现代轨道交通车辆用转臂式轴箱结构及定位刚度研究

马 超 孟凡林

南京中车浦镇城轨车辆有限责任公司 江苏 南京 211800

对于城市中的各种轨道交通车辆而言，轴向定位装置的结构和刚度数据，不仅影响了高速运行的安全稳定、乘客舒适度和曲线通过性，同时还影响到制造维修的工艺安全和可靠性能。介于此点，我们有必要对各类转臂式轴箱定位结构的优良进行对比分析，为新一代产品做出参考研究。

1 转臂式轴箱定位装置特征

轴向定位装置需要满足传递牵引能力、制动能力和曲线通过性能，同时结构和刚度参数也影响着交通车辆的安全运行。目前我国轨道交通工具主要使用的转臂式轴箱装置，其他包括弹性导柱式装置、拉板式装置、拉杆式装置和橡胶弹簧式装置等。25T型铁路车辆使用的便是CW-200K，SW-220K，AM96的转向架都是引用的转臂式轴箱定位结构装置，同时其他发达国家的轨道交通车辆也采用了这种定位方式。在拉杆式轴箱定位装置当中，其定位拉杆作为关键零件部位，对拉杆的质量和制造技术要求也比较高，但是采取弹簧类的部件，容易发生突发性断裂，导致出现安全隐患。八字形的轴箱定位方式，架构比较繁琐，焊接工艺性能比较差，而且微调更换转向架十分的不方便；圆锥形轴箱定位装置具有比八字形装置的优点，基本架构结构简单，但是在实际应用当中，行驶速度不能够突破120km/h，这也是难以攻坚的难点。

2 制作构成和优势

2.1 一体式装置结构 一般地铁采取一体式转臂轴箱定位的装置，橡胶轴承安装节点形式类似于CRH3。一体式转臂轴箱的构造相对简单牢固，缺点是在更换车轮的时候，需要同时将构架上分解定位转臂轴箱，和车体上分解转向架。

2.2 两体式装置结构 CRH2在动车组行驶速度在两百千米每小时的速度等级为基本代表，而CRH3动车组行驶速度在三百千米每小时的速度等级作为基本代表，两者之前采用的转向架都是两体式转臂轴箱定位装置机构，不同的是两者的转臂轴箱，前者轴箱在节点部位，后者轴箱在轴承部位，而且CRH2转臂轴箱是通过转臂和节点箍合成的，CHR3的转臂是由转臂和轴承箍组成的。两种共同点是没有单独的轴箱，而是将定位转臂作为轴箱体。

2.3 三体式装置结构 三体式结构由轴箱体、转臂箍零件和转臂组成，这种装置的特点是拥有完全独立的轴箱体，定位转臂在周成部分是属于分体式结构，定为节点是两半对装构成，在装配定为节点和专项架构的时候需要在节点中实施橡胶预压缩，三体式装置在更换车轮时可不比拆掉定位及节点，但是组成的零件较多，安全性能低也是它的缺点。

2.4 四体式装置结构 四体式转臂轴箱定位装置其中包括节点箍、轴箱体、转臂和转臂箍等零件，具有单独的轴箱体，定位转臂在轴承部分和节点部分都是分开式结构。这种装置结构优点便是轮体更换便捷，不需要拆解定位节点部分的安装螺母；橡胶节点的芯轴为整体，外钢套是分开结构，用橡胶预压缩来组装节点箍。缺点便是零件繁琐复杂，牢固性能低，在节点装配丢失时会威胁到车辆安全行驶。

2.5 设计装置理念 以上介绍的各类转臂式轴箱的定位装置，在构架高度达标的情况下，三体式和四体式需要设计的高度比较小，对理想的弹簧抗疲劳强度不是很明显，而且受到影响的还有橡胶垫厚度。所有橡胶垫对于吸收高频率震动和减少噪声传播十分重要。

2.6 设计结构考虑因素

2.6.1 后期维护性，在更换车轮时需要拆解转化架和定位转臂能否接受。

2.6.2 弹簧设计参数进而橡胶垫的厚度，空车状态下的橡胶垫厚度不能低于4.5厘米。

2.6.3 定为节点的结构设计需要更加简化，但是在结构简化的前提下要保证刚度参数和橡胶垫的使用周期，在设计初期要实现不维护。

3 刚度参数对动力性能影响

上述几种转臂式轴箱定位刚度会受到路况条件、交通车辆的最大运行速度，车轮踏面接触形式、转向架悬挂结构和数据等因素影响，在规定范围内，定位转臂的长度对动力性能没有明显的影响，但是考虑到零部件的寿命和使用周期，所以定位转臂的长度不能短于45厘米。通过车辆整体的动力学仿真计算，分析动力学性能的影响。

当竖向定位刚度达到30MN/m时，增大竖向定位刚度的速度不再增高，若是继续增大定位刚度会影响到速度的提升，竖向刚度的数值，需要兼顾车轮磨损情况和安全运行。当竖向定位的刚度超过40扭力是，磨损程度会随之增高，与此同时横向定位刚度对磨损情况也造成了明显的影响，当竖向定位刚度在40扭力以内时，对车轮的磨损影响不是十分显著。而且一系的定位刚度对车辆安全平稳行驶没有影响，但是随着竖向或者横向定位刚度的增加，车辆平稳行驶性能会提高。

结束语

在所有转臂式轴箱定位装置当中，动车组采取轴承部位两体式结构装置会提高车辆的可靠性，而且更换车轮时也比较便捷，维修也比较方便，没有难度。转臂定位节点需要兼顾车辆高速车辆的运行稳定性能，还有曲线驾驶通过性能，并且需要考虑踏面部位的磨损情况，能致使转向架具有一定程度的径向功能的定位节点，在我国同时也所研究开发，在显示实践当中，定位节点需要满足负荷能力对使用寿命和抗疲劳能力，同时需要兼备参数特点的硬性要求。