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【摘 要】主要对宝鸡中车时代工程机械有限公司研制的120km/h电传动轨道工程车辆动力转向架的结构、功能及其重要构成系统做简单介绍，对其相关计算验证进行简要说明。
【关键词】轨道工程车辆;电传动;动力转向架
引言
随着我国铁路事业的高速发展，为铁路配套的轨道工程车辆的技术运用及运行速度也逐步提升。同时，随着国家对于环保问题的日益重视，各种环保方面的法律、法规逐渐出台，传统机械传动和液力传动的轨道工程车辆转向架已不能很好地满足轨道工程车辆运用要求。因此，为满足我国铁路事业的高速发展需求，并结合公司未来发展需求，宝鸡中车时代工程机械有限公司设计研发了一款120km/h速度等级轨道工程车辆用电传动动力转向架。
1.转向架主要技术参数
该转向架主要技术参数如表1所示：
2.转向架概述
该转向架如图1所示，主要有构架、轮对轴箱、二系旁承悬挂装置、牵引装置、牵引电机、车轴齿轮箱、基础制动装置及其他附件组成。
1.构架 2.动力轮对轴箱装置 3.二系旁承悬挂装置 4.牵引装置 5.牵引电机6.基础制动装置 7.附件组成
3.转向架主要组成部分介绍
（1）構架。该转向架构架主体为由两根侧梁和一个横梁组成的全钢板焊接“H”型结构，其上设有各种附件安装座，具有强度大、刚性好、质量轻、焊接工艺性好等优点。构架在焊接结构设计时，完全遵循《EN15085—3：铁路应用—铁道车辆及部件的焊接—第3部分：设计要求》。设计中对构架整体结构进行优化，避免了构架拼焊后局部出现较大应力集中问题。构架设计强度符合TB/T 3549.1《机车车辆强度设计及试验鉴定规范 转向架 第一部分：转向架构架》中规定。构架组焊完成后，进行退火处理，消除构架内部残余焊接应力。构架组焊后整采用整体机加工，可保证构架上安装各部件尺寸定位精度要求。
（2）动力轮对轴箱装置。该转向架轮对轴箱装置采用双拉杆式定位方式。每个轴箱有两组完全相同的内、外簧弹簧组，并在轴箱体和构架之间设有垂向油压减振器。轮对采用注油压装方式，符合TB/T 1463《机车轮对组装技术条件》规定。车轮为轮径915mm的HFS型车轮，设计符合TB/T 2817《铁道车辆用辗钢整体车轮技术条件》，踏面型式采用LM磨耗型踏面。车轴轴型符合TB/T 2624《重型轨道车车轴型式及基本尺寸》，材质为LZ50，生产制造符合TB/T 2945《铁道车辆用LZ50车轴及钢坯技术条件》。该转向架电机输出端与齿轮箱输入端由联轴节过渡，电机输出的扭矩通过联轴节传递到齿轮箱，齿轮箱的从动端与车轴过盈连接，通过从动端带动车轮转动，从而驱动整车运动。
（3）二系悬挂装置。该转向架二系悬挂装置采用橡胶堆配合横向油压减振器和侧挡型式。每转向架配置四个橡胶堆，一个横向油压减振器，两个侧挡装置。此二系悬挂装置性能稳定，使用维护保养简单，能够适应车辆通过较小曲线半径，还可以衰减车辆横向振动，限制车体与转向架之间的横向位移。
（4）牵引装置。该转向架牵引装置采用低位连杆牵引装置，结构简单灵活、重量轻、连接部位润滑好、维修保养简单方便。
（5）牵引电机。该转向架牵引电机额定功率为250 kW，额定转速为750r/min，电机冷却方式为强迫风冷，采用架悬方式安装。
（6）基础制动装置。该转向架基础制动装置采用单元制动器单侧踏面制动型式，闸瓦采用高摩合成闸瓦。每个转向架设置有四个外置安装带驻车停放功能的单元制动器，能在车辆停车或无风状态下利用蓄能的弹簧实现车辆停车制动功能。同时，还具有闸瓦间隙自动调节功能，保证闸瓦与车轮踏面间隙8mm～12mm。
（7）其他附件组成。该转向架根据车辆运用工况要求，设置了撒砂装置、一二系锁定装置、接地装置、轴温报警装置等附件组成。
4.设计计算
（1）构架强度计算。为保证车辆运用安全，依据TB/T1335《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》及TB/T2368《动力转向架构架强度试验方法》，采用Pro/E三维建模软件及ANSYS Workbench有限元分析软件，对转向架构架按照23t轴重施加载荷，进行了静强度计算及疲劳强度评价。
①静强度计算。经过对构架模型进行处理和单元离散，构架形成366500个单元，691423个测点，构架网格质量达到74%，符合进行加载计算要求。
通过经计算分析，各工况下构架最大等效应力均小于对应材料的应力评定标准。构架应力最大部位出现在超常载荷工况4下侧梁内肋板处（弹簧座对应位置），如图2所示，应力值为243.8MPa，小于355MPa，，故构架满足静强度要求。
②疲劳强度分析。选取构架主要测点模拟运营载荷工况进行疲劳强度评定，各测点疲劳强度采用Goodman图进行疲劳强度评价，评定结果见图3 。结果表明构架各测点的疲劳强度均没有超过母材的疲劳极限也没有超过焊缝区的疲劳极限，故运营载荷各工况下构架疲劳强度满足疲劳强度标准。
（2）动力学计算验证。为验证该轨道工程车转向架动力学性能，依据轨道车设计结构和计算参数，采用多体动力学分析SIMPACK软件建立非线性动力学分析模型，计算分析车辆系统的失稳临界速度、运行安全性和运行平稳性，综合评估车辆动力学性能。因该转向架主要用于轨道工程车辆车辆中的重型轨道车，不是作为载人客车。因此，其动力学性能考核评价主要依据GB/T 17426-1998《铁道特种车辆和轨行机械动力学性能评定和试验方法》。
通过对多种工况的计算分析，并结合特种车辆动力学性能评价标准进行仿真评估分析，得到以下几点结论：
①轨道车线性失稳临界速度随车轮踏面等效踏面锥度增大而减小，非线性临界速度在新轮状态下为238km/h，能够满足该车辆120km/h运用速度和132km/h最高试验速度的要求。
②经计算分析轨道车通过多种典型曲线工况的结果，各项运行安全性指标参数均在标准要求安全限度值以内，可满足车辆通过100m曲线安全运行要求。
③轨道车直线运行时，20km/h～132km/h速度范围内，车体垂向和横向振动加速度均满足限度值要求;20km/h～120km/h速度范围内垂向平稳性指标均为优等级，132km/h速度级垂向平稳性指标为良好等级;各速度级横向平稳性指标均为优等级。
④轨道车侧向通过9号和12号道岔时，不同速度级下脱轨系数、轮重减载率和轮轴横向力等指标均具有一定安全裕量。
综上，根据仿真计算的分析结果，轨道车运行安全性和平稳性各项参数能够满足标准GB/T 17426-1998《铁道特种车辆和轨行机械动力学性能评定和试验方法》的要求，满足整车运行的动力学性能要求。
（3）紧急制动计算验证。轨道车制动距离是衡量制动性能的一个重要参数，因此应通过计算来校核车辆在紧急制动情况下制动距离是否满足GB/T 10082《重型轨道车技术条件》所规定的轨道车在平直线路上，单机以120km/h时自行速度运行，紧急制动距离不大于800米的要求及是否满足滑行条件。
根据TB/1407《列车牵引计算规程》计算整车紧急制动距离计算，计算得知：在平直道上，单机以120km/h时自行速度运行，紧急制动距离为655.5m，满足紧急紧急制动距离不大于800米的要求。且对其滑行条件及整车坡道驻车能力计算校核均满足整车设计要求。
5.结语
该转向架的结构介绍及相应计算结果表明：该转向架结构设计紧凑合理，能满足动力学性能、限界及强度的要求;同时，满足最大运用速度为120km/h的要求和初速度为120km/h时整车紧急制动距离小于800 m的要求。因此该转向架结构设计、悬挂参数的匹配是合理的，设计是成功的，能够满足整车转向架运用需求。
参考文献
[1]鲍维千.内燃机车总体及走行部[M]. 北京：中国铁道出版社，2007.
【关键词】轨道工程车辆;电传动;动力转向架
引言
随着我国铁路事业的高速发展，为铁路配套的轨道工程车辆的技术运用及运行速度也逐步提升。同时，随着国家对于环保问题的日益重视，各种环保方面的法律、法规逐渐出台，传统机械传动和液力传动的轨道工程车辆转向架已不能很好地满足轨道工程车辆运用要求。因此，为满足我国铁路事业的高速发展需求，并结合公司未来发展需求，宝鸡中车时代工程机械有限公司设计研发了一款120km/h速度等级轨道工程车辆用电传动动力转向架。
1.转向架主要技术参数
该转向架主要技术参数如表1所示：
2.转向架概述
该转向架如图1所示，主要有构架、轮对轴箱、二系旁承悬挂装置、牵引装置、牵引电机、车轴齿轮箱、基础制动装置及其他附件组成。
1.构架 2.动力轮对轴箱装置 3.二系旁承悬挂装置 4.牵引装置 5.牵引电机6.基础制动装置 7.附件组成
3.转向架主要组成部分介绍
（1）構架。该转向架构架主体为由两根侧梁和一个横梁组成的全钢板焊接“H”型结构，其上设有各种附件安装座，具有强度大、刚性好、质量轻、焊接工艺性好等优点。构架在焊接结构设计时，完全遵循《EN15085—3：铁路应用—铁道车辆及部件的焊接—第3部分：设计要求》。设计中对构架整体结构进行优化，避免了构架拼焊后局部出现较大应力集中问题。构架设计强度符合TB/T 3549.1《机车车辆强度设计及试验鉴定规范 转向架 第一部分：转向架构架》中规定。构架组焊完成后，进行退火处理，消除构架内部残余焊接应力。构架组焊后整采用整体机加工，可保证构架上安装各部件尺寸定位精度要求。
（2）动力轮对轴箱装置。该转向架轮对轴箱装置采用双拉杆式定位方式。每个轴箱有两组完全相同的内、外簧弹簧组，并在轴箱体和构架之间设有垂向油压减振器。轮对采用注油压装方式，符合TB/T 1463《机车轮对组装技术条件》规定。车轮为轮径915mm的HFS型车轮，设计符合TB/T 2817《铁道车辆用辗钢整体车轮技术条件》，踏面型式采用LM磨耗型踏面。车轴轴型符合TB/T 2624《重型轨道车车轴型式及基本尺寸》，材质为LZ50，生产制造符合TB/T 2945《铁道车辆用LZ50车轴及钢坯技术条件》。该转向架电机输出端与齿轮箱输入端由联轴节过渡，电机输出的扭矩通过联轴节传递到齿轮箱，齿轮箱的从动端与车轴过盈连接，通过从动端带动车轮转动，从而驱动整车运动。
（3）二系悬挂装置。该转向架二系悬挂装置采用橡胶堆配合横向油压减振器和侧挡型式。每转向架配置四个橡胶堆，一个横向油压减振器，两个侧挡装置。此二系悬挂装置性能稳定，使用维护保养简单，能够适应车辆通过较小曲线半径，还可以衰减车辆横向振动，限制车体与转向架之间的横向位移。
（4）牵引装置。该转向架牵引装置采用低位连杆牵引装置，结构简单灵活、重量轻、连接部位润滑好、维修保养简单方便。
（5）牵引电机。该转向架牵引电机额定功率为250 kW，额定转速为750r/min，电机冷却方式为强迫风冷，采用架悬方式安装。
（6）基础制动装置。该转向架基础制动装置采用单元制动器单侧踏面制动型式，闸瓦采用高摩合成闸瓦。每个转向架设置有四个外置安装带驻车停放功能的单元制动器，能在车辆停车或无风状态下利用蓄能的弹簧实现车辆停车制动功能。同时，还具有闸瓦间隙自动调节功能，保证闸瓦与车轮踏面间隙8mm～12mm。
（7）其他附件组成。该转向架根据车辆运用工况要求，设置了撒砂装置、一二系锁定装置、接地装置、轴温报警装置等附件组成。
4.设计计算
（1）构架强度计算。为保证车辆运用安全，依据TB/T1335《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》及TB/T2368《动力转向架构架强度试验方法》，采用Pro/E三维建模软件及ANSYS Workbench有限元分析软件，对转向架构架按照23t轴重施加载荷，进行了静强度计算及疲劳强度评价。
①静强度计算。经过对构架模型进行处理和单元离散，构架形成366500个单元，691423个测点，构架网格质量达到74%，符合进行加载计算要求。
通过经计算分析，各工况下构架最大等效应力均小于对应材料的应力评定标准。构架应力最大部位出现在超常载荷工况4下侧梁内肋板处（弹簧座对应位置），如图2所示，应力值为243.8MPa，小于355MPa，，故构架满足静强度要求。
②疲劳强度分析。选取构架主要测点模拟运营载荷工况进行疲劳强度评定，各测点疲劳强度采用Goodman图进行疲劳强度评价，评定结果见图3 。结果表明构架各测点的疲劳强度均没有超过母材的疲劳极限也没有超过焊缝区的疲劳极限，故运营载荷各工况下构架疲劳强度满足疲劳强度标准。
（2）动力学计算验证。为验证该轨道工程车转向架动力学性能，依据轨道车设计结构和计算参数，采用多体动力学分析SIMPACK软件建立非线性动力学分析模型，计算分析车辆系统的失稳临界速度、运行安全性和运行平稳性，综合评估车辆动力学性能。因该转向架主要用于轨道工程车辆车辆中的重型轨道车，不是作为载人客车。因此，其动力学性能考核评价主要依据GB/T 17426-1998《铁道特种车辆和轨行机械动力学性能评定和试验方法》。
通过对多种工况的计算分析，并结合特种车辆动力学性能评价标准进行仿真评估分析，得到以下几点结论：
①轨道车线性失稳临界速度随车轮踏面等效踏面锥度增大而减小，非线性临界速度在新轮状态下为238km/h，能够满足该车辆120km/h运用速度和132km/h最高试验速度的要求。
②经计算分析轨道车通过多种典型曲线工况的结果，各项运行安全性指标参数均在标准要求安全限度值以内，可满足车辆通过100m曲线安全运行要求。
③轨道车直线运行时，20km/h～132km/h速度范围内，车体垂向和横向振动加速度均满足限度值要求;20km/h～120km/h速度范围内垂向平稳性指标均为优等级，132km/h速度级垂向平稳性指标为良好等级;各速度级横向平稳性指标均为优等级。
④轨道车侧向通过9号和12号道岔时，不同速度级下脱轨系数、轮重减载率和轮轴横向力等指标均具有一定安全裕量。
综上，根据仿真计算的分析结果，轨道车运行安全性和平稳性各项参数能够满足标准GB/T 17426-1998《铁道特种车辆和轨行机械动力学性能评定和试验方法》的要求，满足整车运行的动力学性能要求。
（3）紧急制动计算验证。轨道车制动距离是衡量制动性能的一个重要参数，因此应通过计算来校核车辆在紧急制动情况下制动距离是否满足GB/T 10082《重型轨道车技术条件》所规定的轨道车在平直线路上，单机以120km/h时自行速度运行，紧急制动距离不大于800米的要求及是否满足滑行条件。
根据TB/1407《列车牵引计算规程》计算整车紧急制动距离计算，计算得知：在平直道上，单机以120km/h时自行速度运行，紧急制动距离为655.5m，满足紧急紧急制动距离不大于800米的要求。且对其滑行条件及整车坡道驻车能力计算校核均满足整车设计要求。
5.结语
该转向架的结构介绍及相应计算结果表明：该转向架结构设计紧凑合理，能满足动力学性能、限界及强度的要求;同时，满足最大运用速度为120km/h的要求和初速度为120km/h时整车紧急制动距离小于800 m的要求。因此该转向架结构设计、悬挂参数的匹配是合理的，设计是成功的，能够满足整车转向架运用需求。
参考文献
[1]鲍维千.内燃机车总体及走行部[M]. 北京：中国铁道出版社，2007.