让400吨“庞然大物”平稳疾驰

http://www.chunyun.cn时间:2017-11-29  来源:青岛全搜索电子报
  在中车青岛四方股份公司转向架开发部副部长张振先带领下,记者来到转向架车间。只见生产线上机器轰鸣,切削液喷涌。“这是在加工转向架的构架。”再往里走,是一排排组装成型的转向架。由该公司研发生产的“复兴号”CR400AF动车组转向架,外形如同金属制的四轮小车,每个转向架都配有一个构架、两组轮对、悬挂装置、牵引装置和制动装置等组件。在转向架顶部,有两个锅盖一样的装置,下方连着类似汽车轮胎的空气弹簧,这就是用于减振降噪的悬挂装置。“高速列车转向架设置两级悬挂装置,自下而上,逐级隔离来自轮轨的振动。”
  
  据了解,从研发到制造完成,CR400AF动车组转向架经过了28项仿真试验、16项试制试验和56项研究性试验。设计团队要对悬挂系统涉及的20多项参数进行复杂组合匹配,建立计算机仿真动力学模型,模拟列车在0-350km/h不同速度级运行,并采用实际测试的各种轨道谱进行激扰,分析转向架运行安全性能、减振效果及列车平稳性能指标。在几十种参数组合方案中进行优选,确定最终的悬挂参数。
  
  2015年,在西南交大的高速滚振试验台上,CR400AF动车组转向架进行了失稳临界速度测试。以10km/h为单位,测试速度不断向上叠加,转向架下的滚动轮转得越来越快。“眼看下面的铁轨在轰响中振动,但车体却始终纹丝不动,这是让我们研发团队最骄傲的时刻。”他说。
  
  最终,“复兴号”CR400AF型动车组转向架的最高失稳临界速度达到了试验台的测试能力极限600km/h。
  
  此后,转向架又经受住了严格的线路试验,其中,在郑徐高铁的列车交汇动力学试验中,创下了单车时速420公里交汇运行的世界纪录。
  
  “根据乘客舒适性体验试验,我国制定了列车客室平稳性指标评价标准,小于2.5即为优级,我国高速动车组均要求达到优级,而时速350公里中国标准动车组线路试验平稳性指标在2以下,乘坐起来非常舒适。这其中,高质量的转向架起到关键作用。”
  
  高承载能力+高度轻量化:完美融于一身
  
  对转向架而言,既要保证足够大的结构强度,又要力求实现车体轻量化目标。而高承载能力和高度轻量化,恰恰又是一对永恒的矛盾体,对此,中车青岛四方股份公司是如何解决的呢?
  
  记者了解到,在结构强度上,“复兴号”CR400AF动车组转向架承载能力设定了17吨轴重的目标(即一个转向架可承载近34吨),设计过程中,对每个承载部件进行反复仿真分析及结构优化,对车轮、车轴、构架等部件进行了1000万次循环加载疲劳试验,保证在全寿命周期内的结构强度安全。
  
  另一方面,在转向架制造过程中,采用各种办法减轻重量。据张振先介绍,转向架的构架采用了薄壁箱型结构焊接,最薄钢板仅6毫米。“为实现轻量化重量控制,设计师进行了精细的重量规划,可以说细到一颗螺栓的重量,并在整个设计过程中严格执行。”
  
  有一次,在对100公斤轴箱体的研制中,轴箱体重量超出计划重量2.5公斤,怎么办?
  
  对此,技术人员不厌其烦,对设计方案进行了四次“优化-仿真计算-再优化”,并对试制完毕的每一个部件及整个转向架进行了称重控制,最终让轴箱体成功“瘦身”,完美达到了设计之初的重量要求,使CR400AF型动车组转向架在既定的承载能力目标和各速度等级下,整体重量水平达到了世界先进水平,将高承载能力与高度轻量化完美地融于一身。
  
  高超工艺:让整件产品浑然一体
  
  当你细细观察CR400AF型动车组转向架成品时,会惊叹于工艺水平之精湛:很多地方完全看不出焊接痕迹,整件产品浑然一体。
  
  张振先告诉记者,技术的创新,工艺的改进,如同高铁研发生产的“两只手”,密切配合,匠心打磨,共同造就了追求极致的中国高铁转向架。
  
  “在构架结构、焊接结构等部件的制造上,需要进行极其严格的细节控制,每一条焊缝都有详细的技术要求,关键焊缝要进行细致的打磨处理。”按照转向架工程师的说法,这叫“修形”,将转向架打磨出完美的形状,使结构受力均匀合理,通过极其苛刻的细节设计和制造,充分保证结构的承载安全。
  
  转向架的定位臂,是精度要求极高、需要手工研磨的部件。如果把转向架称为列车的“腿”,定位臂就相当于“脚踝”,是转向架的核心部位。
  
  “定位臂作为转向架上构架与车轮的接触部位,通过定位节点,和轮对连为一体。在高速运行状态下,定位臂的接触面要承受重达30吨的冲击力。为了保证安全可靠,要确保定位臂和轮对节点有75%以上的贴合率,必须由工人手工研磨。”张振先说。
  
  经过机器粗加工后,留给手工研磨的空间只有0.05毫米左右,相当于一根细头发丝的大小。磨少了,贴合率达不到要求,磨多了,动辄十几万元的部件可能报废。而就是在如此严苛的工艺标准要求下,使转向架车间里涌现出宁允展这样的“大国工匠”,成功破解了长期制约转向架批量制造的瓶颈难题,保证了高速列车转向架的高质量、高产量。
  
  目前,搭载该转向架产品的高铁机车累计运营里程已超过4.4亿公里,并于2010年创造了486.1公里/小时的世界铁路运营试验最高速纪录。同时,该公司还积极进行海外专利布局,为我国高铁“走出去”战略提供有力专利支撑。
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