提高軸重對架橋機組用平車性能的影響

黃元琳

（中國南車集團 二七車輛有限公司，北京100072）

國鐵營業線上運行的架橋機具有架橋兼鋪軌作業功能，屬自輪運轉特種設備，須符合相關的國家和鐵路標準及《鐵路技術管理規程》的技術要求和限界要求，由鐵道部統一管理。架橋機組用平車是架橋機的基礎部分，系特種車輛之一。

為適應架設新建或改建速度200 km／h鐵路規劃采用的新型預應力混凝土T梁的需要，中國南車二七車輛有限公司研制了TJ165型架橋機組主機用NJ3型平車及輔機用NJ4型平車。

在施工作業時架橋機用平車一位端轉向架要承受較大的載荷，考慮到受允許軸重的限制，TJ165型架橋機組主機用NJ3型平車及輔機用NJ4型平車的一位端均采用了旁承承載5軸轉向架、二位端采用了心盤承載組合式4軸轉向架的結構形式，使架橋機組用平車既保證了架橋作業時的平穩性和載重大的要求，又滿足了架橋機組用平車過軌運輸時速度80 km／h的要求。

隨著對架橋機組過軌運輸效率要求的提高，架橋機組用平車在無裝備過軌運輸或轉場（轉換施工場地，下同）過軌運輸時的提速問題也提上了日程。通過TJ165型架橋機組主機用NJ3型平車及輔機用NJ4型平車的動力學試驗表明，5軸轉向架的曲線通過能力較4軸轉向架弱，導致限速較低。除進一步研究提高5軸轉向架的動力學性能外，還有一種辦法就是通過提高允許軸重來改變轉向架現有的結構，如果軸重提高到30 t，為一位端設計成4軸一體式轉向架以替代5軸一體式轉向架帶來了可行性。下面以TJ165型架橋機組主機用NJ3型平車及輔機用NJ4型平車為例，對其提高軸重以改善架橋機組用車輛性能的可行性進行分析探討。

1 NJ 3型平車及NJ 4型平車簡介

1.1 用途

NJ3型平車是主機解體后過軌運輸的專用平車，施工作業時作為主機的承載基體；NJ4型平車是輔機過軌運輸時的專用平車，施工作業時作為梁片及軌排的運載平車。

1.2 主要結構

（1）NJ3型平車

該車主要由車體、5軸轉向架、組合式4軸轉向架、風制動裝置、車鉤緩沖裝置、手制動裝置、標記等部分組成。車輛的1位端采用旁承承載，2位端采用心盤承載。

（2）NJ4型平車

NJ4型平車主要由車體、5軸轉向架、組合式4軸轉向架、空氣制動裝置、車鉤緩沖裝置、手制動裝置、標記等部分組成。車輛1位端采用旁承承載，2位端采用心盤承載。空氣制動裝置、車鉤緩沖裝置及手制動裝置的結構及特點與NJ3型平車相同。轉向架與NJ3型平車相同。

1.3 主要性能參數及基本尺寸

2 NJ 3型、NJ 4型平車過軌運輸軸重現狀

2.1 無裝備過軌運輸狀態

NJ3型平車自重為91.1 t，NJ4型平車自重為71.3 t，為保證過軌運輸的性能，根據車輛的具體結構，經過整車的動力學試驗，無裝備過軌運輸狀態時須按要求采取配重措施。

NJ3型平車：在車體一位端枕粱處（5軸轉向架上方）加裝26 t配重，使NJ3型平車總重大于113 t，軸重達到12.56 t以上。

NJ4型平車：在車體一位端枕粱處（5軸轉向架上方）加裝26 t配重，在車體二位端枕粱處（組合式4軸轉向架上方）加裝18 t配重，使NJ4型平車總重大于113 t，軸重達到12.56 t以上。

2.2 有裝備過軌運輸狀態

在NJ3型平車上安裝1號柱、2號柱、3號柱、機臂、吊梁小車、發電機組、驅動裝置、控制系統等設備后組成TJ165型架橋機主機；在NJ4型平車上安裝發電機組、驅動裝置、控制系統等設備后組成TJ165型架橋機輔機，與架橋機主機配套使用。可進行標準軌距鐵路線路上架橋兼鋪軌施工作業。

NJ3型平車（即TJ165型架橋機組主機用平車）：在轉場運輸時主機采用大解體的方式，即拆除機臂等部件。此時的主機總質量為151 t，1位端5軸轉向架軸重15 t（5軸共計75 t）；2位端組合式4軸轉向架軸重19 t（4軸共計76 t）。

NJ4型平車（即TJ165型架橋機組輔機用平車）：在轉場運輸時輔機還須在車體一位端枕粱處（5軸轉向架上方）和車體2位端枕粱處（組合式4軸轉向架上方）各加裝6 t配重，總重113 t，軸重均為12.56 t。

3 NJ 3型、NJ 4型平車（即TJ 165型架橋機組用平車，下同）施工作業軸重現狀

TJ165型架橋機組用平車除因轉場需要過軌運輸外，其余時間均為現場架橋兼鋪軌施工作業狀態，其主要工況的軸重見表1。從表中可以看出主機在全懸臂架梁時1位端5軸轉向架軸重最大，為34 t；輔機在喂梁時最大軸重發生在2位端4軸轉向架為30 t。主機用平車軸重較大。

表1 NJ 3型、NJ 4型平車施工作業主要工況軸重表

4 NJ 3型、NJ 4型平車軸載荷分析計算

目前，我國貨車E軸的允許軸重為25 t，為確保運行安全，對NJ3型、NJ4型平車用車軸（含主動車軸和從動車軸）進行了強度校核，最大應力發生在主機以0.5 km／h的速度半懸臂在橋面自力走行時的輪座處，5軸轉向架此時軸重約為33 t。當主機全懸臂鋪軌作業工況時，軸重雖然達到了34 t，但由于是處于靜止狀態，安全裕量仍然很大，經分析計算表明：車軸具有足夠的安全裕量，強度滿足架橋機組用平車的使用要求。其應力計算和強度校核見表2。

表2 主動車軸應力計算和強度校核 MPa

5 改善架橋機組用平車性能的方案設想

如果能夠提高軸重，將每根軸的允許載荷由25 t提高到30 t，NJ3型平車現在的1位端5軸一體式轉向架就可以考慮4軸1體式轉向架，即將整車的前后轉向架設計為對稱形式，根據以往長大貨車用4軸轉向架的設計經驗及試驗研究，動力學性能將會有較大改善，過軌運輸速度會進一步提高。而且施工作業工況時的車軸受力狀況也會得到較大程度的緩解，提高安全裕量。

5.1 無裝備過軌運輸狀態

提高軸重后，前后均采用4軸轉向架的主機用平車及輔機用平車的自重與現在相近，可以通過對轉向架參數的優化設計取消現在的配重措施，簡化過軌運輸方案。但要注意主機用平車過軌運輸時要滿足前后轉向架質量不大于10 t的要求。

5.2 有裝備過軌運輸狀態

因自重與現在接近，所以架橋機主機在轉場過軌運輸時其總重也基本不變，此時1位端軸重變為約18.75 t，4軸共重為75 t，與原來5軸總重75 t相等，與2位端組合式4軸轉向架軸重19 t也基本一致，且各軸均載；而架橋機輔機在過軌運輸時則還可以取消現在前后轉向架加裝的配重，此時的軸重為12.88 t，同時保證了各軸均載。軸重對比見表3。

5.3 施工作業狀態

軸重較大的主機用平車1位端載荷在改變軸數前后變化不大，提高軸重后一位端的軸重超出允許軸重約10 t，與原來5軸時采用E軸超出允許軸重的數值相近。根據架橋機組的使用特點，主機用平車在施工作業時基本處于靜止狀態，車軸的安全裕量較大，能滿足其使用要求。

表3 提高軸重新方案與現有過軌運輸軸重對比表t

6 小結

從以上的分析可以看出，架橋機組用平車在過軌運輸狀態時軸重均小于20 t，只有在施工作業狀態時軸載荷超出了允許軸重。如果軸重能夠提高到30 t，采用提高軸重方案的車輛完全能夠滿足主機、輔機在各種狀態下的過軌運輸要求，且可以改善整機的動力學性能，以達到進一步提高架橋機組過軌運輸速度的要求。以TJ165型架橋機主機用平車為例，原NJ3型平車見圖1，采用提高軸重后的主機用平車方案見圖2。

圖1 NJ 3型平車簡圖

圖2 采用提高軸重后的主機用平車方案簡圖

7 結束語

目前，我國新建或改建的數條主要鐵路干線均采用TJ165型等架橋機進行新型2201 T型梁片的架設，允許軸重限制給架橋機組用平車在無裝備過軌運輸或轉場運輸及施工作業的影響顯而易見。隨著我國線路技術狀況的改善，貨車的允許軸重必將逐步提高，鐵道部運輸局對中國鐵路重載運輸技術也提出了目標和要求，30 t軸重設計已經提到了日程，而且，30 t軸重的轉向架的允許軸重按32.5 t設計，要留有一定的裕量，特別有利于架橋機組用平車在施工作業狀態的使用，對改善架橋機組用平車的過軌性能提供了契機，將具有顯著的經濟效益和社會效益。

［1］青島四方車輛研究所有限公司.NJ3型和NJ4型平車用輪軸強度校核及軸承壽命計算報告［R］.四研技字（2010）第138號.2010.

［2］中國鐵道科學研究院機車車輛研究所.TJ165型架橋機組主機用NJ3型平車車體、輔機用NJ4型平車車體、5軸轉向架構架及小底架靜強度試驗［R］.2008年JL字第66號.2008.

［3］中國鐵道科學研究院機車車輛研究所.TJ165型鐵路架橋機用NJ3、NJ4型平車動力學性能試驗［J］.2009年JL字第28號.2009.