第１２期
象斓锻黎
北京地铁某Ｂ型车抗侧滚扭杆装置研制
王亚平１
杜方孟１
罗斌１孙伟１
刘文松１
程海涛１路广２
（１．株洲时代新材料科技股份有限公司，５１０６４０，株洲；２．南车四方车辆有限公司，２６６０００，青岛／／第一作者．』：程师）
摘要阐述了为北京地铁Ｂ型车辆而开发研制的抗侧滚
扭杆装置的技术特点和性能要求，对该抗侧滚扭杆装置的产品设计、强度校核、质量控制等内容作了全面的介绍。开发研制的抗侧滚扭杆装置已成功地运用在北京地铁房山线等城市轨道交通线上。关键词
北京地铁；Ｂ型车；抗侧滚扭杆装置
中图分类号Ｕ
２６０．３３１＋．６
ＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＡｎｔｉ・。ｒｏｌｌｉｎｇＢａｒＡｓｓｅｍｂｌｙＡｐ‘。ｐｌｉｅｄｉｎＢｅｉｊｉｎｇＭｅｔｒｏｔｙｐｅ－ＢＶｅｈｉｃｌｅ
ＷａｎｇＹａｐｉｎｇ，ＤｕＦａｎｇｍｅｎｇ，ＬｕｏＢｉｎ，ＳｕｎＷｅｉ，Ｌｉｕ
Ｗｅｎｓｏｎｇ，Ｃｈｅｎｇ
Ｈａｉｔａｏ，ＬｕＧｕａｎｇ
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｔｈｅ
ｔｅｃｈｎｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
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ＺｈｕｚｈｏｕＴｉｍｅｓＮｅｗＭａｔｅｒｉａｌＴｅｃｈ．
ｎｏｌｏｇｙＣｏ．，Ｌｔｄ．，５１０６４０，Ｚｈｕｚｈｏｕ，Ｃｈｉｎａ
地铁Ｂ型车辆具有造价低、运营灵活等特点，在较多城市得到广泛运用。为保证通过小半径曲线的安全性，该型车辆普遍采用抗侧滚扭杆装置。株洲时代新材料科技股份有限公司受客户委托，负责北京地铁某Ｂ型车扭杆产品的开发，已用于北京地铁房ＩＩＩ线、１５号线以及６号线的Ｂ型车辆。安装在北京地铁房山线Ｂ型车辆上的抗侧滚扭杆装置如图Ｉ所示。
Ｉ
技术要求及运营环境
扭杆装置与转向架、车体之间的安装及接口尺
寸要求见图２。北京地铁某Ｂ型车的性能要求及运营环境见表１所示。
万方数据
图１
安装在北京地铁房山线车辆上的抗侧滚扭杆装置
单位：咖
图２北京地铁某Ｂ型车扭杆接口尺寸要求表Ｉ北京地铁某Ｂ型车的扭杆性能要求及运营环境
２设计方案
２．１方案结构
针对北京地铁某Ｂ型车辆的技术要求，选用了
内置式的扭杆结构（见图３）。此种结构的扭杆支撑
・
１２５
・
座组件通过螺栓固定在转向架构架下端面，左右两端的竖向连杆置于构架的外侧。
褥
峰向连杆
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一渊｝
辩警
…
扭转臂
图３扭杆纬构
扭杆支撑座采用了上下支撑座加层状支撑橡胶（见图４）的形式。在车体侧滚扭杆轴扭转时，层状支撑橡胶可通过其自身的扭转变形适应扭杆轴的扭转运动。峰向连杆的卜端采用橡胶节点，下端采片ｊ围外进几的金属关节轴承。其优点在于：金属关节轴承的运动自由度较大，可适应车体侧滚时连杆下端节点产生的偏移、旋转组合的复杂运动状态。
一一攀
图４层状支撑橡胶
由于车体构架的空间所限，为了避免住车体侧滚时扭杆的运动与构架其它部件发生运动干涉的情况，连杆下端的横向空问需≤１２０ｍｍ。因此，连接扭转臂和连杆中金属关节的锥销采用了创新式的穿孔结构，Ｍ２（）的法兰面螺栓通过拧人锥销中的螺纹孔以固定锥销并连接扭转臂（如图５）。这种结构将大大节约抗侧滚扭杆装置的安装和运动空间。
锥销
。ｌ
义
Ｍ、２【）螺栓
图５连杆和扭转臂的锥销连接
・
１２６・
万方数据
２０１２年
２．２工艺方案
零部件的选材借鉴以往项目经验…，扭杆轴材
料采用ＥＮ１（）（）８９中的５２ＣｒＭｏＶ４弹簧钢。这种钢
材具有高强度、高弹性的特点。已广泛应用于欧洲轨
道交通车辆的扭杆中，端部镦粗后进行加工。扭转臂和竖向连杆采用模具锻造毛坯后再机加Ｔ的方式，因上下支撑座应力相对较低，故采用Ｄ级钢的铸造毛坯。２．３计算分析
抗侧滚扭杆装置的刚度是指在车体侧滚时，扭
杆提供的阻力矩与车体侧滚角的比值。如当车体侧滚角为ｄ时，设竖直连杆上的作用力为Ｎ，则扭杆
装置对车体作用的力矩丁：为：
Ｔ：＝ＮＬＩＣＯＳｏｔ
（１）
则扭杆装置对于车体的扭转刚度Ｍ：为：
Ｍ，：ｆ：华出
（２）
其巾扭杆轴的结构足决定扭杆装置刚度最主要的因素【－。当扭杆轴的扭转刚度为Ｍ，时，扭杆装置的刚度计算为：
Ｍ，≈些
（３）
Ｌｉ
式中：
Ｌ，
扭杆装置的连杆跨距，Ｌ，＝２
４６６ｍｍ；
Ｌ二——扭转臂的中一ＣｑＬ距，Ｌ二＝１８（）ｍｍ。
Ｍ．由扭杆轴的布局决定，对于结构确定的扭杆轴，Ｍ．是其固有属性。
Ｍ，＝∑＿（Ｊｌ
ｒ１
（４）
Ｉｉ
式巾：
Ｇ——扭杆轴材料的抗剪弹性模量；
，Ｈ某一截面的抗扭截面系数；ｆｉ
同一直径的轴长。
扭杆轴结构如图６所示。经计算扭杆装嚣的
Ｍ二＝１．８１ＭＮ・ｍ／ｒａｄ，已满足客户要求。
图６扭杆轴结构示意图
２．４强度校核
应用有限元分析的方法对扭杆的强度进行校
第１２期
藏斓溅溶
在锻造过程中，由于结构或工艺设计的不合理，导敛锻造毛坯表面产生肉眼无法观察的微观裂纹。这些
核，将扭杆的结构以及载荷情况输入到ＡＢＡＱＵＳ６．９有限元分析软件中，可得到各零件的应力载荷情况。以极限载荷±１５ｋＮ为例，此时扭杆的应力云图如图７所示。
Ｓ
微观裂纹的存在，将大大降低零件的强度和疲劳寿命，尤其是产品在油漆后表面缺陷无法观察得到时，零件产品中表面缺陷的存在将导致无法估量的严重
后果。纤维流线的检测通常作为参考的检测项点。
在锻造工艺设计合理的情况下，锻造毛坯的纤维流
线的分布应基本与毛坯轮廓保持一致，如出现紊流情况，则锻造毛坯的强度和局部硬度将大大降低。
巡巨Ｈ耳臣４对抗侧滚扭杆装置的检测
扭杆装置的性能检测通常包括刚度测试、整体
罔７极限载荷±１５ｋＮ时机杆的应力云图
疲劳测试两项。
刚度测试的主要目的是验证扭杆装置的刚度设计是否满足设计需要。在进行刚度检测时，利用相应的工装模拟扭杆装置的安装条件，通过十二通道机的液压装置在扭杆装置的竖向连杆上加载载荷，
扭杆的最大应力出现在扭杆轴的圆弧过渡区域，最大的应力达到了３１８ＭＰａ（见表２）。经分析叮知，扭杆零部件选材的强度均满足疲劳载倚的要求，且均有约３倍的安全系数。
表２在士１５ｋＮ疲劳载荷条件下的各零部件的应力状况
记录载倚、位移曲线，并通过相关的计算转换为扭杆装置的刚度。本项目研制的扭杆装置经刚度试验检
测得到的刚度值为１．７７ＭＮ・ｍ／ｒａｄ，与设计刚度和客户的要求相吻合。
疲劳试验条件如表３所示。达到循环次数后，
对表面进行了磁粉探伤检查，没有发现裂纹等异常现象，表明该抗侧滚扭杆装置具有足够的疲劳寿命。
３生产制造的关键过程控制
对于扭杆轴，其检测项点主要包括化学成分、机械性能、内部质量（超声波探伤）、表面缺陷（磁粉探伤）、喷丸质量检测。由于从原材料加工成扭杆轴的过程中，无影响其内部质量的工序，因此其内部质量的检测可在原材料上进行。在扭杆轴表面上的喷丸处理，可使得扭杆轴的表面保留残余压应力。在其安
表３北京地铁某Ｂ型车辆扭杆疲劳试验要求
５抗侧滚扭杆装置的运用情况
已研制成功的该类型抗侧滚扭杆装置在北京地
铁房山线的车辆上开始运用，自２００９年试运营以来，已取得了较好的运营业绩，没有发现问题。
装使用时，表面残余压应力将叮适量降低其应力，从
而提高扭杆轴的抗疲劳性能。冈此，扭杆轴的质量控制项点中包括ｒ对扭杆轴喷丸强度和覆盖率的检测。
扭转臂和竖向连杆均采用４２ＣｒＭｏ的模具锻造毛坯，再进行机加工，因此其质量控制的项点也类似，除了常规的化学成分、机械性能检测外，其检测
参考文献
［１］刘文松，郭春杰．符合法铁标准的抗侧滚扭杆轴的：ｆ艺研制
［Ｊ］．铁道车辆，２１１１１７，７（４５）：１２５．
项点还包括表而缺陷的磁粉探伤检测和纤维流线检测。其中，磁粉探伤的检测，主要是为了避免铁什产品
（收稿日期：２０１１—０８—３０）
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万方数据
北京地铁某B型车抗侧滚扭杆装置研制
作者：作者单位：
王亚平， 杜方孟， 罗斌， 孙伟， 刘文松， 程海涛， 路广， Wang Yaping， Du Fangmeng， Luo Bin ， Sun Wei， Liu Wensong， Cheng Haitao， Lu Guang
王亚平,杜方孟,罗斌,孙伟,刘文松,程海涛,Wang Yaping,Du Fangmeng,Luo Bin,Sun Wei,Liu
Wensong,Cheng Haitao(株洲时代新材料科技股份有限公司,510640,株洲)， 路广,Lu Guang(南车四方车辆有限公司,266000,青岛)城市轨道交通研究Urban Mass Transit2012,15(12)
刊名：英文刊名：年，卷(期)：
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