A型地铁车辆ZMA080型转向架牵引装置_朱向阳

载荷工况一：考虑纵向冲击，纵向启动时牵引机构承 担牵引拉力 kFqmax；
载荷工况二：考虑纵向冲击，纵向启动时牵引机构承 担牵引压力 kFqmax；
载荷工况三：牵引机构承担 3g 纵向冲击拉力 3gmzh； 载荷工况四：牵引机构承担 3g 纵向冲击压力 3gmzh；
载荷工况五：牵引机构承担 5g 纵向冲击拉力 5gmzh； 载荷工况六：牵引机构承担 5g 纵向冲击压力 5gmzh。 其中，已知参数：转向架质量 mzh＝7.1 t；最大启动牵 引力 Fqmax＝50 kN；动载系数 k 取 1.4。 故有：kFqmax＝70 kN；3gmzh＝208 kN；5gmzh＝348 kN。 此外，横向减振器最大阻尼力 FH＝6.2 kN。 3.2 强度评定依据 在载荷工况一和二的载荷作用下，最大应力不得超 过材料的疲劳极限；在载荷工况三和四的载荷作用下，最 大应力不得超过材料的屈服极限；在载荷工况五和六的 载荷作用下，最大应力不得超过材料的强度极限。 3.3 牵引座强度计算 3.3.1 载荷分析 牵引座受到牵引（冲击）力和横向减振器阻尼力的作 用。由于牵引座为对称结构，牵引拉力和牵引压力对牵引 座产生的应力分布完全相同，故这里可以只考虑拉力。载 荷工况详见表 1。
复合弹簧是以一个单圈螺旋钢圆弹簧为骨架，与橡 胶硫化出来的圆筒体，钢圆弹簧被包裹在橡胶中而不可 见。安装时，复合弹簧先套到中心销上，此时复合弹簧与 中心销、牵引座之间均存在径向间隙。复合弹簧轴向被压 缩时发生径向膨胀，使间隙消失，将中心销与牵引座连接 成为一个弹性的关节。复合弹簧的主要作用是缓和转向 架对车体的冲击，保持车体的平稳，同时保证转向架能相 对于车体在一定范围内旋转。压座与开槽螺母用于控制 复合弹簧的压缩。为了防止在压缩过程中压座相对复合 弹簧转动而使之损坏，用圆柱销将压座与中心销轴向连 接，使压座只能沿中心销轴向移动。复合弹簧和压座之间 可使用调整垫板，保证压座与牵引座之间的间隙。
根据强度评定依据，对照表 2 可知，所有工况均满足 强度要求。
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电力机车与城轨车辆·2010 年第 3 期
不再示出）；工况一、三、五的最大 Von- Mises 应力分别为 93，279，490 MPa，均出现在中心销座孔与中心销配合段 的下端边缘处。
表 4 40CrNiMoA 钢和 GS-20Mn5V 钢的机械性能
Abstract：Type ZMA080 bogie is a kind of type A metro bogie based on the type SF2100 ameliorated metro bogie. This paper mainly presents the technology parameters，structure characteristics and intensity checking of traction device of type ZMA080 metro bogie.
牵引座是钢板焊接件，是复合弹簧、横向减振器、连 杆组装等部件的安装基础。其辅助功能是作为整体起吊 的垂向限位。
连杆组装将牵引装置与构架弹性连接起来，传递牵 引力与制动力，同时保证牵引装置与构架的连接能适应 空气弹簧高度的变化。其中连杆体为焊接件。
在牵引座上方，转向架构架上安装了 4 个螺栓，每侧 2 个。当车辆整体起吊时，牵引座随着车体提升直到被螺 栓挡住，然后构架乃至整个转向架也会随之被提升。在空 载状态下，螺栓端面与牵引座的上顶面之间的距离应避 免两者在非起吊状态时碰撞。
参考文献：
[1] 朱向阳. A 型地铁 ZMA080 转向架悬挂系统［J］.电力机车与城轨车 辆，2008（4）.
[2] UIC 615- 1 OR，Tractive units- Bogies and running gear- General conditions applicable to component parts[S].
1—螺栓；2—牵引座；3—隔座；4—中心销；5—中心销座；6—复合弹簧；7—调整垫板；8—圆柱销；9—开槽螺母；10—压座；11—连杆体；12—套 管；13—止挡；14—连杆销。
图 1 牵引装置
收稿日期：2009- 11- 28 作者简介：朱向阳，高级工程师，1994 年毕业于湘潭大学机械设计专业，现从事电力机车转向架的总体设计开发工作。
表 1 牵引座的载荷工况
载荷工况 左侧销孔受力 /kN 右侧销孔受力 /kN 减振器安装座受力 /kN
一
35
35
- 6.2பைடு நூலகம்
二
35
35
- 6.2
三
104
104
- 6.2
四
104
104
- 6.2
五
174
174
- 6.2
六
174
174
- 6.2
在导向筒与复合弹簧接触的内孔施加位移约束，在 与连杆组装连接的销孔及与减振器连接座处施加力。 3.3.2 材料及机械性能
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牵引座全部由 16MnDR 钢组焊而成。根据 GB 3531 《低温压力容器用低合金钢板》以及《科教装（2001）21 号》 附件 1 《200 km 及以上速度级铁道车辆强度设计及试验 鉴定暂行规定》的附录 A，其材料的机械性能见表 2。
表 2 16MnDR 钢的机械性能
材料牌号
强度极限 / 屈服极限 /
3.5 中心销组装强度计算 3.5.1 载荷分析
由于中心销组装是由中心销和中心销座经压配合组 成，因此作为一个整体进行计算。中心销组装受力为牵引 分力 F 和减振器分力 FH 组成的复合力，F 和 FH 的方向相 互垂直。由于中心销组装为对称结构，而在压缩和拉伸时 中心销组装产生的应力分布是完全相同的，因此只计算 工况一、三、五。详见表 3。
表 3 中心销组装的载荷工况
载荷工况 一 三 五
F / kN 70 208 348
FH / kN 6.2 6.2 6.2
在中心销座上底面施加位移约束，在中心销上的安 装复合弹簧的轴段施加力。 3.5.2 材料及机械性能
中心销材料为 40CrNiMoA，中心销座材料为GS- 20Mn5V。 根据 GB/T 3077《合金结构钢》和 DIN 17182《带改良焊接 适用性和韧性的用于一般用途的铸钢技术供货条件》以 及《科教装（2001）21 号》附件 1《200km 及以上速度级铁 道车辆强度设计及试验鉴定暂行规定》的附录 A，其材料 的机械性能见表 4。
3 强度校核计算
采用 I- deas 三维软件分别对牵引装置的三大钢结构 部件— ——牵引座、连杆体、中心销组装作强度有限元校核 计算。有限元模型均选用非线性四面体单元进行网格划 分。 3.1 计算载荷工况
根据 UIC 615- 1《动力元件－转向架和走行部－结构 部件的一般规定（第 1 版）OR》，牵引装置的计算工况分 为以下 6 种：
[3] GB 3531，低温压力容器用低合金钢板[S]. [4] 科教装（2001）21 号附件 1，200 km 及以上速度级铁道车辆强度设
计及试验鉴定暂行规定[S]. [5] GB/T 3077，合金结构钢[S]. [6] DIN 17182，带改良焊接适用性和韧性的用于一般用途的铸钢技术
供货条件[S].
摘 要：ZMA080 型转向架是在 SF2100 改进型地铁转向架的基础上设计的 A 型地铁转向架。文章主要介绍 ZMA080
型地铁转向架牵引装置的技术参数、结构特点及其强度校核计算。
关键词：A 型地铁车辆；ZMA080 型转向架；牵引装置；技术参数；结构特点；强度
中图分类号：U260.331+.7
文献标识码：A
文章编号：1672- 1187（2010）03- 0008- 03
Traction device of type ZMA080 bogie on type A metro vehicle
ZHU Xiang- yang
（CSR Zhuzhou Electric Locomotive Co.，Ltd.，Zhuzhou 412001，China）
材料牌号 40CrNiMoA GS- 20Mn5V
强度极限 /MPa 980
500～650
屈服极限 /MPa 835 360
疲劳极限 /MPa 128 110
图 2 工况一作用下牵引座应力分布
3.4 连杆体强度计算 连杆体也全部由 16MnDR 钢组焊而成，因此其计算
结果及其判定与牵引座的相似。 计算结果表明：在所有工况下均满足强度要求。
Key words：type A metro vehicle；type ZMA080 bogie；traction device；technology parameter；structure characteristic；intensity
ZMA080 型转向架是南车株洲电力机车有限公司在 引进西门子公司为上海明珠线二期工程开发的 SF2100 改进型地铁车辆转向架的基础上，自主化设计的 A 型地 铁车辆转向架，最高持续运行速度 80 km/h。
1 功能
本牵引装置的功能为：传递牵引力与制动力；适应转 向架与车体的相对旋转；兼作车辆整体起吊时的转向架 构架垂向支撑。
2 结构
本牵引装置安装在转向架构架的中部，采用中心销 式低位“Z”形双拉杆结构，轴重转移小，有利于牵引力的 发挥，牵引点高度 272 mm，如图 1 所示。
中心销压装在中心销座上，组成中心销组装，通过螺 栓安装在车体底架上。隔座、复合弹簧、调整垫板、压座、 开槽螺母从上到下依次安装在中心销上。装在复合弹簧 外部的牵引座则通过横向减振器和连杆组装与转向架构
MPa
MPa
疲劳极限 /MPa 母材 焊缝
16MnDR（t =6~16 mm） 490～620
315
110
84
3.3.3 计算结果及其判定 工况一下的 Von- Mises 应力分布图如图 2 所示 （其