《交通运输科学技术新成果推广目录》（２０２０）—第四部分 装备《出口欧洲和东南亚的铰接式轻轨转向架研制》​

本期项目简介

完成单位: 中车株洲电力机车有限公司

主要完成人: 丁长权、 陶功安、 沈龙江、刘晖霞、 张建全、 廖从建、 刘余龙、 周新鹏、 陈晓峰、 李小川

项目简介

　　本项目研制的80km/h速度级、12.5吨轴重、具有R30米小曲线安全通过能力的铰接式轻轨车辆采用B0-2-B0轴式的转向架配置方式,其中非动力转向架为铰接式转向架,采用在摇枕上设置的三环回转支承连接前后两个车体,通过转向架实现了车体的铰接;动力转向架有两种技术方案:一是摇枕+两环回转支承,二是大偏移量曲囊式空气弹簧+抗侧滚装置。计算、试验和运行考核表明,配置有该转向架的车辆具有高可靠性和优良的动力学性能。2019年中国中车组织的科技鉴定认为,该转向架总体技术达到国际领先水平。2018年,本项目获得了专利金奖。

　　本项目研发的转向架属于城市轨道交通车辆技术领域,具有优良的小曲线通过能力,不仅适应复杂的城市地形,节约用地,同时也降低了基础设施建设成本,配置有该转向架的车辆尤其适用于中等客流量的城市轨道交通、景区旅游观光车等。已成功应用于出口土耳其、马来西亚、墨西哥等多个国家的轻轨车辆项目,已生产超过606台,累计实现利润2670.51万元,创造税收7399.75万元,实现外汇收入20894.52万美元。为积极践行“一带一路冶倡议,研发了多样化的轨道交通装备产品,不仅锻炼了一批设计造技术人员,提升了自主创新的能力,而且随着市场化的推广实施,拉动了机电设备、机电制造、金属材料等多产业的发展,创造了良好的经济效益和社会效益,为我国轨道交通行业树立了良好的形象和声誉。

项目创新点

　　(1)首创了80km/h速度级、12郾5吨轴重、具有R30米小曲线安全通过能力的采用轴式B0-2-B0的转向架配置方式的铰接式轻轨车辆。

　　(2)首创了适应大回转角度的摇枕与三环回转支承组合的铰接技术。铰接转向架设置有摇枕和三环回转支承结构,回转支承的中圈固定到摇枕上,外圈、内圈分别连接到两个车体,实现车体和转向架的铰接,使车辆具有通过半径为30米的站场小曲线的能力。

　　(3)首创了适应水平大位移的空气弹簧技术。传统车辆中采用的空气弹簧最大水平位移仅为120mm,为适应车体和转向架之间在小曲线上大的回转角的要求,在传统空气弹簧的下部叠加了平板橡胶堆,在空气弹簧发生大的横向偏移时,这种特殊设计使得空气弹簧能适应150mm的横向偏移。

　　(4)首创了适用于铰接式车辆的抗侧滚装置。由于车辆在小曲线上车体和转向架之间会出现近12毅的最大回转角,在动力转向架不带摇枕情况下安装抗侧滚装置,其拉压杆球型关节需适应该旋转角度。设计时通过结构的优化以及将球关节的销中心线直接指向转向架的旋转中心,尽量减小偏转角,充分利用球关节的回转运动不受约束限制的特点解决该难题。

　　(5)研制了轴盘制动和磁轨制动组合的基础制动方式。

　　(6)研制了车轮与车轴锥孔配合的弹性车轮技术,可维护性好,同时也降低了轮轨噪音,改善了乘坐舒适性。

同类项目比较

　　80km/h铰接式轻轨车辆转向架技术在欧洲以及其他发达国家均不是很成熟,铰接式车辆和转向架技术仅掌握在少数几个公司手中,法国TGV列车、日本TR914/DT957转向架、日本TR915/DT958转向架、德国ET425动车组以及ABB研制的铰接车辆是铰接式列车或转向架的主要代表。比较结果详见表1。

　　TGV铰接式列车的中间铰接结构是上、下球面心盘结构,两车体之间的纵向力通过该球面心盘传递。TR914/DT957转向架是无摇枕式2点承载,使用单牵引杆将车体枕梁中间的中心销与转向架连接实现牵引。TR915/DT958转向架是无摇枕式4点承载,使用单牵引杆将车体枕梁中心的中心销与转向架连接实现牵引。德国ET425动车组采用4点支承的空气弹簧悬挂系统中间转向架。这些铰接式车辆转向架的轴重一般超过14吨,允许通过的最小曲线半径在R110m以上,不适应轻轨车辆轴重小于12吨、允许通过的最小曲线半径为R30m的要求。

　　ABB公司研制的铰接式车辆,速度等级为80km/h,动力转向架采用带摇枕两环回转支承结构,非动力转向架采用带摇枕三环回转支承结构,无抗侧滚装置,一系悬挂装置采用人字弹簧结构。轴重不超过10吨,可以通过最小曲线为R30m的线路。但车辆的平稳性较差,转向架检修维护困难;人字弹簧结构三向刚度协调控制较难,检修维护非常困难。

　　该转向架平台通过参数优化,合理地匹配转向架悬挂参数,确保配置有该转向架车辆的平稳性达到优良,采用锥形橡胶弹簧也解决了检修维护困难的问题。

应用案例

　　目前由于城市化发展,土地资源对轨道交通的限制,多数倾向于采用小半径曲线线路设计,很多城市已设置30米的小曲线,以提高土地资源的利用率。80km/h速度等级12郾5t轴重铰接式轻轨车辆转向架其小曲线通过能力更强,噪声低,运量大,拆迁少,占地少。该转向架已应用于土耳其伊兹密尔轻轨、安邦线轻轨、安邦线轻轨增购、华为松山湖轻轨、墨西哥蒙特雷轻轨等项目车辆(见图1、图2),到目前为止,总计共制造606台转向架,单列最高运行超过150万公里,转向架运行正常。

社会效益与经济效益

　　80km/h速度等级12.5t轴重铰接式轻轨车辆转向架的成功运行,解决了车辆通过小半径曲线线路的瓶颈,对复杂城市地形的交通方式提供了解决方案,降低了线路隧道挖掘建设及拆迁成本,同时打破了国外巨头公司的长期垄断,实现了中国自主知识产权的铁路运输装备整车产品登陆技术要求高的欧洲、美洲市场,进一步提升了中车株洲电力机车有限公司在国际上的形象,为进一步开拓全球市场提供了基础。这对实施“走出去冶战略和后续出口国外产品具有深远的意义。