一种新型米轨转向架构架

一种新型米轨转向架构架

王凯南，吴坡

中车唐山机车车辆有限公司 河北唐山 063035

摘要：介绍了一种新型的米轨转向架构架，对转向架构架的结构进行介绍并简要分析。使用有限元软件对构架静强度及疲劳强度进行了仿真模拟，结果表明构架强度满足强度要求。

关键词：构架结构强度

1 引言

科技不断进步，人们出行方式变得更加丰富，并对出行品质的要求越来越高，既要求快速准时，又要保证其舒适性，因此，铁路客车成为了人们出行的重要选择，甚至是首要选择。我国铁路货运、客运均发展迅速，极大地促进了我国国民经济的发展，以及各地区人们之间的交流和互通，我国高速铁路近几年快速迅猛发展，以CRH和复兴号为代表的高速动车组成为了国家名片。同时，技术走向世界，提升其它国家轨道交通车辆运行性能、乘坐舒适性、准时性同样是我们的责任与使命。我公司与阿根廷国家签订了米轨铁路客车合同，为该国提供米轨客车，将我国先进的轨道交通技术和服务提供给该国，助力其轨道交通行业发展。

2 米轨转向架构架结构设计

客车运行当地铁路线路为米轨线路，且运行环境较为潮湿，因此在设计中要充分考虑客车运行条件，在有限的空间内规划好各部分结构，设计出满足客户使用要求的米轨客车转向架，转向架具体运行条件如表2-1所示。

表2-1 转向架运行条件

图2-1 米轨拖车转向架

根据客户要求列车由2辆编组（MD1和MD2），动力配置2M1T（2个动力转向架和1个非动力转向架）。非动力转向架如图2-1所示，由于编组需要，非动力转向架为铰接形式，转向架采用两系悬挂系统，一系螺旋钢弹簧、二系空气弹簧的悬挂形式来满足乘客的舒适度要求，转向架基本技术参数如表2-2所示。

表2-2 转向架基本技术参数

非动力转向架构架呈典型的H形状，主要是由钢板组成的焊接结构。该构架由侧梁、横梁、横向缓冲器座、横向止挡及牵引拉杆座等组成，侧梁两端设有有端梁拉杆增加构架整体刚度。左右侧梁是由钢板焊接而成的箱型结构；由于为非动力转向架，横梁无齿轮箱及电机等安装座接口。构架总图如图2-2所示。构架钢板采用S355J2W（H）材质，横向止挡为锻件，采用Q355NE材质。

左右侧梁采用完全对称结构以降低零件数量及制造难度，侧梁按照等强度设计，侧梁内部为中部大而两端小的鱼腹形梁体，为增加侧梁弯折处强度，采用筋板与上盖板插接的形式。

横梁采用两箱型梁结构，立板及筋板为8mm钢板，减轻构架重量，中间由横向止挡连接，结构轻巧、简单，易于制造。

端部拉杆为两钢板与连接块组成，由于构架侧梁较一般构架侧梁结构长度更长，并且横截面积更小，为增加构架刚度，在构架两端设置端部拉杆。

图2-2 米轨拖车转向架及构架

3构架静强度及疲劳强度仿真

构架的有限元模型采用HyperMesh进行网格划分，单元类型采用带有中间节点的实体单元solid187。车轴、轴箱定位拉杆用Beam188单元替代，一系钢簧、轴箱定位拉杆节点用对应刚度的单元Combin14替代。模型中坐标X代表纵向，Y代表横向，Z代表垂向。构架有限元模型如下图3-1所示。

图3-1 构架有限元模型

对构架进行加载，构架所承受的超常载荷及正常运营载荷如表所示。

表3-1 超常载荷工况汇总

表3-2 特殊工况载荷

表3-3 正常运营载荷工况汇总

表3-4 正常运营载荷工况汇总

根据UIC 515-4《客车车辆-转向架和走行装置-转向架构架结构强度试验》及EN 13749-2021《铁路应用-轮对和转向架-转向架构架结构要求的规定方法》标准进行计算，在最大垂向载荷（即超常载荷工况1）的作用下，校核构架的刚度，构架最大变形均满足要求，如图3-2所示。

图3-2 构架刚度计算结果

计算结果如表3-5所示，超常载荷工况下构架最大应力出现在牵引拉杆座下支板内侧折弯处，最大应力值小于材料许用值345MPa，故构架静强度满足要求。

图3-3 超常载荷7作用下的构架应力云图

在正常运营载荷作用下，依据Goodman-Smith钢材疲劳极限图对构架进行疲劳强度的评估，母材与焊缝疲劳打点均落在极限图线框内，母材材料利用率最大位置出现在侧梁下盖板靠近空簧筋板的凸缘处，数值为0.56；焊缝材料利用率最大位置出现在侧梁外立板与侧梁下盖板靠近空簧筋板的焊缝处，数值为0.78。母材与焊缝疲劳工况下材料利用率均小于1，故构架疲劳强度满足要求。

图3-4 焊缝疲劳材料利用率图焊缝Goodman疲劳极限图

根据仿真结果，构架结构强度能够满足强度标准要求。

4结束语

阿根廷非动力转向架构架结构为H型结构，主要由侧梁、横梁及端部拉杆等结构组成，通过静强度及疲劳强度仿真，结果表明构架的设计满足强度要求。

参考文献：

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