北京新机场线转向架选型浅析

张莉

中国中车长春轨道客车股份有限公司 吉林长春 130000

摘要 转向架的结构选型不仅关系到转向架的性能和攻关研制难度，还关系到车辆运行安全性、可靠性。本着为北京新机场线提供“成熟可靠、安全稳定、技术先进”的转向架的宗旨，本文对客车转向架不同型式的构架、轴箱定位方式、制动方式、悬挂系统以及牵引装置进行了结构对比分析，同时结合北京新机场线的技术特点和项目交货周期，对转向架结构选型的基本原则为继承和发展现有转向架的成熟结构。

关键词 转向架；结构选型；成熟结构

北京市轨道交通新机场线一期工程（北京新机场线）位于北京南部三环以外，是连接中心城与新机场的轨道交通线路。一期工程线路长41.365km，本期设3座车站。初、近期配车数10列，4动4拖编组，全自动驾驶运营模式。交货周期为一年。

转向架顶层参数：

最高运行速度：160km/h；

制动方式：盘式单元制动；

轴重：≤17t；

固定轴距：2500mm；

车轮直径：860mm（新轮）/790mm（磨耗轮）；

轮对内侧距：1353±2mm；

转向架选型原则：

• 要继承和发展现有转向架的成熟结构，减少转向架研制难度和周期；

• 充分的论证分析；

• 结合我国和本厂的工艺水平和制造能力；

• 考虑推广扩大应用的潜力及进一步发展和提高运行速度的潜力。

1构架选型

目前国内外客车转向架构架普遍采用“H”型，根据侧梁中部是否下凹，又分为一字形和U型。一字型构架结构简单，利于制造，自重较小；U型构架便于降低二系弹簧上支撑面的高度，降低构架重心，结构稍复杂。

从材料上讲，构架主要有铸钢式和焊接式，铸钢式对铸造技术要求很高，重量大，缺陷不易控制，但防腐性能好，对于定型的大批量产品其生产效率高。焊接构架重量相对较轻，产品缺陷少，易实现较复杂结构，但生产效率相对较低，比较适合小批量，多品种的产品。目前客车转向架构架多采用焊接结构，其中侧梁主要为箱型焊接结构，横梁主要为无缝钢管结构或箱型焊接结构。

北京新机场线采用我司A型城铁平台产品，“H”型焊接构架，U型侧梁，无缝钢管横梁。

2轴箱定位方式选型

目前地铁、高铁列车转向架的轴箱定位方式主要有转臂式定位、拉杆式定位、干摩擦导柱式定位和橡胶弹簧定位。

2.1转臂式定位

转臂一端与轴端固接，另一端以橡胶节点与构架定位座连接。橡胶节点容许轴箱相对构架有较大的垂向位移，节点能适应横、纵两个方向的不同定位刚度。

优点：便于轴箱定位刚度的选择；部件少；轻量化；无滑动磨耗，免维护。

缺点：空重车挠度变化大的工况，弹簧顶置的转臂定位方式不利于弹簧受力，且占据了一系空间，不利于结构尺寸设计。

2.2拉杆式定位

拉杆两端分别与构架和轴箱销接，拉杆容许轴箱与构架有较大的垂向位移。拉杆节点分别限制轴箱与构架之间的横纵向相对位移，实现弹性定位。

优点：便于优化定位参数；无滑动磨耗，免维护。

缺点：零部件较多，结构复杂，每一个环节出现问题都将影响一系悬挂的定位性能。

2.3橡胶弹簧定位

构架与轴箱之间设有橡胶弹簧，橡胶弹簧垂向刚度较小，一系垂向位移较大，纵、横方向具有适宜的刚度以实现良好的弹性定位。

优点：可以制成各种不同形状，尺寸的制品；橡胶弹簧三个方向的刚度可根据需要进行设计，可同时承受剪切变形和压缩变形；减震降噪。

缺点：适应高低温能力差，刚度受温度影响较大；抗油性、抗光性、抗腐蚀性较差，易老化；须定期更换，增加维修成本。

2.4干摩擦导柱式定位

安装在构架上的导柱以及坐落在轴箱弹簧托盘上的支持环均装配有摩擦套，导柱插入支持环，发生上下运动时，两摩擦套之间是干摩擦，橡胶垫产生不同方向的剪切变形以实现弹性定位。

优点：结构简单，转向架组装落成方便。弹性定位套中的橡胶具有一定刚度，能抑制轮对蛇行。

缺点：小间隙定位，有摩擦损耗，需寿命管理，增大维护成本。同时，定位间隙增大后会影响车辆运行稳定性。

相较其他定位，转臂式定位有如下优点：

1）便于轴箱定位刚度的选择（节点径向和轴向独立选择），可兼顾运行稳定性、舒适度和曲线通过性能。

2）实现轻量化。

3）部件数量少。

4）便于分解和组装。

5）无滑动磨耗，免维护。

因此北京新机场线采用转臂式定位。

3制动方式选型

盘式制动分为轴盘制动和轮盘制动。因动车转向架安装牵引电机和齿轮箱，没有空间安装轴盘，故采用轮盘制动。为便于备件管理、检修维护，实现动、拖车主要零部件的互换性，拖车也采用轮盘制动。

4 悬挂系统选型

4.1一系悬挂：

轴箱定位方式选取转臂式定位，为实现一系减振，配置一系垂向减振器和一系橡胶垫。

4.2二系悬挂

二系弹簧有空气弹簧和螺旋钢弹簧两种，空气弹簧具有优良的弹性特性，能通过高度阀使车体在任何载荷下的高度保持不变，改善车辆动力学性能，提高旅客乘坐舒适度。因此北京机场线选取空气弹簧。同时，车辆运行速度为160km/h，为保证车辆运行平稳性和安全性，配置两套横向减振器、两套垂向减振器、两套抗蛇形减振器、一套抗侧滚扭杆装置。

4.3高度控制选型

两点控制能使同一转向架的两个空气弹簧同时充排气，但过曲线时车体的侧滚角相对较大，应考虑采用抗侧滚扭杆装置。同时在落车称重时，由于无法通过高度阀对空簧高度进行微调，因此整车称重调整时较难。

四点控制的空簧系统，由于高度阀的动作会导致车体驶出曲线后偏离平衡位置，车体倾斜，左右空簧内压差较大，对于四点控制的空簧系统，适当的抗侧滚刚度能减小高度阀的动作，使过完曲线后车辆尽快回到初始状态。但在落车称重时，在一定范围内单独调整高度阀的高度来实现轮重均匀分配。

前三点控制比四点控制稍微改善了曲线通过性能；后三点控制比四点控制的曲线通过性能差，对单向行驶车辆宜采用前三点控制。对于三点控制的车辆，需调整抗侧滚扭杆的受力来实现落车称重时的轮重分配。

综上分析，北京新机场线选用A型城铁平台具有广泛应用业绩的四点控制。

5牵引装置

牵引型式主要有双牵引拉杆结构、单牵引拉杆结构、橡胶堆结构。

单牵引拉杆结构简单，占用空间小，拆卸、安装及维护方便，但对中性不如双牵引拉杆结构效果好。

双牵引拉杆结构相对复杂，但对中效果好，利于力的传递。

橡胶堆结构纵向占用空间较小，适用于固定轴距较小或结构空间紧张的转向架。但安装及拆卸相对复杂。

综合考虑结构特点及空间需要，北京新机场线转向架牵引装置采用双牵引拉杆结构。

6 结语

通过对客车转向架不同型式的构架、轴箱定位方式、制动方式、悬挂系统及牵引装置的优、缺点对比分析，结合我司既有平台化成熟产品，以继承和发展既有转向架成熟结构为原则，满足北京新机场线的技术要求及交货周期为前提，北京新机场线转向架选型为“H”型焊接构架、转臂式轴箱定位、轮盘制动，二系悬挂采用空气弹簧（四点控制）、垂向减振器、横向减振器、抗蛇形减振器和抗侧滚扭杆装置，双牵引拉杆结构。

作者简介：张莉（1980年），女（汉），吉林省通化市柳河县，高级工程师。

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