提高軸重對(duì)架橋機(jī)組用平車(chē)性能的影響

黃元琳

（中國(guó)南車(chē)集團(tuán) 二七車(chē)輛有限公司，北京100072）

國(guó)鐵營(yíng)業(yè)線(xiàn)上運(yùn)行的架橋機(jī)具有架橋兼鋪軌作業(yè)功能，屬自輪運(yùn)轉(zhuǎn)特種設(shè)備，須符合相關(guān)的國(guó)家和鐵路標(biāo)準(zhǔn)及《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》的技術(shù)要求和限界要求，由鐵道部統(tǒng)一管理。架橋機(jī)組用平車(chē)是架橋機(jī)的基礎(chǔ)部分，系特種車(chē)輛之一。

為適應(yīng)架設(shè)新建或改建速度200 km／h鐵路規(guī)劃采用的新型預(yù)應(yīng)力混凝土T梁的需要，中國(guó)南車(chē)二七車(chē)輛有限公司研制了TJ165型架橋機(jī)組主機(jī)用NJ3型平車(chē)及輔機(jī)用NJ4型平車(chē)。

在施工作業(yè)時(shí)架橋機(jī)用平車(chē)一位端轉(zhuǎn)向架要承受較大的載荷，考慮到受允許軸重的限制，TJ165型架橋機(jī)組主機(jī)用NJ3型平車(chē)及輔機(jī)用NJ4型平車(chē)的一位端均采用了旁承承載5軸轉(zhuǎn)向架、二位端采用了心盤(pán)承載組合式4軸轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)形式，使架橋機(jī)組用平車(chē)既保證了架橋作業(yè)時(shí)的平穩(wěn)性和載重大的要求，又滿(mǎn)足了架橋機(jī)組用平車(chē)過(guò)軌運(yùn)輸時(shí)速度80 km／h的要求。

隨著對(duì)架橋機(jī)組過(guò)軌運(yùn)輸效率要求的提高，架橋機(jī)組用平車(chē)在無(wú)裝備過(guò)軌運(yùn)輸或轉(zhuǎn)場(chǎng)（轉(zhuǎn)換施工場(chǎng)地，下同）過(guò)軌運(yùn)輸時(shí)的提速問(wèn)題也提上了日程。通過(guò)TJ165型架橋機(jī)組主機(jī)用NJ3型平車(chē)及輔機(jī)用NJ4型平車(chē)的動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)表明，5軸轉(zhuǎn)向架的曲線(xiàn)通過(guò)能力較4軸轉(zhuǎn)向架弱，導(dǎo)致限速較低。除進(jìn)一步研究提高5軸轉(zhuǎn)向架的動(dòng)力學(xué)性能外，還有一種辦法就是通過(guò)提高允許軸重來(lái)改變轉(zhuǎn)向架現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)，如果軸重提高到30 t，為一位端設(shè)計(jì)成4軸一體式轉(zhuǎn)向架以替代5軸一體式轉(zhuǎn)向架帶來(lái)了可行性。下面以TJ165型架橋機(jī)組主機(jī)用NJ3型平車(chē)及輔機(jī)用NJ4型平車(chē)為例，對(duì)其提高軸重以改善架橋機(jī)組用車(chē)輛性能的可行性進(jìn)行分析探討。

1 NJ 3型平車(chē)及NJ 4型平車(chē)簡(jiǎn)介

1.1 用途

NJ3型平車(chē)是主機(jī)解體后過(guò)軌運(yùn)輸?shù)膶?zhuān)用平車(chē)，施工作業(yè)時(shí)作為主機(jī)的承載基體；NJ4型平車(chē)是輔機(jī)過(guò)軌運(yùn)輸時(shí)的專(zhuān)用平車(chē)，施工作業(yè)時(shí)作為梁片及軌排的運(yùn)載平車(chē)。

1.2 主要結(jié)構(gòu)

（1）NJ3型平車(chē)

該車(chē)主要由車(chē)體、5軸轉(zhuǎn)向架、組合式4軸轉(zhuǎn)向架、風(fēng)制動(dòng)裝置、車(chē)鉤緩沖裝置、手制動(dòng)裝置、標(biāo)記等部分組成。車(chē)輛的1位端采用旁承承載，2位端采用心盤(pán)承載。

（2）NJ4型平車(chē)

NJ4型平車(chē)主要由車(chē)體、5軸轉(zhuǎn)向架、組合式4軸轉(zhuǎn)向架、空氣制動(dòng)裝置、車(chē)鉤緩沖裝置、手制動(dòng)裝置、標(biāo)記等部分組成。車(chē)輛1位端采用旁承承載，2位端采用心盤(pán)承載?？諝庵苿?dòng)裝置、車(chē)鉤緩沖裝置及手制動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)與NJ3型平車(chē)相同。轉(zhuǎn)向架與NJ3型平車(chē)相同。

1.3 主要性能參數(shù)及基本尺寸

2 NJ 3型、NJ 4型平車(chē)過(guò)軌運(yùn)輸軸重現(xiàn)狀

2.1 無(wú)裝備過(guò)軌運(yùn)輸狀態(tài)

NJ3型平車(chē)自重為91.1 t，NJ4型平車(chē)自重為71.3 t，為保證過(guò)軌運(yùn)輸?shù)男阅埽鶕?jù)車(chē)輛的具體結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)整車(chē)的動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)，無(wú)裝備過(guò)軌運(yùn)輸狀態(tài)時(shí)須按要求采取配重措施。

NJ3型平車(chē)：在車(chē)體一位端枕粱處（5軸轉(zhuǎn)向架上方）加裝26 t配重，使NJ3型平車(chē)總重大于113 t，軸重達(dá)到12.56 t以上。

NJ4型平車(chē)：在車(chē)體一位端枕粱處（5軸轉(zhuǎn)向架上方）加裝26 t配重，在車(chē)體二位端枕粱處（組合式4軸轉(zhuǎn)向架上方）加裝18 t配重，使NJ4型平車(chē)總重大于113 t，軸重達(dá)到12.56 t以上。

2.2 有裝備過(guò)軌運(yùn)輸狀態(tài)

在NJ3型平車(chē)上安裝1號(hào)柱、2號(hào)柱、3號(hào)柱、機(jī)臂、吊梁小車(chē)、發(fā)電機(jī)組、驅(qū)動(dòng)裝置、控制系統(tǒng)等設(shè)備后組成TJ165型架橋機(jī)主機(jī)；在NJ4型平車(chē)上安裝發(fā)電機(jī)組、驅(qū)動(dòng)裝置、控制系統(tǒng)等設(shè)備后組成TJ165型架橋機(jī)輔機(jī)，與架橋機(jī)主機(jī)配套使用?？蛇M(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路線(xiàn)路上架橋兼鋪軌施工作業(yè)。

NJ3型平車(chē)（即TJ165型架橋機(jī)組主機(jī)用平車(chē)）：在轉(zhuǎn)場(chǎng)運(yùn)輸時(shí)主機(jī)采用大解體的方式，即拆除機(jī)臂等部件。此時(shí)的主機(jī)總質(zhì)量為151 t，1位端5軸轉(zhuǎn)向架軸重15 t（5軸共計(jì)75 t）；2位端組合式4軸轉(zhuǎn)向架軸重19 t（4軸共計(jì)76 t）。

NJ4型平車(chē)（即TJ165型架橋機(jī)組輔機(jī)用平車(chē)）：在轉(zhuǎn)場(chǎng)運(yùn)輸時(shí)輔機(jī)還須在車(chē)體一位端枕粱處（5軸轉(zhuǎn)向架上方）和車(chē)體2位端枕粱處（組合式4軸轉(zhuǎn)向架上方）各加裝6 t配重，總重113 t，軸重均為12.56 t。

3 NJ 3型、NJ 4型平車(chē)（即TJ 165型架橋機(jī)組用平車(chē)，下同）施工作業(yè)軸重現(xiàn)狀

TJ165型架橋機(jī)組用平車(chē)除因轉(zhuǎn)場(chǎng)需要過(guò)軌運(yùn)輸外，其余時(shí)間均為現(xiàn)場(chǎng)架橋兼鋪軌施工作業(yè)狀態(tài)，其主要工況的軸重見(jiàn)表1。從表中可以看出主機(jī)在全懸臂架梁時(shí)1位端5軸轉(zhuǎn)向架軸重最大，為34 t；輔機(jī)在喂梁時(shí)最大軸重發(fā)生在2位端4軸轉(zhuǎn)向架為30 t。主機(jī)用平車(chē)軸重較大。

表1 NJ 3型、NJ 4型平車(chē)施工作業(yè)主要工況軸重表

4 NJ 3型、NJ 4型平車(chē)軸載荷分析計(jì)算

目前，我國(guó)貨車(chē)E軸的允許軸重為25 t，為確保運(yùn)行安全，對(duì)NJ3型、NJ4型平車(chē)用車(chē)軸（含主動(dòng)車(chē)軸和從動(dòng)車(chē)軸）進(jìn)行了強(qiáng)度校核，最大應(yīng)力發(fā)生在主機(jī)以0.5 km／h的速度半懸臂在橋面自力走行時(shí)的輪座處，5軸轉(zhuǎn)向架此時(shí)軸重約為33 t。當(dāng)主機(jī)全懸臂鋪軌作業(yè)工況時(shí)，軸重雖然達(dá)到了34 t，但由于是處于靜止?fàn)顟B(tài)，安全裕量仍然很大，經(jīng)分析計(jì)算表明：車(chē)軸具有足夠的安全裕量，強(qiáng)度滿(mǎn)足架橋機(jī)組用平車(chē)的使用要求。其應(yīng)力計(jì)算和強(qiáng)度校核見(jiàn)表2。

表2 主動(dòng)車(chē)軸應(yīng)力計(jì)算和強(qiáng)度校核 MPa

5 改善架橋機(jī)組用平車(chē)性能的方案設(shè)想

如果能夠提高軸重，將每根軸的允許載荷由25 t提高到30 t，NJ3型平車(chē)現(xiàn)在的1位端5軸一體式轉(zhuǎn)向架就可以考慮4軸1體式轉(zhuǎn)向架，即將整車(chē)的前后轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)為對(duì)稱(chēng)形式，根據(jù)以往長(zhǎng)大貨車(chē)用4軸轉(zhuǎn)向架的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及試驗(yàn)研究，動(dòng)力學(xué)性能將會(huì)有較大改善，過(guò)軌運(yùn)輸速度會(huì)進(jìn)一步提高。而且施工作業(yè)工況時(shí)的車(chē)軸受力狀況也會(huì)得到較大程度的緩解，提高安全裕量。

5.1 無(wú)裝備過(guò)軌運(yùn)輸狀態(tài)

提高軸重后，前后均采用4軸轉(zhuǎn)向架的主機(jī)用平車(chē)及輔機(jī)用平車(chē)的自重與現(xiàn)在相近，可以通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)向架參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)取消現(xiàn)在的配重措施，簡(jiǎn)化過(guò)軌運(yùn)輸方案。但要注意主機(jī)用平車(chē)過(guò)軌運(yùn)輸時(shí)要滿(mǎn)足前后轉(zhuǎn)向架質(zhì)量不大于10 t的要求。

5.2 有裝備過(guò)軌運(yùn)輸狀態(tài)

因自重與現(xiàn)在接近，所以架橋機(jī)主機(jī)在轉(zhuǎn)場(chǎng)過(guò)軌運(yùn)輸時(shí)其總重也基本不變，此時(shí)1位端軸重變?yōu)榧s18.75 t，4軸共重為75 t，與原來(lái)5軸總重75 t相等，與2位端組合式4軸轉(zhuǎn)向架軸重19 t也基本一致，且各軸均載；而架橋機(jī)輔機(jī)在過(guò)軌運(yùn)輸時(shí)則還可以取消現(xiàn)在前后轉(zhuǎn)向架加裝的配重，此時(shí)的軸重為12.88 t，同時(shí)保證了各軸均載。軸重對(duì)比見(jiàn)表3。

5.3 施工作業(yè)狀態(tài)

軸重較大的主機(jī)用平車(chē)1位端載荷在改變軸數(shù)前后變化不大，提高軸重后一位端的軸重超出允許軸重約10 t，與原來(lái)5軸時(shí)采用E軸超出允許軸重的數(shù)值相近。根據(jù)架橋機(jī)組的使用特點(diǎn)，主機(jī)用平車(chē)在施工作業(yè)時(shí)基本處于靜止?fàn)顟B(tài)，車(chē)軸的安全裕量較大，能滿(mǎn)足其使用要求。

表3 提高軸重新方案與現(xiàn)有過(guò)軌運(yùn)輸軸重對(duì)比表t

6 小結(jié)

從以上的分析可以看出，架橋機(jī)組用平車(chē)在過(guò)軌運(yùn)輸狀態(tài)時(shí)軸重均小于20 t，只有在施工作業(yè)狀態(tài)時(shí)軸載荷超出了允許軸重。如果軸重能夠提高到30 t，采用提高軸重方案的車(chē)輛完全能夠滿(mǎn)足主機(jī)、輔機(jī)在各種狀態(tài)下的過(guò)軌運(yùn)輸要求，且可以改善整機(jī)的動(dòng)力學(xué)性能，以達(dá)到進(jìn)一步提高架橋機(jī)組過(guò)軌運(yùn)輸速度的要求。以TJ165型架橋機(jī)主機(jī)用平車(chē)為例，原NJ3型平車(chē)見(jiàn)圖1，采用提高軸重后的主機(jī)用平車(chē)方案見(jiàn)圖2。

圖1 NJ 3型平車(chē)簡(jiǎn)圖

圖2 采用提高軸重后的主機(jī)用平車(chē)方案簡(jiǎn)圖

7 結(jié)束語(yǔ)

目前，我國(guó)新建或改建的數(shù)條主要鐵路干線(xiàn)均采用TJ165型等架橋機(jī)進(jìn)行新型2201 T型梁片的架設(shè)，允許軸重限制給架橋機(jī)組用平車(chē)在無(wú)裝備過(guò)軌運(yùn)輸或轉(zhuǎn)場(chǎng)運(yùn)輸及施工作業(yè)的影響顯而易見(jiàn)。隨著我國(guó)線(xiàn)路技術(shù)狀況的改善，貨車(chē)的允許軸重必將逐步提高，鐵道部運(yùn)輸局對(duì)中國(guó)鐵路重載運(yùn)輸技術(shù)也提出了目標(biāo)和要求，30 t軸重設(shè)計(jì)已經(jīng)提到了日程，而且，30 t軸重的轉(zhuǎn)向架的允許軸重按32.5 t設(shè)計(jì)，要留有一定的裕量，特別有利于架橋機(jī)組用平車(chē)在施工作業(yè)狀態(tài)的使用，對(duì)改善架橋機(jī)組用平車(chē)的過(guò)軌性能提供了契機(jī)，將具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

［1］青島四方車(chē)輛研究所有限公司.NJ3型和NJ4型平車(chē)用輪軸強(qiáng)度校核及軸承壽命計(jì)算報(bào)告［R］.四研技字（2010）第138號(hào).2010.

［2］中國(guó)鐵道科學(xué)研究院機(jī)車(chē)車(chē)輛研究所.TJ165型架橋機(jī)組主機(jī)用NJ3型平車(chē)車(chē)體、輔機(jī)用NJ4型平車(chē)車(chē)體、5軸轉(zhuǎn)向架構(gòu)架及小底架靜強(qiáng)度試驗(yàn)［R］.2008年JL字第66號(hào).2008.

［3］中國(guó)鐵道科學(xué)研究院機(jī)車(chē)車(chē)輛研究所.TJ165型鐵路架橋機(jī)用NJ3、NJ4型平車(chē)動(dòng)力學(xué)性能試驗(yàn)［J］.2009年JL字第28號(hào).2009.