高速動車組轉向架區域裙板結構優化研究

（中車唐山機車車輛有限公司，河北 唐山 064000）

近年來，我國高速鐵路的快速發展，對我國經濟發展和人們生活方式的影響極大，贏得了社會各界的贊譽。我國生產的高速動車組不僅成功在內地運營，而且不斷開拓著國際市場。轉向架在鐵道車輛運行的過程中能夠緩和軌道不平順對列車的沖擊，保證車輛運行的穩定性、安全性和曲線通過能力。因此，開發高性能轉向架是發展高速動車組技術的關鍵。CRH380B 型動車組轉向架區域裙板結構是在CGH3C 型動車組的基礎上進行優化設計的，按材質分為2種：一種是玻璃鋼裙板，用于頭車1位端轉向架區域；另一種是開口鋁型材裙板，用在頭車2位端及中間車轉向架區域。

一、動車組轉向架簡介

一是構架。構架是轉向架的基礎，它把轉向架各零部件組成一個整體，不僅結構、形狀和尺寸都應滿足各零部件組裝的要求，還承受和傳遞來自車體與輪對之間各種方向的載荷和扭矩。二是輪對軸箱定位裝置。用來承受車輛的重量，承受并緩沖、衰減來自輪軌之間的沖擊，傳遞驅動力和制動力，并提供導向功能，使車輛沿軌道的平動轉化為輪對的滾動。三是一系懸掛裝置。位于輪對與構架之間，可以減小來自軌道不平順的各種動態影響。四是二系懸掛裝置。位于構架和車體之間起連接作用。它主要由枕梁、空氣彈簧裝置及橫向止檔等組成，用于緩沖和衰減構架和車體之間振動。五是基礎制動裝置。拖車轉向架的每個車軸上裝有三個制動盤，能夠使運行中的車輛在規定的距離范圍內停車。

二、玻璃鋼裙板裂紋原因分析

經過現場調查及綜合分析，認為玻璃鋼裙板產生裂紋的原因包括：一是CRH380B 項目初期，玻璃鋼裙板供應商沒有達到圖樣要求的5.5-5.7mm 的厚度要求，在厚度超差地方造成了干涉，后續供應商對此部位進行了打磨返修。由于玻璃鋼裙板為三維彎曲件，厚度無法測量，打磨后的厚度也無法控制。二是裂紋大部分位于雙鎖座部位，雙鎖座部位距離裙板翻邊較近，由于翻邊控制變形的能力較強，在變形無法釋放的情況下就會在鎖座處產生裂紋。三是安裝玻璃鋼裙板時，裙板支架與玻璃鋼裙板存在干涉現象，在緊固裙板的過程中產生應力導致裂紋產生。四是安裝玻璃鋼裙板時，2 個鎖座未調到一個平面上，鎖座錯位導致裙板扭擰，如此長時間運行會導致裙板產生裂紋。

三、高速動車組轉向架的結構特點

（一）輪對及組成

輪對包括動力輪對和非動力輪對兩類。在動力輪軸的一側裝有齒輪箱裝置，非動力輪軸上則安裝兩套制動盤，無齒輪箱裝置。非動力輪對的細微差異在于軸端安裝不同類型速度傳感器齒輪。

（二）構架

鋼板焊接結構，H 形主體框架。構架由兩個側梁、橫梁、縱向連接梁、空氣彈簧支撐梁及其它焊接配件構成。為了減小應力集中現象，設計制造時將端部軸箱彈簧筒與側梁主體相連接的斷面形成柔滑面，以此達到良好的效果。

（三）一系懸掛

主要包括軸箱彈簧、垂向液壓減振器和轉臂定位橡膠套。在軸箱與構架之間設置軸箱彈簧裝置。軸箱彈簧裝置緩沖車輪、軸箱的各種振動，同時將車身的重量分配到相應的車輪，并且優化改善車身的乘坐舒適性。

四、優化方案

（一）玻璃鋼裙板結構優化方案

原結構玻璃鋼裙板僅通過一個單螺栓連接，且間距較大，當一端的螺栓失效后，缺少冗余保護，裙板有脫落的風險。優化方案是將玻璃鋼裙板的車體連接座增加一個與車體之間的連接點，裙板在連接點位置預埋金屬襯套，確保裙板每端有2 個螺栓與車體連接座相連。當一端其中一個螺栓失效后，仍有其他螺栓起到冗余保護作用。

（二）開口鋁型材裙板結構優化方案

為改善轉向架枕梁區域開口鋁型材裙板的防脫冗余性能，在枕梁區域的鋁型材裙板兩端各增加一個連接點，同時增加車體連接座與車體之間的連接冗余。此外，為改善裙板的剛度，將原開口型材改為閉口型材。

五、仿真計算分析

（一）氣動載荷分析

由于裙板位于轉向架區域，是一開口結構，因此列車過隧道時裙板兩側壓差很小。分析計算發現列車在隧道內以350km/h 會車時，裙板兩側的壓差最大為80Pa 左右，此時可以忽略裙板的氣動載荷。但是當有較大橫風時，裙板兩側會有較大壓差，此時必須考慮裙板所受的氣動載荷。本文針對列車運行速度160km/h、橫風風速30m/s 的工況進行分析計算。

（二）振動沖擊工況分析

依據IEC61373-2010《鐵路應用鐵道車輛設備沖擊和振動試驗》標準，分析裙板的沖擊性能和振動性能。

總結：綜上所述，轉向架是保證高速動車組安全、高速、舒適運行的重要部分，隨著動車組速度的不斷提高，各種新型高速動車組轉向架也將不斷被研制出來，從而造福人類。優化后的轉向架區域裙板應力幅值較原裙板有較大程度的降低，滿足運用要求。