淺析未來(lái)我國(guó)貨車轉(zhuǎn)向架的技術(shù)發(fā)展

宋少文

摘 ?要：安全、高速、重載是我國(guó)鐵路事業(yè)發(fā)展的主要目標(biāo)，轉(zhuǎn)向架作為火車的走行裝置，決定了火車的運(yùn)輸能力，新中國(guó)成立以來(lái)，我國(guó)貨車轉(zhuǎn)向架從技術(shù)引進(jìn)到自主研發(fā)，技術(shù)上取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，但是，隨著世界鐵路的高速發(fā)展，我國(guó)現(xiàn)有貨車轉(zhuǎn)向架在運(yùn)用過(guò)程中仍然會(huì)出現(xiàn)一些較為常見(jiàn)的損傷。所以未來(lái)我國(guó)貨車轉(zhuǎn)向架在向著重載、快捷的趨勢(shì)發(fā)展過(guò)程中，仍需要攻克一些技術(shù)難題。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向架;損傷;重載、快捷;技術(shù)難題

建國(guó)以來(lái)，我國(guó)鐵路貨車由載重50噸逐漸發(fā)展至60噸和70噸，直至今天80噸級(jí)鐵路貨車已經(jīng)成為了趨勢(shì)，期間，貨車轉(zhuǎn)向架也一直在進(jìn)行著技術(shù)革新。目前我國(guó)正在使用的轉(zhuǎn)向架主要有普通貨車轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)K2、轉(zhuǎn)K4、轉(zhuǎn)K5、轉(zhuǎn)K6以及重載轉(zhuǎn)向架DZ1、DZ2、DZ3，在使用過(guò)程中仍然會(huì)存在一些易發(fā)故障，所以貨車轉(zhuǎn)向架在接下來(lái)的發(fā)展中，勢(shì)必要解決這些問(wèn)題，來(lái)滿足鐵路貨車高速、重載的需要。

1 我國(guó)貨車轉(zhuǎn)向架發(fā)展歷程

1949年新中國(guó)成立以來(lái)，我國(guó)鐵路貨車轉(zhuǎn)向架經(jīng)歷了4個(gè)發(fā)展階段，我國(guó)貨車轉(zhuǎn)向架實(shí)現(xiàn)了4次技術(shù)升級(jí)。

第1階段，1949—1963年仿制階段。仿制生產(chǎn)，多種轉(zhuǎn)向架并存運(yùn)用，載重50t貨車轉(zhuǎn)3、轉(zhuǎn)4型轉(zhuǎn)向架，為60t級(jí)貨車的轉(zhuǎn)5、轉(zhuǎn)6型轉(zhuǎn)向架及參照前蘇聯(lián)的哈寧型轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)制造的老轉(zhuǎn)8型轉(zhuǎn)向架等。形式繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、強(qiáng)度低、載重小、運(yùn)行性能差，而且故障多、檢修不便，逐漸被淘汰。[1]

第2階段，1964—1997年自主設(shè)計(jì)制造。該階段自主研發(fā)的轉(zhuǎn)8A型轉(zhuǎn)向架成為我國(guó)21t軸重貨車主型轉(zhuǎn)向架，共計(jì)裝車約50萬(wàn)輛;為滿足大秦線C63型專用運(yùn)煤敞車的需要，1986—1987年設(shè)計(jì)了2D軸控制型和2D軸曲梁型轉(zhuǎn)向架。

第3階段，1998—2003年引進(jìn)消化吸收階段。引進(jìn)交叉支撐轉(zhuǎn)向架技術(shù)，研發(fā)了21t軸重轉(zhuǎn)K2型轉(zhuǎn)向架、轉(zhuǎn)8G型轉(zhuǎn)向架，轉(zhuǎn)K2型裝車約40萬(wàn)輛;引進(jìn)擺動(dòng)式轉(zhuǎn)向架技術(shù)，研發(fā)了21t軸重轉(zhuǎn)K4型轉(zhuǎn)向架;研發(fā)了焊接構(gòu)架式轉(zhuǎn)K3型轉(zhuǎn)向架。

第4階段，從2003年至今，為自主研發(fā)再創(chuàng)新階段。研發(fā)了25t軸重、120km/h轉(zhuǎn)K5、轉(zhuǎn)K6及轉(zhuǎn)K7型轉(zhuǎn)向架，適應(yīng)了70t級(jí)通用貨車和80t級(jí)專用貨車的發(fā)展需要。轉(zhuǎn)K6型轉(zhuǎn)向架裝車約30萬(wàn)輛。目前，我國(guó)已研發(fā)27t軸重、30t軸重轉(zhuǎn)向架，分別在鐵路正線、神華專用線路上試用 ，將推動(dòng)我國(guó)鐵路貨車轉(zhuǎn)向架技術(shù)進(jìn)入新的發(fā)展階段。加快大軸重、快捷貨車轉(zhuǎn)向架研制開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破，為我國(guó)鐵路大宗貨物重載運(yùn)輸、集散貨物快捷運(yùn)輸提供技術(shù)保障。

2 目前我國(guó)貨車轉(zhuǎn)向架的易發(fā)故障

2.1 車輪的損傷

在車輪的故障中，有踏面磨耗、輪緣磨耗、踏面擦傷與剝離、車輪裂紋等，直接威脅著行車安全。

（1）車輪踏面圓周磨耗

車輪在鋼軌上運(yùn)動(dòng)的主要形式是滾動(dòng)，但在通過(guò)曲線等情況下，輪軌間存在著相對(duì)滑動(dòng)。因此，輪軌間發(fā)生的是一種滾滑混合的復(fù)雜摩擦。在制動(dòng)時(shí)閘瓦與踏面也發(fā)生滑動(dòng)摩擦，引起磨耗。根據(jù)這些情況分析，引起踏面磨耗的主要原因有以下幾種：

①擠壓塑性變形：車輪滾動(dòng)時(shí)，踏面與鋼軌接觸處的材料受擠壓和剪切，經(jīng)多次反復(fù)作用，使表層金屬疲勞磨耗。

②摩擦熱的作用：制動(dòng)時(shí)，閘瓦與車輪間產(chǎn)生大量摩擦熱，當(dāng)緩解時(shí)閘瓦離開(kāi)踏面后，摩擦熱迅速向整個(gè)車輪傳導(dǎo)而使踏面速冷。如此的時(shí)冷時(shí)熱，易使踏面表面材質(zhì)變化而造成破壞。實(shí)際觀察與分析結(jié)果表明：車輪踏面的磨耗是踏面表層不斷形成厚度在0.05一0.2mm的硬層和白硬層不斷脫落的過(guò)程。[2]

（2）輪緣損傷

①輪緣厚度減小的正常原因：車輪做蛇行運(yùn)動(dòng)時(shí)，輪緣經(jīng)常與鋼軌內(nèi)側(cè)面發(fā)生沖撞磨耗;還有在曲線上由于離心力的作用，外側(cè)車輪輪緣與外軌內(nèi)側(cè)面經(jīng)常發(fā)生摩擦而造成磨耗。這樣的磨耗雖然不可避免，但并不嚴(yán)重。

②輪緣加劇磨耗的特殊原因：轉(zhuǎn)向架兩側(cè)固定軸距差過(guò)大，側(cè)架導(dǎo)框間隙過(guò)大或過(guò)小，同軸兩車輪直徑差過(guò)大，以及壓裝車輪時(shí)兩車輪至軸端的距離不相等，這些原因均會(huì)造成輪對(duì)與鋼軌間的相對(duì)位置不正常，使輪對(duì)偏向線路一側(cè)，導(dǎo)致一側(cè)車輪輪緣發(fā)生磨耗，也稱為輪緣偏磨。輪緣偏磨的速度較快，會(huì)造成輪緣厚度過(guò)薄。

2.2 圓彈簧的損傷

（1）裂紋和折損

圓彈簧的裂紋和折損易發(fā)生在彈簧兩端的1.5-2圈內(nèi)，裂紋一般自簧條內(nèi)側(cè)因?yàn)閺椈墒芘まD(zhuǎn)和剪切的最大合成應(yīng)力產(chǎn)生在簧條截面內(nèi)側(cè)邊緣。此外，當(dāng)彈簧受沖擊載荷作用時(shí)，支持圈及其附近又首當(dāng)其沖，這些情況都使此處最易發(fā)生折損。

圓彈簧裂紋和折損的原因：主要是在運(yùn)用中經(jīng)受大的沖擊，超載或偏載過(guò)大，超出了彈簧的負(fù)荷能力所致;其次是由于在彈簧制造或修理時(shí)，未能達(dá)到工藝要求所引起;另外，在檢修和更換彈簧時(shí)，過(guò)多地用力錘擊造成傷痕也是一個(gè)重要原因。

（2）彈簧衰弱

彈簧經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)用，特別是經(jīng)過(guò)多次修理之后，彈簧易產(chǎn)生自由高降低的現(xiàn)象稱為彈簧衰弱。

彈簧衰弱的主要原因是由于在長(zhǎng)期使用中，彈簧承受超載和偏載負(fù)荷過(guò)大;或因彈簧腐蝕，磨耗后使截面積減小，成為最薄弱的一環(huán);由于多次修理進(jìn)行加熱，造成彈簧表面氧化和嚴(yán)重脫碳，從而降低了彈簧材質(zhì)的強(qiáng)度極限。

2.3 側(cè)架和搖枕的損傷

（1）磨耗

主要發(fā)生在側(cè)架立柱磨耗板、斜楔擋、制動(dòng)梁滑槽磨耗板、側(cè)架導(dǎo)框及側(cè)架立柱與搖枕?yè)醯呐浜系忍帯２患皶r(shí)修理?yè)p傷側(cè)架，會(huì)造成轉(zhuǎn)向架不正位，制動(dòng)梁脫落等。

（2）裂紋

①側(cè)架、搖枕彎角處，中央方框底部漏水孔附近，制動(dòng)梁滑槽下方，側(cè)架立柱的上下彎角處;側(cè)架搖動(dòng)座支承安裝槽底面等處，可能折斷、脫側(cè)架彎角處斷面尺寸的突然變化，易產(chǎn)生應(yīng)力集中。

②由于鑄造工藝不良產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，如分箱面不平整有錯(cuò)位痕跡，澆注后開(kāi)箱過(guò)早就進(jìn)行水瀑清砂產(chǎn)生溫度應(yīng)力而出現(xiàn)裂紋。[3]

③有鑄造缺陷，如氣孔、砂眼、夾渣等，減弱了斷面強(qiáng)度，產(chǎn)生了局部應(yīng)力過(guò)大而出現(xiàn)裂紋。

④焊修工藝不當(dāng)，如未焊透、產(chǎn)生氣孔、夾渣、咬邊等缺陷，加之焊修前后熱處理不當(dāng)，在電焊處易發(fā)生脆裂。

⑤由于搖枕?yè)跖c側(cè)架立柱的磨耗，增加了側(cè)架立柱與搖枕?yè)醯拈g隙，當(dāng)沖擊力過(guò)大時(shí)，在側(cè)架立柱根部彎角處易產(chǎn)生裂紋。

3 未來(lái)我國(guó)貨車轉(zhuǎn)向架的發(fā)展趨勢(shì)

3.1 重載貨車轉(zhuǎn)向架

擴(kuò)大既有通用線路的27t軸重轉(zhuǎn)向架裝車試用和運(yùn)用;進(jìn)一步運(yùn)煤專用線路的30t軸重轉(zhuǎn)向架試用考驗(yàn);開(kāi)發(fā)滿足新建鐵路專用線路需要的30t以上軸重轉(zhuǎn)向架。

（1）大軸重轉(zhuǎn)向架低動(dòng)力作用技術(shù)、輪軸技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù);

（2）大軸重轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)互換性和標(biāo)準(zhǔn)接口;

（3）動(dòng)力學(xué)性能穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向架可靠性（部件結(jié)構(gòu)及參數(shù)）;

（4）輪軌關(guān)系、載荷譜等轉(zhuǎn)向架基礎(chǔ)性技術(shù);

（5）診斷健康管理PHM（安全監(jiān)控、實(shí)時(shí)診斷、壽命管理）。

3.2 快捷貨車轉(zhuǎn)向架

實(shí)現(xiàn)快捷轉(zhuǎn)向架技術(shù)突破，研制160km/h快捷貨車轉(zhuǎn)向架產(chǎn)品，帶動(dòng)集裝箱平車、行包快運(yùn)車等新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，使我國(guó)快捷貨車技術(shù)達(dá)到世界先進(jìn)水平。

（1）制動(dòng)技術(shù)、輪軸技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù);

（2）考核標(biāo)準(zhǔn)、輪軌關(guān)系等基礎(chǔ)性技術(shù);

（3）提高車輛動(dòng)力學(xué)性能穩(wěn)定性的懸掛技術(shù);

（4）研究關(guān)鍵部件的可靠性技術(shù);

（5）診斷健康管理PHM（安全監(jiān)控、實(shí)時(shí)診斷、壽命管理）。

3.3 標(biāo)準(zhǔn)體系方面

結(jié)合我國(guó)鐵路實(shí)際情況，研究建立中國(guó)鐵路重載、快捷貨車轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)用、檢修維護(hù)及技術(shù)管理標(biāo)準(zhǔn)體系。

（1）重載、快捷貨車轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范;

（2）轉(zhuǎn)向架主要零部件制造及檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn);

（3）運(yùn)用及檢修技術(shù)條件或規(guī)程;

（4）生產(chǎn)、運(yùn)用、檢修等管理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn);

（5）診斷健康管理PHM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)

[1]田葆栓.國(guó)內(nèi)鐵路貨車轉(zhuǎn)向架技術(shù)結(jié)構(gòu). 2018.

[2]張大福.高速轉(zhuǎn)向架構(gòu)架作用載荷譜研究. 2013.

[3]劉惠民.鐵道車輛構(gòu)造檢修及裝備. 2016.