淺談冶金車輛轉向架的心盤結構

供稿| 王偉峰

淺談冶金車輛轉向架的心盤結構

供稿| 王偉峰

內容導讀

為適應高爐到轉爐鋪設的線路要求，高爐到轉爐間鐵水運輸大多采用轉向架結構的冶金車輛運送高溫鐵水。轉向架與直接放置高溫鐵水的罐類容器的車架間通過心盤連接，使得轉向架與車架間可相對轉動，使車輛順利通過曲線，降低運行阻力。心盤是冶金車輛的重要部件，不僅承受垂直載荷，還起到傳遞載荷、承受沖擊力與橫向離心力的作用，其結構直接影響車輛運行性能和運行安全性。文章對冶金車輛中心盤的多種結構形式進行了歸納介紹，并對各種結構心盤的優缺點進行了分析，并針對運行過程中可能出現的隱患給出了合理建議。

在鋼鐵廠的工藝布置中，由于地理條件的限制，煉鐵的高爐到煉鋼的轉爐區間運輸線路中不可避免的設有彎道，運輸鐵水的車輛通常采用機車牽引運行。近年來，在鋼鐵公司工藝設計時推行了一罐制的冶煉工藝。從高爐到轉爐運送鐵水的冶金車輛，可以歸為兩類，一是鐵水罐車，二是混鐵車。

無論是鐵水罐車還是混鐵車，這兩種類型的車輛，其結構除必須滿足承載要求并可實現機車牽引外，還必須具有一定的曲線通過能力。這就決定了這兩種類型的車輛走行部分為轉向架結構形式。因為運送的是高溫鐵水，為了保證在線路區間的安全運行，冶金車輛通常是在低速重載的條件下運行。轉向架結構的冶金車輛，其結構至少可分為車架、轉向架、鉤緩裝置。轉向架有多種類型，按軸數可分為二軸轉向架、三軸轉向架和多軸轉向架；多軸轉向架為兩軸或三軸轉向架組合而成，無論幾軸轉向架，轉向架與車架之間或組合轉向架的兩（三）軸轉向架與連接底架間，均通過心盤連接。心盤分為上下兩部分，上心盤安裝于車底架下方，下心盤安裝于轉向架或構件上。車架與轉向架、組合轉向架間均可通過上下心盤的相對旋轉實現轉向架與車架間的一定角度，從而以一定的曲線通過能力通過運行區間的彎道。

按照國家鋼鐵產業調整和發展規劃，鋼鐵冶煉的規模逐漸大型化。而隨著鋼鐵企業的調整，其配套的設備也將走向大型化。高爐到轉爐的鐵水運送車輛的載重也越來越大，5700 m3高爐下配套的運輸車輛載重達到了480 t。大噸位的轉向架冶金車輛必然為多層結構，各層間以心盤連接來傳遞各級載荷，使較大的集中載荷能夠均勻的分配到各個轉向架的輪對上，以達到鐵路線路能夠承受的程度。由此可見，心盤是冶金車輛的重要部件，不僅承受垂直載荷，還起到傳遞載荷、承受沖擊力與橫向離心力的作用，是運行中各層結構間和轉向架的回轉中心，連接的各層間可相對轉動，使車輛順利通過曲線，降低運行阻力，其結構直接影響車輛運行性能和運行安全性。

冶金車輛中的轉向架結構與早期鐵路貨車轉向架結構類似，轉向架為心盤承載型，其轉向架軸距遠小于鐵路貨車轉向架軸距，更能適應低速、重載、小曲線半徑的工況要求。轉向架的心盤，安裝于轉向架中搖枕或構架的中間位置，為適應線路中的彎道，心盤分為上心盤、下心盤兩部分，分別固定于不同的構件上，心盤兩側設有旁承位，冶金車輛的旁承為平面結構，上下旁承間設計有一定的間隙，在靜止狀態下，冶金車輛處于平直軌道上，兩側的旁承應保有一定間隙，不允許單側壓死，旁承間隙應在設計范圍之內。心盤和旁承的結構是車輛實現轉彎通過運行線路曲線的保證。心盤可按形狀、連接形式分類。按形狀，可分為平面心盤、球面心盤及組合式心盤；按連接形式（主要是下心盤與構件的連接形式），可分為整體式和可拆卸式，按有無潤滑，可分為有潤滑和無潤滑結構。因冶金車輛運載的是高溫鐵水，為運輸過程中確保運行的穩定性及安全性，冶金車輛轉向架均設有心盤銷，防止出現運行過程中上下心盤滑脫的現象。下面分別介紹一下各種結構的心盤。

心盤的形狀分類

平面心盤結構

上下心盤接觸面均為平面，結構如圖1所示。垂直載荷由心盤平面傳遞至下一級構件上，橫向、縱向載荷通過下心盤周邊的凸緣承受。心盤間裝有中心銷，中心銷的作用是避免車輛運行過程中出現心盤滑脫現象。平面心盤的結構簡單，制作成本低，檢修維護、更換也方便，因此在轉向架上得到了廣泛的應用。為了延長心盤使用壽命，降低車輛運行過程中檢修維護成本，可在設計生產中避免上下心盤直接接觸，即在上下心盤間增加心盤磨耗墊，上下心盤外側還可加設防塵環。心盤磨耗墊材質可采用自潤滑材質，磨耗墊上加工有油槽，可續存一部分油脂，這樣即解決了心盤磨損問題，又解決了運行過程中潤滑的問題，也減少了粉塵對于潤滑脂的污染。磨耗墊的安裝如圖2示意。心盤材質為鑄鋼材質，設計中主要考慮載荷作用下，心盤壓力不能超過材料的許用應力值，否則需加大心盤直徑。

球面心盤

上心盤為凸球面，下心盤為內凹球面，中間設有心盤銷，垂直載荷、縱向載荷、橫向載荷均靠球面傳遞。圖3所示的50轉向架心盤連接采用的就是這種結構。為了延長心盤使用壽命，可在上下心盤間加設一層可更換的球形心盤墊，如圖4所示。

組合式心盤

圖1

圖2

圖3

圖4

這種結構也可稱為帶有反向球墊的平面心盤，由凹球面上心盤、球墊和平面下心盤組成。結構如圖5所示。垂直載荷由凹球面下心盤傳遞給球墊，再由球墊傳遞給平面下心盤，縱向載荷和橫向載荷均由上下心盤邊緣凸緣傳遞。

圖5

上下心盤的接觸面為球形，使得心盤連接的各層間轉動的自由度相對增加，相對轉動靈活,補償了由于加工制造原因造成的平面心盤工作面平面度超差而造成的影響，但是無論球面心盤還是球墊都增加了加工制造難度和制造成本，也增加了后續的維護成本，另一方面，球面心盤對偏載的敏感度大，由于冶金車輛采用的都是非接觸式旁承，稍有偏載，就可能出現球心盤不對中、一側旁承壓死、而另一側旁承間隙為兩側旁承間隙之和的狀況，帶有球墊的平面心盤結構，由于其上心盤為內凹球面，其復位功能較差，在行車過程中極易出現旁承壓死的現象?，F上線的鐵路車輛心盤為球心盤結構，其配套的旁承大多采用的是常接觸彈性旁承，但是在冶金行業尚未有常接觸彈性旁承的使用，彈性旁承在冶金車輛的應用效果還有待試驗。

按心盤與連接構件的連接形式，可分為整體式和可拆卸式結構

圖5

圖6

整體式心盤結構一般是指下心盤而言，下心盤與轉向架搖枕或構件為一體結構，不可拆卸，如圖6所示?？刹鹦妒浇Y構中下心盤與搖枕或構件為兩體結構，一般采用螺栓副連接。圖1、圖2、圖3、圖4均為可拆卸式結構?？刹鹦妒浇Y構便于加工和心盤更換，但在使用中有如下反饋：心盤連接螺栓副容易松動，螺栓有剪切現象。相對來講，整體式心盤不可能出現這種現象，但是心盤磨損超差后，必須連同搖枕一同更換，維護和備件成本偏高?？刹鹦妒叫谋P螺栓連接副采用的是螺栓與螺母間的摩擦力實現自鎖，彈簧墊圈防松。摩擦力自鎖在靜載荷條件下不會出現變化，但是冶金車輛經常承受落罐、承接鐵水及運行過程中的沖擊載荷等的作用，而且運行中啟動、制動頻繁，因此螺栓連接副摩擦自鎖的作用會突然喪失，因而出現螺栓松動，進而發生心盤錯位，螺栓剪斷，心盤錯位嚴重時，車輛行至彎道處，由于離心力的作用，可能出現脫軌和傾覆。為避免這種情況發生，設計時盡量使螺栓只起連接作用而不承受剪力，螺栓副可在采用螺紋摩擦力自鎖的同時，增加止動墊圈防松，螺栓副安裝時的預緊力要適中，每個心盤上的8個螺栓預緊力相同，另外無止口安裝的心盤應在心盤四周加焊防滑擋鐵，防止螺栓松動后心盤錯位，使用過程中，要在日常檢查中經常查看螺栓的連接情況，如發現松動及時緊固。另外，可在心盤安裝后，在側面醒目位置標記位置線，以便運行過程中點檢員方便查看并判斷心盤是否錯位，以防患于未然。

按潤滑情況，可分為無潤滑和有潤滑心盤兩種結構。

無潤滑的心盤只在安裝時在心盤的接觸面涂抹潤滑脂，使用過程中定期添加潤滑脂時，需將轉向架與上層構件脫離一定間隙，添加后心盤落實。而有潤滑的心盤在無潤滑的基礎上增設了潤滑孔和油路，與外界的手動或電動潤滑泵連接后，可向接觸面油槽中填充一定量的潤滑脂，這種結構便于日常檢修中根據車輛使用情況定期添加潤滑脂，定期更換潤滑脂。

心盤的具體結構，可根據冶金車輛的功能和技術參數設計確定，可以設計有潤滑、可拆卸的平心盤或球心盤或組合心盤結構，但是同一臺車輛同一部位的心盤，結構必須相同。新設計的冶金車輛投入運行后，應定期跟蹤、了解車輛的運行情況，以便及時發現問題，及時解決問題，進一步保證車輛的運行安全性和穩定性。

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Discussion on the Bogie Center Plate Structure Using in the Metallurgical Vehicles

WANG Wei-feng

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王偉峰（1963-），男，漢族，秦皇島秦冶重工有限公司，主要從事冶金設備產品研發工作