快速鐵路貨車轉向架牽引裝置選型分析

張仕濤 曹 兵

（中國南車集團北京二七車輛有限公司 北京）

一、概述

牽引裝置是連接車體和轉向架的連接裝置，作用是保證車體的粘著重量（即機車總重量），縱向力、橫向力的正常傳遞，軸重的均勻分配和車體在轉向架上的穩定，容許轉向架進出曲線時相對于車體進行的回轉運動。既要傳遞機車的牽引力和制動力，保證機車牽引效率的發揮，又不干涉車體與轉向架之間的相對轉動及橫動，是機車和貨車車輛的重要部件之一。我國機車和貨車車輛的牽引裝置類型有心盤——旁承式、心盤——中心銷式、Z字牽引拉桿中心銷式、雙側低位平拉桿式、單牽引桿結構、Z字形低位斜桿式、端部拉壓桿式和心盤式。

二、結構分析

當前貨車的牽引裝置普遍采用心盤式，對于快速鐵路貨車轉向架來說，為了減少機車的軸重轉移，改善受力狀況，對單拉桿牽引裝置及Z字形牽引拉桿牽引裝置，在采用不同的布置方式情況下進行了比選，現對兩種結構進行分析。

1.單拉桿牽引裝置

主要由車體牽引座、構架牽引座、單拉桿總成（單拉桿和兩端的橡膠球關節節點）以及連接螺栓等組成，目前客車上普遍使用的是該種裝置。主要功能是實現車體與轉向架構架間的各種縱向力（牽引和制動力）的傳遞，同時又不約束車體相對于轉向架的垂向沉浮和橫向擺動。

（1）力的傳遞。①牽引力。車體牽引座→單拉桿總成車體端橡膠節點→牽引拉桿→單拉桿總成轉向架端橡膠節點→構架牽引座。②制動力。構架牽引座→單拉桿總成轉向架端橡膠節點→牽引拉桿→單拉桿總成車體端橡膠節點→車體牽引座。

采用單拉桿，力的傳遞僅有兩處彈性環節，使構架受力不均勻，轉向架軸重轉移相對較大。

（2）運動分析。當車體相對轉向架垂向沉浮時，通過兩端的橡膠關節的垂直平面的扭轉，牽引拉桿在垂直平面相對傾斜，實現車體的沉浮。當車體相對轉向架橫向擺動時，通過兩端的橡膠關節的水平面的扭轉，牽引拉桿在水平面相對傾斜，實現車體的橫擺。

2.Z字形牽引拉桿牽引裝置

主要由車體牽引中心銷、牽引橡膠球關節、Z字形牽引座、Z字形拉桿總成（拉桿和兩端的橡膠球關節節點）、構架牽引座，以及連接螺栓等部件組成。

Z字牽引拉桿牽引裝置一般在客車及城軌車輛上應用較廣，主要功能是實現車體與轉向架構架間的各種縱向力（牽引力和制動力）的傳遞，同時又不約束車體相對于轉向架的垂向沉浮和橫向擺動。

（1）力的傳遞。①牽引力。車體→牽引中心銷→牽引橡膠球關節→Z字形牽引座→Z字形拉桿總成車體端橡膠節點→牽引拉桿→Z字形拉桿總成轉向架端橡膠節點→構架牽引座。②制動力。構架牽引座→Z字形拉桿總成轉向架端橡膠節點→牽引拉桿→Z字形拉桿總成車體端橡膠節點→Z字形牽引座→牽引橡膠球關節→牽引中心銷→車體。

采用Z字形拉桿，力的傳遞具有多處彈性環節，一推一拉使構架受力均勻，轉向架軸重轉移相對較小。

（2）運動分析。當車體相對轉向架垂向沉浮時，通過牽引橡膠球關節的安裝軸向剛度和Z字形兩端的橡膠關節在垂直平面的扭轉，牽引拉桿在垂直平面相對傾斜，實現車體的沉浮。當車體相對轉向架橫向擺動時，通過牽引橡膠球關節的扭轉和兩端橡膠關節的水平面扭轉，牽引拉桿在水平面相對傾斜，實現車體的橫擺。

3.兩種牽引裝置的性能比較

（1）單牽引桿牽引裝置。結構較簡單，零件少，制造成本較低；兩處彈性環節，車體與構架間的運動相對約束較強，與轉向架間的高頻隔振相對較弱；二力桿結構，受力簡單，對構架橫梁的作用力大；連接方式無磨耗，免維護；粘著重量利用率89.4%；牽引裝置重量較小。

（2）Z字形牽引桿裝置。結構復雜，零件多，制造成本較高；多處彈性環節，車體與構架間的運動相對約束較弱；非二力桿結構，受力復雜，對構架橫梁的作用力小；連接方式無磨耗，免維護；粘著重量利用率94%；牽引裝置重量較大。

三、快速轉向架牽引裝置的結構實現

1.單拉桿牽引裝置

如果采用單拉桿牽引裝置，牽引結構由心盤、心盤連接座、牽引拉桿組成，心盤通過螺栓與車體的連接裝置連接，心盤連接座與心盤焊接在一起，下面通過螺栓與牽引拉桿連接，單拉桿兩端采用橡膠節點分別與心盤連接座和構架橫梁上焊接的支座相連。

2.Z字形牽引裝置

雙拉桿牽引結構由心盤、壓蓋、心盤連接座總成、牽引拉桿等構成，心盤通過螺栓與車體的連接裝置連接，心盤連接座總成由心盤連接座、橡膠結點、套筒、底座、螺栓等構成。牽引桿1水平通過心盤，一端安裝在構架牽引座上，另一端與橫梁上的支座相連；牽引桿2水平通過心盤，在牽引桿1對面，一端安裝在構架牽引座上，另一端與橫梁上的支座相連；牽引裝置采用推拉式低位牽引方式，兩牽引桿與牽引座安裝端均裝有橡膠關節，能適應轉向架和車體間的相對運動，有效傳遞牽引力和制動力，并承受一定的沖擊。

四、結構選型

（1）運動適應性。基于設計的貨車轉向架，車體相對于轉向架的垂向沉浮較客車大（采用高度調節閥時基本不變），因此，對牽引裝置的適應性提出了較為苛刻的要求。

相比兩種結構，由于Z字形牽引裝置采用了多處彈性環節，而且橡膠球關節由于結構相對較小，在同樣牽引剛度的前提下，扭轉剛度偏低，對運動的適應性相對單拉桿牽引裝置要好許多。

（2）構架受力。由于單拉桿的結構尺寸相對較大，對構架的橫梁影響相對較大，而且會使構架的受力不均勻。同樣結構的橫梁若采用單拉桿牽引裝置，橫梁的受力相對較大。為了避免這一缺陷，則要適當增加橫梁的截面尺寸，而使構架自重增加。采用Z字形雙拉桿牽引裝置，雖然受力較復雜，但對中性好，對構架橫梁的作用力小。

（3）轉向架綜合性能。比較兩種牽引裝置，對快速鐵路貨車轉向架的軸重轉移的影響存在較大的差異，為了使所設計的貨車轉向架具有良好的綜合性能，采用Z字形牽引裝置則更加有利于粘著作用的發揮。

五、結論

綜合分析兩種牽引裝置在轉向架上應用后的綜合性能后，可以得出，盡管Z字形牽引裝置在結構上相對單拉桿牽引裝置要復雜許多，但其對轉向架的綜合性能發揮更加有利，粘著重量利用率更高。因此，綜合各方面因素的考慮，快速鐵路貨車用轉向架宜采用Z字形牽引裝置。