UIC615-4-2003-20OR-20轉(zhuǎn)向架構(gòu)架結(jié)構(gòu)強度試驗規(guī)程_第1頁
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UIC標準615-42003年2月第2版翻譯OR移動動力裝置——轉(zhuǎn)向架和走行裝置——轉(zhuǎn)向架構(gòu)架結(jié)構(gòu)強度試驗國際鐵路聯(lián)盟本活頁所屬卷類:第Ⅴ——鐵道車輛第Ⅵ——牽引第Ⅷ——技術(shù)要求應(yīng)用從1994年1月1日起在國際鐵路聯(lián)盟所有成員中正式生效更新記錄1994年1月第1版第1次發(fā)布2003年2月第2版在佛萊姆馬克重新印刷·該活頁責任人姓名已寫入該 UIC規(guī)程中。目錄概述.......................................................................................................................................................11.導言..................................................................................................................................................22.一般條件..........................................................................................................................................3.施加有特殊載荷的靜態(tài)試驗 43.1施加負載定義..........................................................................................................................43試.2驗程序和獲得的結(jié)果..........................................................................................................44.模擬工作中主要負載的靜態(tài)試驗 54.1施加負載定義..........................................................................................................................54試.2驗程序..................................................................................................................................54.3獲得的結(jié)果..............................................................................................................................6模5.擬工作中特殊負載的靜態(tài)試驗..................................................................................................75.1施加負載的定義......................................................................................................................75試.2驗程序..................................................................................................................................85.3得到的結(jié)果...............................................................................................................................8疲6.勞試驗..........................................................................................................................................96.1試驗條件..................................................................................................................................96.2施加負載的定義......................................................................................................................96試.3驗程序..................................................................................................................................96.4獲得的結(jié)果..............................................................................................................................11疲7.勞強度的評估..............................................................................................................................12附錄A靜態(tài)試驗時所加力示意圖....................................................................................................13附錄B疲勞試驗時所施加力相對時間變化示意圖........................................................................14附錄C疲勞試驗階段的定義............................................................................................................15文獻目錄...............................................................................................................................................16概述本活頁是對電動轉(zhuǎn)向架進行技術(shù)評審的一個組成部分。它介紹了為了鑒定轉(zhuǎn)向架構(gòu)架承受工作負載能力而作的各種試驗。導言本活頁是一系列關(guān)于到電動轉(zhuǎn)向架進行技術(shù)審查方面的規(guī)定之一。它還包括了UIC活頁615-0,615-1,615-3,615-4和615-5(參見原文16文獻目錄)。它介紹了鑒定轉(zhuǎn)向架構(gòu)架承受工作負載能力用的各種試驗臺試驗。要進行以下4組試驗:-靜態(tài)試驗,采用特殊負載這些試驗是用來評價在幾種最大工作負載聯(lián)合作用下,轉(zhuǎn)向架構(gòu)架會不會產(chǎn)生永久變形。-模擬工作時主要負載的靜態(tài)試驗這些試驗是用來評價在幾種主要工作負載聯(lián)合作用下,(垂直和橫向力,線路扭曲作用)轉(zhuǎn)向架會不會產(chǎn)生永久性疲勞裂紋。靜態(tài)試驗,模擬工作中特殊負載這些試驗是用來評價在轉(zhuǎn)向架各部件(電動機、減振器、防側(cè)滾扭桿)重復應(yīng)力作用下和車輛通過小曲率半徑時轉(zhuǎn)向架是否會產(chǎn)生局部疲勞裂紋。 一、疲勞試驗這些試驗是用來評估整個轉(zhuǎn)向架工作壽命的,評估轉(zhuǎn)向架安全性大小以及薄弱部位的。這些項目指標都是使用靜態(tài)試驗無法檢測到的。因此它們應(yīng)當在作完靜態(tài)試驗后再進行??紤]到用戶現(xiàn)有試驗設(shè)備的能力,這些試驗我們只是作為建議提出。本規(guī)定中引用的試驗時采用的作用力值尚缺少強有力的經(jīng)驗支持,因此我們只把它作為一個暫用值。一般條件所作試驗表明,試驗的轉(zhuǎn)向架構(gòu)架完全符合其設(shè)計圖紙規(guī)定,并且均是采用其批量生產(chǎn)一樣的工藝方法制造出來的。我們建議,在進行轉(zhuǎn)向架靜態(tài)試驗時,應(yīng)當把其懸掛裝置安裝到它上面,如果有必要,還要裝上牽引電機。由于現(xiàn)場的一些原因,在進行疲勞試驗時采用上述安排常常是不可能的,因此在安排這些試驗所用的試驗裝置時需要仔細地斟酌。試驗時采用的試驗裝置產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向架變形應(yīng)當盡可能和我們在轉(zhuǎn)向架正常工作時產(chǎn)生的變形一樣。另外要特別注意,分布在幾個中間連接件(銷軸、彈簧、止擋等)上的那些作用力的傳遞特點。對于產(chǎn)生最大應(yīng)力的部位的應(yīng)力要使用應(yīng)變計測量下來。-對于那些已知道主應(yīng)力方向的那些部位,要使用不定向應(yīng)變片。-對于已知應(yīng)力作用主要方向的部位使用雙向應(yīng)變片。-除上述以外場合,勻采用三方向(應(yīng)變組合片)應(yīng)變儀。應(yīng)變儀的活動工作部分不得超過6mm。這些應(yīng)變片的粘貼位置應(yīng)當根據(jù)有限元分析法,由有經(jīng)驗的專業(yè)人員來確定。如果有必要,可使用可指示應(yīng)變的油漆或其它合適的方法來實施初步試驗。標記和負載定義:nb=轉(zhuǎn)向架數(shù)目ne=每個轉(zhuǎn)向架輪對數(shù)量m+(kg=轉(zhuǎn)向架自重mv(kg=不同運行級別(如果有必要,應(yīng)帶上燃料和水負載物)的車輛自重。對于線載客車輛,試驗負載應(yīng)當按 UIC活頁566(參見原文第16頁文獻目錄)規(guī)定計算。c1:-80kg/座席a(1個旅客)在走廊和通過臺b應(yīng)按每平方米站立個旅客行李間按300kg/m2來計算c2:-1個旅客按80kg/座席a在走廊和通過臺c按2個旅客/m2-在行李間按300kg/m2來計算a.市郊車1個旅客按70kg。b.根據(jù)車輛用途不同,最多可增加到10人。c.根據(jù)車輛服務(wù)類型,最多可增加到4人。使用特殊載荷的靜態(tài)試驗3.1施加負載規(guī)定(參見原文第13頁附件A圖)每個轉(zhuǎn)向架所施加的垂向負載(對于每個側(cè)量中的一個)mncm(n2g4.1N(FN(Fb1vbmax2zmax1z+-+=-每個轉(zhuǎn)向架上施加的橫向負載??????++=be1v4maxynn3gcm(102F-使轉(zhuǎn)向架產(chǎn)生翹曲。這個翹曲應(yīng)當是其某個車輪 100%不再承載時轉(zhuǎn)向架本身產(chǎn)生的,這樣做的目的在于模擬轉(zhuǎn)向架出軌情景。 NB:在這個使用異常負載的試驗步驟中沒有模擬縱向力。對于具有3個輪對的轉(zhuǎn)向架(ne=3),我們假定其中央那個輪對沒有參與橫向力的傳遞。3.在異常場合,系數(shù)1.4可以增加到2,即此時的工作條件被視為特殊情況時。3.2試驗程序和獲得的結(jié)果實施這個試驗要分二步走:初始試驗。這時所用的負載應(yīng)當?shù)扔谧畲筘撦d值的一半,做這個試驗?zāi)康氖谴_認當轉(zhuǎn)向架在接受全負載試驗時不會有太大的問題發(fā)生。全負載試驗。進行這個試驗過程中不得導致轉(zhuǎn)向架上任何一點的變形超過了其彈性極限或者在撤掉試驗負載后使其產(chǎn)生永久變形。在此試驗中不能模擬作用于轉(zhuǎn)向架上的慣性力。因此,作用在二系懸掛上的橫向力要平衡掉作用在車輪范圍內(nèi)的力一般來說過于巨大,如果位于二系橫向懸掛上的某些部件在試驗過程中其變形超過了其彈性極限,則還要對這樣的部件再次進行這個試驗,但使用的橫向作用力將減小到原來的一半。模擬工作中主要負載作用的靜態(tài)試驗4.1作用載荷定義(參見原文第13頁附件A)-垂向力:垂向作用力Fz1和FZ2作用在轉(zhuǎn)向架縱向側(cè)梁上,其定義如 4.2項表中所示,即mnc2.1m(n2gN(Fb2vbz+-+=每個轉(zhuǎn)向架上的橫向作用力:Fy(N)=0.5(Fz+0.5m+g)-轉(zhuǎn)向架的翹曲度和車輪輪緣處線路水平不平順為 5‰(tracktwist)相對應(yīng)。4.2試驗程序該試驗臺應(yīng)當能夠把負載施加到轉(zhuǎn)向架上的某些部位。當模擬這些懸掛和轉(zhuǎn)向架/車體/連接件的行為和有關(guān)自由度時,在這些地方就會產(chǎn)生它們工作時的負載。我們把轉(zhuǎn)向架的這個初始狀態(tài)(測量儀表指示為零)規(guī)定為不帶牽引電機的轉(zhuǎn)向架構(gòu)架狀態(tài)。在轉(zhuǎn)向上安裝牽引電機之后,轉(zhuǎn)向架就要承受各種加載組合,試驗時要順序模擬:-由車體垂向運動(沉浮運動)引起的垂向力變化,它由垂向力的百分數(shù) β來代表:βFZ。-由于車體的滾動引起的垂向力的變化,它由垂向力的百分數(shù) α來表示:αFZ。一般來說,就歐鐵路正常工作條件來看:α=0.1 β=0.2如果所知道的線路質(zhì)量非常差,或者假如車輛工作在超高非常不足的線路上,則這些值可以取得更大一些。注意:對于牽引電動機慣性所導致的動力學負載,我們將在后邊第5項中加以說明。應(yīng)連續(xù)施加的不同負載組合如下表所示:每一個側(cè)梁上的垂向力 負載情況Fz1Fz2作用在轉(zhuǎn)向架上的橫向力裝有牽引電機zFz0α-βFz(1-α-βFz0-βαFz(1-α-βFz+Fy-βαFz(1-α+βFz0-βαFz(1-α+βFz+Fyα-βFz(1+-βαFz0-βαFz(1+-βαFz-Fyα+βFz(1+α+βFz0α+βFz(1+α+βFz-Fy表中所示試驗做完后,在選加線路扭曲不平順的情況重復做負載

no3,5,7和9試驗。試驗時引入線路不平順條件,不應(yīng)當改變垂向作用力的總和。

NB

:負載2,4,6和

8場合僅用于評估橫向力的影響

4.3得到的結(jié)果在每個測量點上,對于施加第5頁4.2項規(guī)定的負載組合所引起的應(yīng)力都應(yīng)當記錄下來。根據(jù)這些值,求解最小值σmin和最大值σmax,以便確定:22minmaxmaxminave σ-σσΔσ+σ=σ和應(yīng)當遵守的極限應(yīng)力在有關(guān)資料中已經(jīng)給出,這些資料是根據(jù) B12RP17報告附件6所給出的古德曼-史密斯(Goodman-Smith)圖之類的現(xiàn)已掌握的知識導出來的。但是,在計劃要做疲勞試驗場合,并且也只有在這種場合,在不多的測量點上的應(yīng)力值可以超過這些極限應(yīng)力,最多可達20%。對于這些高應(yīng)力點,在以后的疲勞試驗過程中一定要特別注意,重點監(jiān)視。如果在試驗時,位于二系橫向懸掛上邊的轉(zhuǎn)向架部件由于橫向力的作用,其應(yīng)力值超過其彈性極限20%,則要對這樣的部件再重新進行上述試驗。但試驗時應(yīng)將橫向作用力減半,就像原文第4頁3.2條所介紹的那樣。模擬工作中特殊負載的靜態(tài)試驗5.1施加負載的定義進行這些試驗時所模擬的作用力大部分和轉(zhuǎn)向架的專用設(shè)計特點和轉(zhuǎn)向架的工作用途有關(guān)(牽引制動)。因此,想通過本活頁就把所有的試驗都規(guī)定得十分完全是不可能的。但是可以對當前運營在歐洲干線鐵路上的常用標準轉(zhuǎn)向架的試驗方法作出規(guī)定。5.1.1牽引電動機和牽引力傳遞應(yīng)用下列方法可以模擬牽引電機和傳動裝置慣性產(chǎn)生的動力學作用:-通過中央傳動裝置的安裝點:交替地使作用力等于0.21倍的電動機重量。施力于懸掛架上的安裝點:交替地使作用力等于安裝在懸掛架上這些元件自重再乘以三。不管這些作用力是怎樣組合的,都要逐個組合地進行試驗。5.1.2電力牽引/制動設(shè)備試驗時模擬作用在構(gòu)架上的驅(qū)動的作用力將被施加到軸箱上。試驗時模擬電動機反轉(zhuǎn)矩的作用力將被施加到轉(zhuǎn)向架上的支承上。5.1.3空氣制動設(shè)備模擬轉(zhuǎn)向架構(gòu)架上的制動設(shè)備作用的作用力將被施加到它們在制動工作時經(jīng)常發(fā)生的轉(zhuǎn)向架部位(即對車輪使用閘瓦壓緊所產(chǎn)生的作用力或者通過閘墊片施加在制動盤上的作用力)。所使用的這些作用力的值應(yīng)當是與這些空氣制動設(shè)備工作時產(chǎn)生的最大制動作用相對應(yīng)的力。5.1.4減振器試驗時在轉(zhuǎn)向架安裝減振器的位置施加1.5FA大小的力(防側(cè)滾、防垂向、橫向或縱向振動)。FA等于轉(zhuǎn)向架疲勞試驗時得的力的數(shù)值。一般說來這個值與在車輛以額定速度運轉(zhuǎn)時減振器所產(chǎn)生的阻尼力相當。1這個值可能太低,以后可以規(guī)定得再精確一些。5.1.5防側(cè)滾扭桿如果進行原文第5頁第4條所規(guī)定的試驗時無法安裝防側(cè)滾扭桿(例如當轉(zhuǎn)向架裝有二系空氣懸掛時)就要進行一個專門試驗。在實施這個試驗時,應(yīng)當把這些桿件連接到試驗臺的橫向結(jié)構(gòu)件上,然后首先使試驗臺橫向結(jié)構(gòu)件朝一側(cè)傾斜,然后再向另外一側(cè)傾斜,每次傾斜的角度都應(yīng)超過與這些扭桿平時工作值對應(yīng)的角度值(大約20毫弧度)。5.1.6縱向力這些縱向力包括由于車體滾擺和車輛在通過小曲率半徑線路時軌道對輪對產(chǎn)生的作用力引起的縱向力。對于傳統(tǒng)的無輪對徑向調(diào)節(jié)機構(gòu)的轉(zhuǎn)向架,這個縱向力的值典型的數(shù)值為:??????+=+gmFFzx21.0注意:利用試驗臺,其它輪對或是利用作為支承點的轉(zhuǎn)向架構(gòu)架均可以施加力Fx。5.2試驗程序試驗時,在任何負載組合場合,首先應(yīng)當向轉(zhuǎn)向架每個縱向結(jié)構(gòu)元件施加垂向負載Fz,然后記錄下4個車輪(Q11,Q12,Q21和Q22)的垂向反力。然后再施加前邊章節(jié)中所描述的力,先在一個方向上施加,然后再在另一方向施加,同時要核對一下這兩個反作用力的總和( Q11+Q12+Q21+Q22)是否保持不變。按照上述試驗方法,在每個應(yīng)變測量點可以獲得三個值。根據(jù)這三個值,我們求出其中最大值和最小值,然后求解σ平均和Δσ。5.3獲得的結(jié)果對于上述試驗中的每一種試驗,應(yīng)當注意以下兩種情況:對于那些在實施模擬工作時主要負載試驗時測量記錄僅顯示出其應(yīng)力相當?shù)偷牟课?,就可以斷定由于試驗時特定負載所產(chǎn)生的應(yīng)力是低于其限界值的。對于那些實施原文第5頁第4項所規(guī)定的試驗時測量記錄顯示存在著相當大應(yīng)力的部位,將把所獲得這些應(yīng)力迭加起來,然后再判斷它是否超過了限界值。疲勞試驗6.1試驗條件疲勞試驗將在下列條件下實施:在不拆除驅(qū)動裝置(牽引電動機和傳動裝置)的條件下,對整個完整的轉(zhuǎn)向架構(gòu)架,應(yīng)當可以施加試驗作用力?;蛘咴隍?qū)動裝置無助于提高構(gòu)架強度時,只有在這種情況下,才可以拆下這個驅(qū)動裝置。6.2施加負載的定義垂向力(每個構(gòu)架側(cè)梁)·靜態(tài)構(gòu)件:FZS1=FZS2=FZ(和原文第5頁4.1項取同樣的值) ·準靜態(tài)構(gòu)件(模擬曲線上運行):Fzq1=-Fzq2=±α.F(Z參見4.1項)·動力學構(gòu)件(模擬車體振動):Fzd1=Fzd2=±β.F(Z參見4.1項)-橫向力(每個轉(zhuǎn)向架) ·準靜態(tài)構(gòu)件:Fyq=0±.25.(Fz+0.5m+.g動力學構(gòu)·件:Fyd=0±.25.(Fz+0.5m+.g此時轉(zhuǎn)向架構(gòu)架翹曲度和轉(zhuǎn)向架再加上它的懸掛裝置一塊承受線路不平順tracktwist)為5‰的作用相對應(yīng)。6.3試驗方法這些試驗應(yīng)當在試驗臺上進行。這種試驗臺應(yīng)當允許把試驗負載施加到它們在工作時影響的地方,而且與此同時,試驗臺還要正確地模擬出其懸掛裝置和轉(zhuǎn)向架/車體連接件的行為和自由擺動角度。6.3.1準靜態(tài)和動力學負載這些試驗包括交替地輪流實施準靜態(tài)和動力學負載組合,這種組合代表了轉(zhuǎn)向架通過右曲線和左曲線運轉(zhuǎn)情形。如果在實施原文第 5頁4.1項所規(guī)定的靜態(tài)試驗時,測量記錄表明線路不平順僅在轉(zhuǎn)向架局部區(qū)域引發(fā)了應(yīng)力。在那些部位垂向和橫向力產(chǎn)生的應(yīng)力很小。在這種情況下,在只施加垂向和橫向作用力時實施第1階段疲勞試驗。在這種情況,試驗時垂向和橫向準靜態(tài)和動力學作用力隨時間變化情形如原文第14頁附件B的曲線圖所示。在與圖中左曲線或右曲線相對應(yīng)的每個試驗安排場合,動力學循環(huán)數(shù);即垂向和橫向動力學循環(huán)次數(shù)正常情況下均等于20。如果轉(zhuǎn)向架是被運用于多曲線線路上時,這個數(shù)目可能減小到10,甚至10以下,如果那條線路上的曲線段非常多時。垂向和橫向力的動力學作用力的改變頻就及相位都一樣,其情況如其曲線圖所示。在進行這類試驗時,模擬右曲線的準靜態(tài)和動力學負載安排數(shù)應(yīng)和模擬左曲線場合一樣。實施這類試驗時要分三步,它要和所施加的負載級別相對應(yīng),具體情況如原文第5頁附錄C所示。-第一個加載階段包括全部動力學循環(huán)次數(shù) 6×106。第二個加載階段的動力學循環(huán)次數(shù)為2×106次,此場合所施加的靜態(tài)力不變,且所施加的準靜態(tài)和動力學作用力為原來值乘以 1.2。第三加載階段的動力學循環(huán)次數(shù)為2×106,除了系數(shù)1.2換成了1.4以外,其余同第二加載階段。6.3.2線路不平順加載進行此項試驗時所施加的線路不平順( tracktwist)循環(huán)次數(shù)全部為 106:附件C中的曲線圖所展示的第一個加載階段的動力學循環(huán)作用為6×105,而其余兩個階段的動力學作用循環(huán)次數(shù)皆為2×105,在這三種情形下試驗時線路的不平順激擾幅度應(yīng)當分別乘以1.2和1.4。在計劃進行這些試驗時,應(yīng)當考慮靜態(tài)試驗結(jié)果和現(xiàn)有試驗設(shè)施的試驗?zāi)芰Γ喝绻o態(tài)試驗表明,轉(zhuǎn)向架構(gòu)架未受線路不平順影響(例如當轉(zhuǎn)向架具有較小的扭轉(zhuǎn)剛度或者采用關(guān)節(jié)式轉(zhuǎn)向架時),則可以不進行線路不平順模擬試驗。如果原文第5頁第4項規(guī)定的靜態(tài)試驗表明,線路不平順的影響可以明顯地和垂向和橫向作用力造成的結(jié)果區(qū)分開來時(例如產(chǎn)生應(yīng)力的區(qū)域不同),則可以把線路不平順模擬循環(huán)和其它加載循環(huán)分開,單獨施加。如果現(xiàn)有試驗臺對上述條件哪一個都能夠滿足,則試驗時可使用這樣的試驗臺,以便同時對轉(zhuǎn)向架構(gòu)架等施加垂向和橫向作用力,以及線路不平順激擾。6.4獲得的結(jié)果在進行頭二個階段的試驗后,轉(zhuǎn)向架構(gòu)架等不應(yīng)當出現(xiàn)裂紋,這個結(jié)論應(yīng)通過無損檢驗方法(磁粉或干滲透檢驗)來證實。這類無損檢測活動應(yīng)在被試驗物經(jīng)受了4×106動力作用循環(huán),第一和第二兩個試驗階段結(jié)束時進行。在進行第三階段試驗時,如果試驗中出現(xiàn)了小的裂紋,這也是可以接受的,但前提是如果它是在工作時,但不用立即進行修理也無妨。在這種情況下,我們建議,轉(zhuǎn)向架的制造者應(yīng)當對轉(zhuǎn)向架的設(shè)計進行局部修改,以便增加那里的強度。修改后的轉(zhuǎn)向架可不用重新進行這種試驗。在進行疲勞試驗時,對于在靜態(tài)試驗中發(fā)現(xiàn)最大應(yīng)力部位的應(yīng)力進展情況,應(yīng)當使用應(yīng)變儀進行監(jiān)視,特別是要重點監(jiān)視應(yīng)力已超過原文第 6頁4.3項所允許的極限應(yīng)力的部位。對于位于二系懸掛上面的構(gòu)件,不需再關(guān)注在實施靜態(tài)試驗時由于施加了過大的橫向力,使某些部位過載因而使其產(chǎn)生裂紋。在對轉(zhuǎn)向架本身實施疲勞試驗之前,我們建議應(yīng)當先對其連接件(例如撓性關(guān)節(jié))進行疲勞試驗,以確定其工作壽命,從而避免在對整個轉(zhuǎn)向架構(gòu)架試驗時出現(xiàn)任何意外事件。疲勞強度的檢驗如果無法實施疲勞試驗,我們建議可利用以下檢驗程序來代替它。在實施完靜態(tài)試驗后,可在有代表性的平常運營線路上,正常車速條件下對該轉(zhuǎn)向架進行工作試驗。測量在靜態(tài)試驗中發(fā)現(xiàn)的臨界點處的應(yīng)力大小。根據(jù)合適的國際和國家作法評估出該轉(zhuǎn)向架產(chǎn)生裂紋的概率。這些方法尚未標準化。附件A本圖顯示實施靜態(tài)試驗時所施加的作用力第1軸第2側(cè)第1側(cè)第2軸附件B該圖展示了疲勞試驗時所施加的作用力和時間的關(guān)系在Z向施加的力在Y向所施加的力附件C疲勞試驗階段的定義力循環(huán)次數(shù)第3加載階段第2加載階段第1加載階段=(靜態(tài))垂向=1(準靜態(tài)+動力學),垂向和橫向c=1.2(準靜態(tài)+動力學),垂向和橫向d=1.4(準靜態(tài)+動力學),垂向和橫向文獻目錄UIC活頁國際鐵路聯(lián)盟活頁505-1:鐵道運輸車輛—鐵道車輛結(jié)構(gòu)限界,第 9版正在制訂中?;铐?10-2:拖車—不同類型走行裝置的各種直徑車輪使用條件,第 4版正在制訂中?;铐?12:鐵道車輛為了避免軌道電路和集電軌道接觸器工作困難必須滿足的條件,79.1.1第8版,有2處修改。活頁

513:評估鐵道車輛振動對旅客乘座舒適性影響用指南,

94.7.1第1版?;铐?/p>

515-3:鐵道車輛轉(zhuǎn)向架走行裝置車輛設(shè)計計算方法,

94.7.1第

1版?;铐?15-5:動車和拖車轉(zhuǎn)向架走行

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