高速货车整体焊接构架式有摇枕转向的研制

高速货车整体焊接构架式有摇枕转向的研制

随着铁路货物快速运输的发展，欧洲、美国和其他国家开发出了性能不同的高速高速车辆车架。例如，法国y35、y37a和y37b、德国drps、dal、da675和lhb93、意大利fiat车架、英国t25sa、瑞典sj架和美国sw车辆管理。这些转向架主要是提高了抗蛇行运动的能力,从而使车辆在高速运行时具有足够的抗蛇行运动稳定性,最高运行速度都可达到140km/h以上。我国正在对主型货车进行提速改造,预计最高运行速度120km/h,改造后运输能力有较大提高,但还不能满足铁路运输发展的需要。因此,研制160km/h高速货车转向架,开行时速为160km的快速集装箱平车、特种行包快运车、快速邮政车等一系列轻便、快捷式货车,以满足高附加值货物运输的需要,适应发展“客车化”的快运货物列车就显得很有必要。齐齐哈尔铁路车辆(集团)有限责任公司开发的160km/h高速货车转向架是2001年国家重点技术创新计划项目和铁道部2000年科技发展计划项目,已完成了方案论证、方案设计、样机试制、型式试验和线路动力学试验等工作。1高速转向架“横向式机械”见图2160km/h高速货车转向架的设计目标为:(1)配装该型转向架的车辆在正线上以160km/h速度运行时,轨道系统的垂直、横向动作用力及磨耗等力争低于现有21t轴重提速货车的对应值;(2)单独编组或与准高速客车连挂时,能够以160km/h速度平稳运行;(3)通过调整转向架的悬挂参数,可以使转向架与棚车、平车等不同形式的货车相匹配。根据上述目标,参照高速转向架的常用方式,结合我国客货车运用情况,采用焊接构架式有摇枕结构、常接触弹性旁承、回转摩擦阻尼定位等,且心盘和旁承共同承载。一系悬挂装置由橡胶液体复合弹簧及垂向液压减振器共同组成;中央悬挂及定位装置由纵向牵引拉杆、圆形橡胶堆、横向液压减振器及横向弹性止挡组成;单元盘形制动,每轴装有1套机械式防滑器;轮对采用与现有准高速客车相同的轮对,轴承为双列圆锥滚子轴承。图1为160km/h高速货车转向架设计方案。2主要技术的确定转向架轴重、自重、轴距及最高运行速度是转向架的主要技术参数,它决定了车辆的载重能力和运行速度等技术指标。2.1客车转向架随着速度的提高,车辆振动加剧,轮轨动作用力加大。从提高车辆的运行品质和安全性考虑,应尽可能降低轴重。国内速度在160km/h以上的客车转向架轴重多为16.5t。运用情况表明,选用轴重16.5t是较为安全的,但考虑尽可能增加货物的运输量,参照国外采用18t轴重的运用情况,本转向架的轴重范围定为16.5t～18.0t,具体运用时可根据实际情况调整相配的车体及载重量。2.2降低转向架抗菌性转向架自重对线路动作用力、构架疲劳可靠性和运行安全性影响较大,较低的转向架自重能够降低动作用力,因此应尽可能降低转向架自重。根据实际情况,转向架的自重应控制在6.0t以内。2.3车辆运行速度应该综合考虑各种因素选取车轮直径。采用直径小于915mm的车轮,虽然有利于降低簧下质量,但车辆运行速度较高,踏面磨耗和轴承温升明显,同时,也限制了制动盘直径。国内普通客车、准高速及高速客车均采用915mm车轮,因此,该转向架选择比较通用的915mm车轮。2.4轴径中心距最大阵风我国C型车轴轴径中心距为1930mm,D轴为1956mm,但客车转向架轴径中心距多采用2000mm,国外也普遍采用2000mm的轴颈中心距,该尺寸有利于优化一系悬挂的外弹簧直径。因此,轴径中心距取2000mm。2.5大焦距对转向架抗磨性能的影响国外客车转向架的固定轴距一般取2150mm～3000mm,国内客车多为2400mm、2500mm。大轴距必将使转向架自重加大,并加剧轮缘磨耗,同时对构架强度不利;轴距过小又限制了中央悬挂参数的布局,同时使构架过渡弯角变小,降低了构架的强度。综合考虑上述因素,固定轴距取2300mm。2.6旁承中心距国内货车转向架中的转8A、转8G、转K2、转K3等型转向架的旁承中心距均为1520mm,考虑今后配备车体的互换性和通用性,旁承中心距仍取1520mm。2.7空车挠度结果我国铁路车辆的车钩高为880mm,转8A心盘面自由高为(690+10)mm,其空车挠度为8mm,则空车情况下心盘面高为682mm,在此情况下能够保证车辆的车钩高为880mm。160km/h高速货车转向架空车总挠度为34.2mm,所以该转向架的下心盘面自由高应为716.2mm,取716mm。2.8下心盘的直径现有提速货车的下心盘直径均为355mm,考虑到车辆的通用性和互换性,下心盘直径仍取355mm。2.9主要技术和性能要求表13主结构该转向架主体结构由构架、摇枕、制动装置、轴箱定位装置、减振装置、牵引拉杆组成、悬挂式常接触弹性旁承等组成,见图2。3.1结构体系设计构架采用整体焊接形式,由2个侧梁、2个横梁以及一些安装座组成,两侧梁中心线的横向中心距为2000mm。侧梁由上下盖板、双腹板和中间隔板组焊成箱形结构,材料为Q345D低合金高强度结构钢,一系垂向减振器座焊接在侧梁上。2个侧梁之间用2根圆筒形横梁连接,横梁上焊有制动吊座、横向减振器座及牵引拉杆座等。3.2弓形箱形结构梁摇枕是由低合金结构钢板(Q345D)焊接而成的弓形箱形结构梁,在摇枕的下盖板上焊有横向止挡座,在摇枕中部焊有横向减振器座,在摇枕的两侧焊有弹性旁承座,在摇枕端部焊有纵向牵引拉杆座。3.3制动盘内纤维动单元采用盘形制动系统,由安装在车轴上的制动盘和悬挂在横梁上的制动单元组成。每台转向架设有制动单元4个,每个盘形制动单元由制动缸、内外侧杠杆、杠杆吊座、闸片托、闸片、闸片托吊、吊销等组成。制动缸为254mm(10in)膜板式单元制动缸,带有闸瓦间隙自动调整器,能自动调整闸片与制动盘之间的间隙。同时,还采用了无级空重车自动调整装置和机械式防滑器。3.4橡胶堆定位器垂向轴箱定位装置由轴箱、轴箱弹簧、轴箱顶簧、无磨耗橡胶堆定位器及垂向液压减振器组成。橡胶堆定位器垂向可承担一定的载荷,并在3个方向实现不同的刚度。轴箱体由B级钢铸造而成,轴箱两侧设有弹簧托盘,弹簧中心距为580mm,轴箱顶部设有1个圆形平台,用于安装轴箱顶部弹簧。轴箱上还设有一系垂向减振器安装座。3.5焊接的旁承座旁承由旁承盖、磨耗板、螺旋钢弹簧、调整垫板以及焊接在摇枕两侧的旁承座组成。下旁承与车体上旁承组成一对摩擦副,选择适当的摩擦因数可以得到理想的摩擦阻力矩,以有效地抑制转向架的蛇行运动。4测试转向架样机试制后,先后进行了摇枕、构架的强度试验和整车的线路动力学试验。4.1载荷试验结果2003年9月,对该型转向架摇枕、构架进行了静强度和疲劳强度试验,试验加载载荷参照TB/T1335—1996《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》取值。静强度试验时,除按照标准进行试验加载外,还在一系垂向减振器座、牵引拉杆座、制动吊座等部位进行加载以考察这些部位的强度。静强度测试结果表明,转向架构架的侧梁圆弧过渡处、侧梁中部下表面、横梁与侧梁连接处、摇枕下表面内弯角处、下心盘旁边的弯角处应力水平较高,最高可达130MPa～160MPa,而许用应力为216MPa,因此,这些部位的静强度有充分的安全裕量,可以满足使用要求。按照TB/T1335—1996《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》的规定,摇枕与构架的疲劳试验载荷循环次数应为200万次。为了考察该转向架的疲劳强度裕量,进行了600万次疲劳试验。完成600万次的加载循环后,对转向架的摇枕和构架进行了磁粉探伤,未发现裂纹。静强度和疲劳试验结果表明,该型转向架的静强度和疲劳强度满足TB/T1335—1996的要求,且有较大的安全裕量。4.2线路动力学试验的结果2004年9月,对配装该型转向架的P4.2.1垂向平稳性指标与横向加速度改革空车状态下,在最高运行速度范围内,被试车直道运行、通过曲线及侧线时,车体上各加速度测点垂向振动加速度最大值为0.65g,小于限度值(0.70g),垂向平稳性指标最大值为3.35,属于优级;横向振动加速度最大值为0.35g,小于限度值(0.50g),横向平稳性指标最大值为3.58,属于良好级;通过曲线及侧线时,轮轴横向力、脱轨系数、倾覆系数、轮重减载率最大值分别为28.74kN、0.78、0.64、0.62,均在GB/T5599—1985《铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范》的限度值范围之内。4.2.2垂向平稳性指标与横向加速度指标重车状态下,在最高运行速度范围内,被试车直道运行、通过曲线及侧线时,车体上各加速度测点垂向振动加速度最大值为0.52g,小于限度值(0.70g),垂向平稳性指标最大值为3.77,属于良好级;横向振动加速度最大值为0.22g,小于限度值(0.50g),横向平稳性指标最大值为2.73,属于优级;通过曲线及侧线时,轮轴横向力、脱轨系数、倾覆系数、轮重减载率最大值分别为45.48kN、0.80、0.47、0.60,也均在GB/T5599—1985《铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范》的限度值范围之内。5高速项目转向架性能试验研制高速货车转向架在强调速度的同时,既应保证车辆具有合理的载重能力,又要考虑货车的实际运用特点,使其具有提速客车转向架的结构形式和性能要求,同时还兼顾经济合理性。在分析对比各方面因素的基础上,提出了本文阐述的160km/h高速货车转向架。样机试制过程表明,该转向架设计合理可行。强度试验和线路动力学性能试验表明,该转向架具有较好的运用可靠性和整车动力学性能。总之,160km/h高速货车转向架的研制成功,为我国研制高速铁路货车奠定了重要基础。《中国科技科技期刊汇编》期刊的学科影响率是指该刊历年发表的论文在统计当年被其同类学科中的统计源期刊(包括该刊在内)所引用的期刊数量占该学科当年统计源期刊总数的比例。此值越大,表明该刊在同类学科期刊中的影响也越大。200512技术文献出版社公开出版的《2