快速鐵路貨車轉(zhuǎn)向架牽引裝置選型分析

張仕濤 曹 兵

（中國南車集團(tuán)北京二七車輛有限公司 北京）

一、概述

牽引裝置是連接車體和轉(zhuǎn)向架的連接裝置，作用是保證車體的粘著重量（即機(jī)車總重量），縱向力、橫向力的正常傳遞，軸重的均勻分配和車體在轉(zhuǎn)向架上的穩(wěn)定，容許轉(zhuǎn)向架進(jìn)出曲線時相對于車體進(jìn)行的回轉(zhuǎn)運(yùn)動。既要傳遞機(jī)車的牽引力和制動力，保證機(jī)車牽引效率的發(fā)揮，又不干涉車體與轉(zhuǎn)向架之間的相對轉(zhuǎn)動及橫動，是機(jī)車和貨車車輛的重要部件之一。我國機(jī)車和貨車車輛的牽引裝置類型有心盤——旁承式、心盤——中心銷式、Z字牽引拉桿中心銷式、雙側(cè)低位平拉桿式、單牽引桿結(jié)構(gòu)、Z字形低位斜桿式、端部拉壓桿式和心盤式。

二、結(jié)構(gòu)分析

當(dāng)前貨車的牽引裝置普遍采用心盤式，對于快速鐵路貨車轉(zhuǎn)向架來說，為了減少機(jī)車的軸重轉(zhuǎn)移，改善受力狀況，對單拉桿牽引裝置及Z字形牽引拉桿牽引裝置，在采用不同的布置方式情況下進(jìn)行了比選，現(xiàn)對兩種結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。

1.單拉桿牽引裝置

主要由車體牽引座、構(gòu)架牽引座、單拉桿總成（單拉桿和兩端的橡膠球關(guān)節(jié)節(jié)點(diǎn)）以及連接螺栓等組成，目前客車上普遍使用的是該種裝置。主要功能是實(shí)現(xiàn)車體與轉(zhuǎn)向架構(gòu)架間的各種縱向力（牽引和制動力）的傳遞，同時又不約束車體相對于轉(zhuǎn)向架的垂向沉浮和橫向擺動。

（1）力的傳遞。①牽引力。車體牽引座→單拉桿總成車體端橡膠節(jié)點(diǎn)→牽引拉桿→單拉桿總成轉(zhuǎn)向架端橡膠節(jié)點(diǎn)→構(gòu)架牽引座。②制動力。構(gòu)架牽引座→單拉桿總成轉(zhuǎn)向架端橡膠節(jié)點(diǎn)→牽引拉桿→單拉桿總成車體端橡膠節(jié)點(diǎn)→車體牽引座。

采用單拉桿，力的傳遞僅有兩處彈性環(huán)節(jié)，使構(gòu)架受力不均勻，轉(zhuǎn)向架軸重轉(zhuǎn)移相對較大。

（2）運(yùn)動分析。當(dāng)車體相對轉(zhuǎn)向架垂向沉浮時，通過兩端的橡膠關(guān)節(jié)的垂直平面的扭轉(zhuǎn)，牽引拉桿在垂直平面相對傾斜，實(shí)現(xiàn)車體的沉浮。當(dāng)車體相對轉(zhuǎn)向架橫向擺動時，通過兩端的橡膠關(guān)節(jié)的水平面的扭轉(zhuǎn)，牽引拉桿在水平面相對傾斜，實(shí)現(xiàn)車體的橫擺。

2.Z字形牽引拉桿牽引裝置

主要由車體牽引中心銷、牽引橡膠球關(guān)節(jié)、Z字形牽引座、Z字形拉桿總成（拉桿和兩端的橡膠球關(guān)節(jié)節(jié)點(diǎn)）、構(gòu)架牽引座，以及連接螺栓等部件組成。

Z字牽引拉桿牽引裝置一般在客車及城軌車輛上應(yīng)用較廣，主要功能是實(shí)現(xiàn)車體與轉(zhuǎn)向架構(gòu)架間的各種縱向力（牽引力和制動力）的傳遞，同時又不約束車體相對于轉(zhuǎn)向架的垂向沉浮和橫向擺動。

（1）力的傳遞。①牽引力。車體→牽引中心銷→牽引橡膠球關(guān)節(jié)→Z字形牽引座→Z字形拉桿總成車體端橡膠節(jié)點(diǎn)→牽引拉桿→Z字形拉桿總成轉(zhuǎn)向架端橡膠節(jié)點(diǎn)→構(gòu)架牽引座。②制動力。構(gòu)架牽引座→Z字形拉桿總成轉(zhuǎn)向架端橡膠節(jié)點(diǎn)→牽引拉桿→Z字形拉桿總成車體端橡膠節(jié)點(diǎn)→Z字形牽引座→牽引橡膠球關(guān)節(jié)→牽引中心銷→車體。

采用Z字形拉桿，力的傳遞具有多處彈性環(huán)節(jié)，一推一拉使構(gòu)架受力均勻，轉(zhuǎn)向架軸重轉(zhuǎn)移相對較小。

（2）運(yùn)動分析。當(dāng)車體相對轉(zhuǎn)向架垂向沉浮時，通過牽引橡膠球關(guān)節(jié)的安裝軸向剛度和Z字形兩端的橡膠關(guān)節(jié)在垂直平面的扭轉(zhuǎn)，牽引拉桿在垂直平面相對傾斜，實(shí)現(xiàn)車體的沉浮。當(dāng)車體相對轉(zhuǎn)向架橫向擺動時，通過牽引橡膠球關(guān)節(jié)的扭轉(zhuǎn)和兩端橡膠關(guān)節(jié)的水平面扭轉(zhuǎn)，牽引拉桿在水平面相對傾斜，實(shí)現(xiàn)車體的橫擺。

3.兩種牽引裝置的性能比較

（1）單牽引桿牽引裝置。結(jié)構(gòu)較簡單，零件少，制造成本較低；兩處彈性環(huán)節(jié)，車體與構(gòu)架間的運(yùn)動相對約束較強(qiáng)，與轉(zhuǎn)向架間的高頻隔振相對較弱；二力桿結(jié)構(gòu)，受力簡單，對構(gòu)架橫梁的作用力大；連接方式無磨耗，免維護(hù)；粘著重量利用率89.4%；牽引裝置重量較小。

（2）Z字形牽引桿裝置。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零件多，制造成本較高；多處彈性環(huán)節(jié)，車體與構(gòu)架間的運(yùn)動相對約束較弱；非二力桿結(jié)構(gòu)，受力復(fù)雜，對構(gòu)架橫梁的作用力?。贿B接方式無磨耗，免維護(hù)；粘著重量利用率94%；牽引裝置重量較大。

三、快速轉(zhuǎn)向架牽引裝置的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)

1.單拉桿牽引裝置

如果采用單拉桿牽引裝置，牽引結(jié)構(gòu)由心盤、心盤連接座、牽引拉桿組成，心盤通過螺栓與車體的連接裝置連接，心盤連接座與心盤焊接在一起，下面通過螺栓與牽引拉桿連接，單拉桿兩端采用橡膠節(jié)點(diǎn)分別與心盤連接座和構(gòu)架橫梁上焊接的支座相連。

2.Z字形牽引裝置

雙拉桿牽引結(jié)構(gòu)由心盤、壓蓋、心盤連接座總成、牽引拉桿等構(gòu)成，心盤通過螺栓與車體的連接裝置連接，心盤連接座總成由心盤連接座、橡膠結(jié)點(diǎn)、套筒、底座、螺栓等構(gòu)成。牽引桿1水平通過心盤，一端安裝在構(gòu)架牽引座上，另一端與橫梁上的支座相連；牽引桿2水平通過心盤，在牽引桿1對面，一端安裝在構(gòu)架牽引座上，另一端與橫梁上的支座相連；牽引裝置采用推拉式低位牽引方式，兩牽引桿與牽引座安裝端均裝有橡膠關(guān)節(jié)，能適應(yīng)轉(zhuǎn)向架和車體間的相對運(yùn)動，有效傳遞牽引力和制動力，并承受一定的沖擊。

四、結(jié)構(gòu)選型

（1）運(yùn)動適應(yīng)性?；谠O(shè)計(jì)的貨車轉(zhuǎn)向架，車體相對于轉(zhuǎn)向架的垂向沉浮較客車大（采用高度調(diào)節(jié)閥時基本不變），因此，對牽引裝置的適應(yīng)性提出了較為苛刻的要求。

相比兩種結(jié)構(gòu)，由于Z字形牽引裝置采用了多處彈性環(huán)節(jié)，而且橡膠球關(guān)節(jié)由于結(jié)構(gòu)相對較小，在同樣牽引剛度的前提下，扭轉(zhuǎn)剛度偏低，對運(yùn)動的適應(yīng)性相對單拉桿牽引裝置要好許多。

（2）構(gòu)架受力。由于單拉桿的結(jié)構(gòu)尺寸相對較大，對構(gòu)架的橫梁影響相對較大，而且會使構(gòu)架的受力不均勻。同樣結(jié)構(gòu)的橫梁若采用單拉桿牽引裝置，橫梁的受力相對較大。為了避免這一缺陷，則要適當(dāng)增加橫梁的截面尺寸，而使構(gòu)架自重增加。采用Z字形雙拉桿牽引裝置，雖然受力較復(fù)雜，但對中性好，對構(gòu)架橫梁的作用力小。

（3）轉(zhuǎn)向架綜合性能。比較兩種牽引裝置，對快速鐵路貨車轉(zhuǎn)向架的軸重轉(zhuǎn)移的影響存在較大的差異，為了使所設(shè)計(jì)的貨車轉(zhuǎn)向架具有良好的綜合性能，采用Z字形牽引裝置則更加有利于粘著作用的發(fā)揮。

五、結(jié)論

綜合分析兩種牽引裝置在轉(zhuǎn)向架上應(yīng)用后的綜合性能后，可以得出，盡管Z字形牽引裝置在結(jié)構(gòu)上相對單拉桿牽引裝置要復(fù)雜許多，但其對轉(zhuǎn)向架的綜合性能發(fā)揮更加有利，粘著重量利用率更高。因此，綜合各方面因素的考慮，快速鐵路貨車用轉(zhuǎn)向架宜采用Z字形牽引裝置。