一种转向架与两节车体的铰接结构设计

姜永辉，丁长权，刘余龙，颜志军，陶功安

（中车株洲电力机车有限公司 产品研发中心，湖南 株洲 412001）

1 概述

城市轨道交通线路通常具有曲线多、半径小的特点，对车辆的曲线通过性要求越来越明显，特别是一些国外城市，轨道交通线路曲线最小半径达20～40m，而常规地铁车辆一般通过最小曲线半径约为100～150m。所以在此类车辆设计过程中，考核车辆的曲线通过能力显得尤为重要。

文章设计了一种带摇枕铰接式转向架的铰接结构，该结构可满足车辆顺利通过了40m（甚至更小）半径曲线要求。该铰接结构已成功应用于土耳其伊兹密尔轻轨、马来西亚安邦线轻轨、华为松山湖轻轨等项目，车辆曲线通过能力及各项动力学指标均满足相关标准要求。

2 主要技术参数

转向架相关设计参数如表1所示。

表1 转向架相关设计参数

3 铰接结构与功能

铰接结构主要包括A节车体连接臂、B节车体连接臂、三环回转支承、橡胶轴套组件、摇枕等部件，如图1所示。空气弹簧坐落于构架两侧侧梁，摇枕坐落在两空气弹簧之上，三环回转支承坐落在摇枕中央，其中环通过螺栓与摇枕紧固连接，外环与A节车体连接臂通过螺栓紧固连接，内环通过橡胶轴套组件过渡与B节车体连接臂连接。

当车辆通过曲线线路时，两相邻车体通过A、B两节车体连接臂（即三环回转支承外环、内环）实现与转向架（回转支承中环）的相对转动，即顺利通过曲线线路。

图1 铰接结构

（1）摇枕。摇枕作为铰接结构乃至转向架的关键部件，设计时应保证其具有可靠的刚度与强度，在此基础上，应尽量做到结构简单，制造容易，功能集成且维护检修方便。

该摇枕主体结构由上下盖板及前后侧板焊接而成，为保证摇枕的刚度与强度，摇枕内部设置了加强筋板。摇枕中部呈“鱼腹”形，一定程度上提高了摇枕的承载能力，并降低了车体的高度。该摇枕可谓承上启下，集众多安装接口与一身，主要包括摇头止挡（1），回转支承安装座（2），垂向减振器安装座（3），空气管路（4），高度调节安装座（5），横向减振器安装座（6），整体起吊座（7），牵引杆安装座（8）等，如图2所示。

摇枕主体材料采用16MnDR钢板焊接结构。按照国际铁路联盟标准UIC615-1《牵引单元：转向架和走行装置－结构部件的一般规定》，摇枕的强度需满足5g冲击载荷不断裂，3g冲击不屈服要求，同时结合欧洲标准 EN 12663-1/2010《铁路应用-铁路机车和客车车体结构的强度要求》的规定，校核摇枕的疲劳强度。

图2 摇枕结构

摇枕焊接标准为EN15085，优先选用对接焊缝和单边V形焊缝；焊缝位于低应力区。图3表明摇枕上全部节点都落在Goodman母材疲劳曲线和焊缝疲劳曲线内，摇枕主体结构和焊缝疲劳强度满足标准要求。

图3 摇枕Goodman曲线

（2）三环回转支承结构。回转支承为三环结构，位于摇枕和车体之间，是实现车体与转向架相对回转运动的关键功能性部件。回转支承的应用可大幅度提高车辆对城市轨道交通曲线多、半径小等特点的适用性。

回转支承属于轴承类，产品已达标准化、系列化，其主体结构主要包括外套圈（1）、密封圈（2）、滚动体（3）、隔离块（4）、中套圈（5）、内套圈（6）、油杯（7）等，如图 4所示，回转支承各套圈及滚动体材质满足JB/T 2300-1999。

回转支承的回转力矩一般较低，远低于常规车辆转弯时因空气弹簧扭转产生的恢复力矩，因此回转支承的应用可避免空气弹簧产生扭转变形，减小空气弹簧的水平位移，提高空气弹簧的使用寿命。对二系垂向减振器也有同样的效果，使垂向减振器主要处于垂向运动状态，避免减振器橡胶关节出现偏转、扭转现象，提高橡胶关节的使用寿命。

图4 三环回转支承结构

在铰接结构中，回转支承安装在摇枕上，如图4所示。回转支承主要承受来自车体的三向载荷及倾覆力矩，其受力状况相对较为复杂；另外，在回转支承选型设计时，还应考虑其限界尺寸、回转力矩、拆装润滑便捷等因素。

（3）两车体连接臂组装，如图5所示。铰接结构主要包括三环结构回转支承（1，2，3）、橡胶轴套组件（4）、A节车体连接臂（5）、横向限位止挡（6）、B节车体连接臂（7）等。回转支承中间套圈通过螺栓与摇枕紧固连接，外套圈通过螺栓与A节车体连接臂（5）紧固连接，内套圈通过橡胶轴套组件（4）过渡与B节车体连接臂连接（7）。为防止车体横向晃动引起B节连接臂（7）相对橡胶轴套组件（4）横向滑动，特在其间设有一横向限位弹性挡块（6）。

图5 两车体连接臂组装

橡胶轴套组件（4）由上、下安装座和橡胶轴套组成。其中下安装座与三环回转支承内套圈通过螺栓紧固连接，橡胶轴套（2）与B节连接臂压合后通过螺栓将上安装座与下安装座紧固连接。

A节、B节车体连接臂均为锻件结构。A节连接臂上部通过两排平行螺栓与A节车体连接，下部环向平面与回转支承外环通过螺栓紧固连接；B节连接臂圆轴部位与橡胶轴套组件压合，平板部分通过两排螺栓与B节车体连接。两连接臂均设置了定位凸台与卡槽，增强了与车体连接的可靠性。

4 结语

该铰接结构为适应轨道交通车辆线路弯道多且曲线小的特点而设计，其结构简单、设计合理，满足了转向架与车体的纵向牵引、回转灵活、过小半径曲线能力强等特性要求。目前，该铰接结构已先后成功应用于土耳其伊兹密尔轻轨车辆、马来西亚安邦线轻轨车辆及华为松山湖轻轨等车辆。车辆运营情况良好，曲线通过性能优越，各项动力学指标均满足运行要求，该铰接结构的成功研制，为进一步开拓国内外城市轨道交通车辆提供技术支撑。

［1］丁长权，姜永辉，刘晖霞，等.铰接式轻轨车辆转向架研制［J］.技术与市场，2017，（4）.

［2］南车株洲电力机车有限公司.一种摇枕与两节车体连接的铰接结构：中国，ZL 2014 1 0382493.X 2014-08-06.

［3］姜永辉，陶功安，张文涛，等.一种轻轨车辆转向架中央悬挂装置设计［J］.电机车与城轨车辆，2017，（5）.

［4］姜永辉.回转支承在轨道交通车辆转向架中的选型计算［J］.技术与市场，2013，20（5）：91-93.