副构架径向转向架的研究

维普资讯 http://www.cqvip.com 第２７卷第３期　２　０　０　７年６月　铁道机车车辆　见也ＷＡＹ　Ｌ０ＣＯＭｏＩＴＶＥ＆０　Ｖ０１．２７　Ｎｏ．３　Ｊｕｎ．２００ｒ７　文章编号：１００８—７８４２（７＿１３０７）０３—０００１—０４　副构架径向转向架的研究　周凌　（中国南车集团　眉山车辆厂　产品开发部，四川眉山６２００３２）　摘要指出研发低动力作用转向架的重要性，介绍了国外货车转向架的情况，阐述了副构架转向架的结构原　理，对生产试制、试验及应用情况进行了分析。　关键词副构架径向转向架；试制；试验；货车　中图分类号：Ｕ２７２．３３１　文献标志码：Ａ　随着国民经济的持续发展及铁路快速发展的需要，　（１）Ｄｒｅｓｓｅｒ　ＤＲ一１转向架　对铁路货运快捷、重载、安全、可靠等有着越来越高　在现有三大件转向架的承载鞍上加装一对弓形导　的要求。大力开展重载运输，提高列车运行速度是提　向臂，前后轮对的弓形导向臂在摇枕附近销接在一起。　高铁路运输能力的一个重要途径。然而，车辆轴重增　两个弓形导向臂可在水平面内相对转动，当车辆通过　大、运行速度提高，势必造成车辆设备损坏增多、线　曲线时，由于蠕滑力的作用，当一个轮对产生摇头转　路变形及养护维修工作量增大、轮轨磨耗加剧，这些　动时，通过弓形导向臂迫使转向架上另一个轮对作相　已成为重载铁路运输中的突出问题。所以，解决好轮　反方向的摇头转动，使两个轮对相对成八字形，并接　轨之间的动力作用问题，努力减轻车辆与线路的动态　近曲线的径向位置。其特点是车辆在曲线上能减少轮　相互作用，可以降低维修工作量和费用，提高运输效　轨相互作用力，曲线阻力小，轮轨之间的磨损也小。　益。　（２）Ｄｅｖｉｎｅ—ｓｃａｌｅｓ转向架　减轻轮轨相互作用，一方面是改进线路结构，另　这种转向架是一种迫导向径向转向架。采用高强　一方面要改进车辆结构，而改进车辆方面的投人应比　度低合金钢焊接构架、轴箱弹簧和摩擦减振器，转向　改进线路方面的费用低很多。所以，采取各种措施改　架上每侧有导向杠杆系统把轮对和车体联系起来。当　进车辆动力学性能，减少轮轨磨耗，开发各种新的低　车辆进入曲线时，由于车体与转向架之间的相对回转　动力作用转向架是一项重要的研究内容。　运动，导向杠杆系统使同一转向架上的两轮对在曲线　１国内外低动力作用货车转向架　外侧的轴距扩大，曲线内侧的轴距缩小，从而使轮对　世界各国铁路针对提高货车轴重和速度，研制了　处于径向位置。在直线上刚性构架和导向杠杆系统使　各种新型货车转向架来减少轮轨之间的相互作用力，　轮对保持与线路中心线相垂直，抑制轮对的蛇行运动，　减轻轮轨磨耗，提高轮轨的使用寿命，减少车辆和线　增加车辆的横向稳定性。其特点是车辆在曲线上能减　路的维修养护费用，已取得了可喜的成果。　少轮轨相互作用力，直线上增加车辆的横向稳定性。　１．１国外低动力作用货车转向架　但导向杠杆系统需与车体联系起来，结构较复杂，与　货车转向架主要分铸钢三大件和焊接构架转向架　其他车辆的互换受限制。　两种，铸钢转向架以美国标准转向架公司的变摩擦楔　（３）侧架交叉支撑转向架　块式三大件铸钢转向架和美国铸钢公司的常摩擦楔块　这种转向架主要是对三大件转向架的抗菱刚度较　式三大件铸钢转向架为代表，而焊接构架转向架主要　小的一种改造方案。在侧架上焊接筋板，两根交叉支　应用在欧洲。为降低轮轨间的作用力，各国先后开发　撑通过橡胶衬垫固定在侧架上，两根支撑杆交叉在转　了一批新型转向架，并改进原来的三大件货车转向架。　向架中心线上。交叉支撑可以增加转向架的抗菱刚度，　周凌（１９６３一）女，￣ｌＪｔｌ彭山人，高级工程师（收稿日期：２Ｏ０６—１１—２４）　维普资讯 http://www.cqvip.com ２　铁道机车车辆　第２７卷　提高转向架的抗蛇行稳定性。同时，在承载鞍与侧架　间加装了橡胶垫，使侧架、交叉支撑等原为簧下质量　的部件变为簧上质量，减少动力作用。其特点是交叉　改善，而另一些转向架在曲线通过性能方面得到改善，　综合直线上和曲线上两方面的性能，笔者认为Ｓｃｈｅｆｆｅｌ　自导向径向转向架兼具这两方面较优的特点，可以很　好地实现车辆在直线和曲线上的性能要求。　（１）设计原理　支撑可以增加转向架的抗菱刚度，提高车辆的抗蛇行　稳定性。加装橡胶垫后，轮轨动作用力有一定程度减　少，但不明显。　（４）Ｓｃｈｅｆｆｅｌ自导向径向转向架　这种转向架结构是在原三大件转向架的基础上将　一个轮对的左右两个承载鞍相连，形成副构架。前后　这是在原三大件转向架的基础上加装自导向装置，　两个轮对通过交叉拉杆与两副构架销接在一起，从而　即在轴箱处加装弹性橡胶垫，自导向装置由副构架和　交叉支撑组成。这种结构允许转向架前后两轮对在曲　线上有八字形摇头，但不允许轮对和侧架有菱形变形，　这种措施保证了轮对以径向位置通过曲线，并在直线　上保持轮对有足够的纵向和横向定位刚度。其特点是　有较好的曲线通过性能，轮轨磨损小，同时横向加速　度也小。　（５）侧架摆动式转向架　在两侧架之间增设一个弹簧托板，弹簧托板下有　摇动台及台座，侧架可以做３。以内的摆动。侧架摆动　式转向架的横向刚度比传统三大件转向架横向刚度小，　并且刚度可控制。根据　１９９１年的试验结果，该转　向架轮轨之间垂向力比传统三大件转向架低２５％左　右，横向力低６０％左右。　１．２国内低动力作用货车转向架　我国在八五计划期间把发展低动力作用的Ｅ轴转　向架列入国家科技发展规划，各货车工厂也研制了不　同类型的Ｅ轴转向架，主要有以下几种：　①侧架交叉支撑的三大件转向架；　②构架式轴箱悬挂的利若尔减振器的自导向转向　架；　③侧架摆动式三大件转向架；　④轴箱悬挂摩擦减振器的三大件转向架。　这几种转向架的结构类似国外的典型低动力作用　转向架，这些转向架还在继续研究和试验中。　围绕改进车辆动力学性能和减少轮轨磨耗，国内　外的低动力作用转向架采取了各种措施，从中可以得　出转向架设计宜遵循的五条基本原则：　①尽可能降低簧下质量；　②优选一系悬挂阻尼参数；　③采用磨耗型踏面车轮；　④减小轴箱横向定位刚度；　⑤改善转向架的径向功能。　２副构架径向转向架的设计思路、原理及结构特点　上述国内外各型货车转向架均力求改进直线上车　辆的动力学性能，同时改善曲线通过性能，以减少轮　轨磨耗。一些转向架在车辆动力学性能方面有较好的　形成自导向机构。这种结构在转向架通过曲线时，由　于前轮对的导向作用，将拉、压力通过交叉拉杆传递　到后轮对，再加上一系橡胶垫的存在，使得转向架具　有较小的抗弯刚度，允许转向架前后两轮对在曲线上　有八字形的摇头角，但不允许轮对和侧架有菱形变形，　这种措施保证了轮对趋于纯径向位置通过曲线（图　１），又由于一系橡胶垫具有一定的复原力矩，这样在　直线上保持了轮对有足够的纵向和横向定位刚度。　（２）技术特点　由于轮对受刚性副构架和交叉拉杆的约束，在一　定程度上增加了转向架的抗菱刚度，因此在直线运行　具有较高的蛇行运动临界速度；而在曲线运行时，前　后两轮对能够保持处于径向位置，减小了轮轨冲角，　大大降低了轮轨力，使轮轨磨损和曲线上的运行阻力　也得以降低，如图２。增加了一系轴箱的弹性悬挂，　降低了簧下质量，改善了转向架垂向、横向动力学性　能。　（３）基本结构　副构架径向转向架的基本结构如图３所示。由轮　对组成，轴箱悬挂装置即一系金属橡胶弹簧，自导向　径向装置，侧架组成和摇枕组成及二系弹簧减振装置、　常接触弹性旁承、平面心盘和基础制动装置等组成。　３设计应把握的关键问题　中国南车集团眉山车辆厂采用引进的Ｓｃｈｅｆｆｅｌ自导　向径向转向架技术，设计的２５　ｔ轴重副构架径向转向　１一轮对轴箱连杆；２一轮对自导向拉杆；３一轴箱与侧架间　的橡胶弹簧。　图１副构架转向架示意图　维普资讯 http://www.cqvip.com 第３期　副构架径向转向架的研究　３　一　普通转向架通过曲线　空车状态下，在最高运行速度时，被试车直线运　行、通过曲线及侧线时，垂向、横向振动加速度最大　值分别为０．４２ｇ、０．３７ｇ；垂向平稳性指标最大值为　３．３５，横向平稳性指标最大值为３．５０，都属于优级。　重车状态下，在最高运行速度时，被试车直线运　剐构架径向转向架通过曲线　图２普通转向架与副构架转向架曲线通过对比图　行、通过曲线及侧线时，垂向、横向振动加速度最大　值分别为０．３３ｇ、０．３５ｇ；垂向、横向平稳性指标最大　图３副构架径向转向架的结构　架安装在Ｃ８ｏｃ型全钢运煤敞车上，通过试制生产、样　机试验及正线运用考验，认为副构架转向架的设计应　重点注意以下几方面的问题：　（１）导向装置的设计　首先在满足强度要求的情况下优化结构；其次是　工艺上充分考虑导向装置中副构架的生产工艺和组装　工艺；第三要考虑空间间隙，保证各部件动态位置的　正确性。　（２）一系悬挂的设计　一系为金属橡胶弹簧，由于其特殊的结构要求，　在垂向要实现其他三大件转向架一系无法达到的挠度，　侧架转变为簧上质量。一系金属橡胶弹簧在垂向、横　向、纵向的刚度参数匹配尤为重要；其次，应注意一　系和二系在三个方向的参数分配，由于二系悬挂为钢　弹簧，其垂向和横向的刚度不能任意调节，有一个参　数的分配问题。同时，应充分考虑安全预防措施的设　置。　（３）弹性旁承的设计　近几年来，为提高车辆的临界速度，改善车辆的　运行平稳性，国内各型转向架的设计相继采用了常接　触弹性旁承技术，弹性旁承的设计在考虑回转阻尼力　矩大小的同时还应兼顾车辆的曲线通过性能；同时还　要考虑到橡胶元件的蠕变对力矩的影响；设计时还应　考虑到磨耗件磨耗后的补偿和问隙的调整问题。　４副构架径向转向架的试验及运用情况分析　中国南车集团眉山车辆厂先后生产了８辆装用副　构架径向转向架的运煤敞车，在正线和环行试验线上　进行了该车型的动力学性能试验。　（１）正线上的动力学试验　２００４年９月１７日至９月１８日在济南铁路局管内　沙岭庄站一高密站区间对Ｃ８ｏｃ型运煤敞车（装用２５　ｔ　轴重副构架径向转向架）进行线路动力学试验，最高　运行速度约为１３１　ｋｍ／ｈ。试验结论如下：　值分别为３．４８、３．２３，均属于优级。　被试车空车、重车在直线运行和曲线通过时的轮　轨横向力、轮轴横向力、脱轨系数、减载率、倾覆系　数等指标均在规定的限度之内。　（２）环行试验线上的动力学试验　２００６年３月中旬，装用２５　ｔ轴重副构架径向转向　架的Ｃ８ｏｃ型运煤专用敞车在铁道科学研究院环行线进　行了线路动力学试验，其初步结果见表１和表２。　表１环行线上的Ｇ　型运煤专用敞车动力学试验结果　车　号　Ｃ￣ＯＣ４３７４８２５　线　况　侧岔Ｒ１０００　速　度　４５　∞　７０　踟　９０　１００　１１０　１２０　ｌ轴　脱轨系数Ｑ／Ｐ最大Ｏ　４８　Ｏ　３６　Ｏ　４２　Ｏ　３６　Ｏ　３３　Ｏ　３　Ｏ　２８　０　３３　ｌ轴　脱轨系数Ｑ／Ｐ平均Ｏ　Ｏ　２ｌ　Ｏ　２５　０　Ｉ８　０．Ｉ８　０．１８　０．１８　Ｏ　２１　ｌ轴　减载率ＡＰ／１９最大０　３９　０　３６　０　３６　０　３７　０　３７　０　３７　０．３８　０．４４　ｌ轴　减载率ＡＰ／Ｐ平均Ｏ　２４　Ｏ　３　Ｏ　２９　Ｏ　２９　Ｏ　２９　Ｏ．２８　Ｏ　２９　０．３１　ｌ轴　横向力／ｋＮ　最大５５．嘶２９　９ｌ　３１　２　３３　２９　３８　５４　３７　６２　４１　１９　４９．９８　ｌ轴　横向力／ｋＮ　平均２５　３３　２０　５２　２ｌ　５３　８４　２６　５６　２９　７　３２∞３７．８９　车体横向（一位）加速度ｇ　最大Ｏ．２８　Ｏ　３６　Ｏ　３６　Ｏ．３５　Ｏ　３２　Ｏ　４２　Ｏ．４２　Ｏ．３９　车体横向（一位）加速度ｇ　平均０　１２　０．１１　０．１４　０　１７　Ｏ　２　Ｏ．２６　Ｏ．２７　Ｏ　２７　车体横向（一位）平稳性　最大２　８　２．７９　２．８３　３　１３　３．３６　３．７　３．７１　３　８　车体横向（一位）平稳性　平均２．５９　２　５８　２．７２　２　９４　３．２３　３　４９　３　６２　３．６５　车体垂向（一位）加速度ｇ　最大Ｏ　２３　Ｏ　２９　Ｏ　３６　Ｏ．３６　Ｏ．３４　Ｏ．４５　Ｏ．６４　Ｏ．４４　车体垂向（一位）加速度ｇ　平均０　１６　０　１７　０．２　Ｏ．　Ｏ．２ｌ　Ｏ．２３　Ｏ．　Ｏ　２８　车体垂向（一位）平稳性　最大３　０３　３　１６　３　０４　３　１５　３．４１　３．５１　３　６６　３　５　车体垂向（一位）平稳性　平均２　８ｌ　２．９４　２　８５　２　９８　３　１１　３　２　３．３５　３　４２　１位位移计　位移／ｒｒｍａ　最大５．１７　４　６１　４　７　４　３６　５　４５　５　６１　６　９３　９町　１位位移计　位移／ｒｒｍａ　平均３　２４　２．５　１．８４　１．８４　２　０５　３　１３　４．４２　５　５２　２位位移计　位移／ｒｒｍａ　最大６　２９　５．ｏ４　５．６４　５　１９　６．２５　５．７８　１３　４２　５　８５　２位位移计　位移／ｒｍａ　平均２　６９　３．４８　２　６７　２　６７　２．７６　２．９９　３　４６　３　６７　表２环行线上的Ｇ　型运煤专用敞车动力学试验结果　维普资讯 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４　铁道机车车辆　第２７卷　由表１、２可见，环行线小环重车试验的垂向、横　其目的是减小轮对的横向、纵向定位刚度，满足径向　转向架对轮对定位刚度的要求，达到轮对趋于径向，　减少轮轨间横向力和轮轨磨耗的目的。　减少副构架径向转向架轮对定位刚度后，当车辆　受到外界横向激扰（主要来自轨道和未平衡的离心力）　＼咖　盥廿繇　时，车体相对于轮对的横向偏移量加大。此外，由于　向振动加速度最大值分别为０．６４ｇ、０．４２ｇ；垂向、横　向平稳性指标最大值分别为３．６６、３．８。环行线大环重　车试验的垂向、横向振动加速度最大值分别为０．７　０．４４ｇ；垂向、横向平稳性指标最大值分别为３．６、　３．７１。该车动力学性能优良，各项指标满足ＧＢ５５９９—　８５《铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范》要求。　（３）Ｃｓ０ｃ型运煤敞车在大秦线的运用　从２００５年４月装用２５　ｔ轴重副构架径向转向架的　３辆Ｃｓｏｃ型运煤敞车投入大秦线进行运行考验。２００６　年３月２６日在正线上对３辆Ｃｓｏｃ敞车进行了状态检测，　轴箱橡胶垫的存在，橡胶垫有一定的垂向压缩量，侧　架相对于轮对有一定的侧滚角。且由于外部激扰对每　个轮对的作用存在时间差，有一定的相位角，导致前　后转向架的横移不同步，使车体产生大于其他转向架　的摇头振动现象。　（３）由于副构架径向转向架自身的特点，在环行　线这一主要由曲线、道岔组成的特殊线路上，持续以　１２０ｋｍ／ｈ运行时，当车辆通过直缓点、缓直点和进出　道岔时，有线路的横向激扰和未平衡离心力的作用，　使该车出现较其他车型明显的车体摇晃。　分析认为装用副构架径向转向架的车辆出现稍大　的车体摇头角是正常现象，其各项动力学性能指标满　足相关标准的要求，没有出现异常。　６结束语　经过近１年的运行，其副构架径向转向架各部的使用　状况良好，摩擦副的磨耗正常。而最大的特点是车轮　轮缘磨耗很小。　据检测报告显示：在所检测的２４个车轮中，轮缘　厚度磨耗后尺寸最小为３１　ｍｌｎ（新制为３２　ｍｌｎ），最大　为３２　ｍｎｌ，平均磨耗量为０．３９　ｌｎｌｎ，其车轮轮缘磨耗是　其他类型转向架平均磨耗速率的１／６～１／４。图４为运　用中的２５　ｔ轴重副构架径向转向架车轮轮缘检测图及　几种转向架车轮轮缘磨耗情况的统计数据。　我国大秦重载铁路开通以来，随着轴重和列车牵　２．５　２　１．５　１　Ｏ．５　Ｏ　引吨位的不断提高，轮轨磨耗严重的问题越来越突出。　而副构架径向转向架作为一种自导向径向转向架，在　曲线上能够很好地使轮对趋于径向，有利于车辆通过　曲线；在直线上能够保持转向架的正位，有利于车辆　的运行稳定性；对解决惯性的轮缘严重磨耗问题，有　其积极的意义。　副构架型Ｘｌ４型ｘｌ６型　转向架类型　车轮轮缘的检测　车轮轮缘年磨耗量比较　图４车轮轮缘磨耗检测及统计　作为一种新型的转向架，应继续对其参数进行优　化，进一步分析研究悬挂系统对该车辆产生的影响问　题。并且应继续进行该转向架各项动力学性能试验及　５结论及分析　（１）与传统的货车转向架相比，副构架径向转向　架为两系悬挂系统，增加了系统的横向柔度，降低了　车体的横向运动频率。在改善横向运行品质的同时，　相应地加大了车辆的横向运动位移。所以，与传统的　只有一系悬挂的货车转向架相比，其运动特性有着本　质上的差异。　（２）副构架径向转向架在轴箱与侧架间加装橡胶　剪切垫，并适当加大侧架与副构架间的弹性变形量，　各部件可靠性的应用试验。　参考文献　［１］严隽耄，翟婉明等．重载列车系统动力学［Ｍ］．北京：中　国铁道出版社，２００３．　［２］胡洪涛．大秦线运煤专用全钢敞车线路动力学试验报告，　（２００４）四研技字第２７１号［Ｒ］．青岛：四方车辆研究所，　２００４．　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｆｏｒ　Ｄｅｐｕｔｙ　Ｆｒａｍｅ　Ｒａｄｉａｌ　Ｂｏｇｉｅ　ＺＨＯＵ　Ｌｉｎｇ　（ＰＩＤｄｕｃｔ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｍｅｉｓｈａｎ　Ｒｏｌｌｉｎｇ　Ｓｔｏｃｋ　Ｗｏｒｋｓ　ｏｆ　ＣＲＳ，Ｍｅｉｓｈａｎ　６２００３２　Ｓｉｃｈｕａｎｇ，Ｃｈｉｎａ）　Ａ　ｔ：１ｈｉｓ　ｐｅｐｅｒ　Ｐ０ｉ　ｏｕｔ　ｔｈｅ　ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ　ｏｆ　ｈｔｅ　ｒｏｌｅ　ｏｆ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｌｏｗ　ｐｏｗｅｒ　Ｂｏｇｉｅ，ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｆｏｒｅｉｇｎ　ｆｒｅｉｇｈｔ　ｃａｒ　ｂｏｇｉｅ　ａｎｄ　ｅｘｐｌａｉｎｓ　ｈｔｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｄｅｐｕｔｙ　ｆｒａ／ｎｅ　ｒａｄｉａｌ　ｂｏｇｉｅ，ａｎａｌｙｓｉｓ　ｔｒｉｌ　ｍａｎｕｆａａｃｔｕｒｅ，ｔｅｓｔｉｎｇ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ・　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｅｐｕｔｙ　ｆｒａ／ｎｅ　ｒａｄｉｌａ　ｂｏｇｉｅ；ｔｒｉｌａ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ；ｔｓｔｅｉｎｇ；ｆ￣ｅｉｈｔｇ　ｃａｒ