出口突尼斯内燃动车组转向架

王日艺，陶兆山，孙海东，胡定祥

（南车南京浦镇车辆有限公司，江苏南京210031）

出口突尼斯内燃动车组转向架

王日艺，陶兆山，孙海东，胡定祥

（南车南京浦镇车辆有限公司，江苏南京210031）

介绍了出口突尼斯内燃动车组的PW16D/T-Ⅰ型准轨及PWM13D/T-Ⅰ型米轨转向架的结构特点，并阐述了对上述转向架的静强度、疲劳强度计算、动力学计算及试验校核。

内燃动车组；转向架；结构；设计

2007年突尼斯国营铁路公司发出20列内燃动车组招标，其中12列准轨，8列米轨。这批车辆主要用于替代现有的法国CFD车辆。由于CFD的车辆噪声大，乘坐舒适度低。突尼斯国铁SNCFT对该批车辆提出了很高的噪声控制指标。该批车辆主要用于突尼斯市至贝加准轨线路，突尼斯市至SFAX、SUSSIS的米轨线路。由于突尼斯国家铁路电气化程度较低，故此提出采购动力分散型液力传动内燃动车组（DMU）。

中国南车于2007年7月通过技术投标，2009年3月获得中标通知，2010年1月正式启动项目。于2012年10月完成了首列车交付和整车性能试验，次月交付完毕全部车辆。2013年1月正式投入运营。

1 动车组概况

动车组最小单元由一辆豪华型车辆和一辆普通型车辆组成，见图1，可实现2列、3列重联编组。采用了模块化设计且与车体接口统一的PW16D/T-Ⅰ型准轨及PWM13D/T-Ⅰ型米轨转向架，车体可在准轨转向架和米轨转向架间互换；传动系统采用液力传动＋车轴齿轮箱技术；制动系统采用液力制动和空气制动混合制动技术。

图1 动车组编组

2 动车组转向架技术特点

转向架采用无摇枕结构。由焊接构架、钢弹簧转臂定位式一系悬挂；空气弹簧承载二系悬挂、“Z”型双拉杆牵引、抗侧滚扭杆；轮盘制动装置、液力传动式车轴齿轮箱装置（仅动车转向架）。准轨动车转向架（PW16D-Ⅰ）见图2。不论准轨或是米轨转向架，动、拖车转向架的区别在于动车转向架设有齿轮传动装置。

图2 准轨动车转向架（PW16D-Ⅰ）

转向架主要技术参数：

（1）构架装置

构架装置由侧梁、横梁、辅助侧梁、纵向梁等部件组成，准轨动车构架见图3和米轨动车构架见图4。

侧梁主要由钢板焊接而成的箱型结构，横梁主要由无缝钢管和铸件焊接而成，其上设有转臂定位座、空弹簧安装座、一系弹簧安装座、制动吊座、齿轮箱拉杆座（仅动车构架有）、牵引拉杆座、横向减振器安装座以及轮缘润滑、撒沙装置等辅助设备安装座。

图3 准轨动车构架

图4 米轨动车构架

构架装置在设计过程中，为满足技术规范中准轨转向架和米轨转向架与车体接口相同的要求，经过对方案的多次空间校核，最后通过在侧梁内侧（准轨）和外侧（米轨）设置侧梁辅助梁以满足空气弹簧安装座横向距离均为1 900 mm；在准轨侧梁辅助梁和米轨侧梁中部内侧下面设置抗侧滚扭杆安装座以满足其上体接口一致和抗侧滚扭杆装置可在准轨和米轨转向架上互换；在构架两根横梁管端部斜对称设置高度阀调节杆安装座，且两构架钢管长度一样以满足高度阀上体接口一致。准轨和米轨构架装置除了侧梁辅助梁和侧梁下盖板以外，其余零部件均可互换。

（2）轮对轴箱定位装置

轮对轴箱定位装置主要由转臂式一系悬挂装置和轮对轴箱装置组成。

采用钢弹簧悬挂转臂式定位结构，主要由转臂、夹紧箍、钢弹簧组成、垂向减振器、转臂节点、绝缘垫、一系橡胶垫、轮对提吊等组成。垂向刚度由钢弹簧提供，纵向、横向定位刚度由转臂节点提供；钢弹簧采用双卷螺旋弹簧，垂直方向上设轮对提吊装置，便于整车起吊。

轮对轴箱装置主要由车轮、车轴、轴箱、轴承、轮装式制动盘等组成。轴箱采用外置式轴箱，准轨轴颈中心距为2 100 mm，米轨轴颈中心距为1 670 mm，根据业主要求轮对内侧距准轨设置为1 358 mm、米轨为929 mm。

轮对轴箱装置中悬挂参数的选择基于准轨和米轨线路维护检修水平较差，线路曲线小并且多的特点，经过动力学软件的优化分析，考虑兼顾车辆稳定性、线路顺服能力以及车轮的磨耗性能，最终确定一系钢弹簧垂向刚度为1.0 MN/m，一系垂向减振器阻尼为20 k N· m/s，转臂节点的纵、横向刚度分别为12 MN/m和5 MN/m；

准轨动车轮对轴箱定位装置见图5。

准轨转向架轮对和米轨转向架轮对除了车轴长度不一样外，其余相同功能的轮对部件均可以互换。同轨距的轮对除了车轴外，其余相同功能的部件均可以互换。

图5 准轨动车轮对轴箱定位装置

（3）中央悬挂装置

中央悬挂装置采用无摇枕结构，由空气弹簧全承载。由空气弹簧、牵引装置、横向减振器、抗蛇行减振器（仅准轨装配）、高度阀、抗侧滚扭杆装置等组成。为满足车体在准轨、米轨转向架间的互换，准轨、米轨转向架与车体的机械接口一致，其中抗蛇行减振器及其安装座只有准轨转向架设有。中央悬挂装置见图6。

为满足准轨、米轨转向架与车体接口相同，抗蛇行减振器两端的安装座与构架、车体采用螺栓连接和圆销定位结构，米轨转向架由于不设抗蛇行减振器，所以车体和构架上不安装相应的减振器座。为满足动车转向架齿轮箱传动轴的安装，牵引体采用了桥式结构，有效的避开了传动轴空间上的干涉。

图6 中央悬挂装置

中央悬挂装置悬挂参数的优化选择考虑兼顾车辆的运行稳定性、舒适度和抗侧滚性能，最终确定抗侧滚扭杆装置抗侧滚刚度为1.5 MN·m/rad，二系横向减振器阻尼为40 k N·m/s，每个空气弹簧节流孔阻尼为40 k N·m/s，二系横向止挡间隙为25 mm，空车每空气弹簧二系垂向刚度取0.390 MN·m；空车每空气弹簧二系横向刚度取0.128 MN/m，并在准轨转向架设置抗蛇行减振器，阻尼为250 k N·m/s。

（4）基础制动装置

基础制动采用盘形制动型式，动力和非动力转向架均采用轮装盘，每个车轮安装1套。基础制动由克诺尔公司整套提供，其结构形式为紧凑型，通过4个螺栓吊装于构架上，安装拆卸简单。见图7。

整车基础制动中只有拖车的部分制动缸带停放制动，停放制动力由弹簧提供。为保证列车在负载工况下能停放在坡度为20‰的轨道上，停放制动每轴安装一套。停放制动通过充气缓解，也能手动进行缓解。

图7 基础制动装置

动车转向架由于前后齿轮箱通过万向传动轴连接，前后轮对具有相同的转速，因此动车转向架上只需设置一套防滑装置即可。而拖转向架前后轮对需分别设有一套防滑装置。

（5）传动装置

动车转向架采用两个齿轮箱，分别安装于两根动车车轴。动车车轴的主齿轮箱为“初级齿轮箱”通过主万向轴接受液力传动装置的动力扭矩并通过2级万向轴将扭矩传输给车轴“次级齿轮箱”，见图8。

图8 传动装置

（6）辅助设备

为满足动车转向架牵引需求，在动车转向架端部设有撒沙管安装座，同时在整车两端第一条轮对上设有排障器，见图7所示；撒沙管安装座和排障器通过模块化设计集成到一个支架上，该支架在研制过程中按IEC 61373标准要求进行了冲击振动试验，并满足相应要求。

3 仿真分析计算

在转向架开发过程中，采用了大量的UIC、EN标准体系，特别体现在仿真分析计算及型式试验等方面。

（1）强度分析计算

根据UIC 515-4、UIC 615-4、ERRI B12/RP60、EN 13749标准要求，借助ANSYS软件对突尼斯内燃动车组准轨、米轨转向架构架进行了有限元应力分析，并对构架进行了静强度和疲劳强度评估以及模态分析，结果表明以上转向架构架静强度和疲劳强度满足要求，准轨构架的第一阶固有频率为36.7 Hz，弹性振型特征为两侧梁反向点头；米轨构架的第一阶固有频率为33.2 Hz，弹性振型特征为两侧梁反向点头。图9和图10分别是构架的有限元离散模型及构架合成动应力幅值云图。

此外、根据EN 13104、UIC 515-3、UIC 510-5、EN13260、EN13262等欧洲标准要求对转向架车轴、车轮、牵引销、牵引体等关键受力部件强度进行了分析计算及试验。结果表明，以上关键受力部件结构强度满足相关标准要求。

（2）动力学性能预测

图9 准轨构架和米轨构架有限元离散模型

针对线路不平顺较大，小曲线较多的特点对准轨动车转向架、米轨动车转向架进行了动力学性能计算和悬挂参数优化分析［2］，其结论如下：

图10 准轨构架和米轨构架｜合成动应力幅值云图

①车辆直线运行平稳性

准轨内燃动车组在160 km/h速度范围内，米轨内燃动车组在130 km/h速度范围内，空车、定员及超载工况下的最大横向加速度和最大垂向加速度均小于2.5 m/s2，且横向加速度均方根值小于0.5 m/s2，垂向加速度均方根值小于0.75 m/s2，运行要求满足UIC-518相关规定。各工况下的横向和垂向平稳性指标均小于2.8，满足标书规定要求。

②对车辆曲线通过安全性进行了预测

准轨内燃动车组、米轨内燃动车组在各种载荷工况下，通过R100、R250、R400、R600、R800、R1 000和R1 500（仅准轨）曲线时，在所计算速度范围内，轮轴横向力H、脱轨系数Q/P、轮重减载率ΔP/P和倾覆系数D等各项动力学指标都在GB 5599-85和UIC-518相关规定的标准之内，满足车辆的运行安全性要求。

此外还针对空气弹簧失效、二系横向减振器失效一半、准轨动车抗蛇行减振器失效一半等故障工况进行了动力学性能分析，并提出了相应的限速运行要求。

（3）RAMS研究

RAMS是可靠性（Reliability）、可用性（Availability）、可维修性（Maintainabitity）和安全性（Safety）的简称。

通过对转向架零部件故障率预测和硬件级故障模式、影响及危害性分析（FMECA分析），列出了转向架可靠性关键清单，同时根据硬件级FMECA分析结果，辨别出设计薄弱环节，并采取有针对性的改进措施，进而提高了列车的可靠性和安全性。

4 型式试验

（1）构架静强度及疲劳强度试验

构架按照UIC标准要求进行了构架静强度及疲劳强度试验，试验次数1 000万次。经探伤检查，没有出现疲劳裂纹，满足标准要求。

（2）动车组线路动力学性能试验

首列动车组于2012年10月交付突尼斯国铁现场，并在线路上完成了2 000 km的磨合运行之后，准轨和米轨动车组分别按照UIC 518正常方法和简易方法进行了动力学性能试验，受线路限制准轨最高试验速度达到130 km/h，米轨最高试验速度达到143 km/h，试验结果指标脱轨系数最大估计值0.78，最大横向和垂向平稳性分别为2.7、2.73，车体最大横向和垂向加速度估计值分别为2.0 m/s2、2.44 m/s2；车体横向和垂向加速度的最大均方根值分别为0.49 m/s2、0.73 m/s2，准静态横向加速度的最大估计值为0.33 m/s2，各项动力学测试指标与计算相比基本吻合，各项动力学性能指标均达到了标准要求。

5 结束语

装用准轨PW16D/T-Ⅰ型转向架和米轨PWM13D/T-Ⅰ型转向架的DMU是为满足突尼斯国铁SNCFT的低噪声和高舒适度要求而研制的，该系列转向架较大程度的采用了模块化设计，同时采用了液力传动等新结构及新技术，现已完成了设计、理论分析计算，产品生产，并在突尼斯成功完成了2 000 km的磨合运行以及相关型式试验并于2013年1月成功的投入商业运营。

该DMU自投入运营以来现已在突尼斯国铁线路上安全服役1年，1年来DMU以优越的运行品质得到了突尼斯各界人员的好评。

［1］ 严隽耄.车辆工程［M］.北京：中国铁道出版社，2006.

［2］ 西南交通大学牵引动力国家重点实验室.南车南京浦镇车辆有限公司出口突尼斯准、米轨内燃动车动力学性能计算报告［R］.2010.

［3］ 北京交通大学结构强度检测实验室.南车南京浦镇车辆有限公司出口突尼斯内燃动车组准、米轨转向架构架构架静强度和疲劳强度以及模态分析报告［R］.2010.

［4］ 铁道部产品质量监督检验中心机车车辆检验站.浦镇公司出口突尼斯内燃动车组（准轨）牵引、制动和动力学专项性能试验报告［R］.2012.

［5］ 北京交通大学结构强度检测实验室.突尼斯内燃动车组准轨转向架构架产品质量检验报告［R］.2011.

Development of the Bogie for DMU Exported to Tunisia

WANG Riyi，TAO Zhaoshan，SUN Haidong，HU Dingxiang
（CSR Nanjing Puzheng Rolling Stock Co.，Ltd.，Nanjing 210031 Jiangsu，China）

This paper introduced the structure characteristics of the PW16D/T and PWM13D/T bogie for DMU exported to Tunisia，and elaborated the static strength，fatigue strength calculation，dynamic calculation and test verification.

DMU；bogie；structure；design

U266.1.5

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2014.03.11

1008－7842（2014）03－0043－04

1—）男，工程师（

2014－03－01）