凹底平車重心與運(yùn)用的關(guān)系及在車輛檢修、新造中的應(yīng)用

趙剛

摘要：本文重點(diǎn)解析了凹底形式結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)大貨物車，凹底架重心偏移對(duì)運(yùn)用中的影響，并結(jié)合國(guó)家鐵路特種貨物運(yùn)輸在用裝備的實(shí)際情況，提出了優(yōu)化建議。同時(shí)，對(duì)新造產(chǎn)品制造過(guò)程中明確了控制環(huán)節(jié)及控制措施。

關(guān)鍵詞：長(zhǎng)大貨物車;凹底架;重心;控制措施;

一、前言：

凹底平車是我國(guó)鐵路長(zhǎng)大貨物車中的主要裝備，其載重自40噸至370噸已基本形成系統(tǒng)，多用于電力、冶金、化工、重型機(jī)械等行業(yè)的大、重型貨物裝運(yùn)。隨著鐵路技術(shù)的創(chuàng)新，制造水平提升、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)換代升級(jí)，運(yùn)輸裝備的運(yùn)用安全性能也得到了充分的保障。

由于車輛壽命管理的因素，目前用于運(yùn)輸?shù)拈L(zhǎng)大貨物車制造時(shí)間跨越80、90、00三個(gè)年代，裝備技術(shù)水差異較大。尤其凹底平車，凹底架旁承部位的結(jié)構(gòu)，變化形式也十分明顯，早期的滾輪式間隙旁承逐步被雙作用彈性旁承，甚至液壓旁承所取代。

二、現(xiàn)狀及問(wèn)題描述

目前國(guó)內(nèi)鐵路在用的載重160t至260t的凹底平車，多數(shù)為車輛是上世紀(jì)80-90年代設(shè)計(jì)并制造的產(chǎn)品，其旁承結(jié)構(gòu)為滾輪式間隙旁承。從近3年的運(yùn)用信息反饋統(tǒng)計(jì)，此類車輛在裝載運(yùn)用中多次出現(xiàn)單側(cè)旁承間隙“壓死”及行進(jìn)中出現(xiàn)大底架擺動(dòng)的情況，影響車輛運(yùn)行品質(zhì)，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生5T報(bào)警，給長(zhǎng)大貨物運(yùn)輸造成干擾及安全隱患。

三、原因分析

根據(jù)車輛運(yùn)用中反饋的“滾子壓死”、“車輛擺動(dòng)”等質(zhì)量不良信息，分析主要是由于在重心作用下，凹底架復(fù)位后所引發(fā)的。因此，下面將以車輛重心為切入點(diǎn)詳細(xì)分析該參數(shù)對(duì)車輛的影響。

1.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介：

以D18A型凹底平車為例，該車為三層底架結(jié)構(gòu)，主要由1個(gè)凹底架、2個(gè)小底架、2個(gè)A型4D軸轉(zhuǎn)向架、2個(gè)B型4D軸轉(zhuǎn)向架、空氣制動(dòng)裝置、手制動(dòng)裝置及車鉤緩沖裝置等部分組成。凹底架與小底架間采用球型心盤(pán)、滾輪式間隙旁承。

2.車輛重心的分析：

（1）理論分析：該車承載貨物的直接部位是凹底架，球型心盤(pán)設(shè)計(jì)使其具有良好的復(fù)位性能，車輛運(yùn)行過(guò)程中可與小底架及構(gòu)架相對(duì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)發(fā)生搖擺。

模型分析：理想狀態(tài)下，AB支點(diǎn)與大底架重心O連線ABO指向地心，且與CD點(diǎn)連線垂直，即重心與幾何中心重合;

結(jié)構(gòu)分析：大底架支點(diǎn)球形上心盤(pán)具備自動(dòng)恢復(fù)重心功能，當(dāng)車輛處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，大底架承載面及上旁承處于水平位置，與下旁承滾子間隙均勻一致。

（2）實(shí)物分析：

車輛制造過(guò)程中，受工藝水平、材料規(guī)格、焊接變形等因素影響，以及長(zhǎng)時(shí)間重載運(yùn)用過(guò)程中車體的大底架由于便載、集重等因素影響，很難保證車輛凹底架的重心與幾何中心重合。由于車輛裝用球型心盤(pán)，當(dāng)凹底架的重心與其幾何中心產(chǎn)生偏差時(shí)，凹底架將以心盤(pán)的球心為中心產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)復(fù)位，向一側(cè)傾斜，造成車輛實(shí)際運(yùn)用中出現(xiàn)的旁承壓死及車輛擺動(dòng)現(xiàn)象。

3.現(xiàn)車試驗(yàn)驗(yàn)證

為了檢驗(yàn)重心與中心偏移對(duì)車輛的影響，我們對(duì)D18A凹底架進(jìn)行了實(shí)物的試驗(yàn)驗(yàn)證：

4.分析結(jié)論：

通過(guò)理論分析及現(xiàn)車試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出以下結(jié)論：凹底平車大底架重心與幾何中心偏移是造成大底架發(fā)生傾斜的直接原因，同時(shí)滾輪間隙式旁承的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不能提供抵消重心偏移產(chǎn)生傾斜的支撐力。當(dāng)車輛運(yùn)行時(shí)，球形心盤(pán)設(shè)計(jì)使大底架逐步恢復(fù)自由重心狀態(tài)，表象為單側(cè)旁承間隙變小或壓死，當(dāng)經(jīng)過(guò)彎道后偏心嚴(yán)重的車輛會(huì)產(chǎn)生周期性擺動(dòng)現(xiàn)象發(fā)生。

四、應(yīng)對(duì)措施：

1.原有老型結(jié)構(gòu)車輛：

針對(duì)原有球形心盤(pán)、滾輪旁承結(jié)構(gòu)的車輛（包括：D18A、D2、D2G）為確保車輛運(yùn)用平穩(wěn)，提出以下兩點(diǎn)改進(jìn)建議：

（1）變更滾輪旁承結(jié)構(gòu)：

將原滾輪間隙型旁承，變更為雙作用彈性旁承。按照彈性旁承體每壓縮1mm，提供0.5KN支撐估算，即可提供充足支撐力，也可通過(guò)其滾子結(jié)構(gòu)保證過(guò)曲線時(shí)不發(fā)生卡滯。但須設(shè)計(jì)單位詳細(xì)計(jì)算彈性旁承摩擦力對(duì)大底架縱向復(fù)位的影響。

（2）修正貨物裝載中心：

根據(jù)現(xiàn)車實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，可以看出，克服大底架偏心只需要0.75tf，因此可通過(guò)理論計(jì)算，明確每臺(tái)車大底架裝載中心修正值，從而保證重載后大底架重心與幾何中心基本重合，起到運(yùn)用平穩(wěn)的作用。同時(shí)針對(duì)于車輛沒(méi)有偏心的車輛需要裝貨單位嚴(yán)格按照幾何中心進(jìn)行裝載加固工作。

（3）加裝車輛配重。

2.新型結(jié)構(gòu)車輛制造的控制：

通過(guò)對(duì)大底架重心及幾何中心的結(jié)構(gòu)分析，需要在以下幾個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行過(guò)程控制及工藝改進(jìn)：

（1）過(guò)程控制：

l下料制備控制：采用標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械加工方法下料，制備零部件，控制零部件的通用性、一致性，減小加工誤差對(duì)重心的影響;

l規(guī)范焊接過(guò)程：嚴(yán)格控制焊接規(guī)范，尤其控制焊角尺寸的大小，減少填充焊材對(duì)車體重心的影響;

l大底架旁彎控制：制定內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)控旁彎超限，造成兩心盤(pán)中心與承載面中心偏移;

（2）工藝改進(jìn)：

以2018年制造的DA21型凹底平車為例，為了確保制造時(shí)大底架重心與幾何中心一致，對(duì)工藝進(jìn)行了優(yōu)化：在原安裝球形心盤(pán)工序前增加了模擬心盤(pán)安裝、進(jìn)行重心檢測(cè)及組裝修正工作。

具體內(nèi)容步驟如下：

一是裝配重心檢測(cè)裝置：順序?yàn)?.伸縮機(jī)構(gòu)，2.旁承支承座，3.心盤(pán)座，4.鐵馬。

二是調(diào)整重心檢測(cè)裝置。主要是對(duì)重心檢測(cè)裝置和凹底架進(jìn)行調(diào)整。

三是在標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)鐵馬上進(jìn)行自由復(fù)位檢測(cè)。

四是根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算心盤(pán)安裝修正值：實(shí)際重心與幾何中心偏移值計(jì)算：a=Hh/X

a：實(shí)際重心與幾何中心偏移量

h：左右兩側(cè)旁承安裝位置高度差

X：車輛旁承距

H：球形心盤(pán)回轉(zhuǎn)中心距大底架重心高度

五、結(jié)語(yǔ)：

在原有老結(jié)構(gòu)車輛修正貨物裝載中心時(shí)、新造車輛按照修正值安裝心盤(pán)、旁承時(shí)應(yīng)綜合考慮車輛寬度設(shè)計(jì)公差、旁承距組裝公差，偏移量a值調(diào)整時(shí)應(yīng)不大于8mm。且不同車型應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸、大底架自重等不同因素單獨(dú)計(jì)算，以確保車輛整體符合設(shè)計(jì)規(guī)范，車輛限界符合要求。

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