一种地铁工程车通用二系转向架的开发
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摘 要结合我国地铁线路的发展，目前对地铁工程车需求量较大，针对地铁工程车开发一款通用性二系转向架，可满足地铁工程车研发关键零部件的通用性需求，可有效缩短地铁工程车的研发时间，该二系转向架结构简单，强度满足16t以下轴重需求，通用性较强，平稳性性能优越。
关键词转向架;一系悬挂;二系悬挂;牵引装置
1 现状分析
随着我国经济社会发展，城市轨道交通发生了日新月异的高速发展，我国自1969年10月1日北京第一条地铁线路建成通车，截至2019年9月28日，我国已开通地铁的城市有41个。随着大量地铁线路的长期运用，近年来出现许多线路问题，亟须地铁工程车进行地铁线路的养护。目前市场上常见的地铁工程车有检测车、钢轨地铁工程车、焊轨车、钢轨探伤车、隧道清洁车、桥梁检测车等。
地铁线路的作用是承担来自车轮的压力并引导车轮前进。钢轨通过扣件与轨枕连接，扣件的主要功能是阻止钢轨对于轨枕的纵、横向移动，保持钢轨的正确位置。轨枕按其材质分为木枕、钢筋混凝土轨枕和钢轨枕三类。目前地铁线路主要采用钢筋混凝土轨枕。道床主要分为有砟道床和整体道床，地铁线路道床一般都是采用整体钢筋混凝土道床，与石碴路基比较，该种道床具备足够的强度、刚度，便于施工，易于管理，可靠性高，使用寿命长，便于维护，有利于日常的清洁养护，降低运营成本。但整体道床相比有砟道床，对车辆运行缓冲效果差，车辆运行平稳性相对较差，目前根据现场试验经验，同样的车在国铁线路与在地铁线路上进行动力学试验，试验临界速度相差至少20KM/h。这就要求地铁车辆在设计时要充分考虑线路的因素，通过合理的设计有效地提高车辆的动力学性能。早期国内工程车大多采用一系悬挂转向架，虽然满足作业要求，但整车舒适性较差。近年来，随着我国经济发展，客户对工程车整车舒适性的要求也越来越高，这就要求转向架能充分减振，有效降低线路的激扰传递到车体。针对工程车辆，采用二系空气簧的话成本太高，因此本文主要针对地铁工程车设计通用性较强的二系转向架，用于地铁工程车开发设计需求。
2 该转向架结构介绍
该转向架主要技术参数如下：
该二系转向架主要由整体焊接式构架、驱动装置、牵引装置、基础制动装置、一系悬挂装置、二系悬挂装置等组成，转向架结构见图1所示。
2.1 构架
构架由侧梁、横梁、轴箱安装座、齿轮箱安装座等组成。构架材料选用Q345qE，主要安装座材质为Q345D。
该构架强度参照TB/T2368-2005《动力转向架构架强度试验方法》进行有限元分析及进行构架强度试验，该分析及试验的目的主要是验证在运用时可能出现的最大载荷的共同作用下，转向架构架没用永久变形的危险。有限元结果显示，该构架强度、刚度及疲劳分析都满足设计需求，计算图片详见图3超常载荷工况及图4疲劳分析。
2.2 驱动装置
车轴材料采用LZ50，满足TB/T 2945《铁道车辆用LZ50钢车轴及钢坯技术条件》;车轮材料采用ER9，符合标准EN 13262《铁路应用-轮对和转向架-车轮-产品要求》，车轮踏面型式为LM磨耗型踏面。轮对压装符合标准TB/T 1463《机车轮对组装技术条件》，轴端轴承采用SKF提供的BT2-8670一体式免维护轴承，满足10年或80万公里的寿命要求。车轴齿轮箱采用意大利进口品牌欧姆西车轴齿轮箱。传动方式为静液压驱动，齿轮箱脱挂档方式为摩擦片离合器脱挂挡（高低速）。
2.3 牵引装置
牵引装置采用牵引座加单牵引拉杆结构，横向安装横向油压减振器。牵引座与车体连接，为整车提供牵引力。该装置结构简单，方便安装及检修，强度满足使用要求。
2.4 悬挂装置
悬挂装置为一系悬挂装置和二系悬挂装置，一系悬挂装置为内外螺旋钢弹簧加垂向油压减振器组成，垂向油压减振器有垂向起吊功能;二系悬挂装置为橡胶堆。一系轴端轴箱安装有防滑装置及机械式速度传感器。一系悬挂装置结构合理，轴箱便于定位和装夹，具备足够的强度、刚度和位置精度，能满足不落轮镟削设备镟削车轮踏面。
2.5 动力学计算
该转向架安装到一款地铁工程车上进行了动力学计算验证其性能，通过以上整车动力学性能仿真计算，可以对该地铁工程车得出以下结论：
（1）该地铁工程车在新轮轨时的失稳临界速度较高为173km/h，能满足运行要求。随着车轮踏面的磨耗，车辆蛇行失稳临界速度下降，当车轮踏面磨耗至等效锥度为0.35时，蛇行失稳临界速度仍高于设计速度，运行稳定性满足要求。
（2）该地铁工程车以60km/h、80km/h速度运行在美国Ⅴ级谱激励的直线轨道时，车体横向、垂向振动加速度最大值均没有，车体横向、垂向平稳性指标均达到优级标准。
该地铁工程车以100km/h速度运行时，车体横向最大振动加速度为0.18g（1.8m/s2），车体垂向最大振动加速度为0.23g（2.3m/s2）均没有超出规定的限度值，车体横向平稳性指标、车体垂向平稳性指标均达到优级。
（3）以低于50km/h（欠超高約47mm）的速度通过R=150m的圆曲线时，以低于30km/h（欠超高约33mm）的速度通过R=80m的圆曲线时，各项指标在GB/T17426-1998和规定的限度值以内。当速度在35km/h（欠超高约60mm）通过R=80m的圆曲线时，轮轨横向力仍然没有超过限度值（39.58kN）。在R=65m的圆曲线上，以15km/h（欠超高约40mm）以下的速度、17km/h（欠超高约52.5mm）的速度通过时各项指标在GB/T17426-1998和规定的限度值以内，轮轨横向力没有超过限度值（39.58kN）。
3 结束语
该转向架设计能满足多种地铁工程车装机使用，该转向架刚度、强度满足设计需求，动力学性能优，临界速度高，能提供良好的整车平稳性，能为作业人员提供良好的乘坐舒适性，为整车运用提供良好的作业性能，有效减小整车振动对车上零部件的损伤。满足整车作业及高速连挂需求。能有效地为今后地铁工程车开发提供通用性的转向架需求。
参考文献
[1]严隽耄，傅茂海.《车辆工程》，中国铁道出版社.
[2]TB/T 2368《动力转向架构架强度试验方法》.
[3]袁清武.《车辆构造与检修》中国铁道出版社.
[4]GB/T 17426《铁道特种车辆和执行机械动力和轨行机械动力学性能评定及试验方法》.
[5]TB/T 2945《铁道车辆用LZ50钢车轴及钢坯技术条件》.
[6]TB/T 1463《机车轮对组装技术条件》.
[7]EN 13262《铁路应用-轮对和转向架-车轮-产品要求》.
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