摘要：为实现重载货车转向架轮轨低动力作用，根据中国铁路重载运输的实际情况和转Ｋ７型转向架的运用效果提出了一种新型货车径向转向架方案：对原整体副构架结构进行优化，采用了独立承载鞍，并由内外侧两铆钉连接承载鞍和副构架体。基于多体系统动力学方法，以中国Ｃ７０ＥＦ型敞车为研究对象，利用ＳＩＭＰＡＣＫ软件建立车辆－轨道耦合动力学模型，计算了新型径向转向架轮轨动力性能，分析了副构架和承载鞍作用力的规律，并以此进行了副构架连接可靠性的有限元仿真计算和疲劳可靠性台架试验。分析结果表明：与转Ｋ７型转向架相比，新型径向转向架受到０．０１ｒａｄ的轨道低接头脉冲激扰时，可降低轮轨低频力约１０．７８％；受到ＡＡＲ５动态线路激扰时，轮轨垂向力和横向力可分别降低约２．９８％～４．０３％、２．９６％～９．７７％，整车轮轨磨耗功率降低约５．０３％～２９．４６％；承载鞍内侧铆钉受力明显大于外侧铆钉，内侧铆钉孔边缘应力最大值约为１８０．７６ＭＰａ，铆钉剪切应力为５８．１３ＭＰａ，均小于相应材料的许用应力３４５、１２８ＭＰａ，具有足够的疲劳强度和运用可靠性。
关键词：车辆工程；货车；副构架；径向转向架；低动力作用；车辆－轨道耦合动力学；连接可靠性
１新型径向转向架结构转Ｋ７型转向架是中国现有副构架式径向转向架的代表，结构见图１。该转向架的主要特点是在侧架和轮对间增设了用于耦合前后轮对运动和实现径向功能的副构架。副构架和承载鞍铸造为一体，下部直接装配于轴承上，上部斜对称布置２块橡胶堆连接侧架，构成转向架的一系悬挂。副构架之间通过径向连接杆交叉连接而形成对前后轮对的直接约束。转Ｋ７型转向架结构Ｆｉｇ．１ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ＺＫ７ｔｙｐｅ ｂｏｇｉｅ新型径向转向架保留了上述基本结构，对径向装置进行了重新设计和参数优化。该转向架设计的主要目标是按照低轨道动力作用的要４０第５期 李亨利，等：新型货车径向转向架低动力性能与连接可靠性求，进一步降低簧下质量，提高转向架动力学性能；同时，尽可能简化结构，降低加工制造难度，提高零部件可靠性，减少维护费用。
新型径向转向架Ｕ形副构架采用了独立承载鞍，副构架与承载鞍单独铸造后，采用内外侧两铆钉连接承载鞍和副构架体。该结构为技术成熟的三大件转向架窄型承载鞍系统。承载鞍与侧架导框凸台设置有纵、横向间隙，提供转向架通过曲线时承载鞍的回转空间，并起限位作用。承载鞍顶部设置轴箱橡胶堆，以实现轮对的三向弹性定位，传递轮轨作用力。承载鞍内侧与副构架体紧固连接，传递前后轮对间的水平作用力，以发挥径向作用。
与现有转Ｋ７型转向架相比，新型径向转向架改变了以往２块轴箱橡胶堆在轴箱斜对称的布置方式，取而代之的是顶部的１块轴箱橡胶堆。这一结构首先简化了副构架鞍部结构，每个转向架簧下质量减轻了约２１０ｋｇ；其次车体垂向力不再通过整体铸造的副构架承载鞍，直接由独立的承载鞍传递给轴承，简化了副构架的受力状态；此外，还实现了转向架模块化设计，侧架和承载鞍的设计完全等同于传统三大件转向架，其接口尺寸和各部件位置布置与现有转Ｋ７型转向架相同，可方便地实现转向架改造或型式互换。
２新型径向转向架低动力性能国际上衡量转向架的低动力性能一般采用轮轨垂向高频力、低频力、轮轨磨耗功率、轮轨横向力等指标。本次研究中采用铁道车辆多体动力学方法，以中国Ｃ７０ＥＦ型敞车为研究对象，利用ＳＩＭ－ＰＡＣＫ软件建立车辆－轨道耦合动力学分析模型，通过时域积分的方式获得车辆动力学响应，计算模型见图３。模型中车体、摇枕、侧架、轮对、副构架与承载鞍等部件均处理为刚体，其余部件则视为悬挂，以相应的力函数代替；以每相邻轨枕之间的道床集总参数模型与标准轨道弹性参数来表述轨道模型；采用通用的轮轨接触算法构建轮轨模型。为了更清晰地衡量新型径向转向架低动力性能的效果，以转Ｋ７型转向架作为参照来进行对比计算。
车辆－轨道耦合动力学模型轮轨相互作用的理论和试验研究表明，车辆对轨道的损坏起重要作用的有轮轨间的相互作用高频力Ｐ１和低频力Ｐ２。其中Ｐ２持续时间比Ｐ１长，能够充分地向轨道下部结构传播，对轨道变形与轨下基础结构的破坏起主要作用。基于车辆－轨道耦合动力学模型，表１列出了不同转向架的重车通过图４角度为０．０１ｒａｄ的低接头时轮轨低频力Ｐ２的计算结果（α１与α２为轨道倾角）。从计算结果可见，新型径向转向架由于簧下质量的降低明显降低了对轨道作用的低频力，运行速度越大，效果越明显，车辆运行速度为１２０ｋｍ·ｈ－１时，Ｐ２降幅可达１０．７８％。