提高軸重對架橋機(jī)組用平車性能的影響

黃元琳

（中國南車集團(tuán) 二七車輛有限公司，北京100072）

國鐵營業(yè)線上運(yùn)行的架橋機(jī)具有架橋兼鋪軌作業(yè)功能，屬自輪運(yùn)轉(zhuǎn)特種設(shè)備，須符合相關(guān)的國家和鐵路標(biāo)準(zhǔn)及《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》的技術(shù)要求和限界要求，由鐵道部統(tǒng)一管理。架橋機(jī)組用平車是架橋機(jī)的基礎(chǔ)部分，系特種車輛之一。

為適應(yīng)架設(shè)新建或改建速度200 km／h鐵路規(guī)劃采用的新型預(yù)應(yīng)力混凝土T梁的需要，中國南車二七車輛有限公司研制了TJ165型架橋機(jī)組主機(jī)用NJ3型平車及輔機(jī)用NJ4型平車。

在施工作業(yè)時(shí)架橋機(jī)用平車一位端轉(zhuǎn)向架要承受較大的載荷，考慮到受允許軸重的限制，TJ165型架橋機(jī)組主機(jī)用NJ3型平車及輔機(jī)用NJ4型平車的一位端均采用了旁承承載5軸轉(zhuǎn)向架、二位端采用了心盤承載組合式4軸轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)形式，使架橋機(jī)組用平車既保證了架橋作業(yè)時(shí)的平穩(wěn)性和載重大的要求，又滿足了架橋機(jī)組用平車過軌運(yùn)輸時(shí)速度80 km／h的要求。

隨著對架橋機(jī)組過軌運(yùn)輸效率要求的提高，架橋機(jī)組用平車在無裝備過軌運(yùn)輸或轉(zhuǎn)場（轉(zhuǎn)換施工場地，下同）過軌運(yùn)輸時(shí)的提速問題也提上了日程。通過TJ165型架橋機(jī)組主機(jī)用NJ3型平車及輔機(jī)用NJ4型平車的動力學(xué)試驗(yàn)表明，5軸轉(zhuǎn)向架的曲線通過能力較4軸轉(zhuǎn)向架弱，導(dǎo)致限速較低。除進(jìn)一步研究提高5軸轉(zhuǎn)向架的動力學(xué)性能外，還有一種辦法就是通過提高允許軸重來改變轉(zhuǎn)向架現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)，如果軸重提高到30 t，為一位端設(shè)計(jì)成4軸一體式轉(zhuǎn)向架以替代5軸一體式轉(zhuǎn)向架帶來了可行性。下面以TJ165型架橋機(jī)組主機(jī)用NJ3型平車及輔機(jī)用NJ4型平車為例，對其提高軸重以改善架橋機(jī)組用車輛性能的可行性進(jìn)行分析探討。

1 NJ 3型平車及NJ 4型平車簡介

1.1 用途

NJ3型平車是主機(jī)解體后過軌運(yùn)輸?shù)膶Ｓ闷杰嚕┕ぷ鳂I(yè)時(shí)作為主機(jī)的承載基體；NJ4型平車是輔機(jī)過軌運(yùn)輸時(shí)的專用平車，施工作業(yè)時(shí)作為梁片及軌排的運(yùn)載平車。

1.2 主要結(jié)構(gòu)

（1）NJ3型平車

該車主要由車體、5軸轉(zhuǎn)向架、組合式4軸轉(zhuǎn)向架、風(fēng)制動裝置、車鉤緩沖裝置、手制動裝置、標(biāo)記等部分組成。車輛的1位端采用旁承承載，2位端采用心盤承載。

（2）NJ4型平車

NJ4型平車主要由車體、5軸轉(zhuǎn)向架、組合式4軸轉(zhuǎn)向架、空氣制動裝置、車鉤緩沖裝置、手制動裝置、標(biāo)記等部分組成。車輛1位端采用旁承承載，2位端采用心盤承載。空氣制動裝置、車鉤緩沖裝置及手制動裝置的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)與NJ3型平車相同。轉(zhuǎn)向架與NJ3型平車相同。

1.3 主要性能參數(shù)及基本尺寸

2 NJ 3型、NJ 4型平車過軌運(yùn)輸軸重現(xiàn)狀

2.1 無裝備過軌運(yùn)輸狀態(tài)

NJ3型平車自重為91.1 t，NJ4型平車自重為71.3 t，為保證過軌運(yùn)輸?shù)男阅埽鶕?jù)車輛的具體結(jié)構(gòu)，經(jīng)過整車的動力學(xué)試驗(yàn)，無裝備過軌運(yùn)輸狀態(tài)時(shí)須按要求采取配重措施。

NJ3型平車：在車體一位端枕粱處（5軸轉(zhuǎn)向架上方）加裝26 t配重，使NJ3型平車總重大于113 t，軸重達(dá)到12.56 t以上。

NJ4型平車：在車體一位端枕粱處（5軸轉(zhuǎn)向架上方）加裝26 t配重，在車體二位端枕粱處（組合式4軸轉(zhuǎn)向架上方）加裝18 t配重，使NJ4型平車總重大于113 t，軸重達(dá)到12.56 t以上。

2.2 有裝備過軌運(yùn)輸狀態(tài)

在NJ3型平車上安裝1號柱、2號柱、3號柱、機(jī)臂、吊梁小車、發(fā)電機(jī)組、驅(qū)動裝置、控制系統(tǒng)等設(shè)備后組成TJ165型架橋機(jī)主機(jī)；在NJ4型平車上安裝發(fā)電機(jī)組、驅(qū)動裝置、控制系統(tǒng)等設(shè)備后組成TJ165型架橋機(jī)輔機(jī)，與架橋機(jī)主機(jī)配套使用?？蛇M(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路線路上架橋兼鋪軌施工作業(yè)。

NJ3型平車（即TJ165型架橋機(jī)組主機(jī)用平車）：在轉(zhuǎn)場運(yùn)輸時(shí)主機(jī)采用大解體的方式，即拆除機(jī)臂等部件。此時(shí)的主機(jī)總質(zhì)量為151 t，1位端5軸轉(zhuǎn)向架軸重15 t（5軸共計(jì)75 t）；2位端組合式4軸轉(zhuǎn)向架軸重19 t（4軸共計(jì)76 t）。

NJ4型平車（即TJ165型架橋機(jī)組輔機(jī)用平車）：在轉(zhuǎn)場運(yùn)輸時(shí)輔機(jī)還須在車體一位端枕粱處（5軸轉(zhuǎn)向架上方）和車體2位端枕粱處（組合式4軸轉(zhuǎn)向架上方）各加裝6 t配重，總重113 t，軸重均為12.56 t。

3 NJ 3型、NJ 4型平車（即TJ 165型架橋機(jī)組用平車，下同）施工作業(yè)軸重現(xiàn)狀

TJ165型架橋機(jī)組用平車除因轉(zhuǎn)場需要過軌運(yùn)輸外，其余時(shí)間均為現(xiàn)場架橋兼鋪軌施工作業(yè)狀態(tài)，其主要工況的軸重見表1。從表中可以看出主機(jī)在全懸臂架梁時(shí)1位端5軸轉(zhuǎn)向架軸重最大，為34 t；輔機(jī)在喂梁時(shí)最大軸重發(fā)生在2位端4軸轉(zhuǎn)向架為30 t。主機(jī)用平車軸重較大。

表1 NJ 3型、NJ 4型平車施工作業(yè)主要工況軸重表

4 NJ 3型、NJ 4型平車軸載荷分析計(jì)算

目前，我國貨車E軸的允許軸重為25 t，為確保運(yùn)行安全，對NJ3型、NJ4型平車用車軸（含主動車軸和從動車軸）進(jìn)行了強(qiáng)度校核，最大應(yīng)力發(fā)生在主機(jī)以0.5 km／h的速度半懸臂在橋面自力走行時(shí)的輪座處，5軸轉(zhuǎn)向架此時(shí)軸重約為33 t。當(dāng)主機(jī)全懸臂鋪軌作業(yè)工況時(shí)，軸重雖然達(dá)到了34 t，但由于是處于靜止?fàn)顟B(tài)，安全裕量仍然很大，經(jīng)分析計(jì)算表明：車軸具有足夠的安全裕量，強(qiáng)度滿足架橋機(jī)組用平車的使用要求。其應(yīng)力計(jì)算和強(qiáng)度校核見表2。

表2 主動車軸應(yīng)力計(jì)算和強(qiáng)度校核 MPa

5 改善架橋機(jī)組用平車性能的方案設(shè)想

如果能夠提高軸重，將每根軸的允許載荷由25 t提高到30 t，NJ3型平車現(xiàn)在的1位端5軸一體式轉(zhuǎn)向架就可以考慮4軸1體式轉(zhuǎn)向架，即將整車的前后轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)為對稱形式，根據(jù)以往長大貨車用4軸轉(zhuǎn)向架的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及試驗(yàn)研究，動力學(xué)性能將會有較大改善，過軌運(yùn)輸速度會進(jìn)一步提高。而且施工作業(yè)工況時(shí)的車軸受力狀況也會得到較大程度的緩解，提高安全裕量。

5.1 無裝備過軌運(yùn)輸狀態(tài)

提高軸重后，前后均采用4軸轉(zhuǎn)向架的主機(jī)用平車及輔機(jī)用平車的自重與現(xiàn)在相近，可以通過對轉(zhuǎn)向架參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)取消現(xiàn)在的配重措施，簡化過軌運(yùn)輸方案。但要注意主機(jī)用平車過軌運(yùn)輸時(shí)要滿足前后轉(zhuǎn)向架質(zhì)量不大于10 t的要求。

5.2 有裝備過軌運(yùn)輸狀態(tài)

因自重與現(xiàn)在接近，所以架橋機(jī)主機(jī)在轉(zhuǎn)場過軌運(yùn)輸時(shí)其總重也基本不變，此時(shí)1位端軸重變?yōu)榧s18.75 t，4軸共重為75 t，與原來5軸總重75 t相等，與2位端組合式4軸轉(zhuǎn)向架軸重19 t也基本一致，且各軸均載；而架橋機(jī)輔機(jī)在過軌運(yùn)輸時(shí)則還可以取消現(xiàn)在前后轉(zhuǎn)向架加裝的配重，此時(shí)的軸重為12.88 t，同時(shí)保證了各軸均載。軸重對比見表3。

5.3 施工作業(yè)狀態(tài)

軸重較大的主機(jī)用平車1位端載荷在改變軸數(shù)前后變化不大，提高軸重后一位端的軸重超出允許軸重約10 t，與原來5軸時(shí)采用E軸超出允許軸重的數(shù)值相近。根據(jù)架橋機(jī)組的使用特點(diǎn)，主機(jī)用平車在施工作業(yè)時(shí)基本處于靜止?fàn)顟B(tài)，車軸的安全裕量較大，能滿足其使用要求。

表3 提高軸重新方案與現(xiàn)有過軌運(yùn)輸軸重對比表t

6 小結(jié)

從以上的分析可以看出，架橋機(jī)組用平車在過軌運(yùn)輸狀態(tài)時(shí)軸重均小于20 t，只有在施工作業(yè)狀態(tài)時(shí)軸載荷超出了允許軸重。如果軸重能夠提高到30 t，采用提高軸重方案的車輛完全能夠滿足主機(jī)、輔機(jī)在各種狀態(tài)下的過軌運(yùn)輸要求，且可以改善整機(jī)的動力學(xué)性能，以達(dá)到進(jìn)一步提高架橋機(jī)組過軌運(yùn)輸速度的要求。以TJ165型架橋機(jī)主機(jī)用平車為例，原NJ3型平車見圖1，采用提高軸重后的主機(jī)用平車方案見圖2。

圖1 NJ 3型平車簡圖

圖2 采用提高軸重后的主機(jī)用平車方案簡圖

7 結(jié)束語

目前，我國新建或改建的數(shù)條主要鐵路干線均采用TJ165型等架橋機(jī)進(jìn)行新型2201 T型梁片的架設(shè)，允許軸重限制給架橋機(jī)組用平車在無裝備過軌運(yùn)輸或轉(zhuǎn)場運(yùn)輸及施工作業(yè)的影響顯而易見。隨著我國線路技術(shù)狀況的改善，貨車的允許軸重必將逐步提高，鐵道部運(yùn)輸局對中國鐵路重載運(yùn)輸技術(shù)也提出了目標(biāo)和要求，30 t軸重設(shè)計(jì)已經(jīng)提到了日程，而且，30 t軸重的轉(zhuǎn)向架的允許軸重按32.5 t設(shè)計(jì)，要留有一定的裕量，特別有利于架橋機(jī)組用平車在施工作業(yè)狀態(tài)的使用，對改善架橋機(jī)組用平車的過軌性能提供了契機(jī)，將具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

［1］青島四方車輛研究所有限公司.NJ3型和NJ4型平車用輪軸強(qiáng)度校核及軸承壽命計(jì)算報(bào)告［R］.四研技字（2010）第138號.2010.

［2］中國鐵道科學(xué)研究院機(jī)車車輛研究所.TJ165型架橋機(jī)組主機(jī)用NJ3型平車車體、輔機(jī)用NJ4型平車車體、5軸轉(zhuǎn)向架構(gòu)架及小底架靜強(qiáng)度試驗(yàn)［R］.2008年JL字第66號.2008.

［3］中國鐵道科學(xué)研究院機(jī)車車輛研究所.TJ165型鐵路架橋機(jī)用NJ3、NJ4型平車動力學(xué)性能試驗(yàn)［J］.2009年JL字第28號.2009.