鐵路重載貨車(chē)轉(zhuǎn)向架技術(shù)應(yīng)用探究

金帆　孫俊　熊韜　王芳

摘 要：鐵路重載貨車(chē)轉(zhuǎn)向架為鐵路重載運(yùn)輸提供保障。由于鐵路重載貨車(chē)的重載質(zhì)量不斷增加，運(yùn)行的速度越來(lái)越快速，從而造成了輪軌的損壞，這就需要加強(qiáng)對(duì)轉(zhuǎn)向架技術(shù)的深入研究。對(duì)我國(guó)鐵路重載貨車(chē)轉(zhuǎn)向架技術(shù)發(fā)展的歷程進(jìn)行闡述，詳細(xì)分析了鐵路重載貨車(chē)轉(zhuǎn)向架技術(shù)的應(yīng)用，并對(duì)鐵路重載貨車(chē)轉(zhuǎn)向架的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞：鐵路 重載貨車(chē) 轉(zhuǎn)向架

Research on the Application of Railway Heavy-duty Freight Car Bogie Technology

Jin Fan，Sun Jun，Xiong Tao，Wang Fang

Abstract：Railway heavy-duty freight car bogies provide guarantee for railway heavy-duty transportation. As the heavy-load quality of railway heavy-duty trucks continues to increase， and the speed of operation becomes faster and faster， resulting in damage to the wheel and rail， it is necessary to strengthen in-depth research on bogie technology. The technical development process of railway heavy-duty freight car bogies in my country is described， the application of railway heavy-duty freight car bogie technology is analyzed in detail， and the development trend of railway heavy-duty freight car bogies is described.

Key words：railway， heavy-duty truck， bogie

1 引言

由于鐵路運(yùn)輸具有運(yùn)輸量大、安全性高、速度快、成本相對(duì)較低等優(yōu)勢(shì)，因此，鐵路運(yùn)輸是現(xiàn)階段世界上各個(gè)國(guó)家運(yùn)輸?shù)闹饕绞?。鐵路運(yùn)輸直接推動(dòng)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，基于此，世界上各國(guó)對(duì)鐵路貨車(chē)的重載運(yùn)輸給予高度重視。我國(guó)基于自身實(shí)際出發(fā)，對(duì)鐵路重載貨車(chē)的轉(zhuǎn)向架技術(shù)進(jìn)行深入研究，推動(dòng)鐵路貨車(chē)轉(zhuǎn)向架技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)而促進(jìn)我國(guó)鐵路運(yùn)輸?shù)慕】蛋l(fā)展。

2 我國(guó)鐵路重載貨車(chē)轉(zhuǎn)向架技術(shù)發(fā)展歷程

我國(guó)鐵路發(fā)展模式為“提取+重載”并重，鐵路重載貨車(chē)轉(zhuǎn)向架發(fā)展經(jīng)歷了四次技術(shù)升級(jí)。

第一階段，1949年-1998年，為鐵路重載貨車(chē)轉(zhuǎn)向架的仿制與自主研發(fā)階段。這個(gè)階段我國(guó)在對(duì)蘇聯(lián)哈寧轉(zhuǎn)向架借鑒的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了不同的轉(zhuǎn)向架，以轉(zhuǎn)8A型轉(zhuǎn)向架為主，該轉(zhuǎn)向架在很長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)是我國(guó)50t-60t貨車(chē)的主型轉(zhuǎn)向架，于2001年停止生產(chǎn)。

第二階段，1998年-2003年，為我國(guó)鐵路重載貨車(chē)轉(zhuǎn)向架自主研發(fā)和對(duì)國(guó)外技術(shù)的吸收借鑒階段。在這個(gè)時(shí)期，我國(guó)對(duì)21t軸重的轉(zhuǎn)K1型轉(zhuǎn)向架、轉(zhuǎn)K2型轉(zhuǎn)向架、轉(zhuǎn)K3型轉(zhuǎn)向架、轉(zhuǎn)K4型轉(zhuǎn)向架等提速轉(zhuǎn)向架進(jìn)行研究，為我國(guó)通用貨車(chē)實(shí)現(xiàn)每小時(shí)120千米的速度提供保障。2006年21t軸重轉(zhuǎn)向架在我國(guó)基本停產(chǎn)。

第三階段，2003年-2006年，我國(guó)對(duì)系列25t軸重的轉(zhuǎn)K5型轉(zhuǎn)向架、轉(zhuǎn)K6型轉(zhuǎn)向架、轉(zhuǎn)K7型轉(zhuǎn)向架等提速重載轉(zhuǎn)向架進(jìn)行研制。其中在我國(guó)的重載80t級(jí)別的C80型的運(yùn)煤敞車(chē)中應(yīng)用轉(zhuǎn)K5型轉(zhuǎn)向架，70t級(jí)別的貨車(chē)中廣泛的應(yīng)用轉(zhuǎn)K6型轉(zhuǎn)向架，這是我國(guó)當(dāng)時(shí)25t軸重主型貨車(chē)轉(zhuǎn)向架。我國(guó)研發(fā)的25t軸重轉(zhuǎn)向架是我國(guó)鐵路重載運(yùn)輸技術(shù)達(dá)到世界領(lǐng)先水平的重要標(biāo)志。

第四階段，2006年至今，我國(guó)已經(jīng)對(duì)27t軸重的DZ1型轉(zhuǎn)向架、DZ2型轉(zhuǎn)向架、DZ3型轉(zhuǎn)向架以及30t軸重的DZ4型轉(zhuǎn)向架、DZ5型轉(zhuǎn)向架、DZ5型轉(zhuǎn)向架進(jìn)行研制。其中，DZ2型轉(zhuǎn)向架與DZ5型轉(zhuǎn)向架使用的技術(shù)方案為軸向彈性懸掛與側(cè)架擺動(dòng)相結(jié)合，其特點(diǎn)是徑向準(zhǔn)、實(shí)現(xiàn)柔性懸掛、動(dòng)作用力低、磨耗低等。

3 鐵路重載貨車(chē)轉(zhuǎn)向架技術(shù)的應(yīng)用

3.1 低動(dòng)力技術(shù)的應(yīng)用

鐵路重載貨車(chē)和軌道線(xiàn)路主要存在著橫向輪軌動(dòng)力作用與垂向輪軌動(dòng)力作用。輪軌之間的橫向動(dòng)力作用直接影響著輪緣磨耗與鋼軌側(cè)面的磨耗等，輪軌之間的垂向動(dòng)力作用直接影響著軌道損壞與車(chē)輛踏面磨損等。

3.1.1 衡量輪軌垂向動(dòng)力作用的指標(biāo)

輪軌之間垂向低頻作用力、高頻作用力、輪軌的接觸應(yīng)力、軌枕的加速度響應(yīng)、道床的加速度響應(yīng)等是對(duì)輪軌垂向動(dòng)力進(jìn)行衡量的主要指標(biāo)。基于一系彈性懸掛能夠使輪軌的垂向動(dòng)力作用得到有效降低。

3.1.2 衡量輪軌橫向動(dòng)力作用的指標(biāo)

輪軌磨耗功、蛇行失穩(wěn)臨界速度、最大輪軌橫向力、脫軌的最大系數(shù)等是對(duì)輪軌的橫向動(dòng)力進(jìn)行衡量的主要指標(biāo)?，F(xiàn)階段對(duì)輪軌的橫向作用降低的主要措施包括輪對(duì)彈性定位、轉(zhuǎn)向架橫向剛度的減小等。比如DZ2型轉(zhuǎn)向架采用了擺動(dòng)式技術(shù)，使轉(zhuǎn)向架低動(dòng)力性能得到實(shí)現(xiàn)。

3.2 準(zhǔn)徑向技術(shù)與徑向技術(shù)的應(yīng)用

剛性的定位轉(zhuǎn)向架在通過(guò)曲線(xiàn)的過(guò)程中，輪對(duì)剛性懸掛需要兩輪對(duì)保持相對(duì)的平行，導(dǎo)致前導(dǎo)輪對(duì)和鋼軌間的沖角比較大，由此有較大的輪緣力的產(chǎn)生，使輪緣存在較大的磨損。如果輪對(duì)軸箱的定位方式為柔性彈性定位，那么彎曲剛度與剪切剛度存在于輪對(duì)和構(gòu)架當(dāng)中，此時(shí)，因?yàn)榇嬖谔っ驽F度，所以在蠕滑力的作用下輪對(duì)趨向于徑向的位置，然而因?yàn)闆](méi)有徑向裝置，所以經(jīng)過(guò)曲線(xiàn)時(shí)輪對(duì)的趨于徑向位置比純徑向轉(zhuǎn)向架要小，所以被叫做是準(zhǔn)徑向。

實(shí)踐表明，27t的軸重DZ2型轉(zhuǎn)向架經(jīng)過(guò)小半徑曲線(xiàn)與道岔時(shí)，輪對(duì)沖角比轉(zhuǎn)向架要少28-34%，降低7-12%左右的磨耗指數(shù)，轉(zhuǎn)向架的準(zhǔn)徑向功能得到實(shí)現(xiàn)，曲線(xiàn)通過(guò)性能得到概述，使輪軌動(dòng)作用力與輪軌的磨耗得到有效降低。

3.3 無(wú)焊接組裝技術(shù)

基于鑄造一體化吊座、拉鉚結(jié)構(gòu)固定杠桿支座點(diǎn)、螺栓鏈接八字面、托座、卡入式的八字面磨耗板等結(jié)構(gòu)，使鐵路重載貨車(chē)的轉(zhuǎn)向架無(wú)焊接組裝得到實(shí)現(xiàn)，使鐵路重載貨車(chē)的轉(zhuǎn)向架運(yùn)用缺陷得到降低。

3.4 雙作用彈性旁承技術(shù)

基于雙作用彈性旁承技術(shù)能夠使鐵路重載貨車(chē)的車(chē)體和轉(zhuǎn)向架的回轉(zhuǎn)阻尼得到提高，對(duì)于鐵路重載貨車(chē)轉(zhuǎn)向架和車(chē)體搖頭、車(chē)體側(cè)的滾振動(dòng)、蛇形運(yùn)動(dòng)針對(duì)等得到有效抑制，使鐵路重載貨車(chē)在提速過(guò)程中的穩(wěn)定性與平穩(wěn)性得到提高。當(dāng)鐵路重載貨車(chē)通過(guò)的曲線(xiàn)的半徑比較小時(shí)，剛性滾子直接接觸旁承，使回轉(zhuǎn)阻力矩得到有效控制，使其在合理范圍中，從而使曲線(xiàn)通過(guò)性能得到改善。

3.5 組合式斜楔技術(shù)的應(yīng)用

組合式斜楔高分子磨耗板使鐵路重載貨車(chē)轉(zhuǎn)向架減震系統(tǒng)的阻尼得到有效控制，從而提升了系統(tǒng)的摩擦性能。由于金屬摩擦副的阻尼離散度大導(dǎo)致了鐵路重載貨車(chē)的動(dòng)力性能不穩(wěn)定，而組合式斜楔使金屬摩擦副阻尼具有較大離散度的問(wèn)題得到有效解決，從而提高了鐵路重載貨車(chē)的穩(wěn)定性。

3.6 單元制動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用

單元制動(dòng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于自重比較輕，具有較高的傳動(dòng)效率等。自動(dòng)單元技術(shù)被廣泛的應(yīng)用在鐵路重載貨車(chē)大軸重的車(chē)輛上。比如DZ5型轉(zhuǎn)向架采用了、DAB-1型集成制動(dòng)裝置，實(shí)現(xiàn)了閘調(diào)器與自動(dòng)缸的一體化，對(duì)傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向架制動(dòng)裝置的剛性中拉桿功能進(jìn)行代替，具有更加緊湊的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了作用力主動(dòng)緩解的功能。

4 鐵路重載貨車(chē)轉(zhuǎn)向架技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

4.1 鐵路重載貨車(chē)轉(zhuǎn)向架的降噪技術(shù)

鐵路重載貨車(chē)的噪聲特別是運(yùn)行在夜間時(shí)，對(duì)于鐵路沿線(xiàn)的居民的生活造成了非常嚴(yán)重的影響。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)于鐵路列車(chē)的噪聲方面制定了嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。鐵路重載貨車(chē)的設(shè)計(jì)人員對(duì)于鐵路重載貨車(chē)的噪聲降低問(wèn)題需要給予高度重視。鐵路重載貨車(chē)的車(chē)輪、輪軌的滾動(dòng)、閘瓦摩擦、轉(zhuǎn)向架的零部件摩擦等是導(dǎo)致鐵路重載貨車(chē)噪聲的主要來(lái)源。就鐵路重載貨車(chē)的轉(zhuǎn)向架不適宜使用復(fù)雜的噪聲降低的措施，這是由使用轉(zhuǎn)向架的條件所決定的，如何有效的降低鐵路重載貨車(chē)轉(zhuǎn)向架的噪聲是研究的重點(diǎn)方向。

4.2 鐵路重載貨車(chē)轉(zhuǎn)向架的長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定性技術(shù)

鐵路重載貨車(chē)安全運(yùn)行的基礎(chǔ)就是轉(zhuǎn)向架能夠穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行。通過(guò)深入分析鐵路重載貨車(chē)轉(zhuǎn)向架的作用原理，實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵路重載貨車(chē)轉(zhuǎn)向架參數(shù)的合理選擇與結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，從而使鐵路重載貨車(chē)轉(zhuǎn)向架的穩(wěn)定性得到提升。對(duì)鐵路重載貨車(chē)轉(zhuǎn)向架的作用機(jī)構(gòu)、非金屬材料的零部件、關(guān)鍵的承載零部件、摩擦副的可靠性等進(jìn)行綜合全面分析，使鐵路重載貨車(chē)轉(zhuǎn)向架穩(wěn)定的力學(xué)性能得到保障。

4.3 有效降低鐵路重載貨車(chē)轉(zhuǎn)向架輪軌的動(dòng)作用力

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，鐵路重載貨車(chē)的軸重不斷的增加，鐵路線(xiàn)路的承受輪軌作用力和鐵路線(xiàn)路的變形也越來(lái)越嚴(yán)重，從而產(chǎn)生了較為突出的輪軌動(dòng)力作用問(wèn)題，這就需要基于有效技術(shù)手段，使鐵路重載貨車(chē)對(duì)于軌道的動(dòng)力作用得到最大程度的降低，從而能夠提升低動(dòng)力的性能，使鐵路重載運(yùn)輸?shù)某杀究梢越档?。鐵路重載貨車(chē)轉(zhuǎn)向架在未來(lái)的發(fā)展中，應(yīng)該在使鐵路重載貨車(chē)穩(wěn)定、可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)上，對(duì)于制定低動(dòng)力性能指標(biāo)、科學(xué)監(jiān)控輪軌力的技術(shù)等的進(jìn)行深入的研究，從而對(duì)和我國(guó)國(guó)情相適應(yīng)的鐵路重載貨車(chē)低動(dòng)力性能的評(píng)價(jià)和試驗(yàn)監(jiān)控規(guī)范進(jìn)行制定，同時(shí)對(duì)于鐵路重載貨車(chē)和鐵路線(xiàn)路之間的耦合關(guān)系進(jìn)行綜合考慮，確保鐵路重載貨車(chē)轉(zhuǎn)向架能夠和我國(guó)現(xiàn)階段的鐵路線(xiàn)路、橋梁等最大程度的匹配。

4.4 鐵路重載貨車(chē)轉(zhuǎn)向架的輕量化技術(shù)

進(jìn)入新世紀(jì)，科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)，客戶(hù)提高了對(duì)于鐵路重載貨車(chē)的自重要求，需要不斷降低鐵路重載貨車(chē)的自重，基于此，鐵路重載貨車(chē)轉(zhuǎn)向架自重的降低成為研究的重點(diǎn)問(wèn)題?，F(xiàn)階段的鐵路重載貨車(chē)轉(zhuǎn)向架零部件的減重是以當(dāng)前的考核標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，基于應(yīng)力符合性的原則進(jìn)行減重，因此，鑄鋼轉(zhuǎn)向架減重已經(jīng)達(dá)到了極限，所以需要全面考慮鐵路重載貨車(chē)轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)、制作工藝、新材料、考核標(biāo)準(zhǔn)等，從而推動(dòng)鐵路重載貨車(chē)轉(zhuǎn)向架輕量化技術(shù)的發(fā)展。

5 結(jié)語(yǔ)

鐵路重載貨車(chē)的轉(zhuǎn)向架技術(shù)和我國(guó)鐵路重載貨車(chē)的重載質(zhì)量、速度提升的目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有直接影響，通過(guò)對(duì)鐵路重載貨車(chē)轉(zhuǎn)向架關(guān)鍵技術(shù)的深入研究，使轉(zhuǎn)向架關(guān)鍵部位工作的可靠性得到提升，同時(shí)使慣性故障問(wèn)題得到有效解決，推動(dòng)我國(guó)轉(zhuǎn)向架技術(shù)向著世界先進(jìn)水平發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]李奕豪.火車(chē)火車(chē)轉(zhuǎn)向架檢修的優(yōu)化和提升方法分析[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2019（28）：53.

[2]穆鳳軍，劉振明，徐世鋒，等.鐵路貨車(chē)變軌距轉(zhuǎn)向架技術(shù)方案研究[J].國(guó)外鐵道車(chē)輛，2019（3）：21-24.

[3]陳春棉.我國(guó)鐵路貨車(chē)徑向轉(zhuǎn)向架發(fā)展與運(yùn)用現(xiàn)狀[J].山東工業(yè)技術(shù)，2016（16）：174-175.