高速客車(chē)轉(zhuǎn)向架發(fā)展模式

李永超

摘要：目前，我國(guó)已著手發(fā)展具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高速列車(chē)，在研制我國(guó)高速客車(chē)轉(zhuǎn)向架時(shí)，應(yīng)借鑒和吸取國(guó)外高速客車(chē)轉(zhuǎn)向架的成功經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我國(guó)鐵路的實(shí)際情況，早日研制出適合中國(guó)線路條件、有中國(guó)特色的高速客車(chē)轉(zhuǎn)向架。

關(guān)鍵詞：高速客車(chē)；轉(zhuǎn)向架；發(fā)展；運(yùn)用

中圖分類(lèi)號(hào)：U58 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-3178（2018）20-0360-01

高速旅客列車(chē)是增加鐵路運(yùn)能最為有效的措施，高速客車(chē)的關(guān)鍵技術(shù)是轉(zhuǎn)向架。簡(jiǎn)述了我國(guó)客車(chē)轉(zhuǎn)向架的發(fā)展過(guò)程和基本現(xiàn)狀。結(jié)合我國(guó)實(shí)際情況，提出發(fā)展我國(guó)高速客車(chē)轉(zhuǎn)向架的基本模式，指出應(yīng)借鑒國(guó)外客車(chē)轉(zhuǎn)向架技術(shù)，發(fā)展具有我國(guó)特色的高速客車(chē)轉(zhuǎn)向架。

1 我國(guó)客車(chē)轉(zhuǎn)向架現(xiàn)狀

我國(guó)客車(chē)轉(zhuǎn)向架的研制經(jīng)歷了仿制、獨(dú)立開(kāi)發(fā)和快速發(fā)展。以前，我國(guó)基本沒(méi)有客車(chē)生產(chǎn)能力， 所有轉(zhuǎn)向架均為國(guó)外制造， 品種復(fù)雜，且技術(shù)落后。新中國(guó)成立后，開(kāi)始仿造前蘇聯(lián)的客車(chē)轉(zhuǎn)向架，如101轉(zhuǎn)向架和201轉(zhuǎn)向架開(kāi)始大量生產(chǎn)，主要用于21型客車(chē)上。101和201轉(zhuǎn)向架在解放初期為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇和發(fā)展作出了貢獻(xiàn)，但由于該轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)老化，定位和懸掛裝置不理想，動(dòng)力學(xué)性能較差，被后來(lái)開(kāi)發(fā)的202轉(zhuǎn)向架取代。

202型轉(zhuǎn)向架是開(kāi)始獨(dú)立研制的， 為我國(guó)C軸標(biāo)準(zhǔn)型客車(chē)轉(zhuǎn)向架， 用于22型和23型客車(chē)上，202型轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)速度為120 km /h，一系采用螺旋鋼彈簧、干摩擦導(dǎo)柱式軸箱定位，中央懸掛采用螺旋彈簧帶搖動(dòng)臺(tái)結(jié)構(gòu)，并設(shè)有液壓減振器。構(gòu)架和搖枕為鑄鋼結(jié)構(gòu)，采用吊掛式雙側(cè)閘瓦制動(dòng)。該轉(zhuǎn)向架的輪對(duì)定位裝置易磨耗，牽引和制動(dòng)靠搖枕?yè)跗鹱饔?，縱向沖動(dòng)較大。此外，搖動(dòng)臺(tái)吊桿較短，且無(wú)二系橫向減振器， 速度大于100 km /h 后橫向性能較差。針對(duì)202轉(zhuǎn)向架在使用過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題不斷地加以改造，先后出現(xiàn)了202原型、202A、202B、202C等多種型號(hào)，但由于每次改進(jìn)都不完善和徹底，其性能未得到實(shí)質(zhì)性的提高。

高速客車(chē)轉(zhuǎn)向架。從90年代中期開(kāi)始，國(guó)內(nèi)開(kāi)始研制高速客車(chē)轉(zhuǎn)向架，所研制的CW-200轉(zhuǎn)向架已投入運(yùn)行，最高運(yùn)行速度200 km /h。最新研制的CW-300高速客車(chē)轉(zhuǎn)向架正進(jìn)行試制和有關(guān)試驗(yàn)，最高運(yùn)行速度可達(dá)270 km /h。同時(shí)，在引進(jìn)日本技術(shù)的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了運(yùn)行速度為220 km /h的SW-220客車(chē)轉(zhuǎn)向架， 在此基礎(chǔ)上研制滿(mǎn)足最高運(yùn)行速度為270km /h的SW-300高速客車(chē)轉(zhuǎn)向架，目前正進(jìn)行試運(yùn)前的有關(guān)部件試驗(yàn)。

2 我國(guó)高速客車(chē)轉(zhuǎn)向架的發(fā)展模式

截至上世紀(jì)末，世界上投入運(yùn)用的高速列車(chē)已有近10種。各國(guó)發(fā)展高速客車(chē)轉(zhuǎn)向架的模式根據(jù)其國(guó)情、用途和線路條件而有所不同。在研制和發(fā)展中國(guó)的高速客車(chē)轉(zhuǎn)向架時(shí)，應(yīng)借鑒國(guó)外客車(chē)轉(zhuǎn)向架技術(shù)，在以下幾方面進(jìn)行重點(diǎn)研究和技術(shù)創(chuàng)新。

2.1 構(gòu)架

隨著運(yùn)行速度的提高，轉(zhuǎn)向架的構(gòu)架除要具有良好的疲勞強(qiáng)度外，還需具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和重量輕等特點(diǎn)?？蛙?chē)轉(zhuǎn)向架的構(gòu)架可分為鑄鋼構(gòu)架和焊接構(gòu)架，鑄鋼構(gòu)架不僅易產(chǎn)生制造缺陷，且質(zhì)量大，故目前除北美國(guó)家外，客車(chē)轉(zhuǎn)向架構(gòu)架基本上采用H型焊接構(gòu)架的模式。側(cè)梁一般采用箱型結(jié)構(gòu)，其目的一方面可增加其強(qiáng)度，另一方面可增加空氣彈簧附加空氣室的容積。歐洲國(guó)家中梁一般采用箱型結(jié)構(gòu)模式，而日本則采用雙無(wú)縫鋼管的方式。采用雙無(wú)縫鋼管中梁的構(gòu)架具有重量輕、易實(shí)現(xiàn)盤(pán)形制動(dòng)等特點(diǎn)，近年來(lái)得到廣泛應(yīng)用。為降低輪重減載率和提高脫軌穩(wěn)定性，高速客車(chē)轉(zhuǎn)向架的構(gòu)架應(yīng)盡可能地采用柔性構(gòu)架，如德國(guó)T ALBO T的高速轉(zhuǎn)向架采用構(gòu)架側(cè)梁上蓋板開(kāi)槽的方式及SIG和SGP的高速轉(zhuǎn)向架采用合理的橫梁結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)提高柔性的目的。從發(fā)展的觀點(diǎn)來(lái)看，高速客車(chē)宜采用輕量化的焊接柔性構(gòu)架。

2.2 軸箱定位

簧下重量對(duì)車(chē)輛的動(dòng)力學(xué)性能和輪軌作用力都有直接的影響； 簧下重量越大，動(dòng)力學(xué)性能越差，輪軌作用力也越大，在高速情況下更是如此，故在選擇軸箱定位時(shí)應(yīng)盡可能選用重量輕的方式?？蛙?chē)轉(zhuǎn)向架的垂向懸掛參數(shù)由于受車(chē)鉤高和限界的約束，其垂向撓度也受到相應(yīng)的限制。高速客車(chē)轉(zhuǎn)向架均采用了不同形式的軸箱彈性懸掛，法國(guó)TGV、瑞士的SIG及日本的軸箱定位基本上以轉(zhuǎn)臂定位為主，而德國(guó)一般則以單頂簧加單拉板定位或?qū)ΨQ(chēng)的雙簧加橡膠堆的定位方式。軸箱采用何種定位方式應(yīng)根據(jù)國(guó)情、用途和線路條件而定，理論上決定其動(dòng)力學(xué)性能的是其剛度的匹配。但在選擇定位方式時(shí)，應(yīng)在保證其穩(wěn)定性的條件下，盡可能采用柔性定位，以減小輪軌間的磨耗。同時(shí)，應(yīng)盡可能地采用無(wú)磨耗、重量輕和檢修方便的定位方式。高速客車(chē)轉(zhuǎn)向架應(yīng)盡量減小輪軌噪音，而采用軸箱橡膠彈性懸掛或加橡膠墊是減少噪音的最有效措施。

3 中央懸掛

轉(zhuǎn)向架軸箱定位剛度值對(duì)車(chē)輛的運(yùn)行穩(wěn)定性起著關(guān)鍵作用，為保證車(chē)輛在高速情況下穩(wěn)定運(yùn)行，軸箱定位的剛度值不能太小?？紤]到空重車(chē)工況下載荷變化、限界和車(chē)鉤高度的限制，客車(chē)轉(zhuǎn)向架垂向總撓度及空重車(chē)狀態(tài)下垂向撓度差有一定限制，故要改善客車(chē)的垂向和橫向平穩(wěn)性能只能依靠中央懸掛。目前高速客車(chē)轉(zhuǎn)向架的中央懸掛基本上采用空氣彈簧和應(yīng)急彈簧串聯(lián)的模式，應(yīng)急彈簧一般為橡膠堆的形式?？諝鈴椈傻闹С蟹绞接址譃槎⑷退狞c(diǎn)支承，歐洲國(guó)家一般采用二點(diǎn)或三點(diǎn)支承的模式，但必須設(shè)置抗側(cè)滾扭桿，因歐洲鐵路聯(lián)盟（ U IC）對(duì)抗側(cè)滾指數(shù)有嚴(yán)格要求。日本采用四點(diǎn)支承的模式，在空氣彈簧跨距足夠大的條件下，可不加抗側(cè)滾扭桿。大量的理論研究和試驗(yàn)證明，二系剛度應(yīng)盡可能地保證車(chē)體的垂向和橫向自振頻率為1 Hz左右。

4 牽引裝置

傳統(tǒng)的客車(chē)轉(zhuǎn)向架采用心盤(pán)或雙側(cè)牽引拉桿的牽引模式。心盤(pán)除傳遞縱向力和支承車(chē)體的垂向載荷外，還能提供回轉(zhuǎn)力矩以提高車(chē)輛的抗蛇行穩(wěn)定性，但由于其摩擦特性受外界因素影響，穩(wěn)定性較差以及不能將車(chē)體的橫向和垂向等運(yùn)動(dòng)解耦，故不適合于高速轉(zhuǎn)向架。采用心盤(pán)的客車(chē)轉(zhuǎn)向架上一般設(shè)有非接觸式旁承或常接觸彈性旁承，常接觸彈性旁承除能抑制車(chē)體的側(cè)滾運(yùn)動(dòng)外，還能有效提高車(chē)輛的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性。目前高速客車(chē)轉(zhuǎn)向架多采用Z字形拉桿中心銷(xiāo)牽引的模式，其特點(diǎn)是在保證縱向剛度的條件下，橫向和垂向的剛度幾乎為零。

5 橫向止擋及抗側(cè)滾裝置

為控制車(chē)體的橫向位移及側(cè)滾角位移在一定的范圍內(nèi)，客車(chē)轉(zhuǎn)向架一般都設(shè)有橫向止擋和抗側(cè)滾裝置。通常在車(chē)體和轉(zhuǎn)向架間設(shè)有30～ 40 mm的橫向自由間隙，使車(chē)體在此范圍的橫向運(yùn)動(dòng)通過(guò)空氣彈簧進(jìn)行平衡。在通過(guò)小半徑曲線時(shí)有可能超過(guò)該自由間隙，止擋開(kāi)始起作用?？蛙?chē)轉(zhuǎn)向架的橫向止擋通常設(shè)計(jì)為橡膠彈性止擋，其目的是利用橡膠的非線性特性防止車(chē)體和轉(zhuǎn)向架間的剛性沖擊。為保證良好的橫向平穩(wěn)性指標(biāo)，近年來(lái)歐洲一些國(guó)家開(kāi)始對(duì)高速客車(chē)轉(zhuǎn)向架橫向止擋采用空氣彈簧的模式，但由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜和制造成本高，至今尚未得到廣泛應(yīng)用?？箓?cè)滾裝置通常由抗側(cè)滾扭桿等組成，以防止車(chē)體在曲線上過(guò)大的側(cè)滾角位移。U IC對(duì)車(chē)體相對(duì)于轉(zhuǎn)向架的側(cè)滾角位移有明確的限制，其規(guī)定車(chē)體相對(duì)于軌道面的側(cè)滾角比上轉(zhuǎn)向架相對(duì)于軌道面的側(cè)滾角的比值在0.2～0.4之間，中國(guó)至今尚未有相應(yīng)的規(guī)定。

經(jīng)過(guò)數(shù)十年的運(yùn)用和改進(jìn)，高速客車(chē)轉(zhuǎn)向架無(wú)論是技術(shù)還是性能都得到了迅速發(fā)展，縱觀國(guó)外高速列車(chē)的發(fā)展，其轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)并沒(méi)有固定的模式。

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