李 刚

0 引言

轨道检查车是一种用于检查铁路钢轨病害的一种大型养路机械，随着近几年的铁路大发展，铁路钢轨病害检查车的需求日益旺盛。本文针对轨道检查车设计要求，研制开发一种运行速度高、重量轻、维护方便、结构简单的走行部。

1 设计要求

整车重量约40t，走行部采用2 个两系悬挂从动转向架，最高连挂速度为100 km/h，设计符合相关铁标通用技术条件，构架强度符合TB/T1335《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》，动力学性能符合GB/T17426《铁道特种车辆和轨行机械动力学性能评定及试验方法》，基础制动采用轴盘式制动，制动距离（初速度90 km/h）不大于800 m。

2 主要零部件的设计

2.1 基础制动装置

根据设计要求，基础制动采用轴盘式单元制动器，设计输入参数见表1。

表1 基础制动输入参数

初步选型某型单元制动器及制动盘技术参数见表2。

整车按4 套单元制动器设计，制动距离计算[1]结果为：840 mm 轮径时，90 km/h 的初速度，紧急制动距离为663 m；770 mm 轮径时，90 km/h 的初速度，紧急制动距离为613 m，满足设计要求。单元制动器及制动盘选型合理。

2.2 轮对

车轮采用铁路货车标准CL60 材质[2]的HDSA 型车轮。车轴材料采用LZ50 车轴钢[3]。根据基础制动的计算，整车共需4 套单元制动器，每条轮对需要1 套单元制动器，为使轮对在制动时受力均匀，将制动盘布置在轮对中央。

表2 基单元制动器及制动盘选型参数

2.3 构架

构架是转向架的关键设计部件，其结构强度直接影响轨道检查车的行车安全。构架主要由两根侧梁和一根横梁组焊而成，采用Q345D 材料（可用Q355D 代替）。设计两侧梁中心线的横向中心距为1 800 mm（与轮对载荷中心距相同），轴距为1 800 mm。为满足两系系悬挂的设计要求，一系悬挂采用人字橡胶减振器+油压减振器的结构型式，二系悬挂采用螺旋钢弹簧+油压减振器的结构型式。为此，在轴箱导框处设有人字橡胶减振器安装座，在左右侧梁处各设有1 个二系螺旋钢弹簧支撑座，横梁中心处设有牵引中心销安装孔。横梁前后各设有1 个单元制动器的安装座。构架如图1 所示。

图1 转向架构架图

对构架进行有限元强度分析计算[4]，计算结果如图2 所示。材料的许用应力为216 MPa，构架最大应力在二系螺旋钢弹簧安装座边缘处，最大计算当量应力为138 MPa，构架强度满足要求[5]。

2.4 悬挂系统

转向架设置了两系悬挂装置，使车体的振动经历两次弹簧减振装置衰减。虽然两系悬挂的转向架结构较复杂，但由于它是从上向下返回再从上向下先后两次充分利用从车体至轮对之间的有限空间，具有较大的弹簧装置总静挠度，并对二系悬挂分别设计各自的减振阻尼及刚度，确定适宜的挠度比，明显地改善了整车的运行品质。

3 动力学性能分析计算

3.1 计算原始参数

多体动力学计算部分输入重要参数见表3。

表3 轨道检查车动力学计算参数

3.2 建模

采用SIMPACK 机械/机电系统运动学/动力学仿真分析软件对轨道检查车整车进行动力学性能分析计算。

3.3 计算结果

3.3.1 运行稳定性计算结果

一位轮对横向振动幅值随时间的关系见图3，从计算结果中可知，轨道检查车在新车轮和车轮磨耗后状态下的蛇行运动失稳临界速度分别为126 km/h 和105 km/h，能满足最高运行速度100 km/h 的运行要求。

3.3.2 运行平稳性计算结果

运行平稳性指标主要考虑平稳系数和最大加速度，计算结果见图4，根据计算结果可知。

图2 构架强度有限元分析结果

在110 km/h 速度以内，横向及垂向最大加速度分别为4.3457 m/s2（≤4.91 m/s2）和4.8979 m/s2（≤6.87 m/s2），均低于0.5 g 或0.7 g 的标准[6]。

在110 km/h 速度以内，横向平稳性指标为3.4356，垂向平稳性指标为3.3098，均小于3.5[6]。

3.3.3 直线运行安全性计算结果

轨道检查车以110 km/h 以下速度运行时，轮轴横向力、脱轨系数、轮重减载率等安全性指标均在规定的限度值以内，直线运行安全性满足要求[6]，计算结果见表4。

表4 直线运行安全性计算

图3 一位轮对横向振动幅值随时间的关系

图4 平稳性指标计算结果

3.3.4 动态曲线通过计算结果

轨道检查车以小于70 mm 的欠超高通过半径为300 m、400 m、600 m 的圆曲线、以45 km/h 速度通过由12 号道岔组成的渡线和以30 km/h 速度通过由9 号道岔组成的渡线时，轮轴横向力、脱轨系数、轮重减载率均满足要求[6]，计算结果见表5。

4 结论

新研制的轨道检查车走行部，其结构简单，重量轻，下部空间方便维修。研制过程严格遵循了相关铁路行业标准。经理论分析计算，整车满足最大制动距离的要求，构架强度复合材料性能要求，整车动力学性能各项指标良好，能够满足最大运行速度要求。此走行部可扩展适用于其他小轴重的大型养路车型中。

表5 曲线通过性能计算结果