（交通运输工程专业论文）铁路货车转向架运用性能分析.pdf

摘要 为满足我国货车车辆提速的要求，我国先后研制了转8 a g 、转8 g 、 转k 1 、转k 2 和转k 6 等交叉支撑转向架，转k 4 、转k 5 摆式转向架，转 k 3 构架式转向架及转k 7 哥1 构架转向架，在当前运输条件下，为掌握我 国铁路货车转向架的运用性能是否满足要求，对我国现有的这些转向 架运用情况进行了分析，提出了提速转向架的检修质量关键控制点。 分析了转8 a 、转8 a g 、转8 g 等三种非提速货车转向架的运行性能 及转8 a g 和转8 g 转向架交叉支撑的故障产生原因。 分析了转k 2 、转k 6 两种交叉支撑转向架的运用性能，重点对转k 2 转向架运用检修过程中的摇枕、侧架，斜楔，弹簧以及交叉支撑的故 障问题进行分析，查找原因，并对不同的故障问题提出相应的改进建 议。同时对转k 6 转向架运用检修中发现的单侧轮缘磨耗等问题进行分 析，提出了解决措施。 对转k 4 摆式转向架运用中存在的弹簧托板裂纹及摇枕斜楔摩擦面 磨耗板开焊、裂纹等问题进行跟踪分析，提出改进方案。对转k 3 构架 式转向架运用中存在制动梁吊杆裂纹、旁承弹簧折断等问题进行分析， 提出了相应解决方案。 为保证提速转向架检修质量，对转k 2 转向架、转k 4 转向架和转k 3 转向架三种典型提速转向架提出了检修质量关键点控制要求。最后结 合现有检修体制，提出了我国由以计划修为主的检修体制过渡到以状 态修为主的检修体制过程中需要解决的问题，并给出了以状态修为主 的检修体制的实施方案。 关键词：铁路，货车，转向架，运用，分析 a bs t r a c t t ot h es p e e d i n g u pd e m a n d so ff r e i g h tt r a i n s ，m a n yk i n d so fb o g i e s h a v eb e e nd e v e l o p e d ，i n c l u d i n gz 8 a g ，z 8 g ，t h et y p eo fc r o s s e d - b r a c e d b o g i ez k1 ，z k 2 ，z k 6 ，t h et y p eo fs w i n g m o t i o nb o g i ez k 4 ，z k 5 ，t h et y p e o ff r a m eb o g i ez k 3a n dr a d i a lb o g i ez k 7 i no r d e rt oc h e c kw h e t h e rt h e o p e r a t i n gp e r f o r m a n c eo ft h eb o g i e sc a ns a t i s f yt h en e e d s ，t h ep a p e r a n a l y s e st h ea p p l i c a t i o ns i t u a t i o na b o u ta l lo ft h eb o g i e sa n dg i v e st h ek e y c o n t r o lp o i n t st ot h es p e e d i n g - u pb o g i e s t h ea p p l i c a t i o ns i t u a t i o n so ft h r e ek i n d so fn o n - s p e e d i n g - u pb o g i e s z 8 a ，z 8 a g ，z 8 ga r ed i s c u s s e d t h er e a s o no fc r o s s e d b r a c e dd e v i c e f a i l u r eo fz 8 a g ，z 8 gi sa l s od i s c u s s e d t h ea p p l i c a t i o nc o n d i t i o n so ft w oc r o s s e d b r a c e db o g i e sz k 2 ，z k 6a r e a n a l y z e d a i m e da tc o m m o nf a u l t so fb o l s t e r ，s i d ef r a m e s ，o b l i q u ew e d g e s ， s p r i n g sa n dc r o s s e d - b r a c e dd e v i c ed u r i n gt h ep r o c e s s o fz k 2b o g i e a p p l i c a t i o na n dm a i n t e n a n c e ，c a u s e so ff a u l t sa r ei n v e s t i g a t e d o nt h eb a s i s ， c o r r e s p o n d i n gi m p r o v e m e n ts u g g e s t i o n sf o rd i f f e r e n tf a u l t sa r ep r o p o s e d f o rs i n g l e s i d ew h e e lf r i n g ew e a rp r o b l e m si nz k 6b o g i e sa p p l i c a t i o n ， s o l u t i o nm e t h o d sa r ep r o p o s e d a i m e da tz k 4b o g i e s ，c r a c k so fs p r i n gs u p p o r t i n gp l a t ea n dw e l d s p l i t t i n ga n dc r a c k so f w e a rp l a t e so nt h eb o l s t e rw e d g ef r i c t i o ns u r f a c e ，t h e r e a s o ni sa n a l y z e da n di m p r o v e m e n tm e a s u r ei sa l s op r e s e n t e d a i m e da t f r a m eb o g i ez k 3 ，c r a c k so ft h eb r a k eb e a m sh a n g e r sa n db r e a ko fs i d e b e a r i n gs p r i n g s o c c u r r e df r e q u e n t l yi n a p p l i c a t i o n a r ea n a l y s e d t h e s o l u t i o nm e a s u r ei sp r o p o s e di nt h i sp a p e r i no r d e rt og u a r a n t e em a i n t e n a n c eq u a l i t yo fs p e e d i n g - u pb o g i e s ，a i m e d i i a tt h r e et y p i c a ls p e e d i n g - u pb o g i e sz k 2 ，z k 4a n dz k 3 ，k e yc o n t r o lp o i n t s i nm a i n t e n a n c ep r o c e s sa led i s c u s s e d c o m b i n e dw i t hc u r r e n tm a i n t e n a n c es y s t e m ，t h ep a p e rp u t sf o r w a r d p r o b l e m st h a tn e e dt ob ed i s p o s e dd u r i n gt h et r a n s i t i o np e r i o df r o m p l a n - m a i n t e n a n c es y s t e mt o s t a t e m a i n t e n a n c e s y s t e m f i n a l l y d e t a i l i m p l e m e n t a t i o np l a n so fs t a t e - m a i n t e n a n c es y s t e ma l ep r o p o s e di nt h e p a p e r k e y w o r d s ：r a i l w a y ，f r e i g h tt r a i n ，b o g i e ，a p p l i c a t i o n ，a n a l y s i s i i i 原创性声 ! j j 本人声明，所呈交的：学位论文是本人良肆| j i i j 指导卜进行的研究 工作及取得的研究成果。，尽我所知，除厂论文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人t ：l 乡- f - 发表或撰。! ：i 过的研7 、，成果，也不 包含为获得中南大学或其他t 、沙的0 纠p 或i l l 5m j 使川j 的利。料。1 弓我 共同上作的同志对本研究所作的9 i i j j ( 均【_ i 化论文叫= lf 1 ：rl jj 确的说 1 月。 作者签名： 罨捌 扎中- n 幽 关于学位论文使刚授权说i ! j 本人。j 7 解，| j 南人学行咒f 求l ：f f 、他川。7 ：f t 给文的胤定，【! i ：j ：学校 囱权保留学位论文，允m j 了1 i t 讲，o 给义做食阅和借阅；。学校叫以公布学位 论文的全部或部分内容，讪r 以采刖复印、缩印或其它手段保存学位论 文；学校可根据国家或湖南省有关嗣”j 地i 定送变。、浮化论文。 储签洱剁i j 堋虢竺p 趟日 工程硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 目前，我国铁路的运输形式还是客货混跑，随着我国铁路客车的六次大面积 提速，铁路货车的提速势在必行。为做好货车的提速工作，我国从上世纪9 0 年代， 就开始研究对货车转向架进行改造，设计开发新型货车转向架。为了解我国现有 货车转向架的运用性能，文章结合货车转向架运用过程中发现的问题进行分析， 并对我国铁路货车检修体制提出了改进建议。 1 1 国外铁路货物列车转向架现状 世界各国铁路货车转向架主要分两大模式【l o 】，一种是以北美、前苏联为代表 重视载重、初始制造成本并要求维修、制造简便，但较为笨重的“三大件”式铸钢转 向架，其采用摇枕弹性定位而轴箱无弹性定位的形式。另一种以欧洲为代表，侧 重速度、轻巧的焊接构架式转向架，采用无摇枕整体构架和轴箱弹性定位形式。 2 0 世纪7 0 年代前，b a r b e r 型转向架是美国标准货车转向架m 】，其占美国铁 路货车转向架的7 0 以上，其为典型的三大件式，结构与转8 a 相同。2 0 世纪7 0 年代，美国高速铁路货车发展迅速，美国铁路货车随着载重和运行速度的逐步提 高，发现b a r b e r 型转向架铸钢三大件式货车转向架运行性能不良，货车轮缘磨耗 严重，限制了运行速度的进一步提高，为此美国铁路部门先后推出了交叉支撑转 向架和摆式( s w i n g m o t i o n ) 转向架。美国货车转向架虽有各种类型，但基本上都 是铸钢三大件式或是其改进型。由于铸钢三大件式转向架具有结构简单、车轮均 载性好、检修方便、制造成本低等优点，因此一直是北美铁路的标准货车转向架。 除此之外，美国铁路的主要转向架还有控制型( r i d e c o n t r 0 1 ) 转向架、b a r b e r - s c h e f f e l 径向转向架、d r - 1 型和d r 2 型径向转向架【5 j 。在美国铁路的各型转向架中，运 用性能满足1 2 0 k m h 及以上速度的转向架主要有交叉支撑转向架和摆动式转向架 等。 交叉支撑转向架属于三大件式转向架的改进型【9 。1 们。s c t 公司从1 9 7 6 年开始 根据用户提出的严格标准进行侧架交叉支撑装置的设计、试验和运用分析，1 9 8 6 年开始装用。新造的和改造型的侧架交叉支撑装置，设计应用于载重1 0 0 t 货车， 也用于载重7 0 t 和1 2 5 t 的货车，主要车型有：小汽车运输车、关节式平车、双层 集装箱车、端墙平车、罐车、煤车、矿石漏斗车、敞车、棚车等。美国伯灵顿北 方铁路公司( b n ) 于1 9 8 4 年一1 9 8 6 年对装用侧架交叉支撑装置的运煤车进行了运行 试验，结果表明：车轮磨损率约减少7 5 ，总的车轮磨损率比传统三大件式转向 架的一半还少。受机车速度限制，试验以近1 2 8 k m h 最大速度运行时，试验车辆 没有出现蛇行运动，横向和垂向加速度明显减少，整个试验过程均保持良好的运 工程硕士学位论文 第一章绪论 行稳定性。 摆动式转向架是由美国n a c o 公司( 国民铸钢公司) 设计开发的1 7 一o l ，2 0 世纪 7 0 年代装用摆动式转向架的货车在加拿大和美国即开始投入运用。1 9 7 0 年一1 9 7 9 年共生产7 3 6 辆，1 9 8 3 年一1 9 9 0 年共生产7 7 8 辆，主要是小汽车运输车、隔热棚 车、平车、守车、集装箱车等。1 9 9 1 年以来，生产量较多，至今共有约3 5 万辆 货车( 其中包括出口泰国的2 4 9 辆) ，以载重量为7 0 t 、l o o t 和1 2 5 t 的双层或三层小 汽车运输车为最多。这种车辆要求运行速度高，平稳性好。 除美国外，加拿大铁路从1 9 8 8 年开始装用侧架交叉支撑装置，1 9 9 1 年开始大 批装用。加拿大太平洋铁路公司1 9 9 8 年共有1 6 0 0 辆装用侧架交叉支撑装置转向 架的运煤货车。该交叉支撑装置装于载重1 0 0 t 货车的b a r b e r s 2 或b a r b e r s 一2 一h d 转向架上【硒】，主要目的是将l o o t 运煤货车提高到l lo t 增载运输，并改善车轮踏面 的剥离现象。该载重1 l o t 运煤货车在山区以最高8 0 k m h 速度运行，在平原以最高 9 6 k m h 速度运行。根据7 年来的运用及检查、维修情况来看，转向架各部磨耗大 为改善。 y 2 5 型转向架是法国铁路部门于6 0 年代开发研制成功的一种焊接构架和一系 悬挂的货车转向架 9 - 1 1 1 。由于其性能理想，国际铁路联盟u i c 将其确定为欧洲铁路 的标准货车转向架，其运行速度为1 2 0 k m h ，y 2 5 原型转向架由于采用整体式焊接 构架，且立板为单幅板的形式，故具有重量轻、柔性好的特点，但对焊接工艺的 要求较高。构架式的采用使一系悬挂采用轴箱螺旋钢簧加单侧顶柱式利诺尔摩擦 减振器的方式成为可能，这样簧下重量仅为轮对和轴箱，可以大降低轮轨间的相 互动力作用。 轴箱螺旋钢弹簧由高度不等的内、外簧组成，形成两级刚度。其目的是在保 证空车垂向平稳性的前提下，同时兼顾重车的垂向平稳性。转向架的载荷在轴箱 # i - 倾u 是通过弹簧直接作用在轴箱上，而内侧是通过具有安装倾斜角的吊环、弹簧 帽和弹簧作用在轴箱上。由于吊环的倾斜角而使弹簧帽产生一个同转向架垂向载 荷成正比的水平力作用于顶柱上这个水平力即为摩擦减振器的正压力，所以y 2 5 转向架能实现随空重车载荷变化而不同的摩擦阻力。轴箱与导框之间在横向有一 定的间隙，构架与轴箱有横向相对运动，所以减振器在横向也有一定的减振作用。 y 2 5 型转向架在欧洲国家基本上采用u i c 标准球面心盘和常接触弹性旁承。 弹性旁承不仅可以承担一部分垂向载荷，还能提供限制转向架蛇形运动的回转阻 力矩及限制车体的侧滚运动。目前，y 2 5 转向架已成系列产品，有多种型号，在 欧洲国家中约有8 0 9 0 以上的货车采用y 2 5 系列转向架，其他国家也生产和使 用y 2 5 系列转向架。y 2 5 型转向架在早期也曾使用过铸钢整体构架，但由于铸造 易产生缺陷、重量大、构架整体刚度过大及环保等原因而在8 0 年代后基本停止生 产。 工程硕士学位论文第一章绪论 y 2 5 型转向架的缺点由于轮对采用刚性定位，曲线通过能力较差，轮缘磨耗 大，在欧洲国家曲线线路不多，这一缺点暴露不会太充分。为提高货车的运行速 度和开行快速货物专列，法国国铁于8 0 年代在y 2 5 型转向架的基础上开发研制成 功了一种适用于时速为1 6 0 k m 的y 3 7 型货车转向架【9 。1 1 】。同y 2 5 型转向架一样， y 3 7 转向架的轴箱定位采用轴箱导框、螺旋钢簧加单侧项柱式尼诺尔摩擦减振器 的方式。转向架构架为整体焊接构架，侧梁为整体焊接式双腹板箱形结构，在左 右两侧梁之间通过两根无缝钢管横梁联接，在横梁上安装基础制动装置。y 3 7 转 向架二系悬挂采用了摇动台的形式，以降低其横向刚度。为限制车体的最大横向 位移，减小了轴箱与导框之间的横向位移。基础制动采用盘型制动加踏面清扫器， 每轴上安装两个制动盘。由于二系采用了摇动台结构和加装盘型制动装置，故将 轴距加大至2 3 m 。较大的轴距虽增加了构架重量，但可提高转向架的临界速度。 y 3 7 型转向架采用u i c 标准球面心盘和常接触弹性旁承。该转向架具有结构简单 和动力学性能理想的特点，线路试验的最高速度达到2 2 3 k m h 。 t f 2 5 型转向架是英国研制的整体构架式货车转向梨9 1 1 】。t f 2 5 转向架和传统 货车转向架有较大区别，轴箱悬挂采用了类似客车转向架的结构，如轴箱顶簧悬 挂、一系液压减振器、转臂式轴箱定位装置等。采用这种悬挂方式使轴箱结构大 大简化，可有效地降低簧下质量，实现了无磨耗设计。转向架采用由侧梁和横梁 组焊的整体焊接构架，侧梁由上、下盖板和单腹板组成，横梁由上、下盖板和双 腹板组成箱形结构。t f 2 5 转向架采用中心销牵引，车体的全部载荷由位于横梁左 右两端的弹性旁承承载。t f 2 5 转向架的基础制动装置为吊挂式单侧踏面制动。从 t f 2 5 转向架的结构来看，突破了传统货车转向架的基本框架。，借用了许多客车转 向架的结构，有利于改善转向架的动力性能，由于悬挂装置无磨耗，减少了转向 架的维修工作量和维修成本。目前，t f 2 5 转向架己开始在集装箱平车、自卸车等 货车上得到应用。 d b 6 6 1 型转向架是德国研制的一种采用焊接构架一系板簧轴箱定位的货车转 向架，该转向架运行速度是1 2 0 k m h ，也是国际铁路联盟( u i c ) 标准转向架【1 4 以引。 d r r s 也是德国开发的一种焊接构架、轴向橡胶弹簧悬挂和单侧顶柱式摩擦减 振器定位的货车转向架【2 4 。，当运行速度为1 2 0 k m h 时，采用双侧踏面制动，运行 速度1 6 0 k m h ，采用盘形制动。该转向架是在y 2 5 型转向架的基础上采用双层圆 环形橡胶弹簧进行轴箱定位，利用橡胶弹簧的非线性特点来保证空重车性能，并 以横向柔性定位来改善曲线通过性能。该转向架目前主要用于集装箱平车和公铁 两用车，其最高试验速度达到2 3 0 k m h 。 在南非，德国人h e r b e r t s h c e f f e l 博士在7 0 年代初期根据南非铁路曲线多的特 点，在三大件式转向架的基础上开发出了著名的s c h e f f e l 自导向径向转向架i l z 。 s c h e f f e l 自导向转向架是在传统三大件转向架的基础上，用一根弓形梁将每轮对的 工程硕士学位论文第一章绪论 左右两侧联系在一起，组成一个副构架，再用两根对角斜撑连杆将前后副构架联 系在一起，形成自导向机构。为了能受到较好的自导向效果和降低簧下质量， s c h e 腩l 转向架在承载鞍和侧架之间加装了橡胶垫。该转向架最高运行速度为 1 2 0 k m h ，经过多年的试验后表明，其具有良好的曲线通过性能和轮缘磨耗较小的 特点。s h c e f f e l 转向架虽然改善了曲线通过性能，仍存在三大件转向架的固有的缺 点，并未针对转向架菱形变形大的问题采取相应的措施。加装副构架后，也加大 了转向架的簧下重量，所以s c h e f f e l 转向架适用在对速度要求不太高、曲线较多的 线路上运行。在南非，s c h e 腑l 转向架主要用在运煤重载专用车上。 除此之外还有意大利的f i a t 转向架、日本r t x 4 型等转向架，其速度在1 2 0 - 1 6 0 k m h 。s j 型转向架是瑞典的a b b t r a c t i o n 公司于1 9 8 3 年开始研制并开发成 功的一种采用三大件模式的高速货车转向架【4 7 郴】，其最高运行速度为1 6 0 k m h 。俄 罗斯现有货车基本全部为三大件转向架，该转向架基本结构与转8 a 基本相同，临 界速度为9 0 k r n h 。 1 2 国内铁路货物列车转向架现状 我国铁路建国前货车转向架主要采用美国、日本进口的3 0 t 拱板型转向架，如 转1 5 、转1 6 。另有少量3 0 t 、4 0 t 铸钢转向架，如转l 、转2 型。建国后借鉴前苏 联货车转向架自行设计制造了5 0 t 的转3 、转4 及6 0 t 的转5 、转6 、转8 ，同时还 先后研制了曲梁式转9 型等。 转8 a 转向架是在美国b a r b e r 型转向架的基础上结合我国实际情况研制的 1 3 0 - 3 2 1 。1 9 6 4 年，原齐齐哈尔车辆工厂和铁道部科学研究院等有关单位根据生产、 运用、检修和科研方面所反映的意见，对转8 型转向架进行了改进设计。改进后 的转向架1 9 6 6 年通过铁道部鉴定，定名为转8 a 型，又名新转8 t 3 3 。3 6 l 。其为铸钢 三大件形式，具有结构简单、检修方便、对线路适应性好，是我国上世纪主型货 车转向架，目前已运用3 0 多年。 转8 a 转向架设计构造速度是1 0 0 k m h ，运用磨耗后，其实际运行速度空车在 7 0 k m h 左右，重车在8 0 k m h 左右，上世纪末，为了适应我国国民经济建设迅速发 展的需要，我国铁路自1 9 9 7 年起至今已进行了六次客运列车的大提速，主要铁路 干线提速区段的最高运行速度己达1 4 0 1 6 0 k m h ，今后我国铁路旅客运输还将进一 步全面提速。由于我国铁路网基本上是客、货共线运输的铁路网，随客运速度的 提高，要求货运速度相应提高，只有客、货车运行速度合理匹配，才能提高铁路 运输的整体经济效益，更好地发挥铁路运输在我国国民经济发展中的作用，因此， 从上世纪9 0 年代中期，我国开展了转8 a 改造及开发各种新型货车转向架。 转8 a g 转向架是齐车集团采用从美国引进交叉支撑技术，在老转8 a 基础上， 4 工程硕士学位论文 第一章绪论 在两侧架之间加装弹性下交叉支撑装置、采用双作用常接触弹性旁承及两级刚度 弹簧、加装心盘磨耗盘来进行改造【1 4 j 。改造后转向架采用老侧架改造的为s a g ， 采用新侧架的为转8 g 。转8 a g 、转8 g 运用后发现交叉杆盖板产生裂纹等缺陷， 加之其运行速度为1 0 0 k m h ，达不到提速要求，因此未全面展开。目前我国对装用 转8 a 转向架货车进行的提速改造，实际采用的是换装转k 2 转向架。 转k i 、k 2 转向架是齐车集团采用从美国引进交叉支撑技术【3 8 砣】，重新研制 的转向架。转k l 为中交叉支撑转向架，1 9 9 8 年1 2 月，该型中交叉支撑转向架装 于p 6 5 型行包快运货车，由于两交叉杆须穿过摇枕，其侧壁需开孔，检修不方便， 因此只生产了5 0 辆。转k 2 转向架为下交叉支撑转向架，两交叉杆不须穿过摇枕， 便于检修。2 0 0 4 年开始，结合货车厂修对既有货车进行换装转k 2 型转向架1 2 0 k m h 的提速改造，当年完成3 万辆。2 0 0 5 年开始在各货车修理厂及全路各车辆段进行 全面转k 2 转向架提速改造，到2 0 0 8 年底共6 6 万辆货车装用转k 2 型转向架。转 k 2 型转向架以已成为我国的主要转向架。 转k 4 转向架是株洲车辆厂通过与美国a b c - n a c o 公司合作【3 3 - 3 6 ，在美国摆 式( s w i n g m o t i o n ) 转向架基础上进行改进研制的。转k 4 转向架结构上属于铸钢 四大件式转向架，既在原摇枕、侧架三大件基础上增加一个横向弹簧托板，左右 侧架成为可以左右摆动的吊杆，悬挂系统为二系二级刚度摇枕弹簧，该结构使其 垂向、横向都具有两级刚度特性。 以上转向架运行速度都在1 2 0 k m h ，轴重2 1 t 。除2 1 t 转向架外，随着重载运 输发展，我国先后研制了多种形式的轴重载货车转向架。目前已定型的2 5 t 轴重转 向架是齐车集团在转l ( 2 基础上研制的转k 6 转向梨3 8 】，株洲厂在转k 4 基础上研 制的转k 5 转向梨4 1 7 1 。这两种转向架运行速度为1 2 0 k m h ，已开始在全国推广使用， 将会是今后我国主型货车转向架。 除转k 4 外，株洲车辆厂还研制了运行速度1 2 0 k m h 转k 3 型构架式货车转向 架。转k 3 型转向架采用焊接整体构架、轴箱多级刚度的一系悬挂、双斜楔摩擦减 振器、球面心盘、弹性常接触弹性旁承等技术。该转向架最高线路实验速度达 l4 0 k m h 。 此外，为了满足大秦线开行2 万吨运煤专列的运输需求，原眉山车辆厂根据 2 0 0 4 年铁道部科技研究开发计划进行了2 5 t 轴重副构架转向架的研制。2 0 0 7 年8 月2 4 日，2 5 t 轴重副构架转向架通过了铁道部科技司和运输局组织的技术审查。 2 0 0 7 年9 月，铁道部运输局装备部以运装货车电 2 0 0 7 1 2 6 0 2 号文的形式将2 5 t 轴 重副构架转向架定型为转k 7 型转向架【1 8 】。 1 3 铁路货物列车转向架发展趋势 高速重载是国外铁路货车的总体发展趋势，美国铁路约6 5 的货车采用f 轴 5 工程硕士学位论文第一章绪论 ( 轴重2 9 8 t ) ，部分采用g 轴( 轴重3 5 7 t ) ，货车的平均载重已达到8 4 3 t ；澳大利亚 b h p 重载线路的轴重已经提高到3 5 t ；巴西卡拉齐斯重载铁路的轴重已经达到3 仇； 南非重载铁路轴重已经达到2 6 t ( 窄轨) ；瑞典重载铁路已将轴重由2 5 t 提高到3 0 t ； 俄罗斯已普遍采用了2 3 5 t 轴重，并正在将货车轴重提高到2 7 t ，而且还在加紧研 究适用于3 5 t 轴重的轨道零部件；欧洲采用了2 2 5 t 轴重，并正在向2 5 t 轴重过渡。 我国铁路载重6 0 t 及以上的货车已达到货车总数的8 0 以上，在站线长度难以 继续延长又维持2 1 t 轴重不变的条件下，继续增加列车重量的潜力已很小。为进一 步提高列车牵引重量，增加运输效益，应将轴重提高到2 5 t 及以上。世界银行贷款 中专门设立了软科学研究项目，对中国发展2 5 t 轴重进行了深化研究，结论是“中 国既有干线线路结构及桥梁能够开行2 5 t 轴重重载列车”。2 0 0 6 年开始，我国已停 止生产2 1 t 轴重的通用货车，开始全面生产轴重2 5 t 的车辆，同时研制开发3 0 t 一3 5 t 轴重的低轮轨作用力货车转向架，以满足货运专线开行万吨列车的需要。 在货车快运方面，欧洲的铁路快运货车积极借鉴高速列车的成功经验，快运 货车的速度一般在1 2 0 k m h - 1 6 0 k m l h ，以集装箱运输、小汽车运输、家用电器、鲜 活物品等附加值高的货物为主。法国还开行了货运t g v ，快速货运专列在制动、 转向架、车辆外形等技术上都借鉴了客车的经验。快运货车的关键技术是货车转 向架，欧洲典型的高速货车转向架有法国的y 2 5 、y 3 7 ，德国的d “6 l 、d r r s ， 英国的t f 2 5 等。其中，y 3 7 和d r r s 可以满足1 6 0 k m h 及以上速度的运用要求， 也被称为高速货车转向架，所采用的技术发展趋势越来越客车化。 就发展我国的快速货车转向架而言，在设计结构和性能上已经有了突破，但 还应进一步结合高速客车转向架的成熟技术，参考国外高速货车转向架的成功经 验，进一步优化和完善液压减振技术、盘形制动技术、防滑技术等的设计方案， 保证配套技术的可靠性。同时应结合高速客车转向架的运用经验，优化构架、摇 枕、轴箱悬挂装置、中央悬挂装置等的结构设计，提高部件的疲劳可靠性，使 1 6 0 k m h 高速货车转向架【5 1 5 3 】尽快形成生产能力，早日投入快速货运专线中使用。 国内外货车新转向架的开发主要为满足提速和重载的要求，在转向架选用上 主要有以下几种形式： ( 1 ) 速度低于1 2 0 k m h 时，采用交叉支撑转向架。 ( 2 ) 采用h 型刚性构架，h 型构架转向架具有良好的横向运动稳定性，适用 于高速运行的需要，被欧洲许多国家的铁路选用。 ( 3 ) 采用径向转向架，采用具有导向功能的径向转向架，可以解决抗蛇行稳 定性和曲线通过性能的矛盾，减小轮轨冲角，可以大幅减少轮轨在曲线上的相互 作用力和轮轨磨损。径向转向架具有良好的横向运动稳定性和曲线通过性能，既 适合于高速运行，也适合于小曲线半径曲线多的地区使用，是一种有广泛应用前 景的货车转向架。 6 工程硕士学位论文 第一章绪论 ( 4 ) 采用摆式转向架，摆式转向架具有控制和改善垂向和横向振动的性能。 通过在两侧架间增设支撑弹簧的的弹簧托板，在侧架和承载鞍之间及在侧架和弹 簧托板之间引进摇动台连接。这种设计实际上是使侧架的横向摆动象客车摇枕吊 杆一样，可以缓和来之线路的激扰，取得良好的运行平稳性，运行速度可达 1 6 0 k m h ，并可减少轮轨、转向架零部件的磨耗。 在采取技术措施改进车辆的动力学性能方面，发展趋势主要有以下几点： ( 1 ) 增大弹簧静挠度和采用两级( 三级) 刚度弹簧； ( 2 ) 改进摩擦减振装置，采用耐磨材料制作的耐磨件，减少摩擦面干摩擦； ( 3 ) 采用常接触弹性旁承承载，增加车体与转向架之间的阻力矩可以提高抗 蛇行稳定性； ( 4 ) 加装轴箱橡胶垫或采用轴箱弹簧悬挂装置；采用轴箱一系悬挂、变刚度 弹簧和合理的摩擦阻力可以提高车辆垂向品质，减少车辆对轨道的垂向作用力； ( 5 ) 降低转向架的质量，尤其是簧下质量可以降低车辆和轨道的垂向作用力： ( 6 ) 提高三大件转向架的抗菱刚度，例如采用侧架交叉支撑和轮对交叉拉杆 型式； ( 7 ) 减小货车转向架的横向刚度，d e 减小车辆与轨道的横向相互作用，提高 车辆横向品质。 1 4 本文主要研究内容 。 本文以我国现在运用的各种类型货车转向架为研究对象，重点说明这些转向 架的运用性能，对运用检修过程中发现的各类问题，分析原因并提出解决方案， 文章最后对我国货车的现有的检修体制提出了改进建议，总体上分为7 章： 第一章：介绍国内、外铁路货车转向架的现状与发展趋势； 第二章：分析各类转向架的结构特点，重点对交叉支撑装置的原理和受力情 况进行了分析； 第三章：对非提速转向架转在当前运用条件下出现的运用问题进行分析，提 出转8 a 转向架已不适合提速要求； 第四章：介绍各型提速转向架在运用的整体情况，并对运用过程中出现的问 题进行分析，提出解决方案； 第五章：分析三种典型提速转向架转k 2 、转l “的检修质量关键控制点； 第六章：结合我国现有检修体制，提出我国已初步具备条件将以计划修为主 的检修体制过渡到以状态修为主的检修体制； 第七章：对我国铁路货车转向架今后发展方向进行展望。 7 工程硕士学位论文 第二章铁路货车转向架的结构特点 第二章铁路货车转向架的结构特点 为充分了解转向架的运用性能，首先要了解转向架的结构特点，下面对各型转向 架结构特点阐述如下。 2 1 转8 a 转向架结构特点 与转8 型转向架相比，转8 a 型转向架的固定轴距由1 7 0 0 m m 改为1 7 5 0 m m ， 增大了侧架三角孔；侧架下平面距轨面高度由1 9 0 m m 改为1 7 0 m m ，加大了摇枕端 部上平面与侧架上弦杆下平面之间的间隙，方便了枕簧的装卸；枕簧的挠度余量 系数由0 9 改为o 7 ，在保持弹簧静挠度3 5 m m 不变的情况下，缩小了弹簧的平均 直径，相应缩减了侧架的弹簧承台宽度；摇枕端部与侧架中央方孔的宽度缩小， 从而加大了侧架的三角孔；侧架立柱角度由0 0 改为2 5 0 ，立柱磨耗板厚度由6 m m 改为1 0 m m ，并增加了硬度要求，提高了减振系统减振作用的稳定性；制动梁由吊 挂式改为滑槽式；下旁承与摇枕由原来铸成一体改为下旁承盒与摇枕铸为一体， 在旁承盒内安装旁承铁，方便旁承间隙的调整；下心盘用螺栓紧固在摇枕心盘安 装面上，方便车钩高度的调整。 转向架转8 a 主要由轮对、承载鞍、侧架、枕簧、摇枕、斜楔、下心盘、下旁 承和滑槽式制动梁等基础制动装置配件组成。转8 a 轮对采用r d 2 型车轴和整体 辗钢车轮，车轴上装有1 9 7 7 2 6 型无轴箱圆锥滚动轴承，轴承上设承载鞍与侧架导 框相配合。侧架是转向架中的一个重要部件，它把转向架的各种零部件联系到一 起，构成一个整体。构架是左右两个独立的侧架。每个侧架联系着前后两个轮对。 左右两个侧架之间用一横向放置的摇枕联系在一起。摇枕和侧架可以有上下方向 的相对移动，而前后左右方向的相对移动限制在容许的间隙范围之内。侧架中部 摇枕孔为安装摇枕和枕簧之用，两侧立柱上有两个平面，是与斜楔块相接触的主 要部分。摇枕的作用是将车体作用在下心盘的力，传递给支承它的两端枕簧上， 把转向架左右两侧架联系成一个整体。根据受力分析，摇枕中部受力最大，故将 摇枕做成两端小，中间大的鱼腹形。摇枕两端侧面有向内凹进的斜楔槽，在此安 装减振器的斜楔。下心盘和安装在车体枕梁下面的上心盘互相配合，其上安装有 一锻制的心盘销。心盘一方面承受车体上的垂直力和水平力，另一方面当车辆通 过曲线时，转向架可以绕心盘自由转动，以减少转向架通过曲线时的阻力。摇枕 上的下旁承与车底架上的上旁承相对，防止车辆过分倾斜和摆动，上、下旁承之 间有一定的间隙，为间隙型旁承。转8 a 型货车转向架基础制动装置采用滑槽式弓 形制动梁，单侧闸瓦制动。为了防止制动梁脱落，还设有安全链。转8 a 型转向架 ( 车体为c 6 2 b 型) 的主要技术参数见表2 1 。 转8 a 型转向架至今已有4 0 多年的历史，它集中了几代工程技术人员和科研 8 工程硕士学位论文第二章铁路货车转向架的结构特点 工作者的辛勤劳动，经过不断改进和创新，在一段时间内适应了我国铁路运输的 需要。截至2 0 0 1 年8 月全路停止生产转8 a 型转向架时，在各型货车上总共装用 了近5 0 万台。转8 a 货车转向架是上世纪主型转向架，它具有结构简单、坚固和 检修方便的优点，在低于8 0 k m h 的速度范围内，具有良好的运行品质。随着我国 铁路货车提速计划的实施，转8 a 型转向架已不能满足提速要求。 表2 - 1 转8 a 型转向架主要技术参数 抗菱刚度抗剪刚度回转阻力矩弹簧挠度磨耗到限相对 项目 ( m n m r a d )( m n m )( k n m )( m m ) 摩擦冈数 空车 1 1 40 5 3 42 1 67 20 重车 2 2 41 0 96 3 23 50 0 5 9 2 2 交叉支撑转向架结构特点 2 2 1 交叉支撑技术原理 抗菱刚度的定义是使两侧架前后错动而施加的剪切力矩与两侧架中心连线相 对于原侧架中心线的转角( 侧架的菱形变位角) 之比。摇枕与侧架间约束菱形变形的 能力通常用抗菱刚度来表示k ，。 按图2 1 所示的符号，一侧侧架的抗菱刚度为： k ，= f b 9 或k ，= m ，秒 ( 2 1 ) 式中：f b 一作用于一侧侧架处的剪切力矩； 秒- 俱9 架的菱形变位角。 由上式可见，k ，0 即为摇枕侧架间菱形变位的外加约束力矩m ，。本文所述 转向架抗菱刚度及实测值，都以一侧侧架与摇枕形成的抗菱刚度来表述。 f b 2 l l 盥一 图2 1 传统三大件式转向架的菱形变形示意图 理论研究指出【5 6 】，- - _ 大件式转向架的抗菱刚度对转向架的蛇行运动稳定性有 控制性作用，抗菱刚度小，两轮对容易产生同相摇头和反相横移运动，转向架直 9 工程硕士学位论文 第二章铁路货车转向架的结构特点 线运行的稳定性就差，容易发生蛇行失稳，并降低车辆平稳性。因此，提高三大 件式转向架的抗菱刚度是非常重要的。 交叉支撑转向架的原理就是在三大件式转向架的基础上，采用一种相互交叉 的杆件结构把转向架的左右侧架弹性地连接起来，如图2 - 2 ( a ) 所示。 图2 - 2 中原三大件转向架摇枕与侧架之间在水平平面内相互摇头( 菱形) 运动的 约束刚度用k 加表示，即一侧侧架对摇枕的抗菱刚度。每个交叉杆端与侧架在水平 面内的连结刚度用k 表示，定义为沿交叉杆轴线的刚度。为了分析加装交叉支撑 后的转向架抗菱刚度，在左右侧架加一方向相反的力，如图2 - 2 ( b ) 所示，假设左 右侧架在外力矩2 f b 的作用下分别反向移动了一个很微小的纵向位移缸( 为表 示方便，图中的位移表示为放大后的) ，那么在侧架与摇枕连接处的斜楔与枕簧则 产生平衡反力矩m ，在侧架与两交叉杆连接处则产生压缩及拉伸反力e 与e 。由 于结构、位移和轴向橡胶垫刚度的对称性，可以认为e = e 。对一个侧架而言，由 e 与e 对侧架与摇枕的交接点产生的回转力矩m f ，、m f ，与原三大件抗菱力矩m 将一起平衡f b 。即 m f 2 + m f m 、= f b - k - 、( 可毡7 k _ r j 譬 。 _ ，一主 -j、一ji ， ( 2 - 2 ) ， 向- ，i ( a ) ( b ) 图2 2交叉支撑转向架原理图 为了进一步说明交叉杆的作用，我们把侧架小位移引起的相对于摇枕和交叉 杆的变位局部放大，如图2 3 所示。图中，臼为左右侧架纵向位移缸后相对于原中 心连线的角位移。为交叉杆产生的角位移。丛为交叉杆端头弹性元件产生的轴 向位移。口为交叉杆与侧架的交角，s 为交叉杆的长度。根据图示的几何关系，可 以得到如下的近似关系： 酞= b 9 = 蝎| c o s 仅 心= b 目c o s g r 由力矩平衡关系可得： 2 f b = 2 k ，r 乡+ 4 k 丛c o s s s i n c r 将s = b 占c o s ，s s i n g b 代入上式，得： 2 f b = 2 k ，r 秒+ 4 k 0 c o s 2 口b 2 1 0 ( 2 3 ) ( 2 - 4 ) ( 2 - 5 ) ( 2 - 6 ) 工程硕士学位论文 第二章铁路货车转向架的结构特点 一侧侧架抗菱刚度定义可知，此时交叉支撑转向架的抗菱刚度为： 吒= f b o = 吒o + 2 k b 2 c o s 2 口 ( 2 - 7 ) 图2 - 3 侧架小位移放大示意图 由此可见，交叉支撑转向架的抗菱刚度由两部分组成，一是摇枕、侧架间原 有的抗菱刚度k ，。，二是与两交叉杆端头刚度k 及口角有关而形成的交叉支撑装置 的抗菱刚度。因此，交叉支撑装置引入原三大件式转向架之后，其抗菱刚度显著 增大。根据实测结果，交叉支撑转向架的空、重车抗菱刚度可比原三大件式转向 架提高3 6 倍，从而提高了车辆蛇行失稳临界速度，防止在最高运行速度范围内发 生蛇行运动，不仅使车辆具有更好的运行平稳性和脱轨安全性，而且使车辆在直 线与曲线运行时的轮轨冲角减小，- 可有效减少车轮与钢轨的磨耗。交叉支撑装置 克服了传统三大件转向架的正位对斜楔状态的依赖，同时，还可有效改善斜楔的 受力状态，延长减振装置摩擦副的使用寿命，提高转向架减振性能的稳定性。 从交叉支撑装置的结构来说，连接侧架的2 根交叉支撑杆有两种组成方式。一 种是中部相互交叉固接结构，这种交叉支撑装置使两侧架具有更强的正位能力， 两个侧架之间只有交叉杆端头橡胶垫允许的微小弹性变形，不能产生较大的相对 运动。另一种是2 根交叉杆相互不连接，为2 根独立的连杆，这种组成方式也可阻 止两侧发生菱形变形，但两侧架可以相互产生微小的正、反向梯形变形。 由于侧架、承载鞍与( 轮对) 轴承的水平摩擦阻力较大，通常侧架很难相对 ( 轮对) 轴承水平移动，可有效约束两侧架的梯形变形，如果侧架与承载鞍采用 弹性定位，则改善动力学性能的效果更佳。理论研究指出，两侧架的微小梯形变 形对车辆的动力学性能没有影响。这两种交叉支撑装置都可使转向架具有良好的 抗菱刚度和抗剪刚度。2 根交叉支撑杆中部采用固接结构，即转k 2 型转向架所采用 的交叉支撑装置；而中部采用不固接的2 根连杆式结构，即转k l 型转向架所采用的 交叉支撑装置。 为了应用交叉支撑技术对我国现有转8 a 转向架进行提速改造，在不改变现有 转向架基础制动装置结构的条件下，为使交叉支撑装置不于转向架的制动下拉杆 工程硕士学位论文 第二章铁路货车转向架的结构特点 发生干涉，采用了转8 g 或转s a g 的专用交叉支撑组件，如图2 4 所示。 四根交叉支撑管通过两片钢片相连，中部两片钢板之间的空间可以允许转向 架的下拉杆穿过，这种专用的交叉支撑组件属于两交叉杆中部相互固接的类型， 可以有效提高转向架的抗菱刚度和抗剪刚度。 图2 4中部两片钢板交叉支撑结构示意图 2 2 2 交叉支撑装置的结构特点及受力分析 交叉支撑装置是交叉支撑转向架的特有部件，与摇枕、侧架不同，不承受车 辆的垂直静载荷，但其参与摇枕及轮对的作用，同时约束了左、右侧架的相对位 移。当两个侧架发生相对位移，如发生菱形变形或扭转变形时即受到交叉杆的阻 碍，。因此，交叉支撑装置承受的载荷主要是车辆运行中的动载荷。在货车运