新型鐵路起重機轉向架優化設計及性能分析

張 斌

（中鐵二十局集團第三工程有限公司，陜西 咸陽 712000）

在鐵路火車出現故障時,鐵路救援起重機是一種必備的工程車輛。但是，目前我國鐵路系統的救援在結構和運行速度上受到一定限制，使得鐵路起重機不能完全滿足現代鐵路的實際要求，為了進一步提升我國鐵路運輸行業以及鐵路事故救援的效率，就需要在現有的鐵路起重器技術條件的基礎上對鐵路起重機的轉向架進行優化設計，不斷提升其性能。

1 鐵路起重機原轉向架結構特點及技術參數

鐵路起重機本身的重量比較大，因軸重的關系會受到一些制約，在對轉向架開展設計工作時經常會選擇多軸整體構架結構。在機車車輛的結構中轉向架是一個非常關鍵的部件，而且其結構相對比較獨立，在各種車輛中都有較好的適應性。原車轉向架軸重23 t，輪對采用軸箱螺旋彈簧懸掛、導框定位。轉向架采用球面心盤和旁承承載，心盤牽引，主要由彈簧裝置、構架、輪對、軸箱、旁承裝置、基礎制動裝置等部分組成，基礎制動裝置采用踏面制動裝置。

鐵路起重機原車構架式轉向架不僅簧下質量比較小，而且輪軌的作用力也比較小，此外，構架式轉向架的抗菱剛度大，因此在鐵路的貨車領域該結構得到了非常廣泛的應用。在構架式結構下，鐵路起重機的轉向架蛇形運行失穩的臨界速度也比較高，該轉向架并沒有安裝減振裝置，且制動系統也并未完全符合使用要求，還未達到初速為120 km/h的標準。

2 轉向架方案設計要求

為達到如今鐵路運輸的標準，在對新型鐵路救援起重機開展設計工作時，應符合以下各項條件：

（1）軌距：1 435 mm；（2）構造速度：120 km/h；（3）最大起重重量：160 t；（4）軸重：≤21 t；（5）車鉤中心高度：880 mm；（6）曲線：通過時具有自動調平功能；（7）強度：滿足TB/T 1335—1996要求；（8）活載：滿足TB 10002.1—2005中活載要求；（9）動力學性能：滿足TB/T 17426—1998要求；（10）限界：滿足GB 146.1—83中限界要求。

3 新型鐵路起重機轉向架優化設計

轉向架是鐵路起重機中非常重要的一個結構部件，其性能的優良程度直接對起重機的運安全運行、牽引能力以及安全性能有很大的影響。墊帶鐵路起重機的重力矩在不斷地增加，實際的運行速度逐漸增加，這就對起重機的行走裝置提出了更高的要求。為了不斷提升新型鐵路起重機運行的平穩性、安全性，就要求其具備性能優良的走行裝置。這樣才能保證車輛作用力傳遞的安全、穩定進行，并保證各個輪子之間受到的載荷保持在均勻的狀態，這就要求起重機不僅要能適應不平穩路況的運行而且還要能實現曲線路線的順利通過。因此，我們針對新型起重機的實際需求提出了優化鐵路起重機轉向架的設計方案。

3.1 鐵路起重機轉向架主體結構設計

圖1 構架

因原車的走行減速器的傳動齒輪直接套在車軸上，在提升速度以后，原車的走行減速器并未完全處理因高速行駛帶來的潤滑油泄漏問題，所以并不能使用這一方法，這就需要重新對走行減速器開展設計工作，動軸由兩側改為中央，取消原轉向架端梁，重新設計端梁用于安裝走行減速器和掛齒裝置。構架圖見圖1。該方案主要采取的是構架式四軸結構，保證鐵路起重機的軸距在1.5 m主體結構為焊接式構架，其牽引方式為中心銷牽引，牽引過程中產生的載荷由中心銷以及旁承來共同負擔，這樣在轉向架進行轉動的過程中，上下旁承之間就會產生摩擦，并產生一定的阻力，阻力的方向與轉向架轉動的方向相反，這樣就充分抑制了轉向架在轉動過程中出現蛇形運動的情況，保證了其穩定性。而針對懸掛該方案主要采取的是螺旋彈簧式非獨立懸掛，作用是確保整體構架以及車體的重量，并完成轉向架載荷傳遞和緩沖車輛行駛中產生的振動[1]。

3.2 鐵路起重機轉向架輔助結構設計

制動方面主要使用的是集成制動裝置，該裝置整體的質量較小、體積輕便，能夠為車輛節省很大的空間，同時還好能保證在制定時能夠保持閘瓦上下磨耗均勻。

對軸箱彈簧重新開始設計，將其靜撓度設置為40 mm，彈簧靜撓度比原方案增加了20 mm，確保減少起重機在運行中的動載荷，與此同時，彈簧的撓度裕量系數也得以有效提升。由于原方案采用的彈簧鋼為55Si2Mn，為提高彈簧的安全系數，因此采用目前較為通用的高強度彈簧鋼60Si2Cr VA，這樣強度的裕量也得到了增加，轉向架軸箱彈簧參數對比見表1。另外，還在每臺轉向架上配置了4臺油壓緩沖裝置，主要來實現增加起重機的抗震能力，該裝置的一端與構架的側梁進行連接，而另一端則與軸箱體進行連接，在轉向架上油壓減震器為防止傾斜，這樣就為轉向架提供了橫縱向上的阻尼[2]。另外，在起重機的每一個軸箱的箱體上設置一個閉鎖油缸裝置，這樣起重機的支腿在不作業時可以由閉鎖油缸來承受車體的主要載荷，對軸箱的彈簧等結構形成很好的保護作用，同時還具備閉鎖功能。

表1 轉向架軸箱彈簧參數對比

4 新型鐵路起重機性能分析

在上述優化設計方案中，鐵路起重機的構架式結構的整體強度以及剛度都能達到實際鐵路起重機運行的要求，同時其制動結構、懸掛結構以及穿沖裝置等的設計保證了起重機在作業時能具備足夠的車鉤高度，同時通過優化設計將起重機整體的中心進行了降低設計，這對起重機在通過曲線路線時的穩定性、安全性有很大的作用，能夠充分避免列車在運行過程中出現脫鉤的現象。此外，通過對該構架式轉向架結構設計的計算和建模分析后可以發現該結構整體設計比較合理，完全能滿足實際的鐵路起重機運行需求。

5 結語

鐵路起重機作為鐵路上不可或缺的設備，需要在鐵路沿線進行不同的起重作業，因此，要充分重視其結構性能的設計。我國的鐵路起重機經過多年的設計研究和改進，事故救援能力也不斷得以提升。為了保證鐵路起重機能夠適應現代鐵路的實際需求，要求工作人員針對其轉向架進行不斷地優化設計，提升其性能，這樣才能保證鐵路起重機的安全以及穩定使用。