高速貨車整體焊接構(gòu)架式有搖枕轉(zhuǎn)向的研制

高速貨車整體焊接構(gòu)架式有搖枕轉(zhuǎn)向的研制

隨著鐵路貨物快速運輸?shù)陌l(fā)展，歐洲、美國和其他國家開發(fā)出了性能不同的高速高速車輛車架。例如，法國y35、y37a和y37b、德國drps、dal、da675和lhb93、意大利fiat車架、英國t25sa、瑞典sj架和美國sw車輛管理。這些轉(zhuǎn)向架主要是提高了抗蛇行運動的能力,從而使車輛在高速運行時具有足夠的抗蛇行運動穩(wěn)定性,最高運行速度都可達(dá)到140km/h以上。我國正在對主型貨車進(jìn)行提速改造,預(yù)計最高運行速度120km/h,改造后運輸能力有較大提高,但還不能滿足鐵路運輸發(fā)展的需要。因此,研制160km/h高速貨車轉(zhuǎn)向架,開行時速為160km的快速集裝箱平車、特種行包快運車、快速郵政車等一系列輕便、快捷式貨車,以滿足高附加值貨物運輸?shù)男枰?適應(yīng)發(fā)展“客車化”的快運貨物列車就顯得很有必要。齊齊哈爾鐵路車輛(集團(tuán))有限責(zé)任公司開發(fā)的160km/h高速貨車轉(zhuǎn)向架是2001年國家重點技術(shù)創(chuàng)新計劃項目和鐵道部2000年科技發(fā)展計劃項目,已完成了方案論證、方案設(shè)計、樣機(jī)試制、型式試驗和線路動力學(xué)試驗等工作。1高速轉(zhuǎn)向架“橫向式機(jī)械”見圖2160km/h高速貨車轉(zhuǎn)向架的設(shè)計目標(biāo)為:(1)配裝該型轉(zhuǎn)向架的車輛在正線上以160km/h速度運行時,軌道系統(tǒng)的垂直、橫向動作用力及磨耗等力爭低于現(xiàn)有21t軸重提速貨車的對應(yīng)值;(2)單獨編組或與準(zhǔn)高速客車連掛時,能夠以160km/h速度平穩(wěn)運行;(3)通過調(diào)整轉(zhuǎn)向架的懸掛參數(shù),可以使轉(zhuǎn)向架與棚車、平車等不同形式的貨車相匹配。根據(jù)上述目標(biāo),參照高速轉(zhuǎn)向架的常用方式,結(jié)合我國客貨車運用情況,采用焊接構(gòu)架式有搖枕結(jié)構(gòu)、常接觸彈性旁承、回轉(zhuǎn)摩擦阻尼定位等,且心盤和旁承共同承載。一系懸掛裝置由橡膠液體復(fù)合彈簧及垂向液壓減振器共同組成;中央懸掛及定位裝置由縱向牽引拉桿、圓形橡膠堆、橫向液壓減振器及橫向彈性止擋組成;單元盤形制動,每軸裝有1套機(jī)械式防滑器;輪對采用與現(xiàn)有準(zhǔn)高速客車相同的輪對,軸承為雙列圓錐滾子軸承。圖1為160km/h高速貨車轉(zhuǎn)向架設(shè)計方案。2主要技術(shù)的確定轉(zhuǎn)向架軸重、自重、軸距及最高運行速度是轉(zhuǎn)向架的主要技術(shù)參數(shù),它決定了車輛的載重能力和運行速度等技術(shù)指標(biāo)。2.1客車轉(zhuǎn)向架隨著速度的提高,車輛振動加劇,輪軌動作用力加大。從提高車輛的運行品質(zhì)和安全性考慮,應(yīng)盡可能降低軸重。國內(nèi)速度在160km/h以上的客車轉(zhuǎn)向架軸重多為16.5t。運用情況表明,選用軸重16.5t是較為安全的,但考慮盡可能增加貨物的運輸量,參照國外采用18t軸重的運用情況,本轉(zhuǎn)向架的軸重范圍定為16.5t～18.0t,具體運用時可根據(jù)實際情況調(diào)整相配的車體及載重量。2.2降低轉(zhuǎn)向架抗菌性轉(zhuǎn)向架自重對線路動作用力、構(gòu)架疲勞可靠性和運行安全性影響較大,較低的轉(zhuǎn)向架自重能夠降低動作用力,因此應(yīng)盡可能降低轉(zhuǎn)向架自重。根據(jù)實際情況,轉(zhuǎn)向架的自重應(yīng)控制在6.0t以內(nèi)。2.3車輛運行速度應(yīng)該綜合考慮各種因素選取車輪直徑。采用直徑小于915mm的車輪,雖然有利于降低簧下質(zhì)量,但車輛運行速度較高,踏面磨耗和軸承溫升明顯,同時,也限制了制動盤直徑。國內(nèi)普通客車、準(zhǔn)高速及高速客車均采用915mm車輪,因此,該轉(zhuǎn)向架選擇比較通用的915mm車輪。2.4軸徑中心距最大陣風(fēng)我國C型車軸軸徑中心距為1930mm,D軸為1956mm,但客車轉(zhuǎn)向架軸徑中心距多采用2000mm,國外也普遍采用2000mm的軸頸中心距,該尺寸有利于優(yōu)化一系懸掛的外彈簧直徑。因此,軸徑中心距取2000mm。2.5大焦距對轉(zhuǎn)向架抗磨性能的影響國外客車轉(zhuǎn)向架的固定軸距一般取2150mm～3000mm,國內(nèi)客車多為2400mm、2500mm。大軸距必將使轉(zhuǎn)向架自重加大,并加劇輪緣磨耗,同時對構(gòu)架強(qiáng)度不利;軸距過小又限制了中央懸掛參數(shù)的布局,同時使構(gòu)架過渡彎角變小,降低了構(gòu)架的強(qiáng)度。綜合考慮上述因素,固定軸距取2300mm。2.6旁承中心距國內(nèi)貨車轉(zhuǎn)向架中的轉(zhuǎn)8A、轉(zhuǎn)8G、轉(zhuǎn)K2、轉(zhuǎn)K3等型轉(zhuǎn)向架的旁承中心距均為1520mm,考慮今后配備車體的互換性和通用性,旁承中心距仍取1520mm。2.7空車撓度結(jié)果我國鐵路車輛的車鉤高為880mm,轉(zhuǎn)8A心盤面自由高為(690+10)mm,其空車撓度為8mm,則空車情況下心盤面高為682mm,在此情況下能夠保證車輛的車鉤高為880mm。160km/h高速貨車轉(zhuǎn)向架空車總撓度為34.2mm,所以該轉(zhuǎn)向架的下心盤面自由高應(yīng)為716.2mm,取716mm。2.8下心盤的直徑現(xiàn)有提速貨車的下心盤直徑均為355mm,考慮到車輛的通用性和互換性,下心盤直徑仍取355mm。2.9主要技術(shù)和性能要求表13主結(jié)構(gòu)該轉(zhuǎn)向架主體結(jié)構(gòu)由構(gòu)架、搖枕、制動裝置、軸箱定位裝置、減振裝置、牽引拉桿組成、懸掛式常接觸彈性旁承等組成,見圖2。3.1結(jié)構(gòu)體系設(shè)計構(gòu)架采用整體焊接形式,由2個側(cè)梁、2個橫梁以及一些安裝座組成,兩側(cè)梁中心線的橫向中心距為2000mm。側(cè)梁由上下蓋板、雙腹板和中間隔板組焊成箱形結(jié)構(gòu),材料為Q345D低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼,一系垂向減振器座焊接在側(cè)梁上。2個側(cè)梁之間用2根圓筒形橫梁連接,橫梁上焊有制動吊座、橫向減振器座及牽引拉桿座等。3.2弓形箱形結(jié)構(gòu)梁搖枕是由低合金結(jié)構(gòu)鋼板(Q345D)焊接而成的弓形箱形結(jié)構(gòu)梁,在搖枕的下蓋板上焊有橫向止擋座,在搖枕中部焊有橫向減振器座,在搖枕的兩側(cè)焊有彈性旁承座,在搖枕端部焊有縱向牽引拉桿座。3.3制動盤內(nèi)纖維動單元采用盤形制動系統(tǒng),由安裝在車軸上的制動盤和懸掛在橫梁上的制動單元組成。每臺轉(zhuǎn)向架設(shè)有制動單元4個,每個盤形制動單元由制動缸、內(nèi)外側(cè)杠桿、杠桿吊座、閘片托、閘片、閘片托吊、吊銷等組成。制動缸為254mm(10in)膜板式單元制動缸,帶有閘瓦間隙自動調(diào)整器,能自動調(diào)整閘片與制動盤之間的間隙。同時,還采用了無級空重車自動調(diào)整裝置和機(jī)械式防滑器。3.4橡膠堆定位器垂向軸箱定位裝置由軸箱、軸箱彈簧、軸箱頂簧、無磨耗橡膠堆定位器及垂向液壓減振器組成。橡膠堆定位器垂向可承擔(dān)一定的載荷,并在3個方向?qū)崿F(xiàn)不同的剛度。軸箱體由B級鋼鑄造而成,軸箱兩側(cè)設(shè)有彈簧托盤,彈簧中心距為580mm,軸箱頂部設(shè)有1個圓形平臺,用于安裝軸箱頂部彈簧。軸箱上還設(shè)有一系垂向減振器安裝座。3.5焊接的旁承座旁承由旁承蓋、磨耗板、螺旋鋼彈簧、調(diào)整墊板以及焊接在搖枕兩側(cè)的旁承座組成。下旁承與車體上旁承組成一對摩擦副,選擇適當(dāng)?shù)哪Σ烈驍?shù)可以得到理想的摩擦阻力矩,以有效地抑制轉(zhuǎn)向架的蛇行運動。4測試轉(zhuǎn)向架樣機(jī)試制后,先后進(jìn)行了搖枕、構(gòu)架的強(qiáng)度試驗和整車的線路動力學(xué)試驗。4.1載荷試驗結(jié)果2003年9月,對該型轉(zhuǎn)向架搖枕、構(gòu)架進(jìn)行了靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度試驗,試驗加載載荷參照TB/T1335—1996《鐵道車輛強(qiáng)度設(shè)計及試驗鑒定規(guī)范》取值。靜強(qiáng)度試驗時,除按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗加載外,還在一系垂向減振器座、牽引拉桿座、制動吊座等部位進(jìn)行加載以考察這些部位的強(qiáng)度。靜強(qiáng)度測試結(jié)果表明,轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的側(cè)梁圓弧過渡處、側(cè)梁中部下表面、橫梁與側(cè)梁連接處、搖枕下表面內(nèi)彎角處、下心盤旁邊的彎角處應(yīng)力水平較高,最高可達(dá)130MPa～160MPa,而許用應(yīng)力為216MPa,因此,這些部位的靜強(qiáng)度有充分的安全裕量,可以滿足使用要求。按照TB/T1335—1996《鐵道車輛強(qiáng)度設(shè)計及試驗鑒定規(guī)范》的規(guī)定,搖枕與構(gòu)架的疲勞試驗載荷循環(huán)次數(shù)應(yīng)為200萬次。為了考察該轉(zhuǎn)向架的疲勞強(qiáng)度裕量,進(jìn)行了600萬次疲勞試驗。完成600萬次的加載循環(huán)后,對轉(zhuǎn)向架的搖枕和構(gòu)架進(jìn)行了磁粉探傷,未發(fā)現(xiàn)裂紋。靜強(qiáng)度和疲勞試驗結(jié)果表明,該型轉(zhuǎn)向架的靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度滿足TB/T1335—1996的要求,且有較大的安全裕量。4.2線路動力學(xué)試驗的結(jié)果2004年9月,對配裝該型轉(zhuǎn)向架的P4.2.1垂向平穩(wěn)性指標(biāo)與橫向加速度改革空車狀態(tài)下,在最高運行速度范圍內(nèi),被試車直道運行、通過曲線及側(cè)線時,車體上各加速度測點垂向振動加速度最大值為0.65g,小于限度值(0.70g),垂向平穩(wěn)性指標(biāo)最大值為3.35,屬于優(yōu)級;橫向振動加速度最大值為0.35g,小于限度值(0.50g),橫向平穩(wěn)性指標(biāo)最大值為3.58,屬于良好級;通過曲線及側(cè)線時,輪軸橫向力、脫軌系數(shù)、傾覆系數(shù)、輪重減載率最大值分別為28.74kN、0.78、0.64、0.62,均在GB/T5599—1985《鐵道車輛動力學(xué)性能評定和試驗鑒定規(guī)范》的限度值范圍之內(nèi)。4.2.2垂向平穩(wěn)性指標(biāo)與橫向加速度指標(biāo)重車狀態(tài)下,在最高運行速度范圍內(nèi),被試車直道運行、通過曲線及側(cè)線時,車體上各加速度測點垂向振動加速度最大值為0.52g,小于限度值(0.70g),垂向平穩(wěn)性指標(biāo)最大值為3.77,屬于良好級;橫向振動加速度最大值為0.22g,小于限度值(0.50g),橫向平穩(wěn)性指標(biāo)最大值為2.73,屬于優(yōu)級;通過曲線及側(cè)線時,輪軸橫向力、脫軌系數(shù)、傾覆系數(shù)、輪重減載率最大值分別為45.48kN、0.80、0.47、0.60,也均在GB/T5599—1985《鐵道車輛動力學(xué)性能評定和試驗鑒定規(guī)范》的限度值范圍之內(nèi)。5高速項目轉(zhuǎn)向架性能試驗研制高速貨車轉(zhuǎn)向架在強(qiáng)調(diào)速度的同時,既應(yīng)保證車輛具有合理的載重能力,又要考慮貨車的實際運用特點,使其具有提速客車轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)形式和性能要求,同時還兼顧經(jīng)濟(jì)合理性。在分析對比各方面因素的基礎(chǔ)上,提出了本文闡述的160km/h高速貨車轉(zhuǎn)向架。樣機(jī)試制過程表明,該轉(zhuǎn)向架設(shè)計合理可行。強(qiáng)度試驗和線路動力學(xué)性能試驗表明,該轉(zhuǎn)向架具有較好的運用可靠性和整車動力學(xué)性能?？傊?160km/h高速貨車轉(zhuǎn)向架的研制成功,為我國研制高速鐵路貨車奠定了重要基礎(chǔ)?！吨袊萍伎萍计诳瘏R編》期刊的學(xué)科影響率是指該刊歷年發(fā)表的論文在統(tǒng)計當(dāng)年被其同類學(xué)科中的統(tǒng)計源期刊(包括該刊在內(nèi))所引用的期刊數(shù)量占該學(xué)科當(dāng)年統(tǒng)計源期刊總數(shù)的比例。此值越大,表明該刊在同類學(xué)科期刊中的影響也越大。200512技術(shù)文獻(xiàn)出版社公開出版的《2