由车轴、车轮过盈配合压装而成。车轴材质为LZW级钢，轴颈和防颈按AAR标准C级轴承接口设计。车轮为整体辗钢轮，车轮直径为851 mm，材质为CL60钢。车轴轮座外侧留有约35 mm的加长量，重新选配压装后轮对内侧距更改为991 mm，此时轮对可应用于1067轨距转向架。

3.2 悬挂减振装置

悬挂减振装置由一组对向的V形橡胶弹簧构成。橡胶弹簧设计时考虑以下三个因素：弹簧的刚度和阻尼需满足空、重车动力学性能的需要；弹簧需具有良好的静强度和疲劳强度可靠性；弹簧需满足产品结构安装空间要求。

根据以上的设计原则，确定弹簧结构如图2所示，橡胶弹簧成30°夹角布置在摇枕和侧架之间。组对产品的载荷和性能情况为：空车载荷25.6 kN作用下，垂向刚度为4.27 kN/mm（0，﹣15%），纵向刚度约为40 kN/mm，横向刚度约为6 kN/mm。

图2 橡胶弹簧结构示意图（空车状态下）

橡胶弹簧垂向刚度比较小，摇枕相对侧架在垂向有比较大的位移，而纵、横方向具有适宜的刚度实现良好的弹性定位；同时橡胶弹簧具有适宜的阻尼系数，是对减振性能的重要补充。

3.3 摇枕、侧架组成

摇枕组成由摇枕、支点座、旁承磨耗板等构成。摇枕的V形弹簧安装面铸有4 mm高的凸台，可通过机加工或者磨修成型。旁承磨耗板与摇枕间通过定位销过盈配合连接。下心盘与摇枕一体式结构，减轻摇枕自重。

侧架组成由侧架、滑槽磨耗板等构成。侧架的V形弹簧安装面同样铸有4 mm高的凸台。铸造过程中，侧架斜面（非配合部位）之间设置工艺撑杆，限制其热处理过程中内收，控制V形面相对角度。侧架底部开有方槽，安全挡穿过方槽与摇枕连接，意外情况下可以保证摇枕、侧架不分离。磨耗板材质为06Cr19Ni10，焊接在滑槽盒底部。

4 主要零部件计算和试验

4.1 摇枕、侧架强度分析

采用有限元分析软件对摇枕、侧架进行了静强度和疲劳强度分析。计算结果表明，在规定工况下，摇枕、侧架最大应力不超过B+级铸钢的许用应力，其弹性变形满足AAR M-202-2011和AAR M-203-2011的要求，摇枕、侧架的疲劳寿命满足运用要求。

4.2 动力学计算

采用AAR四级谱，利用车辆系统多体动力学软件SIMPACK9.5对装用该转向架的集装箱平车进行了空重车状态下的动力学性能分析，并对橡胶弹簧的三向刚度进行了优化。按照优化后的分析结果，在最高速度为7 km/h范围内，车辆蛇形运动稳定性、直线运行品质及车辆在直线和曲线上运行安全性等动力学性能指标均满足GB5599的要求。

5 试验

根据TB/T 2843对橡胶弹簧进行了各类型式试验。三向静态刚度试验结果表明，橡胶弹簧在垂向、横向、纵向的刚度均满足技术要求。在疲劳试验台上对橡胶弹簧进行疲劳试验：疲劳载荷为158 kN×（1±30%），试验次数为200万次。在疲劳试验过程中，橡胶与金属粘结面良好，样品无断裂、磨损及其他形式的损坏。试验结果表明产品的性能满足技术及标准要求。