城轨车辆牵引装置平台化结构设计

城轨车辆牵引装置平台化结构设计

王佳, ,孟繁霄, ,李春波

(中车大连机车车辆有限公司，辽宁 大连 116022)

摘  要：对目前地铁类车辆牵引装置的结构对比分析，结合其实际应用情况，加以计算分析对比，形成模块化产品，平台化产品。

关键词：牵引装置 结构设计 强度分析

1前 言

牵引装置是连接车体与转向架的重要装置，它能适应转向架相对车体的转动，同时它将轮轨间相互作用产生的牵引力或制动装置产生的制动力传递到车体，通过车钩实现列车牵引或制动。本文将牵引装置结构进行优化成平台化产品，以此减少了因多样化引发的压装工艺不到位造成报废和使用维护问题，降低废品率，减少生产工序从而降低生产成本和后期维护成本。

2牵引装置平台化结构方案

本平台牵引装置采用“Z”字型牵引拉杆中央牵引销形式，此种牵引装置结构与复合弹簧结构、中心销式橡胶堆结构、单牵引拉杆结构相比，优势在于：结构紧凑简单、重量轻，柔性连接、便于组装和拆解；能更好的传递车体和转向架之间的纵向力，车辆过曲线时牵引力在两根牵引拉杆上产生的横向分力相互抵消，不产生对转向架的横向力作用，因此不增加车辆运行时的轮轨间作用力；结构成熟可靠，在国内外有较多使用业绩，维护成本低。

优化后的牵引装置是由上牵引体、牵引销、下牵引装置组成。将横向减振器座和上牵引体整体铸造一起，上牵引体通过8个螺栓和枕梁相连，牵引销与上牵引体、下牵引装置中心销套采用过盈配合连接。两牵引拉杆通过套管分别和牵引座、下牵引装置的中心销座连接。牵引装置组装时，下牵引装置通过牵引拉杆固定在转向架构架上，牵引销首先压装在上牵引体上，上牵引体再通个M24螺栓安装在车体上，转向架落成时，牵引销在二硫化钼装配膏的作用下装进下牵引装置牵引销座中，最后将压板通过螺栓安装到下牵引装置上。平台化结构方案如图1所示。

1-上牵引体；2-牵引销；3-下牵引装置。

图1牵引装置平台化结构

避免因横向减振器座通过焊接的方式连接在上牵引体上，牵引装置在列车运行过程中受到的纵向冲击比较大，在焊缝处容易出现裂纹，影响行车安全。同时也避免了横向减振器同牵引销压装结构引起的压装不到位置其脱落的问题。整体铸造上牵引体与车体连接处要进行磁粉探伤，与横向减震器连接部位除了要进行磁粉探伤外，还要进行超声波探伤，保证不存在铸造缺陷。强度计算结果表明，上牵引体静强度和疲劳强度均能满足要求。

牵引销是牵引装置中主要的连接与承载部件，与上牵引体和牵引销座连接部位均为过盈配合，安全性能要求高，因此从设计到加工都有严格的要求，零件表面要进行磁粉探伤，不允许存在裂纹等缺陷。牵引销下端面为梯形槽，在安装时要注意与横向减振器接口位置方向一致。

下牵引装置由左右牵引杆、中心销球铰、销座和固定座组成。这种两个斜对称布置的牵引拉杆固定在转向架构架上，牵引方式对中性好，转向架回转灵活，不会造成附加的横向力，结构图如图1所示。牵引销球铰和橡胶球关节均为橡胶与金属硫化而成，牵引拉杆两端橡胶球关节成90°布置，可以满足下牵引装置与构架之间的相对运动，且不与构架产生干涉。且牵引销下部梯形槽的斜边、牵引销球铰下部斜边与压板两侧的斜边相配合，可以起到限制该转角在规定范围内的作用。由于下牵引装置与构架和牵引销连接处均使用了橡胶件，缓和了车体和转向架各个方向的冲动，提高了列车运行舒适性。

3牵引点高度的选择

车辆在牵引或制动时，由于牵引力和阻力不在同一高度，会造成轴重转移，因此在设计时要选择合适的牵引点高度，充分利用轮轨间黏着力。由于牵引点的高度高于轨面，会造成车辆的轴重转移，影响车辆的黏着重量利用率，因此选择合适的牵引点高度对于提高车辆运行品质来说尤为重要。牵引点高度的确定与转向架轴距、悬挂系统刚度、车钩高度等参数有关。一般情况下各个车辆中第一轮对的轴重转移最大，因此通过应用于某项目动力学计算的方式，计算启动工况下第一轮对轮轨垂向力的变化。通过计算，最终牵引点高度确定290mm，此时动车AW0、AW2、AW3工况下轴重转移与黏着利用率，轴重转移均小于10%，车辆运行稳定性良好。

4平台化牵引装置强度校核计算

结构尽量简单的前提下，牵引装置还要有足够的强度和刚度，满足运行过程中各种超常工况的和运行工况下静强度和疲劳强度的要求。

4.1静强度计算

牵引装置设计的关键在于牵引装置的整体强度以及几个关键部位的强度，如上牵引体与车体连接处螺栓、垂向止档块焊缝处、压盖的强度、M36螺栓的强度。通过牵引装置的静强度计算结果表明均小于许用应力值，各种工况最大应力位置满足强度要求。

4.2疲劳强度强度计算

为确保结构具有足够的疲劳强度，使用疲劳极限设计方法进行疲劳强度评估。

通过对平台化牵引装置进行有限元计算分析表明：

牵引装置在超常载荷计算工况下，各工况的最大应力值（Von Mises应力）均小于材料的许用应力，满足静强度校核要求。

牵引装置在运营载荷计算工况下，所有节点的应力最大值和最小值均在材料Goodman疲劳极限图的包络范围内，满足疲劳强度校核要求。

5结束语

本文所述的中央牵引销形式牵引装置，充分考虑了适于各个平台车辆转向架牵引装置的设计要求和车辆运用要求，通过动力学计算及强度校核计算，验证了该牵引装置的牵引性能和运行安全性。

参 考 文 献：

[1] 周立秋.颜志军.地铁转向架牵引装置设计探讨[J].现代机械.2013.（1）:33-39.

[2] 彭立群，林达文.中心销板式牵引装置的试验设计与研究[J].橡胶科技.2019.（17）：140-145.