我國(guó)鐵路貨車徑向轉(zhuǎn)向架發(fā)展與運(yùn)用現(xiàn)狀

陳春棉（湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 株洲 412001）

我國(guó)鐵路貨車徑向轉(zhuǎn)向架發(fā)展與運(yùn)用現(xiàn)狀

陳春棉
（湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 株洲 412001）

轉(zhuǎn)向架的蛇行運(yùn)行穩(wěn)定性和曲線通過(guò)性能是一對(duì)矛盾，采用徑向轉(zhuǎn)向架技術(shù)能很好的解決這一矛盾。本文簡(jiǎn)單的介紹了自導(dǎo)向和迫導(dǎo)向徑向轉(zhuǎn)向架的發(fā)展，詳細(xì)地分析了我國(guó)徑向轉(zhuǎn)向架技術(shù)的的研發(fā)歷程。并以目前我國(guó)鐵路貨車25t軸重的主型轉(zhuǎn)向架之一—轉(zhuǎn)K7型轉(zhuǎn)向架為例，分析了我國(guó)副構(gòu)架式徑向轉(zhuǎn)向架的導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的組成和作用。

徑向轉(zhuǎn)向架；自導(dǎo)向；迫導(dǎo)向；U形副構(gòu)架

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.16.163

1　引言

轉(zhuǎn)向架的蛇行運(yùn)行穩(wěn)定性和曲線通過(guò)性能是一對(duì)矛盾。蛇行運(yùn)行穩(wěn)定性要求轉(zhuǎn)向架的輪對(duì)與輪對(duì)之間、輪對(duì)與構(gòu)架之間有較強(qiáng)的約束及較小的車輪踏面斜率，而曲線通過(guò)性能則要求輪對(duì)定位盡量柔軟并具有較大的車輪踏面斜率，以保證轉(zhuǎn)向架通過(guò)曲線時(shí)輪對(duì)處于純滾動(dòng)的狀態(tài)。采用徑向轉(zhuǎn)向架是解決二者矛盾最有效的措施之一，徑向轉(zhuǎn)向架能在保證足夠的蛇行運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的同時(shí)減少輪緣及鋼軌的磨耗，適應(yīng)小半徑曲線上高速重載車輛的運(yùn)行要求。

2　徑向轉(zhuǎn)向架的類型

徑向轉(zhuǎn)向架分為自導(dǎo)向轉(zhuǎn)向架和迫導(dǎo)向轉(zhuǎn)向架兩大類。

自導(dǎo)向轉(zhuǎn)向架是利用輪軌間的蠕滑力，通過(guò)轉(zhuǎn)向架自導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用使輪對(duì)在進(jìn)入曲線時(shí)自然地呈徑向位置排列。自導(dǎo)向轉(zhuǎn)向架發(fā)展歷史較久，早在1828年德國(guó)研究人員就在2軸馬車上安裝了交叉支撐機(jī)構(gòu)，1883年Klose提出了徑向轉(zhuǎn)向架的設(shè)計(jì)思想。20世紀(jì)30年代，由德國(guó)人和瑞士人共同設(shè)計(jì)的徑向轉(zhuǎn)向架開(kāi)始試驗(yàn)運(yùn)行，取得了一定的成果。70年代南非研制成功H?Scheffe自導(dǎo)向徑向轉(zhuǎn)向架，于1975年運(yùn)用到Sishen—Saldanha的干線上，取得了很大的成功并出口到多個(gè)國(guó)家，在世界范圍內(nèi)影響廣泛，掀起了各國(guó)徑向轉(zhuǎn)向架的研制熱潮。

迫導(dǎo)向轉(zhuǎn)向架出現(xiàn)的比較晚，1927年B?Scales提出了杠桿導(dǎo)向原理，美國(guó)研究人員與1973年在此基礎(chǔ)上研制定型Devince—Scales迫導(dǎo)向轉(zhuǎn)向架。后來(lái)H?A?List提出了迫導(dǎo)向轉(zhuǎn)向架的另一種設(shè)計(jì)模式，在車體和自導(dǎo)向轉(zhuǎn)向架間加裝導(dǎo)向杠桿形成迫導(dǎo)向轉(zhuǎn)向架，在鐵路工程界也得到了廣泛應(yīng)用。

3　我國(guó)鐵路貨車徑向轉(zhuǎn)向架的發(fā)展

1994年，以歐洲Y25型轉(zhuǎn)向架為原型，我國(guó)研制了米軌焊接構(gòu)架自導(dǎo)向徑向轉(zhuǎn)向架，其徑向機(jī)構(gòu)由2個(gè)U形副構(gòu)架體通過(guò)2根徑向桿交叉銷接而成。U形副構(gòu)架體由左右導(dǎo)向臂和中間連接軸焊接組成，副構(gòu)架與軸箱通過(guò)螺栓與軸箱頂部連接緊固，以實(shí)現(xiàn)徑向裝置對(duì)輪對(duì)的約束作用，該轉(zhuǎn)向架初步驗(yàn)證了徑向轉(zhuǎn)向架在小半徑曲線上減小輪緣磨耗的技術(shù)特點(diǎn)，是我國(guó)研制貨車徑向轉(zhuǎn)向架的開(kāi)端，為徑向轉(zhuǎn)向架技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展積累了數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)。

為了提高轉(zhuǎn)8A型轉(zhuǎn)向架的抗菱剛度，1999年我國(guó)與南非鐵路合作，共同研制了世界首臺(tái)外徑向臂自導(dǎo)向徑向轉(zhuǎn)向架。在轉(zhuǎn)8A型轉(zhuǎn)向架側(cè)架外部設(shè)置了徑向臂和限力裝置，徑向臂和承載鞍鑄為一體，限力裝置在預(yù)緊力的作用下將前后徑向臂聯(lián)系在一起。此外，在側(cè)架導(dǎo)框與承載鞍頂部連接處加裝了彈性橡膠剪切墊，克服了轉(zhuǎn)8A型轉(zhuǎn)向架存在的簧下質(zhì)量大、車輛總靜撓度小的缺點(diǎn)，降低了輪軌作用力。

為滿足大秦線開(kāi)行20，000噸運(yùn)煤專列的運(yùn)輸需求，適應(yīng)鐵路跨越式發(fā)展，改善車輛動(dòng)力學(xué)性能和運(yùn)行品質(zhì)。2004年，眉山車輛有限公司引進(jìn)了南非先進(jìn)的Scheffel轉(zhuǎn)向架技術(shù)，研制了25t軸重副構(gòu)架轉(zhuǎn)向架，即轉(zhuǎn)K7型轉(zhuǎn)向架。在普通三大件式轉(zhuǎn)向架的基礎(chǔ)上將一個(gè)輪對(duì)的左右兩個(gè)承載鞍相連形成副構(gòu)架，再將兩個(gè)副構(gòu)架用交叉銷桿銷接在一起，從而形成自導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。

在實(shí)際運(yùn)用中，轉(zhuǎn)K7型轉(zhuǎn)向架的承載鞍與副構(gòu)架一體式結(jié)構(gòu)使承載鞍磨耗后修復(fù)困難。為進(jìn)一步提高其商品化程度和模塊化水平，2011年，我國(guó)研制了改進(jìn)型轉(zhuǎn)K7型轉(zhuǎn)向架。將承載鞍系統(tǒng)的U形副構(gòu)架與承載鞍分離，承載鞍裝配于U形副構(gòu)架體承載鞍導(dǎo)框內(nèi)，與副構(gòu)架導(dǎo)框限位凸臺(tái)形成縱向、橫向間隙。另外，改進(jìn)型轉(zhuǎn)K7型轉(zhuǎn)向架還采用了優(yōu)化的副構(gòu)架體、徑向桿彈性鉸、橡膠堆銅導(dǎo)線內(nèi)置等新技術(shù)。

為適應(yīng)我國(guó)既有線可能開(kāi)展的重載運(yùn)輸，在改進(jìn)型轉(zhuǎn)K7型轉(zhuǎn)向架運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)技術(shù)研究成果的基礎(chǔ)上，2011年又研制了27t軸重副構(gòu)架徑向轉(zhuǎn)向架。該轉(zhuǎn)向架側(cè)架、揺枕全部實(shí)現(xiàn)了無(wú)焊接設(shè)計(jì)，各磨耗部位均采用了卡入式或緊固件連接的非金屬磨耗板，避免了主體部件在使用中的磨耗，采用新型長(zhǎng)行程旁承，降低了車輛回轉(zhuǎn)阻力矩對(duì)旁承工作行程的敏感度，保障了動(dòng)力學(xué)性能的穩(wěn)定。

4　轉(zhuǎn)K7型轉(zhuǎn)向架主要技術(shù)參數(shù)

轉(zhuǎn)K7型轉(zhuǎn)向架能在保證足夠的直線運(yùn)行穩(wěn)定性的同時(shí)減少輪緣磨耗和徑向力，適應(yīng)小半徑曲線線路上高速重載車輛的運(yùn)行要求。主要用于大秦線80t級(jí)運(yùn)煤敞車，也可用于其它70t級(jí)鐵路貨車，并能滿足貨車120km/h的運(yùn)行要求，成為我國(guó)25T軸重貨車的主型轉(zhuǎn)向架之一。其主要的技術(shù)參數(shù)參數(shù)如表1所示。

表1　轉(zhuǎn)K7型轉(zhuǎn)向架主要技術(shù)參數(shù)

5　轉(zhuǎn)K7型轉(zhuǎn)向架輪對(duì)徑向裝置結(jié)構(gòu)分析

轉(zhuǎn)K7型轉(zhuǎn)向架（圖1）由側(cè)架、搖枕、輪對(duì)及軸承、輪對(duì)徑向裝置、中央彈簧懸掛裝置、減振裝置、橡膠堆、基礎(chǔ)制動(dòng)裝置、JC型雙作用彈性旁承等部件組成。

圖1　轉(zhuǎn)K7型轉(zhuǎn)向架

轉(zhuǎn)K7型轉(zhuǎn)向架輪對(duì)徑向裝置主要由左、右兩個(gè)U形副構(gòu)架通過(guò)兩個(gè)連接桿組件相連而成（圖2）。兩個(gè)U形副構(gòu)架為鑄造結(jié)構(gòu)，連接桿為整體鍛造而成。副構(gòu)架與承載鞍整體鑄造在一起，解決了轉(zhuǎn)向架蛇形穩(wěn)定性和曲線通過(guò)性能的矛盾，能大幅減少輪軌磨損，增大轉(zhuǎn)向架的抗菱剛度，提高蛇行運(yùn)動(dòng)的臨界速度。

圖2　轉(zhuǎn)K7型轉(zhuǎn)向架輪對(duì)徑向裝置

轉(zhuǎn)K7型轉(zhuǎn)向架取消了傳統(tǒng)三大件轉(zhuǎn)向架側(cè)架兩端處的導(dǎo)框結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)為方形平臺(tái)，便于安裝橡膠堆。橡膠堆（圖3）為矩形結(jié)構(gòu)，由金屬和橡膠硫化而成。采用橡膠堆可大大改善車輪踏面磨耗狀況，實(shí)現(xiàn)輪對(duì)的彈性定位，減少轉(zhuǎn)向架簧下質(zhì)量，隔離輪軌間高頻振動(dòng)，降低對(duì)軌道的沖擊，同時(shí)有利于提高轉(zhuǎn)向架側(cè)架等零部件的疲勞壽命。

圖3　轉(zhuǎn)K7型轉(zhuǎn)向架橡膠堆

6　結(jié)束語(yǔ)

徑向轉(zhuǎn)向架在改善曲線通過(guò)性能的同時(shí)，保持了較高的臨界速度，降低了輪軌動(dòng)作用力，減小了磨耗。經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，我國(guó)已經(jīng)系統(tǒng)掌握了副構(gòu)架式轉(zhuǎn)向架的原理、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)以及運(yùn)用的流程和細(xì)節(jié)。在我國(guó)現(xiàn)階段發(fā)展大軸重、低動(dòng)力作用、高速貨車轉(zhuǎn)向架的背景下，在已有的開(kāi)發(fā)徑向轉(zhuǎn)向架的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，繼續(xù)研究開(kāi)發(fā)性能優(yōu)良，滿足我國(guó)鐵路實(shí)情的徑向轉(zhuǎn)向架是我國(guó)鐵路實(shí)現(xiàn)高速重載的有效途徑。

［1］邵文東，李立東等.我國(guó)鐵路重載貨車轉(zhuǎn)向架技術(shù)及發(fā)展［J］.鐵道車輛，2012，50（12）：15-18.

［2］李亨利，李芾，傅茂海.貨車徑向轉(zhuǎn)向架原理及其運(yùn)用［J］.鐵道機(jī)車車輛，2005，25（04）：13-17.

［3］王璞.轉(zhuǎn)K7型轉(zhuǎn)向架的研制［J］.鐵道車輛，2008，46（10）：19-21.

［4］袁清武，于值親.鐵道車輛走行裝置構(gòu)造及檢修［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2016.

［5］吳暢，王云貴，羅漢江.27t軸重副構(gòu)架式徑向轉(zhuǎn)向架的研制［J］.軌道交通裝備與技術(shù)，2014（03）：5-7，19.

陳春棉（1981-）女，河南澠池人，工學(xué)碩士，講師，主要從事鐵道車輛專業(yè)的教學(xué)研究工作。