国外重载货车转向架发展综述_贺启庸
欧洲铁路货车转向架发展综述
Ｕ Ｃ、Ｓ 标 准转 向架 ， Ｉ ＴＩ Ｌ代表 轴重 为 ２ ． ， 代 表满 ２ ５ｔｓ
轴重最 高速 度为 １０ ｋ ／ ， ０ ｍ ｈ ｄ代 表采 用 的 是 双 闸瓦 单瓦 托 的 型 式 ， 则 代 表 采 用 的 是 Ｋ 型 合 成 闸 Ｋ 瓦 ¨ 。Ｙ ５原 型转 向架 因为具有 很大 的一 系纵 向 刚 ２ 度， 导致 曲线 通过 困难 、 噪声高 、 磨耗 大 。因此 ， 多 许 辅助 曲线导 向的设 计 得 到 了应 用 ， 如 双 侧利 诺 尔 例
Ｔ ｔ ｖ ｇｎ ａａ ． ａ ａａ６ ｋ ．ｓ设计 的 Ｙ ５ ｓ Ｏ ｒ ２ Ｌ （ ）一Ｓｈ ｆ ｌ 向 ｃｅ ｅ 转 ｆ 架， Ｏ代表 辅 助 曲线 导 向 ， ｃｅ ｅ 代 表 采 用 了谢 菲 Ｓｈｆｌ 尔 的轮对交 叉 支撑 技 术 。实 际 上 ， ２ Ｙ ５转 向架 的改 进是 可 以通 过型 号编 码识别 的 ， 如 ， ２ 例 Ｙ ５一Ｇｇｂｘ ｉａｏ
Ｙ ５基 础 之 上 ， 国 又 陆 续 开 发 了 Ｙ ３ Ｙ ７等 货 车 ２ 法 ３ ，３
２ 欧 洲本 土研 发 的转 向架
２ １ Ｙ ５ 系 列 ． ２
Ｙ ５系列转 向架 有 多 种 型 号 ， 欧洲 铁 路 货 车 ２ 是 转 向架 的代 表 ， 由法 国 研 制 ， 后 被 引 进 到 其 他 国 之 家 ， 德 国 的 Ｄ ６ ８ Ｄ ６ ９系 列 ， 典 的 Ｙ ５ Ｔ 如 Ｂ２ 、Ｂ２ 瑞 ２ＴＶ
架 技术 ， 是在 重载 方 面 显然 落 后 于 美 国和 南 非 等 但 国家 。 因此 ， 在北 欧 的一些矿 山专 有线 路上 ， 引进 了 来 自美 国和南 非 的 大轴 重 转 向架 ， 如 ：ｗｎ ｏ 例 Ｓｉ Ｍ． ｇ
国内外永磁直驱转向架发展及展望
经过各国二十多年的研究，转向架永磁直驱技术刚凸显其优点，还有很多地方需要完善。如通过永磁直驱电机电制动实现零速控制，以及进一步降低簧下质量避免转向架固有性能恶化等等。永磁直驱系统具有效率高、自重轻、低噪声及良好的动力学性能等优势，在轨道车辆牵引中具有广阔的应用前景。永磁直驱技术已成功应用于≤140kmh中低速轨道交通领域，随着中低速永磁直驱列车的逐步推出和商业化运营，针对高速轨道车辆的永磁直驱技术将会是未来的研究重点。
参考文献：
[1]沈钢.轨道车辆系统动力学[M].北京：中国铁道出版社,2009.
[2]罗湘萍.一种双T型构架弹性铰接的柔性架悬直驱径向转向架：CN105882665A[P].2016.08山东省青岛市人，硕士研究生学历，中车青岛四方机车车辆股份有限公司设计师，主要研究方向：转向架。
图2 Syntegra转向架
2.法国
法国的永磁直驱系统已经进入商业运营阶段，主要用在新一代的低地板轻轨车辆的Ixege动力转向架上，采用的是轮毂电机方式的直驱技术。2014年法国阿尔斯通公司为低地板车辆 Citadis开发了120 kW全封闭永磁同步牵引电机。在此基础上，阿尔斯通公司开发了采用永磁直驱传动技术的低地板车辆转向架Ixege，于2009年8月开始交付，Citadis型轻轨车辆是Alstom在轨道交通领域里的一个非常重要产品，在欧洲地区占有相当大的市场份额，该系列轻轨已经累计销售了1500列以上，分别运行在全世界的40多个城市中。该转向架采用独立车轮结构，电机采用轮毂电机。Ixege转向架如图3所示。
图4 RMT11型直驱牵引电机
4.中国
（1）中车浦镇。2017年6月，中车浦镇车辆厂设计了一款永磁直驱柔性构架转向架。采用轴悬直驱方式，空心轴（转子）通过六连杆同左右轮对相连接，传递力矩。此种驱动方式机构较多，检修复杂，且增加了簧下质量，只适用于中低速的轨道车辆。转向架如图5所示。（2）中车四方股份。2019年5月，中车四方股份研制出一款设计速度140km/h的架悬式永磁直驱转向架，详见图6。该直驱转向架创造性的采用空心轴六连杆机构驱动机构。该机构由外空心轴、橡胶关节、连杆、内空心轴、法兰盘等部件组成。法兰盘与车轴过盈配合，固结在车轴上。内空心轴与法兰盘通过橡胶关节、连杆相连，内空心轴另一端以同样的方式与外空心轴相连。内空心轴两端的橡胶关节分别在同一平面内，所以六连杆驱动装置会有很大的扭转刚度，可以稳定而匀速地传递扭矩。外空心轴通过密齿和电机转子突出部分的密齿相连，用于传递扭矩，并用螺栓带紧。由于橡胶关节偏转刚度较小，因此六连杆驱动装置的偏转刚度很小，可以有效地使车轴和电机在垂向、纵向解耦。
货车转向架(2)
二、 主要特点
采用直径为375mm的下心盘，下心盘内 设有尼龙心盘磨耗盘; 采用JC型双作用常接触 弹性旁承; 装用25t轴重双列圆锥滚子轴承，采 用轻型新结构HEZB型HEZD型铸钢车轮或 HESA型辗钢车轮；基础制动装置为中拉杆式 单侧闸瓦制动装置，采用L-A或L-B型组合式制 动梁，高摩合成闸瓦。
常见故障及其在运用中的处理
?措施：轴承破损、甩油、高温报警时更换轮 对，轴端螺栓松动时紧固（满足力矩要求 315~345N·m）。
常见故障及其在运用中的处理
?1.7 车轮踏面剥离、缺损、擦伤、局部凹下 ?措施：按照运规检查，超限时更换轮对。
常见故障及其在运用中的处理
?1.8 摇枕、侧架裂纹 ?措施：摇枕、侧架裂纹时更换。
? 发生侧架导框纵向与滚动轴承外圈接触故障时须扣 临修，扣修的转 K5型转向架，须重点检查承载鞍的技 术状态，承载鞍磨耗、破损时更换新品。
常见故障及其在运用中的处理
? 2006年前3季度，共检修C80型敞车2505辆， 退卸轴承1674套，故障退卸率已超过8％。 其中TBU150型轴承544套；353130-2RS型 轴承238套；TAROL150 型轴承871套； AP150型轴承21套。
常见故障及其在运用中的处理
?双层集装箱车X2K（H）装用的FAG TAROL 150型轴承外圈剥离的质量问题较严重，为 此铁道部已下发文件要求在2月27日前要全 部将双集车上装用的FAG TAROL150 型轴承 更换完毕。目前在线运行车辆轴承均为更换 的新品轴承（主要区别增大了轴承游隙）。
磨合状态，当拆下斜楔检查后再组装时，应装回原位，不允许 换位混装（更换新斜楔时除外）。
5 挡键与轴承外圈的间隙不得小于2mm。
6 同一轮对车轮直径之差不超过1mm，同一转向架新造时轮 径之差不超过4mm，单个车轮的静态不平衡力矩不大于 1.226N·m(125g·m) 。 7 同一转向架两侧架固定轴距之差不大于2mm（选用同一铲 豆的侧架）。 8 同一转向架承载弹簧、减振弹簧的外簧自由高之差新造时 分别不得超过3mm,内簧自由高之差不得超过2mm，须选配使用。 弹簧落位后，应检查承载内簧必须落入摇动座的定位脐中，不 允许产生卡阻。
喜报！中车ZK1-K型转向架获得北美铁路“运行权”
喜报！中车ZK1-K型转向架获得北美铁路“运行权”
为了适应北美铁路货车重载的发展需要，美国铁路运输技术中心（简称TTCI）于2011年开展了“集成货车转向架”项目，该项目总共邀请了世界范围内不同公司的4种不同型号的集成转向架参加，中车齐齐哈尔公司自主研发、拥有完全知识产权的ZK1-K型转向架受邀参加并于近日通过了北美铁路协会（简称AAR）认证。
▼认证证书
ZK1-K转向架性能优越，兼顾了直线运行稳定性与曲线通过性能，具有低动力、准径向、低磨耗的优点，可以有效改善北美货车面临的问题。
鉴于ZK1-K转向架优越的性能特点，中车齐齐哈尔公司于2015年向AAR提交该转向架A认证申请。
2016年，ZK1-K型转向架在CCTI进行了AAR M-976官方正式动力学试验，通过了全部12个试验项目。
目前，该转向架已经通过 AAR M976认证；摇枕、侧架等大部件已经通过AAR M201、M202、M203、M210认证，AAR委员会已经下发正式通过函。
ZK1-K转向架成为中国首个通过AAR委员会批准可以在北美铁路上线运行的转向架，标志公司高端转向架已打开北美铁路市场，为公
司产品持续销往北美市场奠定坚实基础。
国内外货车转向架发展简介
国内外货车转向架发展简介
普通转向架：
轮对定位刚度大 冲角大、小曲线轮缘磨
耗严重
径向转向架：
存在导向装置 轮对中心线处于曲线径
向位置、轮缘磨耗少
径向转向架的基本原理
国内外货车转向架发展简介
1.2.2.1 车体导向式径向转向架 车体导向式径向转向架的导向原理是当进入曲线运
行时，车体与转向架间必然产生相对的回转运动，因而 产生一个相对偏转的角度。这个偏转角度与轮对进入径 向位置所要求的相对转向架构架的偏转角度是成正比例 的。因此可以用杠杆系统或液压系统将这两种偏转运动 联系起来，使轮对产生相应的偏转而保持在曲线的径向 位置。
国内外货车转向架发展简介
1.1.5 英国TF25型转向架 TF25型转向架是英国研制的整体构架式货车转向架
。轴箱悬挂采用了类似客车转向架的结构，如轴箱顶弹 簧悬挂、一系液压减振器、转臂式轴箱定位装置等。
TF25型转向架的结构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 架的动力学性能。TF25型转向架已开始在集装箱平车、 自卸车等货车上得到应用。
导框摇动座
国内外货车转向架发展简介
国内外货车转向架发展简介
摆动机构的摆动过程
国内外货车转向架发展简介
1.2.2 径向转向架 定义：车辆通过曲线时，所有轮对都有趋于曲线径向 位置的能力的转向架，称为径向转向架。 分类：根据导向原理不同，可分为自导向径向转向架 和迫导向径向转向架两种。 优点：便于车辆通过小半径曲线，减少轮缘磨耗。
DRRS型转向架有2种基本结构形式，运行速度为 120km/h时采用双侧踏面制动；运行速度为160km/h时采 用盘形制动，每轴上安装3个制动盘单元。
焊接构架
货车转向架技术发展研究综述
货车转向架技术发展研究综述摘要：转向架是引导车辆沿钢轨行驶和承受来自车体和线路的各种载荷并缓和动作用力、保证铁路车辆运行品质的关键部件。
本论文总结了我国铁路货车转向架技术发展和取得的成果，科学、系统地阐述了铁路货车转向架技术知识及不同结构型式转向架的技术特征和产品谱系，并对铁路货车的未来发展进行展望，基本方向仍然立足于快速、重载，同时结合计算机仿真技术、新材料、信息技术等多方面的发展。
关键词：结构原理；转向架技术；性能1引言铁路货车转向架一般由轮对轴箱装置、弹性悬挂装置、构架或侧架、基础制动装置、转向架支承车体的装置等组成。
对货车转向架的一般要求是：结构简单合理，工作安全可靠，运行性能良好，制造成本低廉，维护检修方便等,上世纪90年代,采用交叉支撑技术对转8A型转向架进行提速改造,货车运营速度由70～80km/h提高到120km/h，满足货车全面提速要求,从2003年开始载重70t级通用货车和载重80t级专用货车全面采用转K6、转K5型提速重载转向架，使我国铁路货车轴重由21t提升到23～25t，速度100～120km/h，实现重载提速要求，2011年开始研制应用27t轴重DZ1、DZ2、DZ3型转向架和30t轴重DZ4、DZ5型转向架，最高运行速度满足100km/h运用要求，使我国铁路货车的列车轴重、牵引重量和年运量将全面达到国际重载标准。
2主要技术研究转向架抗菱刚度是影响转向架性能的重要参数，直接影响车辆蛇行失稳临界速度、车辆运行平稳性与脱轨安全性，转向架抗菱刚度是使两侧架前后错动而引起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，按图1示图符号，一侧侧架的抗菱刚度为：式中，----转向架抗菱刚度----作用于一侧侧架处的剪切力矩----侧架的菱形变位角图1抗菱刚度示意图2.1三大件式转向架对于普通三大件式货车转向架而言，转向架的抗菱刚度基本由摇枕弹簧、斜楔减振装置提供，其中斜楔提供的抗菱刚度起主要作用，因此在转向架设计中常采用加宽斜楔的方式来提高转向架的抗菱刚度，但是当车辆运用一段时间以后，随着斜楔的磨耗转向架抗菱刚度降低，一方面造成车辆蛇行失稳临界速度下降，另一方面由于车辆动力学性能不断恶化，加剧了车辆关键零部件的磨损。
我国货车转向架的现状与发展趋势
我国货车转向架的现状与发展趋势货车转向架是货车的重要组成部分，它直接影响着货车的行驶稳定性和安全性。
随着我国经济的快速发展，货车运输需求不断增加，货车转向架的市场需求也在不断扩大。
本文将从我国货车转向架的现状和发展趋势两个方面进行探讨。
一、我国货车转向架的现状我国货车转向架的生产技术和质量水平已经得到了很大的提高。
国内一些大型货车制造企业已经具备了自主研发和生产货车转向架的能力，同时还有一些专业的转向架生产企业，它们的产品质量和技术水平也得到了不断提升。
然而，我国货车转向架的生产企业数量较少，市场竞争程度不高，导致一些企业在产品质量和技术水平上存在差异。
此外，一些小型货车制造企业和个体户也存在着使用低质量转向架的情况，这给货车的行驶安全带来了一定的隐患。
二、我国货车转向架的发展趋势随着我国货车运输需求的不断增加，货车转向架的市场需求也在不断扩大。
未来，我国货车转向架的发展趋势将呈现以下几个方面： 1. 技术水平不断提高。
随着科技的不断进步，货车转向架的生产技术将不断提高，产品质量和性能也将得到进一步提升。
2. 产品结构更加多样化。
未来，货车转向架的产品结构将更加多样化，以适应不同类型货车的需求。
3. 环保节能成为主流。
随着环保意识的不断提高，未来货车转向架的生产将更加注重环保节能，推出更加环保的产品。
4. 产业竞争加剧。
随着市场需求的不断扩大，货车转向架的生产企业数量也将不断增加，市场竞争将更加激烈。
我国货车转向架的现状和发展趋势都呈现出积极的态势。
未来，我们需要加强对货车转向架的质量监管，推动货车转向架产业的健康发展，为我国货车运输事业的发展做出更大的贡献。
铁路重载货车转向架新技术应用
铁路重载货车转向架新技术应用摘要：铁路重载货车转向架是保证铁路重载运输的关键部件,目前已发展到40t轴重.载质量的增加和运行速度的提高导致轮轨损坏加剧,因此要求重载转向架具有低动力、准径向、低磨耗等特性,为实现上述特性,目前主要采取增加一系轴箱柔性弹性悬挂、侧架摆动、双作用常接触弹性旁承、非金属磨耗件等技术,且具有良好的实现效果.同时随着客户、环保等方面的需求,转向架降噪、轻量化、供电等技术的研究成为铁路货车重载转向架下一步新研究的方向.关键词：重载及快捷转向架;低动力作用;降低噪声一、货车转向架关键技术铸钢三大件式转向架一直是我国货车的主型转向架，主要有交叉支撑、摆动式、副构架等结构形式。
其中，交叉支撑转向架技术已得到了大批量应用，占我国货车保有量的96，摆动式转向架占4，副构架转向架正在运用考验。
(一)交叉支撑转向架关键技术1.1交叉支撑技术交叉支撑转向架采用2个相互交叉的杆件及配套橡胶垫将2个侧架弹性地连接在一起，保证了转向架动力学性能的稳定可靠，适应了我国线路的实际情况，满足了我国货车提速重载的需要。
交叉支撑转向架关键技术包括侧架交叉支撑弹性连接技术、轮对弹性定位技术、中央悬挂系统技术、双作用弹性旁承技术。
(1)交叉支撑技术原理交叉支撑转向架是在三大件式转向架的基础上，采用一种相互交叉的杆件，将左右侧架弹性地连接在一起，以提高转向架的抗菱刚度。
加装交叉支撑装置后，转向架抗菱刚度主要由2个部分组成：一是摇枕两端的弹簧和斜楔减振装置提供的抗菱刚度；二是由交叉杆提供的抗菱刚度。
通过选取适宜的交叉杆端部弹性连接刚度，就可获得理想并且稳定的抗菱刚度。
利用转向架参数试验台对交叉支撑转向架进行了抗菱刚度测试，结果表明其抗菱刚度是原三大件式转向架的3倍～6倍。
抗剪刚度测试结果表明，其抗剪刚度比传统的三大件式转向架提高了2倍～3倍。
(2)交叉支撑中部弹性连接技术交叉支撑技术中两交叉杆的中部连接技术尤为重要。
国外重载货车转向架的技术发展现状及发展我国铁路重载货车转向架的若干思考
图 ３ 控制型转向架
１． ４ 南非重载货车转向架现状 南非 ６ ０％ 货车 转 向 架 为 径 向 自 导 向 的 谢 菲 尔 转
国外重载货车转向架的技术发展现状及发展我国铁路重载货车转向架的若干思考 刘宏友
３
南非以自导向径向转向架为 Ｂ ａ ｒ ｂ ｅ ｒ型 转 向 架 为 主 ， 主； ）美 国 采 用 状 态 修 与 计 划 修 相 结 合 的 维 修 方 （ ４ 俄罗斯 实 行 计 划 修 ； 澳大利亚铁路货车采用计划 式； 修， 零部件实行换件修 。
国外铁道车辆 第 ４ ９ 卷第 １ 期 ２ ０ １ ２年１月
） ， 向架 （ 图４ 其 型 号 分 别 为 ＭＫ ＭＫ ＭＫ －Ⅲ 、 －Ⅳ 、 －Ⅴ 和 ＭＫ ２ ０％ 为 Ｂ ａ ｒ ｂ ｅ ｒ Ｓ ２ 型交叉支撑转向架 ， ２ ０％ －Ⅶ 型 ， － 为标准 Ｂ ａ ｒ ｂ ｅ ｒ型转向架 。
收稿日期 ： ２ ０ １ １ １ ０ １ ８ － － ， 作者简介 ： 刘宏友 ， 男（ 江苏连云港市人 ， 教授级高级工程师 。 １ ９ ７ ３ －）
图 １ 改进的控制型转向架
２ （ ）轴重以 ２ 少量转向架轴 ２ ９ ． ８ｔ和 ３ ２ ． ４ ３ｔ为主 ， 。 重为 ３ ５ ． ７ｔ 北美 铁 路 协 会 （ ＡＡＲ）下 属 的 运 输 技 术 中 心 （ ） 研究认为 ： Ｔ Ｔ Ｃ Ｉ （ ）运营速度不 高 于 ８ ／ 控制型转向架 １ ０ｋ ｍ ｈ 时， 技术经济性好 ； （ ）运 营 速 度 为 １ ／ ／ 与摆 ２ ０ ０ｋ ｍ ｈ～１ ２ ０ｋ ｍ ｈ 时， 带有 一 系 弹 性 悬 挂 的 交 叉 支 撑 转 向 架 式转向架相比 ， 的技术经济性好 ， 寿命周期成本低 ； （ ）径向转 向 架 适 用 于 半 径 小 、 曲线多的线路条 ３ 件。 １． ２ 加拿大重载货车转向架现状 加拿大重载货车的矿石车全部采用标准控制型转 向架 ， 运煤车主要采 用 Ｂ ａ ｒ ｂ ｅ ｒ Ｓ ２型交叉支撑转向架 － （ ） ， 图２ 部分采用在 Ｂ ａ ｒ ｂ ｅ ｒ Ｓ ２ 型基础上开发的 ＡＲ ２ － － （ ） 或Ｄ 型转向架 。 Ｒ ２ －
重载铁路货车转向架技术应用及发展趋势
重载铁路货车转向架技术应用及发展趋势摘要：目前，我国转向架技术已经在国际上占据前列地位，技术应用较为广泛，但是原创性基础与一些国家相比还存在差距，因此，要强化铁路货车转向架技术，尤其是重载铁路货车转向架技术。
为了适应铁路运输发展新要求，中国的一些制造企业要逐步成为货车转向架技术引领者，要提升铁路货运能力，满足铁路获取运输增长的需求，突出核心技术发簪，在先进、成熟、经济、适用、可靠基础上，充分利用现有技术成果，实现自主创新，实现重载铁路货车转向架技术的突破。
关键词：铁路货车；转向架技术；应用及趋势转向架是重载铁路货车的关键部件，目前已经发展为40ｔ轴重，载重质量的逐步增加和运行速度提高导致转向架损坏加剧，因此，对于转向架的要求逐步提高。
重载铁路货车转向架要具备低动力、准径向、低磨耗等优良特点，采取增加一系轴箱柔性弹性悬挂、侧架摆动、双作用常接触弹性旁承、非金属磨耗件等技术。
铁路货车转向架技术未来要朝着降噪、轻量化等技术发展。
一、我国铁路货车转向架发展概况（一）国内铁路货车转向架概况上世纪90年代，我国积极引进西方先进技术，加强自主创新，逐步研发出速度120km／h、21t轴重的转K2型、转K1型转K3型和25t轴重的转K6型、转K5型、转K7型转向架。
1998年，装用转K2型转向架的P65型行包快运棚车进行线路动力学试验，最高时速度达138km，创造了当时铁路货车的最高速度。
2003年-2007年，铁道科学研究院环行试验线进行转K2型转向架120km/ｈ的可靠性试验，历时4年，行36万km，验证了转向架“120km/h长跑”动力性能的稳定，为后来的货车采用转K2型转向架的全面提速改造提供了支持。
2005年8月，陇海线进行70t级列车综合性能试验，装用转K6型转向架的70t～80t级货车在120km／h运行条件下对线路桥梁的影响低于速度60km/h、装用转8A型转向架的车辆，验证了转Ｋ6型转向架的低动力性能。
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国外重载货车转向架发展综述贺启庸(铁道部科学研究院机辆所车辆室北京100081)金新灿(铁道部四方车辆研究所转向架室青岛266031)提 要 96国际重载货车转向架会议对推动世界货车转向架的改进和发展有极为重要的意义。
本文在分析传统三大件货车转向架所存在的问题的基础上,着重介绍了美国、加拿大等国家在重载货车转向架设计上的新进展;分析了车轮踏面损伤及其对策;论述了采用先进视频图像技术和轨道结构改进对提高故障诊断水平及降低轮轨动作用力的实际效果。
文中还针对我国情况,提出了加速发展我国重载货车转向架的若干建议。
主题词 重载列车 货车转向架 综述 会议分类号 U270.3311 三大件重载货车转向架的发展三大件货车转向架的发展已有近百年历史,目前的三大件货车转向架与初期的相比已有很大改进。
进入50年代,已形成了目前广泛使用的三大件转向架的形式。
三大件货车转向架存在的主要问题是:轮缘磨耗、踏面剥离、转向架零部件的磨损较为严重;轴承故障较为频繁;自重较大;对轨道作用的垂向力及横向力较大;动力学性能较差;难以满足运输小汽车等易损货物的要求等。
从70年代以来不断对它进行改进,目的是提高运行速度、改善运行品质、减轻自重、增加轴重、降低制造成本和维修费用等,目前已取得了显著效果。
但是面临新的竞争和生产的需要,21世纪对重载货车转向架的要求将是:(1)蛇行失稳速度大于120km/h;(2)在曲线上轮轨间横向作用力要小;(3)对运送不同货物有不同的平稳性指标要求;收稿日期:1996—10—15 (4)在扭曲线路上有好的均载性能;(5)轻的簧下质量和自重。
目前正在研制或构思的转向架有如下几种:1.1 美国大轴重悬挂系统优选课题这一课题是将现有三大件式转向架轴重,从30t提高到36t后,选择最佳悬挂系统。
其目的是提出36t轴重货车转向架的性能指标,达到较低垂向动作用力和曲线上较小的横向力,高的临界速度,实现减少轨道和车辆部件的磨耗,减小车辆运行阻力。
经过两个阶段的研究已筛选出三种方案:(1)标准车辆转向架公司的S-2-HD 侧架交叉连接杆转向架,装有变摩擦斜楔减振器、轴箱橡胶垫。
(2)美国铸钢公司的AR-1型两轮对间用U型杆连接的径向转向架,装有常摩擦减振器、抗侧滚液压减振器、轴箱橡胶垫。
(3)博基铸钢公司XC-RⅦ宽斜楔转向架,装有常摩擦减振器、抗侧滚液压减振器、轴箱橡胶垫。
对这三种方案的试验结果是(1)、(2)方案最佳,方案(3)的横向加速度均方根比前两种方案大一倍。
1.2 美国先进货车转向架研究这一课题的目的是开发出完全创新的三大件式新一代货车转向架来取代现有的三大件式,以适应运送小汽车等特殊货物的需要。
正在试验中的两种样机为:(1)PT型(称高级转向架) 两侧架间用弹簧托板连接,以增加抗菱形变形刚度,侧架和托板间放置了滚动座,加上特殊设计的承载鞍,这样侧架可横向摆动。
这一自由度使轮对横移与车体横移运动解耦。
二系悬挂是采用常摩擦减振器和常接触弹性旁承。
(2)T I-7型(称先进转向架) 它是用弓板弹簧代替了摇枕,在侧架弹簧座上安装了4个D-7’S螺旋弹簧,弓板弹簧通过一个盖子压在螺旋弹簧上,这样弓板弹簧与侧架间可横向运动,采用常接触性弹性旁承和Ko ni02A-1374液压减振器。
上述两种方案的特点是侧架均可横向摆动,类似于Swing M otion转向架。
初步动力学试验表明,提高了临界速度,改进了垂向和横向加速度,下一步将进行更广泛的试验研究。
1.3 RESCO侧架迫导向货车转向架加拿大的Roy E.Smith提出了一种重载货车新型转向架。
他就是侧架交叉连接杆转向架的发明人。
1.3.1 设计指导思想(1)在空车和车轮踏面已运用磨耗的条件下,运行速度达到128km/h还不失稳;(2)在曲线半径>125m曲线上不发生轮缘接触,在曲线半径87m时虽然由轮缘导向,但仍能安全运行;(3)可以适用于前北美所有货车(最小可达113.4t);(4)现有轮对,制动系统和线路上的热轴探测器均能兼容;(5)适用于传统的制造技术;(6)比现用三大件式转向架车辆的整车自重轻。
1.3.2 结构基本结构是两个箱形结构的侧架分别跨支在轮对的轴承上,这些箱形结构侧架在不同部位由管状衬套所穿透。
这些穿透物有多种功能,它们既可作为装配维修时的操作孔或观察孔,又可作为安装各种部件的低应力固定点,同时也可防止箱形结构板壁翘曲,充分发挥箱形结构的抗弯曲作用。
与两侧架相连接的是两块横向剪切构架,一块垂直放置,一块水平放置。
它们还共用一块横梁,这些剪切构架使侧架具有抗剪切变形和抗侧滚能力,但对两侧架间相对扭转变形的约束却很小。
弹簧坐落在侧架的弹簧座上,弹簧比传统的弹簧高,但总压缩量与一般弹簧相同。
它们是倾斜放置的,上部直接与车体连接,这样增加了横向刚度,从而提高了车体侧滚运动的频率和阻尼,有利于防止车体侧滚,但又允许转向架在车体下旋转。
在每个轴承的承载鞍与侧架间设有杠杆机构,用连杆与车体相连接,在曲线上由于转向架与车体的相对转动,杠杆机构使轮对成为径向。
由于车体重量直接支承在侧架上,这种转向架的重量比一般形式的要轻45%左右。
若考虑到侧架支承,车体中梁断面可进一步减小,车体自重将进一步下降。
动力学性能计算表明,这种转向架的直线稳定性和曲线通过性能均大大高于现有的转向架。
2 三大件转向架阻尼特性研究要正确计算三大件式转向架的动力学性能,就要建立正确的摩擦减振器的物理数学模型。
南非铁路局对这一问题进行了试验和理论分析研究。
测试了斜楔摩擦减振器的静态和动态的垂向和菱形变形载荷(位移迟滞曲线)。
应用多体动力学软件M EDYN A对建立的物理模型进行计算,结果证明,所建立的非线性摩擦减振器模型的计算结果与试验结果一致。
加拿大Roy E.Smith研究了摩擦减振器对轮/轨之间冲击时(如过轨接头、踏面擦伤等)的影响,他应用建立的物理模型进行分析计算。
计算分析表明:在同样轴重和阻尼系数条件下,摩擦减振器对轮/轨之间垂向力所产生的影响大于液压减振器。
这也说明货车对线路的损坏作用往往比客车要大。
3 车轮踏面的损伤与对策车轮踏面的剥离成因分为两大类:一类是由马氏体引发的;另一类则由滚动接触疲劳引发。
当轮轨间产生较大牵引力的瞬间,也产生了极大的摩擦热,造成车轮表面材质转变成马氏体,这种易碎的马氏体再受载就产生裂纹。
轮/轨间的滚动接触应力往往达到材料屈服限的数倍,根据Shakedow n图,车轮踏面接触疲劳产生裂纹与牵引力、载荷和材料强度三者有关,当超过这些综合因素所形成的极限值时就会产生裂纹。
裂纹一旦产生,若车轮踏面的磨耗速度大于裂纹扩展速度,则不会引起问题;否则车轮踏面就会产生各种形式的破坏,如剥离。
防止车轮踏面破损的对策如下:(1)选用化学成分合理的钢材、钢水净化处理、车轮进行热处理等措施来制造车轮,这样可提高车轮寿命20%;(2)控制轮/轨接触斑,使踏面和轨头保持设计形状,保证有较大的接触斑,减小接触应力;(3)消除轮/轨间两点接触;(4)消除钢轨焊接接头和轨表面缺陷,以减小轮轨之间的冲击力。
摇枕摩擦减振器的摩擦力不要过大;(5)控制蠕滑力,轮/轨间摩擦系数不宜大于0.4。
4 视频图像技术在故障诊断中的应用(1)从1985年—1995年,加拿大国铁在整个路网上设置了11个车轮冲击荷载探测站,并与车辆检修车间联网,以便监控车轮技术状态,对钢轨产生过大冲击力的车轮及时进行检修。
通过数年的运用经验发现:冲击力大于45t的次数,冬天为夏天的10倍。
虽然在夏天对产生高冲击力的车轮进行了清理,但仍防止不了第二年冬天冲击车轮力的大量出现,这种季节性现象反映在冬天,由于大量出现踏面磨耗或剥离、不缓解,造成车轮损坏、热轴、车轮破裂等而需换轮。
对于那些由于踏面剥离部位被滚压而圆滑,使轮子成为椭圆的车轮,虽然在外观上看不出多大问题,但却会产生很大的冲击力,有的甚至达到90t。
用车轮冲击荷载探测系统就能把它们探测出来。
1990年冬季车轮踏面发生大量的剥离,借助于这一系统的帮助使剥离问题得到了控制。
根据AAR的研究,认为采用这种系统,可以减少轨道结构的损坏,减小行车阻力而节约燃料,减小对桥梁的损坏,因此有巨大的经济效益。
(2)澳大利亚纽曼——海特兰全长421 km线路上,开行轴重32.5t的重载矿石列车,车辆在运行30万km后,在踏面表面发生剥离或在距踏面下3mm～6m m处发生裂纹。
因此用视频图像监测轮/轨接触带,并在轴箱上安装加速度计,从而建立了轮/轨接触带状态与轴箱加速度之间关系的数据库,应用该数据库研究踏面受力情况,找出车轮损伤的原因和及时发现可能断轨的地方。
(3)目前车辆的技术状态均由列检人员在站场检查,这种人工方式不可避免会造成漏检,因此采用视频图像技术来采集车辆上磨耗件的状态,若与车辆自动识别系统相联后就可以建立每一辆车的技术状态数据库。
这一系统的好处是,可用来预测部件磨耗到限的时间,制定出精确的需要备件的数量和时间,减少配件积压,节省费用,编制出状态维修计划,防止已损坏的部件仍在使用而造成其它部件加速损坏的情况发生,并且对可能发生的事故提前提出警告。
对车辆上需监测的内容为:手制动、车钩、制动机工作状态(如不缓解)、闸瓦厚度、车轮踏面和直径、部件丢失或垂下品、轴承、车辆偏载等。
澳大利亚在纽曼——海特兰线路上研制了一套监测闸瓦和一套监测车钩的视频图像系统。
对闸瓦厚度从35m m(新瓦)到13mm (磨耗到限瓦)的测试厚度误差为±0.5mm,精度达到0.1%。
在车速为30km/h时,车钩间隙分辨率为2mm/像素。
当车速大于100 km/h,采用高级摄像机,则分辨率可达到0.5mm/像素。
5 轨道结构(1)日本铁路研究所在车辆/轨道动力学方面的研究工作中,使用了连续梁轨道模型分析轮/轨之间的动态相互作用力,从而反映出了高频成分,更符合实测结果并提高了计算精度。
应用这个模型,分析研究列车运行在线路波长为0.03m～2m的不平顺线路上引起的车辆动态响应和簧下质量、路基刚度、轮/轨接触斑、钢轨弯曲刚度对轮轨力和钢轨振动之间的关系,为正确选定高速铁路的轨道、车辆参数提供依据。
日铁研究所在钢轨紧固件的耐久性方面进行了研究,提出了紧固件的金属疲劳设计准则和在试验室中如何模拟现场的实际使用条件来进行试验。
(2)俄罗斯铁道研究所进行了轴重增加对钢轨损伤的研究,研究结果得出:轴重增加导致了出现第一个疲劳裂纹的时间提前,疲劳裂纹的临界尺寸将减小,裂纹扩展加快,钢轨磨耗加剧,钢轨使用寿命缩短。
(3)意大利那不勒斯大学为发展高速铁路,建立了三维轨道随机动力学分析模型,这一模型计算精度较高,计算速度也较快。
应用这个轨道动力学模型进行了轨道参数研究,研究结果认为:道碴的刚度、底层道碴刚度和路基刚度对动力载荷影响较小。