新型貨車提速轉向架結構改進探討

【摘 要】比較轉K2型貨車轉向架和轉K4型貨車轉向架關鍵技術，吸收轉K2和轉K4型轉向架的優點，對新型貨車轉向架結構提出改進建議，分析新型貨車提速轉向架的優點。

【關鍵詞】新型貨車 提速轉向架 結構 改進

【中圖分類號】 G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2014）02C-0186-02

目前，我國鐵路既有線同時承擔運營動車組、普通客車和貨運車輛，鐵路客、貨共線運輸模式將在相當長的時期內存在。第六次全國大面積提速調圖后，客車速度越來越高，人們對貨車提速的愿望越來越強烈。然而貨車提速能否取得實質性的突破和成功，其關鍵取決于貨車轉向架的結構和性能。基于此，本文吸收轉K2和轉K4型轉向架的優點，對新型貨車轉向架結構提出改進建議。

一、轉K2型貨車轉向架和轉K4型貨車轉向架關鍵技術的比較

1999年開始，齊車公司與美國聯合設計的商業運營速度為120 km/h的21t軸重的下交叉支撐轉向架（后定名為轉K2型轉向架）已大量裝車使用，自2004年3月起，我國開始對既有線鐵路貨車進行120 km/h 提速改造，截止2007年底，換裝轉K2型轉向架120 km/h提速改造工作基本完成。2001年，株洲車輛廠和美國原ABC-NACO公司聯合，按照中國鐵路標準和線路情況，在保持原擺動式轉向架先進的設計原理、結構和成功的經驗基礎上進行改進，設計出轉K4型貨車轉向架?，F對這兩者的關鍵技術進行比較。

（一）抗菱剛度。轉K2轉向架采用了下交叉彈性支撐裝置，可提高轉向架的抗菱形變形能力，從而提高轉向架蛇形失穩臨界速度和保證轉向架直線運行穩定性；同時，在車輛通過曲線時，保持轉向架不變形，減少輪軌間作用力，降低輪緣磨耗，改善曲線通過性能。轉K4型轉向架采用彈簧托板把左右兩側架連接在一起，達到提高轉向架抗菱剛度的目的。

（二）橫向動力學性能。轉K4采用了擺動式機構。在搖動座和搖動座支撐、承載鞍和導框搖動座之間是圓弧形接觸，形成滾動副，使側架具有擺動的功能，提高車輛的橫向動力學性能，有效降低了輪軌間的磨耗。

（三）曲線通過性能。轉K2采用的是雙作用常接觸旁承。保證了車輛在正常運行時由橡膠復合彈簧承載，在車體左右偏載或經過曲線時，旁承滾子和橡膠復合彈簧共同承載。通過控制復合彈簧壓縮量，將車體重量合理分配到新盤和旁承；從而使車輛具有較合適的回轉阻力矩，可有效抑制轉向架的蛇形運動，保證車體運行時具有良好的平穩性；在曲線上運行時，由于車體的傾斜，上旁承與滾子相接觸，滾子產生滾動運動，可減小車體與轉向架的回轉阻力矩，降低輪軌間橫向作用力，改善曲線通過性能；旁承間隙和復合彈簧壓縮量可通過旁承盒內的高度調整板進行調整。轉K4型轉向架采用常接觸旁承，可提供穩定的回轉阻力矩。但在車輛通過曲線時，回轉阻力矩無法自行調整，因此，曲線通過性能受到影響。

（四）中央懸掛裝置。轉K2型轉向架每側中央懸掛系統采用5組兩級剛度承載簧和2組一級剛度減震簧。轉K4型轉向架采用4組兩級剛度承載簧和2組兩級剛度減震簧。承載彈簧和減振彈簧均為兩級剛度，不僅能提高空、重車的動力學性能，同時，還具有良好的減震效果。

（五）搖枕擋。轉K4搖枕擋位置下移，側滾中心降低，提高了高重心貨車的脫軌安全性。

（六）斜楔。轉K2斜楔材質為針狀鑄鐵，無斜楔摩擦板。轉K4斜楔由斜楔體及高分子復合材料的摩擦板組成。

二、新型貨車提速轉向架結構改進建議

結合轉K2和轉K4型兩種轉向架優點，筆者提出以下改進建議，集中運用到新型貨車轉向架中，在保證商業運營速度的前提下，不僅能權衡抗菱剛度與橫向動力學性能的矛盾，權衡橫向穩定性和曲線通過性能矛盾，還能減少摩擦減震裝置的損耗和易脫易斷件的故障發生率等突出問題。

第一，同時采用下交叉支撐裝置和擺動式機構。新型貨車提速轉向架不僅需要有良好的抗菱形變形能力，還需要具有良好的橫向動力學性能。在提高蛇形失穩臨界速度的前提下，保證車輛直線運行平穩性和良好曲線通過能力。第二，采用雙作用常接觸彈性旁承。直線運行時，通過控制復合彈簧預壓縮量，使車輛具有較合適的回轉阻力矩；曲線運行時，通過滾子的滾動來限制旁承壓縮量，控制車體與轉向架的回轉阻力矩。第三，采用整體構架式和軸箱彈簧懸掛裝置。整體構架式將兩個側架通過橫梁連接成一個整體，可以從根本上解決傳統三大件式轉向架抗菱形變形能力差的難題，顯著提高蛇行失穩臨界速度。采用軸箱彈簧可減小轉向架簧下質量，降低輪軌間的作用力，減小輪緣磨耗。第四，全部采用組合式制動梁。組合式制動梁突破結構設計和整體成型兩大關鍵技術，制動梁與側架配合改為滑塊結構，梁架改為整體無焊接結構。加上模塊化無焊接結構，整個制動梁由幾個組件通過緊固件組裝在一起。其疲勞強度較原有結構提高兩倍以上；可以有效避免原滾子式制動梁滾子軸折斷和梁架裂紋的產生。第五，采用徑向轉向架結構。為保證轉向架具有良好的橫向穩定性及曲線通過性能，采用自導向徑向轉向架，即轉向架內前后兩輪對通過導向桿、剛性或彈性相互連接，相互作用。利用輪軌間的縱向蠕滑力，使前后兩輪對接近占徑向位置，使輪對沖角趨向于零，顯著減少輪軌磨耗，利于曲線通過。第六，改裝下交叉支撐彈性裝置端頭。如果側架與支撐座定位組對不準或交叉支撐裝置的幾何尺寸超出公差范圍，勢必給交叉支撐彈性裝置組裝上帶來困難；即使組裝上，端頭螺栓和交叉支撐裝置產生的組裝應力有可能使端頭螺栓發生疲勞折斷。因此，可以考慮改進交叉桿端部結構，采用類似油壓減震器裝置，即可防止軸向橡膠墊老化變形，耐熱性能差等缺點，同時還可根據路況靈活調整抗菱剛度，延長使用壽命，保障轉向架正位狀態，有效改善曲線通過性能。第七，除此之外，還需同時滿足斜楔采用帶高分子復合材料的摩擦板；減震簧采用兩級剛度；設置搖枕擋合適位置，控制搖枕橫向擺動距離和降低側滾中心；也可以采取類似客車轉向架結構，采用在側架與搖枕之間對稱安裝縱向牽引拉桿，代替搖枕擋，使擺動式結構得到縱向定位，提高轉向架運行性能。

三、新型貨車提速轉向架的優點

新型貨車提速轉向架的優點將通過與轉K7型貨車轉向架比較總結出來。轉K7型貨車轉向架相比于常規三大件式轉向架，其主要特點是將每一輪對的左右承載鞍相連，形成U形副構架，再將前后副構架與交叉布置的連接桿銷接在一起，從而在前后輪對間構成自導向輪對徑，但是其沒有下交叉支撐裝置，抗菱形變形能力不及轉K2，同時也沒有擺動式結構，橫向動力學性能不及轉K4。在側架和軸箱承載鞍之間，轉K7型貨車轉向架采用了橡膠元件起第一系懸掛的作用，降低了簧下質量，減小了輪軌道間作用力。但是橡膠元件通常有以下缺點：耐高溫、耐低溫、耐油性能差；易老化，剛度特性易發生變化；散熱性不好；易產生疲勞損壞；采用軸箱彈簧可有效緩解上訴問題產生。提出的整體構架式與轉K7型貨車轉向架相比，主要有以下優點：一是從根本上解決傳統三大件式轉向架抗菱形變形能力差的難題；二是便于采用軸箱彈簧懸掛系統，降低簧下質量，減少輪軌間磨耗；三是有利于采用新型的制動技術，避免單側閘瓦制動由于制動配件故障或閘瓦厚度不一導致車輪踏面損傷故障。

總之，當前貨車轉向架最先進的三大核心技術分別是采用下交叉支撐裝置、擺動式結構和徑向自導向結構。在直線運行平穩性、橫向動力學性能和曲線通過能力上各有所長。新型貨車提速轉向架在集合了以上關鍵核心技術的同時，還吸收了客車轉向架的一些關鍵技術。在保證轉向架結構簡單、檢修方便的前提下，其各方面性能均優于其他貨車轉向架，適應當前提速要求下新型提速貨車轉向架的發展趨勢。

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【作者簡介】伍志丹，男，柳州鐵道職業技術學院助理工程師。