地铁钢轨探伤转向架设计与研究

杨小玲 罗娟娟 丁捷

（中车洛阳机车有限公司，河南洛阳 471002）

地铁钢轨探伤转向架设计与研究

杨小玲 罗娟娟 丁捷

（中车洛阳机车有限公司，河南洛阳 471002）

本文重点分析地铁钢轨探伤转向架的主要零部件结构和性能，对构架、车轴、车轮、轴箱体和牵引装置等重要部件进行结构强度计算分析，对整车进行动力学仿真。此外，还对构架进行静强度和疲劳强度仿真分析及可靠性试验，对整车进行动力学试验。各项结果表明，转向架均满足标准要求。

钢轨探伤；转向架；地铁

地铁钢轨探伤转向架是用于探测钢轨内部各种伤损的专用检测转向架，转向架装配的轨道探伤检测设备可对钢轨的伤损类型、伤损程度进行自动分析，并能够和历史数据进行对照［1］。地铁钢轨探伤转向架分为动车转向架和拖车转向架，两者的主要区别是：动车转向架有牵引传动装置，包括齿轮传动装置、牵引电动机、联轴节等；拖车转向架没有牵引传动装置。其他结构类似可以进行互换［2］。本文主要介绍拖车转向架。

1 转向架的主要技术参数

轨距为1 435mm，固定轴距为2 500mm，轴重为11t，最大运行速度为100km/h，车轮滚动圆直径为840mm，通过最小曲线半径为100m，车辆限界GB/T146.1-1983。

2 主要部件及系统

2.1 构架组成

构架是转向架的骨架，通过其将轮对装配、轴箱装配、牵引装置、二系悬挂及基础制动装置等组成一个转向架整体。构架由2根左右对称的侧梁、1根横梁、2根辅助横梁组成。整个构架呈“H”型结构（见图1）。构架采用低合金高强度钢板焊接而成，具有质量轻、强度大、寿命长的特点。构架侧梁和横梁是接近等强度的箱型梁焊接而成，横梁上焊有牵引销座、二系弹簧座。由于构架焊缝质量要求高，按EN15085标准焊接体系进行焊接,焊缝检验等级为CT2级。侧梁要求上下直线度小于或等于3mm，旁弯小于或等于3mm，故采用机器人焊接及多层焊的焊接工艺来保证焊缝稳定的外观及焊缝内部质量。侧梁和横梁连接处的焊缝是构架的主要焊缝，也是构架重要承载焊缝。对此，要求焊缝100%超声波探伤及磁粉探伤，其次每层焊缝焊接完成后进行焊缝平整，去除焊渣、氧化皮等杂质，保证焊缝层间的质量。在加工方面，为了保证各安装配合面的尺寸精度，构架采用整体数控机械加工工艺，保证转向架零部件组装时具有很高的定位精度。

图1 构架

2.2轮对轴箱装配

轮对是走行部中直接关系到行车安全的重要部件，承受着巨大的静载荷和动载荷。因此，要求轮对各部件有足够强度和良好的状态。轮对由车轴和车轮压装而成，采用注油压装在车轴轮座上，制动盘采用冷压方式过盈压装在车轴盘座上。轴箱主体左右对称，前后有别结构，后部设有迷宫式防尘结构，顶部为矩形凸台，凸台左右平面可用做不落轮璇床的定位面，尺寸紧凑、整体铸造。轴承型式采用双列圆柱结构，具有组装方便、承载负荷大、可靠性强、使用寿命长等优点。轴箱端部安装有防滑装置、测速装置、接地装置和轨道探伤检测设备（见图2）。同时，轴箱端盖的设计满足不拆除轨道探伤检测设备的情况下，在轴端部进行超声波探伤检查等特点。

图2 轮对轴箱装配

2.3 一二系悬挂装置

轴箱和构架之间安装有叠层橡胶弹簧，每个轴箱设有2个叠层橡胶弹簧，分别安装于轴箱两侧。这种结构特点能使轴箱在纵向、横向和垂直方向实现无间隙、无磨耗的弹性定位，并承受2个方向的载荷。二系悬挂装置主要包括垂向油压减振器、横向油压减振器、高圆弹簧等。其中，高圆弹簧为应力承载件，使同一转向架各轮对之间的重量分配适当，轮载荷在各种线路条件下不致相差过大。高圆弹簧两端均加有橡胶垫，可以增大弹簧轴向和横向的柔性，从而提高车辆的走行质量。减振器为阻尼部件，主要用来抑制弹簧吸振后反弹时的振荡以及来自路面的冲击。横向减振器以衰减车体的横向振动，获得良好的运行性能。垂向减振器用来衰减车体的垂向振动，保证车辆在较高的速度下有良好的运行品质。同时，在构架上设三向止档，对车体进行横向、垂向、纵向限位，以保证车辆运行品质及安全性。

2.4 牵引与制动装置

牵引装置主要由中心销、磨耗板、尼龙套等零部件构成，将构架的牵引或制动力传递给车体，该装置结构紧凑、可靠，便于装拆和维护。磨耗板通过螺栓固定在构架上，其与尼龙套有1mm间隙，有效地减缓了车辆运行中的纵向振动，提高了车辆运行的安全性。基础制动装置采用轴装盘式单元制动，其中部分带停放制动功能。其代替了闸瓦对车轮踏面的摩擦，增大了摩擦接触面积，改善了热负荷传递条件，减少了车轮的磨耗，延长了车轮的使用寿命。单元制动缸内设有闸片间隙自动调整器，当制动盘和闸片发生碰撞，使闸片和制动盘间隙超过某一特定值时，闸片间隙调整器便会自动运作，使其保持在规程的范围内。闸片与闸片托之间采用了燕尾槽并设有专门的锁定机构，便于闸片的安装和更换，给维保带来方便。该基础制动装置具有恒定的制动力，其热容量允许其有较高的制动率，可以在更高的速度下制动，获得较高的减速度，从而缩短了制动距离，保证车辆在最大超标情况下，停放在最大车行道上。同时，在构架外侧设置手动缓解装置，方便缓解，保证车辆运行品质及安全性。

3 计算分析和试验

3.1 构架静强度和疲劳强度试验

西南交通大学牵引动力国家重点实验室根据欧洲标准EN13749《铁道应用-轮对和转向架规定-转向架构架结构要求的方法》和UIC515-4《拖车转向架-走行部转向架构架结构强度试验》规范对首件构架进行了静强度和疲劳强度试验。构架的静强度试验分为模拟运用载荷试验和超常载荷试验。计算构架静强度时需计算横向载荷、垂向载荷，为更全面地分析构架受力工况，还考虑了特殊载荷，如菱形载荷、制动载荷等。在载荷计算完成后，根据车辆实际的运行状态进行载荷组合，模拟车辆真实的运行情况。结果表明，该构架满足静强度和疲劳强度标准要求，为车辆的可靠运行提供了保证。

3.2 动力学试验

铁路产品质量监督检验中心机车车辆检验站根据GB/T5599-1985《铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范》和GB/T7928-2003《地铁车辆通用技术条件》进行了最高试验速度的动力学性能试验，内容包括地铁钢轨探伤车的车辆系统的蛇行运动稳定性，曲线通过性能和运行平稳性等，对主要悬挂参数进行了优化研究，并对优化以后的动力学性能进行了预测。结果表明，地铁钢轨探伤车的动力学性能达到TB/T17426-1998《铁道特种车辆和轨行机械动力学性能评定及试验方法》的要求，能够满足100km/h运行速度的安全要求。

4 结语

目前该转向架已在钢轨探伤车上应用，客户反映使用情况优良。转向架对车辆的运行性能和安全至关重要，对轨道交通系统运行的经济性有重大影响。因此，对于地铁钢轨探伤转向架，必须重视其优良的性能和性能稳定性、轻量化、低噪声、高可靠性、易维保以及特殊的运行环境等特点。

［1］邓小军.北京地铁转向架的改进［J］.铁道车辆，2000 （B12）：63-66.

［2］尚景华.城市轻轨车辆转向架的探讨［J］.铁道机车车辆，2002（3）：14-16.

Design and Research of Metro Rail Flaw Detection Bogie

Yang XiaolingLuo JuanjuanDing Jie
（Luoyang Zhongche Locomotive Co.,Ltd.，Luoyang Henan 471002）

This paper focuses on the analysis of the structure and performance of the main parts of the rail flaw detection bogie.The structural strength of the frame,axle,wheel,axle box,traction device and other important components were calculated and analyzed.In addition,the static strength and fatigue strength of the frame were simulated and analyzed,and the reliability test was carried out.The results showed that the bogie met the standard requirements.

rail flaw detection；bogie；metro

U270.33

A

1003-5168（2017）04-0143-02

2017-03-16

杨小玲（1980-），女，本科，工程师，研究方向：转向架设计。