CRH3C型动车组转向架安全结构设计分析

王 帅，张丽君，徐兴涛，冯 超

（唐山轨道客车有限责任公司，河北唐山063035）

CRH3C型动车组转向架安全结构设计分析

王 帅，张丽君，徐兴涛，冯 超

（唐山轨道客车有限责任公司，河北唐山063035）

介绍CRH3C型动车组转向架的安全结构设计，主要包括转臂安全挡、双抗蛇行减振器、天线梁安全支座、电机吊架横向安全挡、电机位移止挡和电机吊架安全销等几处结构，这些设计提高了CRH3C型动车组转向架高速、安全运营的可靠性，为相关结构或其他类似系统的安全结构设计提供了一定的参考。

CRH3C型动车组转向架；安全结构设计；可靠性

对于不同类型的机械、电子部件、分机和系统的设计而言，在进行研制试验和可靠性分析时，如果采用单独一个部件、分机、系统来完成其功能但可靠性不足时，就需要考虑采用合适、有效的安全结构设计和冗余设计来提高产品的可靠性［1］。

CRH3系列动车组运行速度在300 km/h以上，其运营安全关系着乘客的安全和高铁事业的可持续发展，转向架作为动车组的走行部，其安全结构设计大大提高了动车组运营的可靠性，使CRH3系列动车组得到了广大客户的青睐。主要对CRH3C型动车组转向架系统的几处安全结构设计进行介绍和分析。

1　安全设计结构

1.1转臂安全挡

CRH3C型动车组采用转臂式轴箱定位方式，在轴箱定位座处，转臂节点与构架相连，是连接构架和轮对的活动关节，在纵向和横向具有适宜的弹性定位刚度，并起弹性定位作用。它除了保证轮对能自由回转外，还能在构架与轴箱产生相对运动时传递纵向力和横向力［2］。转臂节点通过转臂连接块及4个连接螺栓与构架相连，如图1所示。

若在构架组装时，未及时发现连接螺栓制造缺陷或车辆运行时遇到螺栓疲劳断裂等突发情况，运行时的复杂振动将使转臂脱落，进而轴箱定位失效，导致发生事故。为了提高运营可靠性，增加转臂安全挡的冗余设计，当连接螺栓失效转臂连接块脱落时，转臂节点与构架产生垂向相对运动，由于转臂安全挡与构架上安全装置的垂向间距小于转臂节点的垂向尺寸，转臂安全挡将约束转臂节点的垂向位移，使其仍然束缚在转臂安装座内，进而约束轴箱转臂的横向位移，保证轴箱转臂的定位作用，若随车机械师及时发现此处问题，列车降速行驶到就近动车段检修，或在车辆进入M1修时及时发现。

图1　转臂安全挡示意图

1.2双抗蛇行减振器设计

铁道车辆的运行特点是带有锥形踏面的轮对在顶面为圆弧的两根钢轨上滚动，车辆运行中，只要轮对中心偏离轨道中心，轮对的左右两个车轮就会以不同的滚动直径与轨面接触。于是轮对在前进的同时在做周期性的左右摆动，轮对这种周而复始的摆动称为蛇行运动。

蛇行运动属于自激振动，只要车辆沿轨道运行，轮对中心与轨道中心线之间存在横向偏移时，就会引起轮对蛇行运动。当车辆在某一速度以下运行时，运动是稳定的；当车辆在某一速度以上运行时，任何微小的干扰都会使车辆在横向产生蛇行运动，而且振幅越来越大，直至车轮轮缘碰撞钢轨，损伤车辆及线路，甚至造成车辆脱轨、倾覆等行车安全事故。国外的高速转向架试验研究证明，当车辆运行速度超过200 km/h时，有可能出现这种不稳定的蛇行运动。回转阻尼是抑制高速转向架蛇行运动的一个有效措施，一般采用旁承支重结构和抗蛇行减振器［3］。

CRH3C型动车组采用油压式抗蛇行减振器作为回转阻尼，当减振器内任何零部件失效，或者油腔漏油致阻尼失效，都将使运行速度达300 km/h以上的转向架产生不可控的蛇行运动［4］。CRH3C型动车组转向架设计时，单侧设置T60+T60两个可单独工作的抗蛇行减振器［5］，如图2所示。一个减振器失效，另一个减振器可以继续工作，保证车辆一定速度下运行的稳定，提高了运营的可靠性［6］。

图2　T60+T60双抗蛇行减振器

1.3天线梁安全支座

图3　天线梁安全支座

列车运行过程中，轨道激扰是引起列车各部件振动的主要因素，其中轮对的动不平衡和车轮的椭圆化都会引起高频激振，这是一种强迫振动输入，其激振频率会随着列车运行速度的提高而呈线性增加［7］。头车转向架上的天线梁是靠一组弯梁与构架连接的，其结构如图3所示。弯梁有一定的挠度，在车辆运行时，可以缓冲天线梁的振动。为了限制弯梁的形变，同时保护焊缝，在天线梁上增加安全支座。安全支座与轴箱转臂之间留有3～8 m m的间隙，这样既能使弯梁的挠度发挥减振作用，又能有效约束其振幅从而保护弯梁，提高车辆运行安全的可靠性。

1.4电机吊架横向安全挡、电机位移止挡

电机吊架通过4个板弹簧悬挂在转向架上，CRH3C型动车组在高速运行时，会产生横向振动，当运行线路不平顺时，会使转向架系统产生较大的横向振幅。特别是两个电机在转向架质量上占了很大比例，若其振幅加大，有带动转向架横向振动甚至加剧蛇行运动的风险。

电机吊架与构架之间除设置了电机吊架横向减振器外，还设置了电机吊架横向安全挡。如图4所示，该安全挡安装在电机吊架的左右两侧，当电机吊架横向振幅较大横向减振器无法削弱时，两侧的安全挡的橡胶部件会与构架发生弹性碰撞，从而缓冲电机吊架的横向振动，并减小其振幅，进而柔性限制其横向位移。

图4　电机吊架横向安全挡

图5　电机位移止挡

如图5所示，电机位移止挡与电机刚性连接，定位销与构架刚性连接，电机产生横向位移时，会同时带动电机位移止挡横向运动，但是定位销刚性地限制了此运动的最大横向位移。相当于在设计时，为电机吊架的横向振幅约束了上限，从而保证电机不会产生不可接受的横向位移。

1.5电机吊架安全销

电机吊架通过4个悬挂螺栓与板弹簧相连，4个板弹簧通过构架上的平行销悬挂在构架上。平行销、板弹簧、板弹簧压板及相应螺栓、悬挂螺栓等处若在运行时发生断裂故障，将使电机吊架脱落，连带电机脱落，从而可能导致极其严重的行车事故，甚至车毁人亡，造成恶劣影响。

如图6所示，电机吊架与构架之间设置安全销，可以有效避免电机吊架脱落。在高速运行时，若平行销或悬挂螺栓等部件出现断裂情况，电机吊架落到安全销上，会使某侧电机在竖直方向发生微小位移，而联轴器可以将此微小位移消除，使电机的输出扭矩传递到齿轮箱侧，使车辆继续运行。随车机械师及时发现此处问题，列车降速行驶到就近动车段检修，或在车辆进入M1修时及时发现。

图6　电机吊架安全销

2　结束语

主要介绍了CRH3C型动车组转向架几处安全结构设计。其中，转臂安全挡的设计保证了轴箱定位的可靠性；T60+T60双抗蛇行减振器设计，并用了两个可单独工作的抗蛇行减振器，保证车辆运行的稳定；天线梁安全支座约束了天线梁的振幅，保护了弯梁，提高了天线梁的可靠性；电机吊架横向安全挡可有效缓冲电机吊架的横向振动；电机位移止挡限定了电机最大横向位移；当遇到特殊情况，电机吊架脱落时，电机吊架安全销可以支撑脱落的电机吊架，保证车辆的正常运行。

CRH3C型动车组转向架安全结构设计提高了动车组高速安全运行的可靠性。对于相关结构或其他类似系统的安全结构设计有一定的参考价值。

［1］ 孙薇薇，周 虹.有效的冗余设计［J］.电子产品可靠性与环境试验，2008，（3）：47-50.

［2］ 吕永鑫，王伯铭，曲文强.转臂式轴箱定位装置等效刚度计算与分析［J］.铁道车辆，2008，46（3）：5-8.

［3］ 丁莉芬.动车组工程［M］.北京：中国铁道出版社，2007.

［4］ 蒋贵山，宋春元.CRH3C型动车组转向架减振器及牵引拉杆节点运用性能初探［J］.铁道车辆，2013，51（10）：35-37.

［5］ 黄彩虹.高速车辆减振技术研究［D］.西南交通大学，2012.

［6］ 朴明伟，孔维刚，刘 通，等.基于抗蛇行减振器失效工况的高速转向架稳定性分析［J］.大连交通大学学报，2011，32（4）：1-5.

［7］ 李晓明，孙志鹏.动车组天线梁结构的优化设计［J］.铁道车辆，2011，49（11）：22-24.

Safety Structure Design of CRH3CEMU Bogie

W A N G Shuai，Z H A N G Lijun，X U Xingtao，F E N G Chao
（Tangshan Railway Vehicle Co.，Ltd.，Tangshan 063035 H ebei，China）

This paper briefly describes safety structure design of CRH3CEMU bogie，including rotary-arm safety block，double antihunting dam pers，antenna beam safety seat，transverse safety gear of m otor-hanger frame，m otor displacement stopper and safety pin of m otor-hanger frame.Safety structure design above im proves reliability of CRH3CEMU bogie to run in high speed and safely，providing a reference for related structural design or other similar safety structure systems.

CRH3CEMU bogie；safety structure design；reliability

U266.2.8

A

10.3969/j.issn.1008-7842.2015.05.09

1008-7842（2015）05-0043-03

王帅（1986—）男，助理工程师（2015—03—05）