新型貨車提速轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)改進(jìn)探討

【摘 要】比較轉(zhuǎn)K2型貨車轉(zhuǎn)向架和轉(zhuǎn)K4型貨車轉(zhuǎn)向架關(guān)鍵技術(shù)，吸收轉(zhuǎn)K2和轉(zhuǎn)K4型轉(zhuǎn)向架的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)新型貨車轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)提出改進(jìn)建議，分析新型貨車提速轉(zhuǎn)向架的優(yōu)點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】新型貨車 提速轉(zhuǎn)向架 結(jié)構(gòu) 改進(jìn)

【中圖分類號(hào)】 G 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】0450-9889（2014）02C-0186-02

目前，我國鐵路既有線同時(shí)承擔(dān)運(yùn)營動(dòng)車組、普通客車和貨運(yùn)車輛，鐵路客、貨共線運(yùn)輸模式將在相當(dāng)長的時(shí)期內(nèi)存在。第六次全國大面積提速調(diào)圖后，客車速度越來越高，人們對(duì)貨車提速的愿望越來越強(qiáng)烈。然而貨車提速能否取得實(shí)質(zhì)性的突破和成功，其關(guān)鍵取決于貨車轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)和性能。基于此，本文吸收轉(zhuǎn)K2和轉(zhuǎn)K4型轉(zhuǎn)向架的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)新型貨車轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)提出改進(jìn)建議。

一、轉(zhuǎn)K2型貨車轉(zhuǎn)向架和轉(zhuǎn)K4型貨車轉(zhuǎn)向架關(guān)鍵技術(shù)的比較

1999年開始，齊車公司與美國聯(lián)合設(shè)計(jì)的商業(yè)運(yùn)營速度為120 km/h的21t軸重的下交叉支撐轉(zhuǎn)向架（后定名為轉(zhuǎn)K2型轉(zhuǎn)向架）已大量裝車使用，自2004年3月起，我國開始對(duì)既有線鐵路貨車進(jìn)行120 km/h 提速改造，截止2007年底，換裝轉(zhuǎn)K2型轉(zhuǎn)向架120 km/h提速改造工作基本完成。2001年，株洲車輛廠和美國原ABC-NACO公司聯(lián)合，按照中國鐵路標(biāo)準(zhǔn)和線路情況，在保持原擺動(dòng)式轉(zhuǎn)向架先進(jìn)的設(shè)計(jì)原理、結(jié)構(gòu)和成功的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)出轉(zhuǎn)K4型貨車轉(zhuǎn)向架?，F(xiàn)對(duì)這兩者的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行比較。

（一）抗菱剛度。轉(zhuǎn)K2轉(zhuǎn)向架采用了下交叉彈性支撐裝置，可提高轉(zhuǎn)向架的抗菱形變形能力，從而提高轉(zhuǎn)向架蛇形失穩(wěn)臨界速度和保證轉(zhuǎn)向架直線運(yùn)行穩(wěn)定性；同時(shí)，在車輛通過曲線時(shí)，保持轉(zhuǎn)向架不變形，減少輪軌間作用力，降低輪緣磨耗，改善曲線通過性能。轉(zhuǎn)K4型轉(zhuǎn)向架采用彈簧托板把左右兩側(cè)架連接在一起，達(dá)到提高轉(zhuǎn)向架抗菱剛度的目的。

（二）橫向動(dòng)力學(xué)性能。轉(zhuǎn)K4采用了擺動(dòng)式機(jī)構(gòu)。在搖動(dòng)座和搖動(dòng)座支撐、承載鞍和導(dǎo)框搖動(dòng)座之間是圓弧形接觸，形成滾動(dòng)副，使側(cè)架具有擺動(dòng)的功能，提高車輛的橫向動(dòng)力學(xué)性能，有效降低了輪軌間的磨耗。

（三）曲線通過性能。轉(zhuǎn)K2采用的是雙作用常接觸旁承。保證了車輛在正常運(yùn)行時(shí)由橡膠復(fù)合彈簧承載，在車體左右偏載或經(jīng)過曲線時(shí)，旁承滾子和橡膠復(fù)合彈簧共同承載。通過控制復(fù)合彈簧壓縮量，將車體重量合理分配到新盤和旁承；從而使車輛具有較合適的回轉(zhuǎn)阻力矩，可有效抑制轉(zhuǎn)向架的蛇形運(yùn)動(dòng)，保證車體運(yùn)行時(shí)具有良好的平穩(wěn)性；在曲線上運(yùn)行時(shí)，由于車體的傾斜，上旁承與滾子相接觸，滾子產(chǎn)生滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，可減小車體與轉(zhuǎn)向架的回轉(zhuǎn)阻力矩，降低輪軌間橫向作用力，改善曲線通過性能；旁承間隙和復(fù)合彈簧壓縮量可通過旁承盒內(nèi)的高度調(diào)整板進(jìn)行調(diào)整。轉(zhuǎn)K4型轉(zhuǎn)向架采用常接觸旁承，可提供穩(wěn)定的回轉(zhuǎn)阻力矩。但在車輛通過曲線時(shí)，回轉(zhuǎn)阻力矩?zé)o法自行調(diào)整，因此，曲線通過性能受到影響。

（四）中央懸掛裝置。轉(zhuǎn)K2型轉(zhuǎn)向架每側(cè)中央懸掛系統(tǒng)采用5組兩級(jí)剛度承載簧和2組一級(jí)剛度減震簧。轉(zhuǎn)K4型轉(zhuǎn)向架采用4組兩級(jí)剛度承載簧和2組兩級(jí)剛度減震簧。承載彈簧和減振彈簧均為兩級(jí)剛度，不僅能提高空、重車的動(dòng)力學(xué)性能，同時(shí)，還具有良好的減震效果。

（五）搖枕擋。轉(zhuǎn)K4搖枕擋位置下移，側(cè)滾中心降低，提高了高重心貨車的脫軌安全性。

（六）斜楔。轉(zhuǎn)K2斜楔材質(zhì)為針狀鑄鐵，無斜楔摩擦板。轉(zhuǎn)K4斜楔由斜楔體及高分子復(fù)合材料的摩擦板組成。

二、新型貨車提速轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)改進(jìn)建議

結(jié)合轉(zhuǎn)K2和轉(zhuǎn)K4型兩種轉(zhuǎn)向架優(yōu)點(diǎn)，筆者提出以下改進(jìn)建議，集中運(yùn)用到新型貨車轉(zhuǎn)向架中，在保證商業(yè)運(yùn)營速度的前提下，不僅能權(quán)衡抗菱剛度與橫向動(dòng)力學(xué)性能的矛盾，權(quán)衡橫向穩(wěn)定性和曲線通過性能矛盾，還能減少摩擦減震裝置的損耗和易脫易斷件的故障發(fā)生率等突出問題。

第一，同時(shí)采用下交叉支撐裝置和擺動(dòng)式機(jī)構(gòu)。新型貨車提速轉(zhuǎn)向架不僅需要有良好的抗菱形變形能力，還需要具有良好的橫向動(dòng)力學(xué)性能。在提高蛇形失穩(wěn)臨界速度的前提下，保證車輛直線運(yùn)行平穩(wěn)性和良好曲線通過能力。第二，采用雙作用常接觸彈性旁承。直線運(yùn)行時(shí)，通過控制復(fù)合彈簧預(yù)壓縮量，使車輛具有較合適的回轉(zhuǎn)阻力矩；曲線運(yùn)行時(shí)，通過滾子的滾動(dòng)來限制旁承壓縮量，控制車體與轉(zhuǎn)向架的回轉(zhuǎn)阻力矩。第三，采用整體構(gòu)架式和軸箱彈簧懸掛裝置。整體構(gòu)架式將兩個(gè)側(cè)架通過橫梁連接成一個(gè)整體，可以從根本上解決傳統(tǒng)三大件式轉(zhuǎn)向架抗菱形變形能力差的難題，顯著提高蛇行失穩(wěn)臨界速度。采用軸箱彈簧可減小轉(zhuǎn)向架簧下質(zhì)量，降低輪軌間的作用力，減小輪緣磨耗。第四，全部采用組合式制動(dòng)梁。組合式制動(dòng)梁突破結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和整體成型兩大關(guān)鍵技術(shù)，制動(dòng)梁與側(cè)架配合改為滑塊結(jié)構(gòu)，梁架改為整體無焊接結(jié)構(gòu)。加上模塊化無焊接結(jié)構(gòu)，整個(gè)制動(dòng)梁由幾個(gè)組件通過緊固件組裝在一起。其疲勞強(qiáng)度較原有結(jié)構(gòu)提高兩倍以上；可以有效避免原滾子式制動(dòng)梁滾子軸折斷和梁架裂紋的產(chǎn)生。第五，采用徑向轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)。為保證轉(zhuǎn)向架具有良好的橫向穩(wěn)定性及曲線通過性能，采用自導(dǎo)向徑向轉(zhuǎn)向架，即轉(zhuǎn)向架內(nèi)前后兩輪對(duì)通過導(dǎo)向桿、剛性或彈性相互連接，相互作用。利用輪軌間的縱向蠕滑力，使前后兩輪對(duì)接近占徑向位置，使輪對(duì)沖角趨向于零，顯著減少輪軌磨耗，利于曲線通過。第六，改裝下交叉支撐彈性裝置端頭。如果側(cè)架與支撐座定位組對(duì)不準(zhǔn)或交叉支撐裝置的幾何尺寸超出公差范圍，勢必給交叉支撐彈性裝置組裝上帶來困難；即使組裝上，端頭螺栓和交叉支撐裝置產(chǎn)生的組裝應(yīng)力有可能使端頭螺栓發(fā)生疲勞折斷。因此，可以考慮改進(jìn)交叉桿端部結(jié)構(gòu)，采用類似油壓減震器裝置，即可防止軸向橡膠墊老化變形，耐熱性能差等缺點(diǎn)，同時(shí)還可根據(jù)路況靈活調(diào)整抗菱剛度，延長使用壽命，保障轉(zhuǎn)向架正位狀態(tài)，有效改善曲線通過性能。第七，除此之外，還需同時(shí)滿足斜楔采用帶高分子復(fù)合材料的摩擦板；減震簧采用兩級(jí)剛度；設(shè)置搖枕擋合適位置，控制搖枕橫向擺動(dòng)距離和降低側(cè)滾中心；也可以采取類似客車轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)，采用在側(cè)架與搖枕之間對(duì)稱安裝縱向牽引拉桿，代替搖枕擋，使擺動(dòng)式結(jié)構(gòu)得到縱向定位，提高轉(zhuǎn)向架運(yùn)行性能。

三、新型貨車提速轉(zhuǎn)向架的優(yōu)點(diǎn)

新型貨車提速轉(zhuǎn)向架的優(yōu)點(diǎn)將通過與轉(zhuǎn)K7型貨車轉(zhuǎn)向架比較總結(jié)出來。轉(zhuǎn)K7型貨車轉(zhuǎn)向架相比于常規(guī)三大件式轉(zhuǎn)向架，其主要特點(diǎn)是將每一輪對(duì)的左右承載鞍相連，形成U形副構(gòu)架，再將前后副構(gòu)架與交叉布置的連接桿銷接在一起，從而在前后輪對(duì)間構(gòu)成自導(dǎo)向輪對(duì)徑，但是其沒有下交叉支撐裝置，抗菱形變形能力不及轉(zhuǎn)K2，同時(shí)也沒有擺動(dòng)式結(jié)構(gòu)，橫向動(dòng)力學(xué)性能不及轉(zhuǎn)K4。在側(cè)架和軸箱承載鞍之間，轉(zhuǎn)K7型貨車轉(zhuǎn)向架采用了橡膠元件起第一系懸掛的作用，降低了簧下質(zhì)量，減小了輪軌道間作用力。但是橡膠元件通常有以下缺點(diǎn)：耐高溫、耐低溫、耐油性能差；易老化，剛度特性易發(fā)生變化；散熱性不好；易產(chǎn)生疲勞損壞；采用軸箱彈簧可有效緩解上訴問題產(chǎn)生。提出的整體構(gòu)架式與轉(zhuǎn)K7型貨車轉(zhuǎn)向架相比，主要有以下優(yōu)點(diǎn)：一是從根本上解決傳統(tǒng)三大件式轉(zhuǎn)向架抗菱形變形能力差的難題；二是便于采用軸箱彈簧懸掛系統(tǒng)，降低簧下質(zhì)量，減少輪軌間磨耗；三是有利于采用新型的制動(dòng)技術(shù)，避免單側(cè)閘瓦制動(dòng)由于制動(dòng)配件故障或閘瓦厚度不一導(dǎo)致車輪踏面損傷故障。

總之，當(dāng)前貨車轉(zhuǎn)向架最先進(jìn)的三大核心技術(shù)分別是采用下交叉支撐裝置、擺動(dòng)式結(jié)構(gòu)和徑向自導(dǎo)向結(jié)構(gòu)。在直線運(yùn)行平穩(wěn)性、橫向動(dòng)力學(xué)性能和曲線通過能力上各有所長。新型貨車提速轉(zhuǎn)向架在集合了以上關(guān)鍵核心技術(shù)的同時(shí)，還吸收了客車轉(zhuǎn)向架的一些關(guān)鍵技術(shù)。在保證轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)簡單、檢修方便的前提下，其各方面性能均優(yōu)于其他貨車轉(zhuǎn)向架，適應(yīng)當(dāng)前提速要求下新型提速貨車轉(zhuǎn)向架的發(fā)展趨勢。

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【作者簡介】伍志丹，男，柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院助理工程師。