（交通运输规划与管理专业论文）铁路行李车货物重心最大容许偏移量的研究.pdf

中文摘要 y 8 7 9 2 8 2 铁路行李车货物重心最大容许偏移量的研究 摘要 迄今为止，铁路已经进行了五次大提速，许多旅客列车的运行速度 已经达到了1 6 0 k n 曲。如何保证挂运在旅客列车上的行李车在如此高速 下不危害到旅客列车安全，是列车提速向铁路行李车运输提出的新的课 题。另外，2 0 0 4 年开行的特快行邮专列，其货物的品类发生了较大的 变化，行包向着重量化的方向发展，在此情况下，行包在车内的装载方 式，货物重心偏移标准是保证行车安全亟待解决的个重要问题。 本文在分析了影响行李车运行安全因素的基础上，根据现有评价车 辆运行安全性指标的基本计算方法推导出车辆运行安全指标与各影响因 素关系的数学模型，并根据实际情况设计行李车运行的不利工况，将其 它因素定量化，推导出各安全指标值与货物重心横向偏移量和两转向架 负重差关系的函数表达式。最后，通过对浚函数表达式的分析，论述了 在各种工况下货物重心横向偏移量和两转向架负重差的变化趋势，并以 国标中各安全指标限定值作为标准，计算出货物重心最大横向偏移量以 及转向架最大容许负重差，以此建议制定行李车货物重心偏移技术标准。 关键词：铁路行李车运输倾覆系数脱轨系数轮重建载率 货物重心偏移转向架负重差 英文摘要铁路行李车货物重心最大容许偏移量的研究 a b s t r a c t s of a r ，m er a i l w a ys y s t e mh a ss p e du pf i v et i m e s m a n yp a s s e n g e r t r a i n sh a v es p e du pt o1 6 0k m | 1 h o ww ec a ne n s u r et h es e c u r i t yo f b a g g a g e w a g o n w h i c hi sh i t c h e dt ot h ep a s s e n g e rt r a i nh a sb e c o m ean e wp r o b i e mt o t h et m s p o r t a t i o no f p a s s e n g e rb a g g a g e w a g o n o t h e n i s e ，t h et y p eo f c a r g o o f t h es p e c i a le x p r e s sp o s tt r a i lo p e nt ot r a f e ci n2 0 0 4h a sc h a n g e dal o t ，a n d t h eh a n s p o n a t i o no f b a g g a g eh a sd e v e l o p e dt ot h eh e a v y w e i g h tb a g g a g e i n t h i sc o n d i t i o n ，t h e1 0 a d i n gm e t h o di np a s s e n g c rb a g g a g ew a g o na n dt h e e x c w s i o ns t a n d a r do f t h ec e n t e ro f 单a v i t yo f c a r g oh a sb e c o m et h em o s t i m p o r t a n tp r o b l e m t os o l v ei ns e c u r i t y b a s e do na n a l y z i n gs e c u r i t yf h c t o ro fl u g g a g ec a r g o ，t h i sa r t i c l eh a s w o r k e do u tam a t h e m a t i cm o d e lw h i c ha s s o c i a t es e c u r i t yf a c t o ro fl u g g a g e c a r g ow i t ht h ee v e r ) ，i n n u e n c i n gf a c t o ra c c o r d i n gt ob a s i cm e t h o do ft h e v e h i c l es e c 嘶t ys t a l l d a r di n d e x t h e ni th a sd e s i g n e dt h ew o r s to p e r a t i n g c o n d i t i o nu n d e rf a c t u a lc o n d i t i o n ，f i x e dq u a l l t i f yo t h e rf k t o r sa n dg a v ea f u n c t i o n e x p r e s s i o n w h i c h s e c u r i t y f a c t o ro f l u g g a g ec a r g o w i t ht h e t r a n s v e r s eo f 矗e to fc e n t e ro fg r a v i f yo fc a r g oa n dt h el o a d i n gd i s p e r s i o no f t w ob o g i e s a r e ra n a l y z i n gt h i sf h c t i o ne x p r e s s i o n ，i th a sd i s c u s s e dt h e c h a n g et r e n do ft h et r a n s v e r s eo f f s e to fc e n t e ro fg r a v i t yo fc a r g oa n dt h e i o a d i n g d i s p e r s i o no ft w ob o g i e s a ti a s t ，r e g a r d i n gt h el i m i to fv e h i c l e s e c u r i t y s t a n d a r di n d e xa s s t a n d a r d ， “h a sw o r k e do u tt h e b i g g e s t c o n c e s s i o n a lt r a i l s v e r s eo f b e to fc e n t e ro fg r a v i t yo fc a r g oa 1 1 dt h el o a 血n g d i s p e r s i o no f t w ob o g i e s ，a n dt h ea n i c l eh a sa d v i s e dt oi n s t i t u t et h es t a n d a r d o nt h eo 仃s e to f c e m e ro fg r a v i t yo f c a r g ob a s e do nm er e s u l t k e y w o r d s ：t r a n s p o n a t i o no f r a i l w a yb a g g a g ew a g o n ，o v e r t u m i n gf a c t o ro f s a f e t y ，d e r a i l m e n tc o e m c i e n t ，r a t eo f w h e e l l o a dr e d u c t i o n ，o f f s e t o fc e n t e ro fg r a v i t yo fc a r g o ，l o a d i n gd i s p e r s i o no f t w ob o g i e s 2 第l 章铁路行李车货物重心最大容许偏移量的研究 前言 随着铁路五次大提速，许多旅客运输列车的速度已经达到 1 6 0 l ( r r l m 。作为行包运输组织方式之一的旅客列车挂运行李车，由于旅 客列车速度的提高，除了行李车车辆本身必须满足旅客列车的速度要求 外，行李车车内货物的装载方式在高速下如何保证行李车运行安全，不 危害到旅客列车的运输，是亟待解决的一个重要问题。另外，2 0 0 4 年5 月，中铁行包快递有限责任公司开行的特快行邮专列，使用的车辆是新 型行李车x l 2 5 t ，它与原先旅客列车挂运行李车无论是车辆的结构还是 装载的方式都有很大的不同。行邮专列一般都在运输繁忙的铁路干线上 运输，若有事故发生会给铁路运输带来巨大的损失。因此，在使用这种 新型车辆运输的前提下，如何确保行邮专列的运输安全也是我国铁路行 李车运输必须解决的问题。影响行李车运行安全的因素有很多，而行包 在车内的装载方式直接影响到行李车的运行安全。 另一方面，目日u 执行的铁路旅客运输规程等有关规章对于行李 车的装载技术条件及标准的规定不够细致、具体，可操作性不强。而铁 路货物装载加固规则虽然对货物在货车内的装载技术条件有一套较为 成熟与完整的规定，但是由于货车的结构、技术性能等与行李车不同， 因此普通货车的装载技术条件也不能够照搬到行李车上。这样一来，对 于行李车运输现场作业带来很多困难和问题。例如行包基地开行的行邮 大列，根据在北京黄村行包基地调研得知，行邮大列的各节车厢均是由 一些诸如物流公司等的客户承包，装卸作业由物流公司完成，行包公司 只是派人进行监装监卸，由于在规章上对于行李车内货物的装载方式没 有细致的说明和规定，行包公司的监装监卸人员无法对物流公司的装卸 工的作业提出很明确的规定，使得行李车在开行前就存在安全的隐患。 综上所述，开展铁路行李车货物重心偏移量的研究对于保证行李车 提速后的运行安全、稳定具有重要的意义。 北京交通大学硕士学位论文 2我国铁路行李车运输概述 2 1 我国铁路行李车装载货物现状 2 1 1 行邮专列 2 0 0 5 年5 月1 8 日，以第五次提速调图为契机推出的货运新产品一 一三趟特快行邮专列首发，即京沪、京广和京哈之间的三对特快行邮 专列。行邮专列是使用行李车和邮政车编组，利用行包基地进行作业， 整列装载行李、包裹和邮件的列车。发展至今，行邮专列己开行了五对， 按列车运行速度分为特快、快速和普通行邮专列，其中三对为特快行邮 专列。每日开行的时间与直达特快旅客列车相同，最高时速可达 1 6 0 h 1 1 m 。 目前，行邮专列使用的车辆有x l 2 2 、x l 2 5 b 、x l 2 5 g 、x l 2 5 k 、x l 2 5 t ， 其中x l 2 5 t 是2 0 0 4 年才生产出来的新型行李车。x l 2 5 t 车内的结构与其 它型式行李车有所不同，它中间不留行李员管理通道，货物在行李车内 的码放和货车相同。根据在黄村行包基地调研可知，行邮专列大多数的 货物为日用品，为轻浮货物，但也有一部分重量比较大的机械配件。这 些机械配件一般装于行李车车门处，便于装卸，这样一来就造成了货物 总重心偏离车辆中心，使车辆运行存在安全隐患。其它车型虽相对于 x l 2 5 t 为旧车型，在车内结构上，留有行李员管理通道，但在实际装卸 中，货物的码放完全和x l 2 ，t 一样，因此在装载方式上和x l 2 5 t 存在一 样的问题。 2 1 2 旅客列车挂运行李车 根据北京站和北京西站调研的情况可知，旅客列车挂运行李车这种 第2 章铁路行李车货物重心最大容许偏移量的研究 行李车运输组织方式，行李车内的货物一般为轻浮货物，大多数为包裹 和旅客的行李，平均单件货物重量为2 5 埏，由于北京站和北京西站承 运的单件货物重量一般不超过5 0 k g ，若有超过5 0 蚝的大件货物必须向 上申请调度命令，但这个过程所需时间过长，在时间上给货主造成很大 的不便。因此，超重货物也就比较少。在满载情况下，货物总重心基本 上在车辆的中央。但，在调研过程中，我们发现有些行李车有不满容的 现象发生，甚至有的连装满车辆容积的一半都达不到。在这种情况下， 若不合理码放货物，货物总重心很有可能偏离车辆中央。虽然车站装车 时，基本按照大不压小、重不压轻、方不压圆的原则进行行包码放，但 实际操作时，为了沿途到站卸货的方便，装车时均按站顺装车，有时由 于装车时间很短，行包码放较乱，可能会出现偏载情况。虽然检查人员 会注意保证车钩压钩量不超过规定限度，旁承游间不压死，但现行的规 章并不能完全指导现场的装卸作业，为行李车的行车安全带来不稳定因 素。 2 2 提速后我国铁路行李车运输存在的问题 随着行李车运行速度的不断提高，在为铁路行李车运输不断创收的 同时，也为我国铁路行李车运输安全带来了不少的隐患。主要体现在以 下几个方面： ( 1 ) 线路的磨耗 随着列车运行速度的日益提高，轮轨相互作用将不断加强，机车车 辆与线路系统的振动加居4 ，列车对线路的动力影响将不可避免地增加， 特别是对我国既有线提速( 线路结构状况基本未作变动) ，这种动力影响 的增加将是显著的。 列车提速给线路结构带来的动力问题，突出表现在以下几个方面。 首先是道岔结构的振动冲击问题。当列车快速通过既有道岔固定式辙叉 时，由于有害空间存在，车轮与辙叉之间将形成较以前运营速度更为 北京交通大学硕士学位论文 剧烈的冲击作用，致使道岔部件使用寿命大大缩短。其次是钢轨磨耗的 程度问题。列车速度越高，轮对横向运动越剧烈，因此车轮对钢轨的磨 耗的程度也会越大，造成线路不平顺加剧，影响行车安全。 行李车运行稳定性下降 多年来的试验和实践表明，随着速度的不断提高，车辆运行时倾覆 和脱轨现象发生的机率将大大提高。 行李车装载的货物移位 前面提到，目前行李车内装载货物时不实施加固，货物有倒塌现象。 当速度不断提高时，行李车内的货物倒塌和移位的现象将严重化，使得 货物重心产生偏移。货物重心偏移是影响车辆运行安全的重要原因之 一n 4 第3 章 铁路行车车货物重心最大容许偏移量的研究 3 影响铁路行李车运行安全的因素 行李车在线路上运行时，由于受到来自各方面因素的限制和影响， 车辆并非平稳地在线路上行驶，这些因素的条件越差，车辆运行越不稳 定，安全性越差。根据车辆在线路上运行时受力的分析，这些影响因素 主要体现在线路状况、车辆结构、装载方案、列车运行速度以及其它一 些较小影响因素这几个方面。 3 - 1线路状况 线路是铁路列车运行的基础。列车在线路上行驶，轮轨直接接触， 车辆与线路相互产生影响，线路的状况直接影响到列车的运行安全。线 路从铺设到投入使用，每一环节均对车辆运行安全产生不同程度的影 响。 ( 1 ) 轨道结构 轨道结构是列车运行的基础，它直接与车辆接触并相互作用，承载 了车辆的所有重量，承受了车辆对它的所有作用力，直接影响着行李车 的行车安全。 轨道主要由钢轨、轨枕、联结零件、道床、道岔等主要部件组成， 车辆所受的力通过车轮直接由钢轨承担，钢轨通过扣件与轨枕联结将垂 向力和水平力传递至道床，道岔则负责车辆从一条线路转向另一条线 路。这些零部件对列车运行安全的影响主要体现在： 就钢轨来说，首先，钢轨越重，它承受车轮对钢轨的冲击力的能力 就越强，钢轨由于轮轨问作用力而造成的磨损就越小，列车运行稳定性 越好、越安全；其次，在车轮通过钢轨接头处时，轮轨接触点出现跳跃， 形成轮轨之问的冲击，引起车辆系统的振动，降低车辆运行稳定性，且 速度越高、簧下质量越大，钢轨接头处的冲击就越大大。最后，轨距的 北京交通大学硕士学位论文 大小也在一定程度上影响着行车安全，轨距不宜过大也不宜过小，它必 须同时保证轮缘与钢轨间有一定的游间，以减少轮缘与钢轨的磨耗以及 保证车轮踏面与钢轨有足够的接触面积，避免引发脱轨事故发生。 轨枕和联结零件必须保证有足够的强度来承受钢轨传下来的垂向 力和水平力，并把力传布于道床。每公里铺设轨枕根数越多，扣件横向 刚度越大，轨枕和联结零件承受钢轨作用力的能力就越强，车辆运行稳 定性就越好。 车辆利用道岔从一条线路转往另一条线路，当车辆通过直线与道岔 连接部分以及辙叉及护轨部分时，由于存在有害空间，在横向有骤加的 方向变化和曲率半径变化，速度越大，道岔对列车行车安全越不利。 ( 2 ) 线路工况 为了适应地形的需要，线路在铺设时，根据外界环境的不同，线路 会设置不同的工况。区别于直线时，这些工况会给车辆的运行带来不同 的影响： 曲线外轨超高 曲线外轨超高会使车辆的重力产生横向分量，它起到平衡离心力的 作用。由于线路建成后，超高一定，但车辆通过曲线的速度不尽相同， 重力分力无法完全平衡离心力，因此会出现过超高和欠超高两种情况， 车辆运行速度低于规定曲线上的速度，超高表现为过超高，而高于规定 速度时，则表现为欠超高。车辆实际通过曲线时的速度应尽可能减小过 超高和欠超高量。铁路线路维修规则规定，允许最大未被平衡的欠 超高为7 5 m m ，特殊情况下可放宽至9 0 m m ，容许速度大于1 2 0 k 曲线 路的个别特殊情况下不大于1 1 0 m m ；最大未被平衡的过超高为 5 0 m m 【1 “。 曲线半径 曲线半径对车辆运行安全的影响主要体现在离心力上，列车通过曲 第3 章铁路行李车货物重心最大容许偏移量的研究 线时，车辆将受到离心力的作用，根据离心力的计算公式m ，其中 “ m 为车辆质量，v 为列车通过益线时的速度，r 为曲线半径。可以看出， 当车辆通过曲线的速度一定时，曲线半径越小，车辆所受离心力就越大， 离心力引起的倾覆力矩就越大，车辆倾覆稳定性就越差，列车运行就越 不安全。另一方面，当车辆通过半径过小的曲线时，会引起较大的横向 力，可能造成车辆脱轨。 坡度 当车辆行驶在有坡度的线路上时，前后转向架承载产生差异，造成 一个转向架减载，轮重减载是危及行车安全的重要因素之一。 ( 3 ) 线路质量 在线路的平直道区段，钢轨并不是呈理想状态，两根钢轨在高低和 左右方向相对于理想的平直轨道呈某种波状变化而产生偏差，这种几何 参数的偏差就称为轨道的不平顺。线路不平顺主要有四种类型”，即线 路的高低不平顺、水平不平顺、方向不平顺和轨距不平顺。 高低不平顺是指钢轨表面在同一轮载作用下所形成的沿长度方向 的高低不平，高低不平顺会激起车辆的垂向振动，并能使轮轨间产生很 大的垂向动作用力。 水平不平顺指左右轨对应点的高差所形成的沿轨长方向的不平顺， 水平不平顺是引起机车车辆横向滚摆耦合振动的重要原因。 方向不平顺是指两根钢轨在平面内呈现弯曲不直，它会激发轮对产 生横向运动，是引起车辆左右摇摆和侧滚振动的主要原因。 轨距不平顺是指左右两轨沿轨道长度方向上的偏差，轨距大小对车 辆运行稳定性的影响见中轨距因素的分析，对轮对磨耗和车辆运行安全 性有一定影响。 一方面，这些线路不平顺的影响程度随着速度的增大而增大；另一 第3 章铁路行李车货物重心最大容许偏移量的研究 体、钢轨两方面传递来的其它各种静、动作用力，受力很复杂。因此， 轮对是转向架中重要的部件之一，又是影响车辆运行安全性的关键部件 之一。 车轮的状态对车辆运行有直接的影响，车轮的偏心、不均重以及和 线路长期作用造成的磨耗均是造成车辆运行不稳定的因素。车轮偏心会 使车轮沿轨道运行时，车轴中心相对瞬时转动中心会出现上下和前后的 运动，激起车辆上下振动和前后振动；车轮不均重会使车轮转动时车轮 上会出现转动的不平衡力，引起轮轨间的动作用；车轮踏面和轮缘磨耗， 改变以往的轮轨接触点，使车辆行驶处于不稳定状态【4 l 。 车轴是转向架轮对中重要的部件之一，是转向架簧下质量的主要组 成部分，车轴的平行度是影响车辆脱轨的原因之一。 ( 3 ) 弹簧悬挂系统 车辆在轨道上运行时，将伴随产生复杂的振动现象。为了减少有害 的车辆冲动，车辆必须设有缓和冲动和衰减振动的装置，即弹簧减振装 置，又称为弹簧悬挂系统i “。车辆上采用的弹簧减振装置，按其主要作 用的不同，大体可分为三类：第一类是主要起缓和冲动的弹簧装置，如 中央及轴箱的螺旋圆弹簧( 或空气弹簧) ；第二类是主要起衰减( 消耗 能量) 振动的减振装置( 如垂向、横向减振器) ；第三类是主要起定位 ( 弹性约束) 作用的定位装置，如轴箱轮对纵、横方向的弹性定位装置， 摇动台的横向缓冲器或纵向牵引拉杆。 3 3装载方案 加规对货物装载要求，一般情况下，货物装车后其重心或总重 心应位于车地板纵、横中心线交点所在铅垂线上( 简称“车辆中央”) 【8 1 。但在实际情况下，货物装载后的重心很难落在车辆中央，在横向上 和纵向上都可能发生偏移，使得车辆在静态条件下已产生一侧车轮减 载，影响列车运行安全。另一方面，货物装载后的重车重心高度也是车 北京交通大学硕士学位论文 辆运行安全的重要影响因素。货物装载方案对列车运行安全的影响主要体现在： ( 1 ) 货物重心发生横向偏移时 货物重心横向偏移是指货物重心偏离车辆纵中心线，它对车辆运行 稳定性的影响主要体现在轮重减载率的增大。若车辆有旁承，当车辆偏 载时，同一辆车的4个旁承只有部分旁承上下面接触，这时，车体垂向载荷的一部分将转移到这个接触的旁承处，从而引起车辆一侧车轮增 载，一侧车轮减载：若车辆无旁承，一般该转向架为无摇枕结构，空气 弹簧直接与车体相连，直接承受车体传递至转向架的力，当车体偏载时， 同一辆车的4个空气弹簧承受来自车体的垂向力不尽相同，引起车辆一 侧车轮增载，一侧车轮减载，根据轮重减载率的计算公式pp，其中 ap为轮重的减载量，p为左右侧车轮的平均轮重，货物重心横向偏移使得轮重减载率增大，会造成车辆脱轨。 ( 2 ) 货物重心发生纵向偏移时 货物重心纵向偏移是指货物重心偏离车辆横中心线。当货物重心纵 向偏移时，车辆的两个转向架负重不同，造成一个转向架的轮对载重减 小，轮重减小是造成车辆脱轨的一个重要原因。( 3 ) 重车重心高 重车重心高是铁路的一项基本技术标准，它一直被视为影响重车运 行稳定性的主要因素之一。由于车辆所受的大部分力的作用点都作用在 车辆重车重心上，因此车辆重车重心越高，车辆所受的力所形成的倾覆 力矩也就越大，重车运行稳定性越差。3 4列车运行速度随着列车运行速度的提高，轮轨相互作用将不断加强，车辆与线路 系统的振动加剧，车辆对线路的动力影响【13j将不可避免地增加，车辆运 第3 章铁路行李车货物重心最大容许偏移量的研究 行稳定性因而下降。 上述分析的多种影响因素，若车辆以高速状态运行，这些因素对车 辆运行稳定性影响将更加显著。 当列车高速通过道岔辙叉时，车轮与辙叉之间将形成较低速更为剧 烈的冲击作用，造成车辆系统振动增大，严重影响车辆运行的稳定，同 时也致使道岔部件使用寿命大大缩短；钢轨焊接区的短波不平顺引起的 轮轨动力效应对行车速度的变化极为敏感，因此，在高速的情况下，钢 轨焊接接头成为不可忽视的薄弱环节；轮缘与钢轨之间的作用力随着速 度的增加而增加，车轮与钢轨的磨耗程度也就随着速度的增加而增大。 轮轨严重磨耗后车轮对轨道结构部件的冲击效应较以前严重得多，车辆 运行稳定性大大下降；离心力是随着速度增加而增大，离心力引起的倾 覆力矩也就越大，车辆倾覆稳定性就越差，列车运行就越不安全。 3 5其它因素 ( 1 ) 自然环境 自然环境中对车辆运行安全的影响最为显著的就是风对车辆运行 的影响，风越大，侧向风力引起的倾覆力矩就越大，车辆倾覆稳定性就 越差，列车运行安全性就会下降3 1 。 另外，由于天气变换，下雨或下雪会造成轮轨之间摩擦力减小，气 温的变化会引起轨道涨轨，影响列车行车安全。 ( 2 ) 司机驾驶技术水平 列车运行的基础是机车司机正确的驾驶，因此，司机驾驶技术水平 会直接影响到列车运行安全 北京交通大学硕士学位论文 4 行李车转向架结构特点 行李车在线路上运行，其安全程度主要取决于行李车的走行部，即 转向架的掣1 蒡丰毹。岜型漫确蓬观薹霎蓁誓塞i 妻霪誓 碧嚣翥鞋蚕? 未坐蚶鞘杉器糊鬟殇搿唑埋， 唾霉刁脚薹摹馅栽哉型鬻黾：雾墓霉晤薯争氨量薹卧霪一的鞋g 。 蓥萋：弱趸酗暮囊郅擘域穗饬鼍矗哩碍耍商替蚕霉， 蒌焉? 岛壤噎耋蠡鉴尝慷蓬嘉刊；二车体与转向架构架、构架与轮对 之间形成弹性约束。当车辆沿轨道运行时，由于轮轨之间的相互作用， 产生各种垂向和横向作用力并引起车辆系统的各种振动。车辆剧烈振动 时，轮轨之间的作用力和车辆振动到达一定程度后会影响行车安全。车 辆结构中，车体与转向架构架连接部分和转向架零部件对列车运行稳定 性影响最为显著，主要体现在： ( 1 ) 旁承 车辆车体与转向架之间衔接部分的结构形式按不同的载荷分配及 载荷作用点分为心盘集中承载、非心盘承载和心盘部分承载【4 】o 我国行 李车使用的转向架除了四方机车车辆厂生产的s w 一2 2 0 k 和长春客车生 产的c w 2 0 0 k 为无摇枕转向架，其余基本都是有摇枕的转向架，且大 多数的转向架为全旁承承载。在旁承承受全部或局部载荷的情况下，当 转向架绕心盘转动时，上下旁承之间有摩擦力。这种摩擦力形成的摩擦 力矩可以阻止转向架相对车体的转动。适宜的摩擦力矩可以有效抑制车 辆蛇形运动。但当旁承间隙被压死后，旁承的纵向摩擦力随旁承垂向载 荷的增大而增大，造成摩擦力矩的值过大，从而影响转向架曲线通过能 力，增大轮轨问横向力，同时还会增加轮缘和钢轨的磨耗，造成车辆脱 轨现象的发生。 北京交通大学硕士学位论文 c 、牵引装置内无相对滑动部分，为无磨耗结构。 d 、转向架和车体的分离应先拆卸牵引杆两端螺栓。 抗蛇行减振器 为了获得稳定的回转阻力，以防止转向架的蛇行摆动，采用了抗蛇 行油压减振器，代替了以往转向架使用旁承摩擦副提供阻力的方式。 横向缓冲器 横向缓冲器作为限制车体运行中( 特别是曲线上) 过大的横移而设 置的。为了避免运行中车体频繁碰撞缓冲器或者接触后出现硬性冲击， 在缓冲器与止挡之间设有4 0 2 m m 的问隙横向缓冲器与空气弹簧的横 向刚度共同完成限制车体的横移。( 图4 1 ) 每鼍 飞 、 一1 图4 1 ：横向缓冲器和止挡位置示意图 高度控制阀 根据载荷的变化自动调整空气弹簧内压使车体保持一定高度的装 置。 差压阀 差压阀是在左右空气弹簧出现超过规定的压力差时，使压力高的一 1 4 北京交通大学硕士学位论文 转向架问对称地装有2 个横向减振器和横向缓冲器，队改善车体横向平 稳性。横向缓冲器和止挡单边问隙为( 4 0 2 ) m m 。其中空气弹簧采用高 柔性空气弹簧，内部带有节流阀，以替代垂向油压减振器起减振作用。 每个空气弹簧上安装一个高度调整阀，用于保证车体在不同静载荷 下都能与轨面保持一定的高度，在直线上运行时，车辆正常振动下不发 生进气、排气作用。 在侧梁上装有差压阀，防止车体侧滚，起到安全作用。 在车体与构架间设有空气弹簧防过充钢丝绳，在车体与构架间装有 抗侧滚扭杆，以防止车体通过曲线时发生侧滚。 车体与转向架间纵向力的传递是由安装在车体枕梁上的牵引支座 和构架横梁上的牵引座间的单牵引拉杆来完成的。 ( 3 ) 制动装置 基础制动装置采用盘形制动加电子防滑器。 4 32 0 9 h s 2 0 9 h s 【9 l 型转向架是按照国家“八五”攻关项目准高速双层旅客列车 的要求，在双层客车2 0 9 p k 型转向架成功经验的基础上，南京浦镇车 辆厂联台上海铁道大学、铁道部科学研究院、西南交通大学，共同研制 的。2 0 9 h s 型转向架按运用速度1 6 0 k r n l l 设计，但也考虑到试验速度达 到1 8 0 k h 汕和2 0 0 h 1 l l 的可能，目前部分运行速度为1 2 0 k 恤的x l 2 5 k 在使用这种转向架，与其类似的还有四方机车车辆厂生产的s w 一1 6 0 型 转向架。 2 0 9 h s 型客车转向架由构架装置、摇枕弹簧装置、轮对轴箱装置和 基础制动装置等组成，为全旁承支重的摇动台式结构。 ( 1 ) 轮对轴箱定位装置 第4 章铁路行李车货物重心最大容许偏移量的研究 2 0 9 h s 型转向架轮对轴箱装置采用无磨耗的橡胶堆定位结构，代替 了2 0 9 p k 型转向架的干摩擦导柱式弹性定位结构。这种橡胶堆定位器 可以使蛇形临界速度达到最高的数值，提高车辆运行稳定性。既避免了 有害的磨耗，又能保证所需的纵、横向轴箱定位刚度。 轴箱与构架之间设有垂向油压减振器，它可以减少构架的点头和沉 浮振动。 ( 2 ) 中央弹簧悬挂系统 2 0 9 h s 型转向架的中央弹簧悬挂系统仍然采用传统的摇动台结构， 但以空气弹簧代替了圆弹簧，有利于提高垂向平稳性，而且可使车钩的 连挂高度不随载重量的大小而变化。 摇枕 摇枕由钢板焊接成鱼腹形，为了减少车体的横向振动，在摇枕与构 架侧梁中部之间安装了2 个横向油压减振器。 中央弹簧 2 0 9 h s 转向架的二系悬挂采用膜式空气弹簧，其摇枕兼做附加空气 室用，与2 0 9 p k 型转向架相同。所不同之处是2 0 9 h s 型转向架取消了 空气弹簧与附加空气室之间的阻尼孔，而是采用垂向液压减振器。 摇动台 摇动台吊杆端部由销孔结构改为无磨耗的弹性吊杆结构。这种弹性 吊杆，大大减少了摇动台横向摆动时的摩擦阻力，并加长了吊杆的有效 长度，从而使二系横向网0 度减少到最低的数值，大大减少了轨道横向不 平顺对于车体的响应，提高了车辆运行平稳性。 旁承支重装置 2 0 9 h s 型转向架的承载方式为全旁承支重，利用旁承的摩擦力矩阻 止转向架的蛇形运动，提高了转向架的临界速度并提高稳定性和车体的 北京交通大学硕上学位论文 平稳性。 牵引装置 牵引装置由牵引中心销装置和牵引拉杆装置两个相互独立的部分 组成。 牵引中，山销装置由中心销和中一心销座组成。该装置既是转向架相对 于车体的转动中心，又可以通过它把牵引力由车体传至转向架摇枕。它 的作用类似于上、下心盘的作用，但不承受车体的重量。 牵引拉杆装置是将牵引力经牵引拉杆由摇枕传给构架，最终传给轮 对的装置。 抗侧滚扭杆装置 抗侧滚扭杆装置设置在摇枕与弹簧托梁之间。当车体出现侧滚角位 移时，连接在摇枕一段的固定杆向上运动，而另一端的固定杆向下运动， 通过扭臂的作用扭杆发生扭转变形，由此产生的反力矩阻止车体的侧滚 角位移，从而改善车体的横向动力性能。 横向缓冲器 设置在摇枕上的横向缓冲器为非线性的弹性橡胶块，它与构架侧梁 内侧面的调整垫之间保持4 0 m m 的间隙，当摇动台的横摆量超过4 0 i 】m 时，横向缓冲器将起到阻挡和缓冲的作用。 ( 3 ) 制动装置 2 0 9 h s 型转向架的基础制动装置为单元制动形式加单侧踏面制动 的付后制动系统，每条轮对装有2 个制动盘和2 个单侧踏面制动装置。 4 42 0 6 p 2 0 6 p 9 1 型转向架是在2 0 6 g 型转向架的基础上，通过加装盘形制动 装置设计而成，它可用于2 5 b 、2 5 g 各型客车和行李车。 第4 章铁路行李车货物重心最大容许偏移量的研究 2 0 6 p 型转向架吸收了准高速客车盘形制动装置的成功经验及2 0 9 t 型转向架弹性轴箱定位。它采用摇动台、有摇枕、钢弹簧、盘形制动等 技术。 ( 1 ) 轮对轴箱定位装置 2 0 6 p 型转向架的轴箱弹簧装置为无导框式结构，采用于摩擦导柱 式轴箱定位装置。 轴箱弹簧为钢弹簧，每轴端为两组弹簧，每组弹簧为单卷圆簧。内 有轴箱弹簧缓冲垫消减振动。 与s w 2 2 0 k 相比，2 0 6 p 的轴箱定位装置不设减振器。 ( 2 ) 中央弹簧悬挂系统 总的来说，2 0 6 p 型转向架的中央弹簧悬挂装置为带横向拉杆的小 摇动台结构，采用双片吊环式单节长吊杆，构架外侧悬挂，装有带油压 减振器的圆弹簧组。 中央弹簧 为双卷圆弹簧，装于摇枕与弹簧托梁之间，位于侧架梁之外，每台 转向架四组，摇枕每端两组，每组由内、外卷圆弹簧，上、下夹板，穿 以弹簧螺栓呈预压缩状态组成。 摇动台 2 0 6 p 的摇动台取消了通常的贯通式弹簧托板，而代之以互不相连 接的弹簧托梁。图4 2 为2 0 6 型转向架中央弹簧悬挂装置的结构图，2 0 6 p 的中央弹簧悬挂装置结构与2 0 6 型相似，2 0 6 p 则在二系悬挂增设了横 向油压减振器。 北京交通大学硕士学位论文 黧4 + 3 52 0 f ；型转痢桨摇拢撵簧悬挂装置 l 播枕吊环托絮；2 瓣抗吊销；3 播挽吊镑壅；4 一攥兢吊；争辔挽秽；6 _ 二下旁承；7 0 攥 铙；8 一下心盘；9 一中心销；l 铲一摇橇弹簧；n 一抽压碱振器 1 2 壤胶蛰；l 揪稿疆j 申嚣# 1 4 一 援翘挝秆；1 5 攒内拉耔蜜垒艰；l 丘一弹簧托粱；1 7 铸座；1 8 一销。 图4 2 ：2 0 6 型转向架摇动台示意图 横向缓冲器 摇枕底部焊有横向缓冲器座，用螺栓组装有横向缓冲器，它与构架 侧梁上的横向缓冲器磨耗板之间的间隙为2 5 m m ，以限制摇枕的横向摆 动不致过大，可限制并缓和车体过大的横向振动。 减振器 2 0 6 p 型转向架一系轴箱弹簧不设减振器，只有二系中央弹簧设有 横向油压减振器和垂向油压减振器。 ( 3 ) 制动装置 2 0 6 p 型转向架的基础制动装置是在采用杠杆传动及双侧闸瓦制动 的基础上加装盘形制动装置。 第5 审铁路行李车货物重心最大容许偏移量的研究 5 行李车货物重心偏移与车辆倾覆 稳定性的关系 5 1 车辆倾覆稳定性的评定 5 1 1 行李车在运行过程中的受力情况 车辆在线路上运行时，会受到各种各样的力的作用，其中在进行车 辆倾覆稳定性计算时需考虑的作用力主要有： ( 1 ) 重力 即垂向静载荷，包括车辆自重和车辆载重； ( 2 ) 横向振动惯性力 由于轨面不平、钢轨接缝等线路原因以及由于车辆本身状念不良 ( 例如车轮滚动圆偏心，呈椭圆状、踏面擦伤等) 等因素，车辆 系统会发生各种振动，车辆动力学称之为沉浮振动、横摆振动、 伸缩振动、摇头振动、点头振动以及侧滚振动。在研究车辆振动 时，为了方便，将车辆的横摆振动、测滚振动和摇头振动等归结 在一起称为横向振动。车辆横向振动产生的力称为横向振动惯性 力： ( 3 ) 风力 在对车辆进行了受力分析时，为了简化计算，车辆簧+ 卜- 部分的风 力通常忽略不计，车体所受的风力的合力作用于车体侧向投影面 积的形心上。 ( 4 ) 离心力 北京交通大学埘! 士学位论文 车辆运行在线路的曲线区段时，将承受离心惯性力( 俗称离心力) 的作用，整个车辆的离心力作用在车辆的重心上，其方向沿径向 指向曲线外侧。 ( 5 ) 轮轨间垂向力 车辆在线路上时，车辆会对钢轨产生一定的压力，同时钢轨就会 给车轮一个反作用力作用在车轮上。 图5 1 ：车辆受力分析图 5 1 2 车辆倾覆稳定性的评定方法 列车在运行中，会受到垂向静载荷、动载荷、风力、离心力等各种 力的作用。这些力的合力在侧向的分力使得车辆的一侧车轮减载，另一 侧车轮增载，当这个分力增大到一定程度时，车辆一侧车轮与剀轨之闻 的垂向作用力减少到零时，车辆就有横向倾覆的可能，影响列车运行安 全。 目前，我国采用倾覆系数d 来评定车辆的倾覆稳定性。根据倾覆 系数的定义【4 】： 第5 章 铁路行李车货物重心最大容许偏移量的 i 宄 d ：量：生兰 只，只+ 只 其中：乃一在横向力作用下轮轨间垂向力变化量； 民一无横向力作用时轮轨间垂向静载荷； 段一增载侧轮轨间垂向力； j d l 一减载侧轮轨间垂向力。 当d = 1 时，减载侧轮轨间的垂向力p ，_ o ，此时车辆处于倾覆的临 界状态；当d = 0 时，两侧车轮轮压相等，车辆的倾覆稳定性最好。 根据我国g b 5 5 9 9 - 8 5 【5 】规定，当倾覆系数d 其中： ，- 一车体重心至弹簧支承面的高度，近似为车体重心至车轴中心 线的距离( m m ) 。 因此，根据图5 4 的受力分析，车辆在直线上运行时，车体部分倾覆力 ，一! 生+ ! ! 呸：坚! ! 尘：! ：图5 - 4 ：直线上苹体部分受力分析 y = + = 百+ 1 西一 综上所述，行李车在直线上运行，重车车体重心横向偏移量为： 烨= 簧+ 警+ 监铲 辱s 5 2 2 曲线 列车在曲线上运行时，车辆除了会受到和在直线上运行时相同的力 之外，还将受到离心力凡的作用( 如图5 5 所示) 。 北京交通大学硕士学位论文 图5 5 ：车辆在曲线上受力分析图 在车辆实际运行过程中，为了平衡离心力，线路在设计上会采用外 轨超高，但由于车辆通过曲线的速度不同，原先设置的超高无法完全平 衡离心力，会出现欠超高和过超高两种情况，因此车辆可能出现向曲线 外倾斜和向曲线内倾斜两种工况，所以车辆在曲线上的倾覆会有两种情 况，即向外倾覆和向内倾覆。 5 2 2 1 血线向外倾覆和向内倾覆分界线的确定 外轨超高完全可以平衡离心力，即是指车辆所受的离心力的水平分 力正好等于重力的水平分力。如图5 5 所示，当二力相等时，有： 吒= m ；c o 卵= 蟾s i 们 _ 7 考虑到超高角度较小，可近似认为c 。s 口= 1 ，又s i n 目= 芸 代入式 ，得： 矿=，因此该速度v 即超高一定时，车 辆向内倾覆和向外倾覆的速度分界线。 其中：m 一车辆总质量( 蚝) ，即埘= m 。+ ： 藤 第5 章铁路行车车货物重心最人容许偏移量的研究 矿一车辆通过曲线速度( 吖s ) r 一曲线半径( m ) ； 日一外轨超高角度； ，_ 一外轨超高高度( n u n ) 。 也就黜觐、謦时，车辆所受脯心力的水平分力大于重 力的水平分力，在不考虑其他力的作用下，车辆会向外倾斜：而当 o 矿c 警时，车辆所受的离心力的水平分力小于重力的水平分力， 在不考虑其他力的作用下，车辆会向内倾斜。当这两种情况与其他受力 条件在最不利的情况下组合，车辆向外倾覆和向内倾覆的危险性达到最 大。 5 2 2 2曲线向外倾覆 ( 1 ) 曲线向外倾覆系数数学模型 车辆通过曲线时速度过大，即当矿 冠酚4 2 6 时，外轨超高不足， 重力在水平方向的分力无法平衡离心力，若这时风力由内向外作用在车 体上，横向振动惯性力的方向沿轨面指向曲线外侧，同时车体横向偏移 量向外达到最大时，车辆的倾覆稳定性达到最不利状态，这时车辆向外 倾覆的危险性最大。具体受力情况如图5 6 所示： 北京交通大学硕十学位论文 图5 6 ：车辆在曲线上向外倾覆受力分析 注：f 吐一车体所受离心力( ) ，且心= m ，鲁： 如一转向架所受离心力( ) ，且吃= m ：鲁。 与直线上倾覆系数的计算方法同理，可得车辆在曲线上向外倾斜 时，倾覆系数计算的数学模型为： 近似认为c 。s 臼= l ，