铁路客车转向架技术的发展与应用

铁路客车转向架技术的发展与应用

铁路列车是完成客运任务的重要技术设备。这不仅要求乘客多乘，而且完成了重要的客运任务，这不仅与乘客的安全、舒适、快速的交通密切相关。而转向架是客车关键部件之一,直接关系到旅客的安全性、舒适性。1转向架结构、构造及防护技术我国铁路客车从20世纪50年代的21型客车发展到现在的25型客车,不论是车体钢结构、车内装饰、车内设备,还是转向架方面均取得了长足的技术进步,科技含量越来越高。客车最高运行速度从50年代的100km/h逐步提高到120km/h、160km/h直至200km/h,客车最高试验速度从70年代末的160km/h逐步提高到187km/h、212.6km/h、239.7km/h、321.5km/h。客车运行速度之所以能不断提高,试验速度不断被刷新,关键在于技术先进、参数匹配、性能优良、运用安全可靠的客车转向架。在这50多年中,先后研发的转向架与相应客车相继投入运用:与21型客车相对应的转向架有101型、102型等;与22型客车相对应的转向架有202型、206型、209型等;与25A、25G、25B型客车相对应的转向架有209T型、209改型、209PK型、206K型、206G型等;与25Z型准高速客车及25K型快速客车相对应的转向架有CW—2型、206KP型、206WP型、209HS型等;与25T型提速客车相对应的转向架有CW—200K型、SW—220K型;与BSP25T型提速客车相对应的转向架有AM96型、SW—220K型;与时速200km各型电动车组相对应的转向架有CW—200型、SW—200型、PW—200型等;与时速270km“中华之星”号电动车组相对应的转向架有CW—300型、SW—300型等。可以看出,我国铁路客车转向架的种类很多。从构架结构上分,有铸钢结构转向架及焊接构架转向架,有带均衡梁导框式转向架及无导框式转向架等;从轴型上分,有C轴及D轴转向架等;从构造速度上分,有100km/h转向架、120km/h转向架、140km/h转向架、160km/h转向架、200km/h及270km/h转向架等;从二系悬挂结构上分,有有摇动台结构转向架、无摇台结构转向架及无摇枕结构转向架等;从二系悬挂弹簧形式上分,有椭圆弹簧悬挂转向架、圆弹簧悬挂转向架及空气弹簧悬挂转向架等;从轴箱定位结构上分,有各种导柱式轴箱定位转向架、小拉杆式轴箱定位转向架、转臂式轴箱定位转向架、拉板式轴箱定位转向架等;从基础制动装置结构上分,有双侧高磷瓦(中磷瓦)踏面制动转向架、盘形制动转向架及复合制动转向架等等。总之,我国铁路客车转向架经历了50多年的发展,不论从结构上、技术参数上、材质上,还是从性能上、安全可靠性上、运用检修上都取得了巨大的技术进步。在引进、吸收、消化国外客车转向架技术方面,也走过了很长的路,并在促进本国转向架技术发展方面起到了很大的作用。20世纪50年代末、60年代初,四方机车车辆厂曾为配装新造低重心轻快列车研制了空气弹簧悬挂的铰接式转向架;60年代中期,长春客车厂和四方厂分别为装配新造25.5m轻型高速列车研制了无摇动台结构空气弹簧悬挂的CCKZ1型、KZ2型和KZ3型转向架;70年代,四方车辆研究所、四方厂和长客厂联合研制了时速160km的无摇动台结构高圆簧悬挂的L78型高速客车转向架,该转向架充分吸取了国外高速客车转向架的设计经验,其后长客厂还先后探索了类似法国的Y32型、日本的DT200型高柔簧、无摇动台、无摇枕二系悬挂的转向架和一系双侧单拉板轴箱定位转向架;到80年代中期以后,长客厂引进英国客车技术,与英国联合设计,由英国制造了3辆客车,也引进了英国BT—10型转向架技术,为我国生产CW—2系列转向架奠定了技术基础;到了90年代初及以后,我国已开始研制准高速客车及探索200km/h以上的高速客车技术,更积极吸取国外高速客车转向架先进技术,从而研究、开发出一批技术先进、性能优良的客车转向架,如时速160km的CW—2型、206KP型、209HS型转向架及时速200km的CW—200型、SW—200型、PW—200型转向架等,甚至时速270km的SW—300型、CW—300型转向架等,说明我国铁路客车转向架技术取得了长足的技术进步。在这50年中,早期的一些技术落后、性能差以及解放前的杂型转向架已逐步被淘汰。2型c轴转向架202型转向架为我国主型C轴客车转向架,构造速度为120km/h。该转向架是1958年由四方厂设计的,1959年开始批量生产,1972年定型。其间,有关工厂先后修改设计、生产出5种202型转向架,即202原型、202A型、202B型、202C型及202定型等5种202型转向架。5种202型C轴转向架总体结构形式基本上是一致的,都是无均衡梁、无导框的H型构架式两系悬挂结构。它们的主要区别是:(1)202原型转向架为1958年设计、1959年生产的试验型转向架。其主要特征是一系、二系悬挂装置均带有液压减振器,基础制动装置的传动杠杆为导托滑轮式。(2)202A型转向架是1963年生产的转向架。其主要特征是取消了一系轴箱螺旋圆弹簧悬挂装置的液压减振器,基础制动装置中的传动杆改为吊挂式。(3)202B型转向架为1967年生产的转向架。其主要特征是轴箱两侧挂有提杆安全装置,并采用油导筒式轴箱定位装置。(4)202C型转向架为1962年由长客厂设计生产的。其主要特征是二系摇枕弹簧悬挂采用椭圆弹簧。(5)202定型转向架为1972年定型后生产的转向架,其主要特征是采用有间隙干摩擦导柱式轴箱定位装置和塑料制动销套等。图1为202型定型C轴客车转向架结构图。202型C轴转向架适用于22型和23型的YZ22、YZ23、YW22、RW22、RW23及RYW型等客车。截至1986年年底生产了2万余辆份,至1988年9月起全部停止生产,并改用D轴206型、209型转向架。202型C轴转向架的主要结构形式、几何尺寸及主要技术参数汇总于表1。除了202型C轴转向架用于22型主型客车外,还有201型、203型、204型、205型及210型D轴转向架。它们分别适用于CA22型餐车、CA23型餐车、YZ31型市郊客车、XL22型行李车、UZ22型邮政车等,有的还适用于YZ22型、YZ23型、YW22型及RW22型等客车。这些转向架的主要结构形式、几何尺寸及技术参数也列于表1。2.2206系列转向架206型转向架是我国主型D轴客车转向架,设计构造速度160km/h。206(207)型转向架是四方厂在1971年—1972年间为中、蒙、苏国际联运客车而设计制造的D轴准轨(207型为宽轨)转向架。206(207)型转向架是在总结UD1型(1960年为我国第1列双层客车设计的D轴转向架)、UD2型(1964年原为国际联运客车设计,分准轨、宽轨2种D轴转向架,后用于北京—南宁的客车上)、KZ1型(1965年为25.5m高速列车的行李发电车设计的C轴转向架)等U型构架式转向架基础上设计制造的新型U型转向架,也即UD3型转向架。在70年代末,四方厂还研制过UD4、UD5型转向架。1986年,四方厂还研制了无摇动台的206W型转向架。1989年,四方厂根据50辆国际旅游列车的要求,设计制造了206G型转向架。90年代初铁道部开始研制3列广深线准高速列车时,四方厂又成功研制了时速160km的206KP和206WP型准高速转向架,应用于RZ125Z、RZ225Z、RZXL25Z、CA25Z及KD25Z等准高速客车以及随后用于大提速的25K型各种快速客车上。经过50多年的发展,四方厂为我国铁路研制开发出了206系列客车转向架。206(207)型转向架于1987年11月通过了铁道部科技成果鉴定,装车数达4000多辆。206KP、206WP型转向架随准高速客车于1996年11月也通过了铁道部科技成果鉴定,至2001年年底,装车数共计近400辆。206系列客车转向架经历了产生、发展、不断改进、不断完善的过程,虽在局部结构和设计参数上有些区别,但其总体结构形式基本上是一致的。图2为206型转向架结构图。其主要特点是采用了U型铸钢构架、干摩擦导柱式轴箱定位、小摇动台式摇枕弹簧悬挂、双片吊环式单节长摇枕吊杆、构架外侧悬挂、两系圆弹簧悬挂、摇枕弹簧带油压减振器、吊挂式闸瓦踏面基础制动等技术。经过在不同线路上的动力学性能试验表明,206(207)型转向架具有良好的动力学性能,最高试验速度达到157km/h。1992年4月—6月及1994年3月—4月,在铁道科学研究院东郊环行铁道试验线上,206KP和206WP型转向架分别进行了第1次准高速转向架的动力学性能试验,最高试验速度达到187km/h;而在1994年9月—10月间在广深线准高速客车动力学性能试验中,最高试验速度达到174km/h,创下了当时我国铁路客车正线最高试验速度的纪录。206W型转向架的主要结构特点是:(1)采取无摇动台结构,简化了结构,减少了检修工作量,但增加了纵向拉杆和横向油压减振器;(2)利用摇枕弹簧加橡胶垫来减小其二系悬挂横向刚度,重车下二系悬挂当量吊杆长度达800mm以上;(3)加大了两二系摇枕弹簧中心间距,以提高抗侧滚能力。206G型转向架的主要结构特点有:(1)改进了轴箱定位结构,加大了定位刚度;(2)用纵向牵引拉杆代替摇枕纵向挡结构;(3)二系悬挂增设了横向油压减振器;(4)制动销套全部改为1级精度的耐磨销套。以上措施均有利于提高车辆的横向动力学性能。图3、图4分别为206WP、206KP型转向架结构图。206WP型转向架用于准高速KD25Z型发电车,而206KP型转向架用于准高速RZ125Z、RZ225Z、CA25Z及RZXL25Z等座车、餐车、座席行李合造车及提速25K型客车。206WP、206KP型2种转向架的总体结构形式基本是一致的,除了二系摇枕弹簧悬挂装置和构架侧梁局部不同外,其他部分完全相同。两转向架的主要结构特点是:(1)均为无摇动台结构、全旁承支重、弹性中心销轴牵引,均在构架和摇枕间设有牵引拉杆、横向缓冲器及横向油压减振器;但206WP型转向架二系为高圆簧外侧悬挂,并设有垂向油压减振器,而206KP型转向架二系则为空气弹簧悬挂,并设有抗侧滚扭杆装置;(2)构架、摇枕均为焊接结构,构架侧梁均为U形,但206WP型构架侧梁外侧焊有圆簧支承台,而206KP型构架侧梁中间凹部焊有一个支承空气弹簧的圆盘;(3)一系悬挂均采用轴箱顶部圆簧和转臂式轴箱定位装置;(4)均采用盘形加踏面复合制动的基础制动装置。2.3SW—160型转向架1997年,四方厂在206KP、206WP型转向架设计、制造和运用经验的基础上,为25K型快速客车及高档快速客车研制、开发了SW—160型转向架(如图5所示)。该转向架针对206WP、206KP型转向架存在的问题,在结构和参数上均进行了改进和调整,其主要结构特点如下:(1)构架侧梁由206KP型转向架两单片钢板压型焊接改为4块钢板拼焊而成,扩大了中部U形空间,并局部改进了构架端部轴箱弹簧座结构,不仅使空气弹簧有更大的安装空间和更合理的设计参数,而且增加了构架端部的强度。(2)在轴距由2400mm增大至2560mm的同时,还将两空气弹簧横向间距由1956mm增至2300mm,以实现外侧悬挂,不仅有利于提高运行稳定性和抗侧滚性能,也有利于取消抗侧滚扭杆装置,简化转向架结构。(3)原206KP型转向架采用空气弹簧,而206WP型转向架采用高圆簧,现均可采用空气弹簧,分别为SYS550D和SYS640型空气弹簧。当高档客车装用SW—160型转向架时,也可采用进口的600型空气弹簧;还对横向减振器安装位置作了改进,同时降低了减振器的阻尼值。(4)仍采用转臂式弹性轴箱定位装置,但进一步优化了结构和定位参数。由于SW—160型转向架具有比206WP、206KP型转向架更佳的运行性能,所以从1998年起在25K型快速客车和高档客车上得到了快速推广应用。至2001年年底,总装车数就达约800辆份,超过了同期的206WP型(29辆份)、206KP型(355辆份)的装车数量。2004年,为满足铁路干线第5次提速的需要,四方厂研究、开发了持续运行速度160km/h的SW—220K型转向架,装用于25T型提速客车和BSP25T型提速客车上,图6为SW—220K型转向架结构图。SW—220K型转向架的主要结构特点是:采取了无摇枕的空气弹簧二系悬挂结构,车体直接坐落于空气弹簧上,进一步简化了转向架结构;两侧空气弹簧横向中心距达到2300mm,成为外侧悬挂,提高了抗侧滚性能,因此,该转向架未设抗侧滚扭杆装置。采用了抗蛇行减振器,以获得必要稳定的回转阻尼,提高了转向架蛇行运动的稳定性。采用转臂式弹性轴箱定位装置。2004年,铁道部向青岛四方-庞巴迪-鲍尔铁路运输设备有限公司采购了338辆BSP25T型提速客车,其中,187辆装用加拿大庞巴迪公司在法国ANF子公司生产的AM96型转向架。该转向架在比利时国家铁路(SNCB)装于国际城间快车上,已有20多年运用经验。该转向架2000年7月经改进设计后装在25K型软座车上分别在中国进行了2次安全评估动力学性能试验,试验结果显示各项指标均满足合同要求。AM96型转向架的主要结构特点是:(1)为无摇枕结构;(2)原型AM96型转向架采