我國鐵路快捷貨車轉(zhuǎn)向架懸掛系統(tǒng)特點(diǎn)分析

黃乾興　王歡歡

摘 要：文章介紹了我國鐵路快捷貨車轉(zhuǎn)向架懸掛系統(tǒng)的重要組成部分及主要特點(diǎn)，分析了快捷貨車轉(zhuǎn)向架一系和二系懸掛的關(guān)鍵技術(shù)以及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和要求，為我國快捷貨車轉(zhuǎn)向架懸掛系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：鐵路快捷貨車 轉(zhuǎn)向架 懸掛系統(tǒng)

1 引言

隨著信息時(shí)代的到來，我國快遞、物流行業(yè)得到了迅速的發(fā)展，與此同時(shí)人們對(duì)鐵路貨運(yùn)速度的要求也在不斷提高，因此如何最大限度利用既有線路來發(fā)展我國的快捷貨車成為一個(gè)亟待解決的問題。作為快捷貨車的核心部件——轉(zhuǎn)向架，轉(zhuǎn)向架的性能將直接影響到貨車的運(yùn)行品質(zhì)，而懸掛系統(tǒng)直接決定了轉(zhuǎn)向架的關(guān)鍵性能，所以轉(zhuǎn)向架的關(guān)鍵技術(shù)是懸掛系統(tǒng)。近幾十年來，為了提高快捷貨車對(duì)線路的適應(yīng)性，滿足國家提倡的綠色環(huán)保新要求，在原來鐵路貨車和動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，從21世紀(jì)初年開始，我國的科研人員也陸續(xù)研發(fā)了多種快捷貨車轉(zhuǎn)向架，并完成了相關(guān)性能和運(yùn)行試驗(yàn)，如由齊軌道裝備公司生產(chǎn)研發(fā)的160km/h快捷貨車轉(zhuǎn)向架和中車長(zhǎng)江公司研制的160km/h快捷貨車轉(zhuǎn)向架；以及近期齊軌道裝備公司研制的220km/h貨車轉(zhuǎn)向架等[1]。但隨著重載快捷貨車的發(fā)展，快捷貨車轉(zhuǎn)向架的懸掛系統(tǒng)出現(xiàn)了一些急需解決的問題，因?yàn)榇罅康难芯勘砻鳎旖葚涇嚨拇瓜蚱椒€(wěn)性與列車的速度有密切的聯(lián)系，即速度越高列車的垂向平穩(wěn)性越差。列車的垂向平穩(wěn)性直接影響貨物運(yùn)輸安全性和完整性，同時(shí)列車的平穩(wěn)性也會(huì)影響輪軌之間的磨耗，從而影響鐵道線路的養(yǎng)護(hù)和維修成本，導(dǎo)致其綜合運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)性不佳[2]，故快捷貨車轉(zhuǎn)向架的懸掛系統(tǒng)設(shè)計(jì)是保證列車安全平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵。

2 快捷貨車轉(zhuǎn)向架懸掛系統(tǒng)的組成

根據(jù)國內(nèi)外鐵路快捷貨車運(yùn)用情況，如果運(yùn)行速度超過120km/h，僅有一系懸掛的轉(zhuǎn)向架基本不能滿足運(yùn)行要求。因此，配備兩系懸掛成為快捷貨車轉(zhuǎn)向架的必然選擇[3]。快捷貨車轉(zhuǎn)向架的一系懸掛主要由垂向液壓減震器、軸箱等組成；二系懸掛系統(tǒng)的主要組成包括空氣彈簧、空氣彈簧下的橡膠堆、車體高度調(diào)整裝置、縱向液壓減振器等。

垂向液壓減震器如圖1所示，它主要是靠垂向液壓減震器活塞桿的拉伸和壓縮運(yùn)動(dòng)形成的液壓阻尼力達(dá)到減振目的，無論活塞是上移或者是下移，油液都要通過節(jié)流孔和進(jìn)流孔流動(dòng)，其流動(dòng)阻尼大小決定了減振器的減振性能。垂向液壓減震器是利用液體的粘滯做功將車體的振動(dòng)轉(zhuǎn)化為熱能，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)振動(dòng)的衰減，因此垂向液壓減震器具有良好的垂向減振效果，是提高快捷貨車運(yùn)行垂向平穩(wěn)性、和安全性的關(guān)鍵部件；軸箱如圖2所示，軸箱裝置是連接輪對(duì)與構(gòu)架的活動(dòng)關(guān)節(jié)，是約束輪對(duì)和構(gòu)架相對(duì)運(yùn)動(dòng)的裝置，其作用是把快捷貨車的重量和載荷傳遞給轉(zhuǎn)向架的輪對(duì)，并且可以潤(rùn)滑輪軸的軸頸，減少摩擦，降低運(yùn)行阻力等。

空氣彈簧（如圖3）內(nèi)部充有壓縮空氣，因此空氣彈簧的剛度是可以控制和改變的，通過控制其內(nèi)部的氣壓就可以調(diào)整二系懸掛系統(tǒng)的剛度，所以不管車輛裝載了多少噸的貨物，都可以按照實(shí)際情況來調(diào)整二系懸掛的剛度；橡膠堆不僅具有優(yōu)越的承重功能，更兼具良好的垂向減振、縱向減振和橫向減振功能；高度調(diào)整閥（如圖4）可以根據(jù)貨車不同的載荷情況來調(diào)節(jié)車體高度，保持車體距軌面的高度不變，始終保持車體處于水平狀態(tài)，使快捷貨車的地板面高度不受貨物分布和重量的影響，從而改善快捷貨車車體的傾斜和車輛的曲線通過性，保證車輛的運(yùn)行安全，同時(shí)提高車輛的運(yùn)行平穩(wěn)性；縱向液壓減振器又叫抗蛇形減震器，它可以將震動(dòng)沖擊能量通過各種阻尼形式變?yōu)闊崃可l(fā)，從而減輕車輛的蛇形運(yùn)動(dòng)，達(dá)到列車平穩(wěn)運(yùn)行的目的。

3 快捷貨車兩系懸掛的關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)計(jì)要求

目前，我國大多數(shù)的快捷貨車轉(zhuǎn)向架基本是通過參考準(zhǔn)高速或高速客車轉(zhuǎn)向架研制的，所以一般快捷貨車轉(zhuǎn)向架的二系懸掛與高速客車類似。但快捷貨車轉(zhuǎn)向架相比傳統(tǒng)的貨車，普遍具有整體質(zhì)量較輕、抗菱剛度較大等優(yōu)點(diǎn)，圖5為快捷貨車兩系懸掛系統(tǒng)的位置。

3.1 快捷貨車懸掛關(guān)鍵技術(shù)的分析

由于我國快捷貨車轉(zhuǎn)向架基本參考的是準(zhǔn)高速或高速客車轉(zhuǎn)向架，所以快捷貨車的關(guān)鍵技術(shù)特點(diǎn)一般和客車較為相似[4-6]：

（1）快捷貨車轉(zhuǎn)向架的懸掛系統(tǒng)要采用大撓度設(shè)計(jì)。

（2）為了滿足其橫向動(dòng)力學(xué)性能，快捷貨車轉(zhuǎn)向架的二系橫向剛度要小些。

（3）快捷貨車轉(zhuǎn)向架縱向力傳遞大部分采用縱向牽引拉桿模式。

（4）為了能夠滿足快捷貨車空載和重載時(shí)的彈簧撓度，要將一系懸掛作為主懸掛。

（5）為了能夠滿足貨車的橫向動(dòng)力學(xué)性能，快捷貨車的二系懸掛系統(tǒng)的橫向剛度要小，這是我國快捷貨車速度能從120km/h提高到160km/h最核心的關(guān)鍵所在。

3.2 快捷貨車懸掛系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求

通過分析我國快捷貨車轉(zhuǎn)向架的技術(shù)特點(diǎn)，可以得出其懸掛系統(tǒng)技術(shù)的總體思路為：

（1）要積極借鑒國內(nèi)和國外相對(duì)成熟且先進(jìn)的懸掛系統(tǒng)模式和研究方法，研究出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)且適合我們國情和線路條件的懸掛系統(tǒng)。

（2）科技貨車轉(zhuǎn)向架懸掛系統(tǒng)的研制，要以我國貨車線路實(shí)際運(yùn)行狀況和管理要求作為前提。

（3）快捷貨車轉(zhuǎn)向架懸掛系統(tǒng)的研制，要滿足貨車空載和滿載狀態(tài)下的受力要求。

（4）為滿足快捷貨車的橫向動(dòng)力學(xué)要求，其轉(zhuǎn)向架既要采用成熟的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，二系橫向的剛度又要盡可能小。

（5）快捷貨車轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要以簡(jiǎn)單且可靠為主，但同時(shí)還要求其具有先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)性。

（6）因?yàn)榭旖葚涇囖D(zhuǎn)向架具有特殊性，所以其考核和驗(yàn)收應(yīng)采用新的標(biāo)準(zhǔn)，不應(yīng)與傳統(tǒng)貨車或者客車轉(zhuǎn)向架懸掛系統(tǒng)的考核和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)相同。

通過對(duì)快捷貨車懸掛系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)分析，結(jié)合其對(duì)懸掛系統(tǒng)的技術(shù)要求，歸納了快捷貨車懸掛系統(tǒng)的特點(diǎn)（如表1所示）。

4 我國快速貨車轉(zhuǎn)向架技術(shù)的現(xiàn)狀

在近幾十年來，相比于國外的快捷貨車轉(zhuǎn)向架技術(shù)，我們的技術(shù)仍然有一定的差距。因此，加快快捷貨車轉(zhuǎn)向架搖枕、側(cè)架、焊接構(gòu)架、車輪、懸掛系統(tǒng)等關(guān)鍵零部件的可靠性研究是非常必要的。特別是要完善快捷貨車轉(zhuǎn)向架的懸掛系統(tǒng)設(shè)計(jì)和匹配。對(duì)于懸掛系統(tǒng)，確定科學(xué)合理的一系和二系懸掛參數(shù)，找到影響轉(zhuǎn)向架性能的主要因素，進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和材料，提高快捷貨車的安全性和穩(wěn)定性。與此同時(shí)，還應(yīng)對(duì)新型材料、快捷貨車的噪聲問題等進(jìn)行研究，以提高快捷貨車的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，保證快捷貨車長(zhǎng)期運(yùn)行中的穩(wěn)定性，確保鐵路貨物運(yùn)輸?shù)耐暾院桶踩浴?/p>

4.1 新型材料的研究

目前我國快捷貨車轉(zhuǎn)向架使用的鋼板材料一般為Q355NE鋼材，該鋼材具有較好的低溫沖擊性能和韌性，基本可以保證快捷貨車轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性。但是由于我國幅員遼闊、地理環(huán)境復(fù)雜，通常情況下列車的使用條件和運(yùn)營(yíng)環(huán)境變化都比較大，這給列車運(yùn)行造成了一定的安全隱患。為了解決這一問題，近幾年我國研制了一種沖擊性能和耐腐蝕性能更好的K-355NH耐候鋼[1]。該鋼材具有優(yōu)質(zhì)鋼的韌性、延展性、成形性、焊接切割性、耐磨性、耐高溫性和耐疲勞性等特點(diǎn)，可用于長(zhǎng)期暴露在大氣中的鋼結(jié)構(gòu)，如鐵路、車輛、橋梁、鐵塔、高速工程等，器特性基本可以滿足快捷貨車轉(zhuǎn)向架對(duì)材料的要求。

4.2 噪聲問題的研究

目前，我國對(duì)于快捷貨車引起的噪聲問題十分關(guān)注。從國內(nèi)外大量的研究成果可以得出，列車引起的噪聲與其速度有著十分重要的聯(lián)系[7]。列車在較低速度（10～35km/h）時(shí)，產(chǎn)生的噪聲主要為牽引噪聲和機(jī)車的設(shè)備（如空調(diào)、壓縮機(jī)等）噪聲；當(dāng)列車速度在35～250km/h之間時(shí)，主要為輪軌噪聲；當(dāng)列車運(yùn)行速度超過250km/h時(shí)，氣動(dòng)噪聲占主導(dǎo)地位，且隨著列車速度的提高而迅速增大。目前快捷貨運(yùn)列車的速度一般不高于200km/h，因此在一定時(shí)期內(nèi)，快捷貨車噪聲的主要來源將是輪軌噪聲。為此我國科研人員也相應(yīng)研制出了彈性車輪、阻尼車輪、聲學(xué)優(yōu)化車輪以應(yīng)對(duì)輪軌噪聲，并通過降低車輪踏面表面粗糙度、采用合成閘瓦、采用徑向轉(zhuǎn)向架、合理設(shè)計(jì)懸掛減振裝置、采用盤形制動(dòng)裝置和輪緣潤(rùn)滑器等方式輔助減少輪軌之間的噪聲。

5 總結(jié)

綜上所述，在研究快捷貨車轉(zhuǎn)向架懸掛系統(tǒng)時(shí)，我們的科研人員可以向一些轉(zhuǎn)向架懸掛系統(tǒng)技術(shù)較為發(fā)達(dá)的國家學(xué)習(xí)，適當(dāng)借鑒國外快捷貨車先進(jìn)的懸掛技術(shù)和研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)結(jié)合我國的實(shí)際國情，不斷對(duì)快捷貨車轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)和懸掛系統(tǒng)的匹配參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，并積極嘗試研究比較新穎的懸掛方式，盡快地研發(fā)出屬于我們國家的快捷貨車轉(zhuǎn)向架技術(shù)，早日生產(chǎn)出具有中國特色的快捷貨車轉(zhuǎn)向架，以實(shí)現(xiàn)重載貨運(yùn)強(qiáng)國的夢(mèng)想，來引領(lǐng)世界快捷轉(zhuǎn)向架懸掛技術(shù)的發(fā)展。

基金項(xiàng)目：柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院校級(jí)項(xiàng)目資助：鐵路快捷貨車懸掛系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化及匹配性問題研究（項(xiàng)目編號(hào)：2022-KJB05）。

參考文獻(xiàn)：

[1]段仕會(huì)，徐世鋒，李立東，孔維剛，李智澤，穆鳳軍，邵文東.鐵路快捷貨車轉(zhuǎn)向架關(guān)鍵技術(shù)研究[J].鐵道車輛，2022，60（04）：69-73+77.

[2]翟鵬軍，楊文朋，鹿中華.中國快捷貨車轉(zhuǎn)向架關(guān)鍵參數(shù)匹配性技術(shù)研究[J].科技與創(chuàng)新，2021（03）：85-86+89.DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2021.03.028.

[3]翟鵬軍，楊文朋，鹿中華. 我國快捷貨車轉(zhuǎn)向架關(guān)鍵參數(shù)匹配性技術(shù)研究[C]//中國鐵道學(xué)會(huì)車輛委員會(huì)，中國鐵道學(xué)會(huì)軌道交通裝備分會(huì).中國鐵路貨運(yùn)市場(chǎng)發(fā)展和多樣化運(yùn)輸裝備技術(shù)研討會(huì)論文集.中國鐵路貨運(yùn)市場(chǎng)發(fā)展和多樣化運(yùn)輸裝備技術(shù)研討會(huì)論文集，2019：275-278.DOI：10.26914/c.cnkihy.2019.062070.

[4]韓正彥.快捷貨車轉(zhuǎn)向架動(dòng)力學(xué)性能及疲勞分析[D].大連：大連交通大學(xué)，2019.DOI：10.26990/d.cnki.gsltc.2019.000415.

[5]楊晶，樸明偉，徐世鋒，方吉，兆文忠.快捷貨車轉(zhuǎn)向架3大技術(shù)問題對(duì)策研討[J].機(jī)車車輛工藝，2016（S1）：5-8.

[6]徐世鋒，邵文東，胡海濱，張得榮，段仕會(huì)，劉新強(qiáng)，杜偉，趙增闖.國內(nèi)外快捷貨車轉(zhuǎn)向架的技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展[J].鐵道車輛，2015，53（12）：4-9+89.

[7]白文雖，劉明尚，于田.歐洲貨車轉(zhuǎn)向架低噪聲技術(shù)研究[J].國外鐵道車輛，2018，55（06）：12-15.