新型鐵路起重機(jī)轉(zhuǎn)向架優(yōu)化設(shè)計(jì)及性能分析

張 斌

（中鐵二十局集團(tuán)第三工程有限公司，陜西 咸陽 712000）

在鐵路火車出現(xiàn)故障時(shí),鐵路救援起重機(jī)是一種必備的工程車輛。但是，目前我國鐵路系統(tǒng)的救援在結(jié)構(gòu)和運(yùn)行速度上受到一定限制，使得鐵路起重機(jī)不能完全滿足現(xiàn)代鐵路的實(shí)際要求，為了進(jìn)一步提升我國鐵路運(yùn)輸行業(yè)以及鐵路事故救援的效率，就需要在現(xiàn)有的鐵路起重器技術(shù)條件的基礎(chǔ)上對(duì)鐵路起重機(jī)的轉(zhuǎn)向架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，不斷提升其性能。

1 鐵路起重機(jī)原轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及技術(shù)參數(shù)

鐵路起重機(jī)本身的重量比較大，因軸重的關(guān)系會(huì)受到一些制約，在對(duì)轉(zhuǎn)向架開展設(shè)計(jì)工作時(shí)經(jīng)常會(huì)選擇多軸整體構(gòu)架結(jié)構(gòu)。在機(jī)車車輛的結(jié)構(gòu)中轉(zhuǎn)向架是一個(gè)非常關(guān)鍵的部件，而且其結(jié)構(gòu)相對(duì)比較獨(dú)立，在各種車輛中都有較好的適應(yīng)性。原車轉(zhuǎn)向架軸重23 t，輪對(duì)采用軸箱螺旋彈簧懸掛、導(dǎo)框定位。轉(zhuǎn)向架采用球面心盤和旁承承載，心盤牽引，主要由彈簧裝置、構(gòu)架、輪對(duì)、軸箱、旁承裝置、基礎(chǔ)制動(dòng)裝置等部分組成，基礎(chǔ)制動(dòng)裝置采用踏面制動(dòng)裝置。

鐵路起重機(jī)原車構(gòu)架式轉(zhuǎn)向架不僅簧下質(zhì)量比較小，而且輪軌的作用力也比較小，此外，構(gòu)架式轉(zhuǎn)向架的抗菱剛度大，因此在鐵路的貨車領(lǐng)域該結(jié)構(gòu)得到了非常廣泛的應(yīng)用。在構(gòu)架式結(jié)構(gòu)下，鐵路起重機(jī)的轉(zhuǎn)向架蛇形運(yùn)行失穩(wěn)的臨界速度也比較高，該轉(zhuǎn)向架并沒有安裝減振裝置，且制動(dòng)系統(tǒng)也并未完全符合使用要求，還未達(dá)到初速為120 km/h的標(biāo)準(zhǔn)。

2 轉(zhuǎn)向架方案設(shè)計(jì)要求

為達(dá)到如今鐵路運(yùn)輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)，在對(duì)新型鐵路救援起重機(jī)開展設(shè)計(jì)工作時(shí)，應(yīng)符合以下各項(xiàng)條件：

（1）軌距：1 435 mm；（2）構(gòu)造速度：120 km/h；（3）最大起重重量：160 t；（4）軸重：≤21 t；（5）車鉤中心高度：880 mm；（6）曲線：通過時(shí)具有自動(dòng)調(diào)平功能；（7）強(qiáng)度：滿足TB/T 1335—1996要求；（8）活載：滿足TB 10002.1—2005中活載要求；（9）動(dòng)力學(xué)性能：滿足TB/T 17426—1998要求；（10）限界：滿足GB 146.1—83中限界要求。

3 新型鐵路起重機(jī)轉(zhuǎn)向架優(yōu)化設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)向架是鐵路起重機(jī)中非常重要的一個(gè)結(jié)構(gòu)部件，其性能的優(yōu)良程度直接對(duì)起重機(jī)的運(yùn)安全運(yùn)行、牽引能力以及安全性能有很大的影響。墊帶鐵路起重機(jī)的重力矩在不斷地增加，實(shí)際的運(yùn)行速度逐漸增加，這就對(duì)起重機(jī)的行走裝置提出了更高的要求。為了不斷提升新型鐵路起重機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性、安全性，就要求其具備性能優(yōu)良的走行裝置。這樣才能保證車輛作用力傳遞的安全、穩(wěn)定進(jìn)行，并保證各個(gè)輪子之間受到的載荷保持在均勻的狀態(tài)，這就要求起重機(jī)不僅要能適應(yīng)不平穩(wěn)路況的運(yùn)行而且還要能實(shí)現(xiàn)曲線路線的順利通過。因此，我們針對(duì)新型起重機(jī)的實(shí)際需求提出了優(yōu)化鐵路起重機(jī)轉(zhuǎn)向架的設(shè)計(jì)方案。

3.1 鐵路起重機(jī)轉(zhuǎn)向架主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖1 構(gòu)架

因原車的走行減速器的傳動(dòng)齒輪直接套在車軸上，在提升速度以后，原車的走行減速器并未完全處理因高速行駛帶來的潤滑油泄漏問題，所以并不能使用這一方法，這就需要重新對(duì)走行減速器開展設(shè)計(jì)工作，動(dòng)軸由兩側(cè)改為中央，取消原轉(zhuǎn)向架端梁，重新設(shè)計(jì)端梁用于安裝走行減速器和掛齒裝置。構(gòu)架圖見圖1。該方案主要采取的是構(gòu)架式四軸結(jié)構(gòu)，保證鐵路起重機(jī)的軸距在1.5 m主體結(jié)構(gòu)為焊接式構(gòu)架，其牽引方式為中心銷牽引，牽引過程中產(chǎn)生的載荷由中心銷以及旁承來共同負(fù)擔(dān)，這樣在轉(zhuǎn)向架進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，上下旁承之間就會(huì)產(chǎn)生摩擦，并產(chǎn)生一定的阻力，阻力的方向與轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)動(dòng)的方向相反，這樣就充分抑制了轉(zhuǎn)向架在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中出現(xiàn)蛇形運(yùn)動(dòng)的情況，保證了其穩(wěn)定性。而針對(duì)懸掛該方案主要采取的是螺旋彈簧式非獨(dú)立懸掛，作用是確保整體構(gòu)架以及車體的重量，并完成轉(zhuǎn)向架載荷傳遞和緩沖車輛行駛中產(chǎn)生的振動(dòng)[1]。

3.2 鐵路起重機(jī)轉(zhuǎn)向架輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

制動(dòng)方面主要使用的是集成制動(dòng)裝置，該裝置整體的質(zhì)量較小、體積輕便，能夠?yàn)檐囕v節(jié)省很大的空間，同時(shí)還好能保證在制定時(shí)能夠保持閘瓦上下磨耗均勻。

對(duì)軸箱彈簧重新開始設(shè)計(jì)，將其靜撓度設(shè)置為40 mm，彈簧靜撓度比原方案增加了20 mm，確保減少起重機(jī)在運(yùn)行中的動(dòng)載荷，與此同時(shí)，彈簧的撓度裕量系數(shù)也得以有效提升。由于原方案采用的彈簧鋼為55Si2Mn，為提高彈簧的安全系數(shù)，因此采用目前較為通用的高強(qiáng)度彈簧鋼60Si2Cr VA，這樣強(qiáng)度的裕量也得到了增加，轉(zhuǎn)向架軸箱彈簧參數(shù)對(duì)比見表1。另外，還在每臺(tái)轉(zhuǎn)向架上配置了4臺(tái)油壓緩沖裝置，主要來實(shí)現(xiàn)增加起重機(jī)的抗震能力，該裝置的一端與構(gòu)架的側(cè)梁進(jìn)行連接，而另一端則與軸箱體進(jìn)行連接，在轉(zhuǎn)向架上油壓減震器為防止傾斜，這樣就為轉(zhuǎn)向架提供了橫縱向上的阻尼[2]。另外，在起重機(jī)的每一個(gè)軸箱的箱體上設(shè)置一個(gè)閉鎖油缸裝置，這樣起重機(jī)的支腿在不作業(yè)時(shí)可以由閉鎖油缸來承受車體的主要載荷，對(duì)軸箱的彈簧等結(jié)構(gòu)形成很好的保護(hù)作用，同時(shí)還具備閉鎖功能。

表1 轉(zhuǎn)向架軸箱彈簧參數(shù)對(duì)比

4 新型鐵路起重機(jī)性能分析

在上述優(yōu)化設(shè)計(jì)方案中，鐵路起重機(jī)的構(gòu)架式結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度以及剛度都能達(dá)到實(shí)際鐵路起重機(jī)運(yùn)行的要求，同時(shí)其制動(dòng)結(jié)構(gòu)、懸掛結(jié)構(gòu)以及穿沖裝置等的設(shè)計(jì)保證了起重機(jī)在作業(yè)時(shí)能具備足夠的車鉤高度，同時(shí)通過優(yōu)化設(shè)計(jì)將起重機(jī)整體的中心進(jìn)行了降低設(shè)計(jì)，這對(duì)起重機(jī)在通過曲線路線時(shí)的穩(wěn)定性、安全性有很大的作用，能夠充分避免列車在運(yùn)行過程中出現(xiàn)脫鉤的現(xiàn)象。此外，通過對(duì)該構(gòu)架式轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算和建模分析后可以發(fā)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)比較合理，完全能滿足實(shí)際的鐵路起重機(jī)運(yùn)行需求。

5 結(jié)語

鐵路起重機(jī)作為鐵路上不可或缺的設(shè)備，需要在鐵路沿線進(jìn)行不同的起重作業(yè)，因此，要充分重視其結(jié)構(gòu)性能的設(shè)計(jì)。我國的鐵路起重機(jī)經(jīng)過多年的設(shè)計(jì)研究和改進(jìn)，事故救援能力也不斷得以提升。為了保證鐵路起重機(jī)能夠適應(yīng)現(xiàn)代鐵路的實(shí)際需求，要求工作人員針對(duì)其轉(zhuǎn)向架進(jìn)行不斷地優(yōu)化設(shè)計(jì)，提升其性能，這樣才能保證鐵路起重機(jī)的安全以及穩(wěn)定使用。