鐵路客車轉(zhuǎn)向架技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

鐵路客車轉(zhuǎn)向架技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

鐵路列車是完成客運任務(wù)的重要技術(shù)設(shè)備。這不僅要求乘客多乘，而且完成了重要的客運任務(wù)，這不僅與乘客的安全、舒適、快速的交通密切相關(guān)。而轉(zhuǎn)向架是客車關(guān)鍵部件之一,直接關(guān)系到旅客的安全性、舒適性。1轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及防護技術(shù)我國鐵路客車從20世紀(jì)50年代的21型客車發(fā)展到現(xiàn)在的25型客車,不論是車體鋼結(jié)構(gòu)、車內(nèi)裝飾、車內(nèi)設(shè)備,還是轉(zhuǎn)向架方面均取得了長足的技術(shù)進步,科技含量越來越高?？蛙囎罡哌\行速度從50年代的100km/h逐步提高到120km/h、160km/h直至200km/h,客車最高試驗速度從70年代末的160km/h逐步提高到187km/h、212.6km/h、239.7km/h、321.5km/h?？蛙囘\行速度之所以能不斷提高,試驗速度不斷被刷新,關(guān)鍵在于技術(shù)先進、參數(shù)匹配、性能優(yōu)良、運用安全可靠的客車轉(zhuǎn)向架。在這50多年中,先后研發(fā)的轉(zhuǎn)向架與相應(yīng)客車相繼投入運用:與21型客車相對應(yīng)的轉(zhuǎn)向架有101型、102型等;與22型客車相對應(yīng)的轉(zhuǎn)向架有202型、206型、209型等;與25A、25G、25B型客車相對應(yīng)的轉(zhuǎn)向架有209T型、209改型、209PK型、206K型、206G型等;與25Z型準(zhǔn)高速客車及25K型快速客車相對應(yīng)的轉(zhuǎn)向架有CW—2型、206KP型、206WP型、209HS型等;與25T型提速客車相對應(yīng)的轉(zhuǎn)向架有CW—200K型、SW—220K型;與BSP25T型提速客車相對應(yīng)的轉(zhuǎn)向架有AM96型、SW—220K型;與時速200km各型電動車組相對應(yīng)的轉(zhuǎn)向架有CW—200型、SW—200型、PW—200型等;與時速270km“中華之星”號電動車組相對應(yīng)的轉(zhuǎn)向架有CW—300型、SW—300型等?？梢钥闯?我國鐵路客車轉(zhuǎn)向架的種類很多。從構(gòu)架結(jié)構(gòu)上分,有鑄鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向架及焊接構(gòu)架轉(zhuǎn)向架,有帶均衡梁導(dǎo)框式轉(zhuǎn)向架及無導(dǎo)框式轉(zhuǎn)向架等;從軸型上分,有C軸及D軸轉(zhuǎn)向架等;從構(gòu)造速度上分,有100km/h轉(zhuǎn)向架、120km/h轉(zhuǎn)向架、140km/h轉(zhuǎn)向架、160km/h轉(zhuǎn)向架、200km/h及270km/h轉(zhuǎn)向架等;從二系懸掛結(jié)構(gòu)上分,有有搖動臺結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向架、無搖臺結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向架及無搖枕結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向架等;從二系懸掛彈簧形式上分,有橢圓彈簧懸掛轉(zhuǎn)向架、圓彈簧懸掛轉(zhuǎn)向架及空氣彈簧懸掛轉(zhuǎn)向架等;從軸箱定位結(jié)構(gòu)上分,有各種導(dǎo)柱式軸箱定位轉(zhuǎn)向架、小拉桿式軸箱定位轉(zhuǎn)向架、轉(zhuǎn)臂式軸箱定位轉(zhuǎn)向架、拉板式軸箱定位轉(zhuǎn)向架等;從基礎(chǔ)制動裝置結(jié)構(gòu)上分,有雙側(cè)高磷瓦(中磷瓦)踏面制動轉(zhuǎn)向架、盤形制動轉(zhuǎn)向架及復(fù)合制動轉(zhuǎn)向架等等?？傊?我國鐵路客車轉(zhuǎn)向架經(jīng)歷了50多年的發(fā)展,不論從結(jié)構(gòu)上、技術(shù)參數(shù)上、材質(zhì)上,還是從性能上、安全可靠性上、運用檢修上都取得了巨大的技術(shù)進步。在引進、吸收、消化國外客車轉(zhuǎn)向架技術(shù)方面,也走過了很長的路,并在促進本國轉(zhuǎn)向架技術(shù)發(fā)展方面起到了很大的作用。20世紀(jì)50年代末、60年代初,四方機車車輛廠曾為配裝新造低重心輕快列車研制了空氣彈簧懸掛的鉸接式轉(zhuǎn)向架;60年代中期,長春客車廠和四方廠分別為裝配新造25.5m輕型高速列車研制了無搖動臺結(jié)構(gòu)空氣彈簧懸掛的CCKZ1型、KZ2型和KZ3型轉(zhuǎn)向架;70年代,四方車輛研究所、四方廠和長客廠聯(lián)合研制了時速160km的無搖動臺結(jié)構(gòu)高圓簧懸掛的L78型高速客車轉(zhuǎn)向架,該轉(zhuǎn)向架充分吸取了國外高速客車轉(zhuǎn)向架的設(shè)計經(jīng)驗,其后長客廠還先后探索了類似法國的Y32型、日本的DT200型高柔簧、無搖動臺、無搖枕二系懸掛的轉(zhuǎn)向架和一系雙側(cè)單拉板軸箱定位轉(zhuǎn)向架;到80年代中期以后,長客廠引進英國客車技術(shù),與英國聯(lián)合設(shè)計,由英國制造了3輛客車,也引進了英國BT—10型轉(zhuǎn)向架技術(shù),為我國生產(chǎn)CW—2系列轉(zhuǎn)向架奠定了技術(shù)基礎(chǔ);到了90年代初及以后,我國已開始研制準(zhǔn)高速客車及探索200km/h以上的高速客車技術(shù),更積極吸取國外高速客車轉(zhuǎn)向架先進技術(shù),從而研究、開發(fā)出一批技術(shù)先進、性能優(yōu)良的客車轉(zhuǎn)向架,如時速160km的CW—2型、206KP型、209HS型轉(zhuǎn)向架及時速200km的CW—200型、SW—200型、PW—200型轉(zhuǎn)向架等,甚至?xí)r速270km的SW—300型、CW—300型轉(zhuǎn)向架等,說明我國鐵路客車轉(zhuǎn)向架技術(shù)取得了長足的技術(shù)進步。在這50年中,早期的一些技術(shù)落后、性能差以及解放前的雜型轉(zhuǎn)向架已逐步被淘汰。2型c軸轉(zhuǎn)向架202型轉(zhuǎn)向架為我國主型C軸客車轉(zhuǎn)向架,構(gòu)造速度為120km/h。該轉(zhuǎn)向架是1958年由四方廠設(shè)計的,1959年開始批量生產(chǎn),1972年定型。其間,有關(guān)工廠先后修改設(shè)計、生產(chǎn)出5種202型轉(zhuǎn)向架,即202原型、202A型、202B型、202C型及202定型等5種202型轉(zhuǎn)向架。5種202型C軸轉(zhuǎn)向架總體結(jié)構(gòu)形式基本上是一致的,都是無均衡梁、無導(dǎo)框的H型構(gòu)架式兩系懸掛結(jié)構(gòu)。它們的主要區(qū)別是:(1)202原型轉(zhuǎn)向架為1958年設(shè)計、1959年生產(chǎn)的試驗型轉(zhuǎn)向架。其主要特征是一系、二系懸掛裝置均帶有液壓減振器,基礎(chǔ)制動裝置的傳動杠桿為導(dǎo)托滑輪式。(2)202A型轉(zhuǎn)向架是1963年生產(chǎn)的轉(zhuǎn)向架。其主要特征是取消了一系軸箱螺旋圓彈簧懸掛裝置的液壓減振器,基礎(chǔ)制動裝置中的傳動桿改為吊掛式。(3)202B型轉(zhuǎn)向架為1967年生產(chǎn)的轉(zhuǎn)向架。其主要特征是軸箱兩側(cè)掛有提桿安全裝置,并采用油導(dǎo)筒式軸箱定位裝置。(4)202C型轉(zhuǎn)向架為1962年由長客廠設(shè)計生產(chǎn)的。其主要特征是二系搖枕彈簧懸掛采用橢圓彈簧。(5)202定型轉(zhuǎn)向架為1972年定型后生產(chǎn)的轉(zhuǎn)向架,其主要特征是采用有間隙干摩擦導(dǎo)柱式軸箱定位裝置和塑料制動銷套等。圖1為202型定型C軸客車轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)圖。202型C軸轉(zhuǎn)向架適用于22型和23型的YZ22、YZ23、YW22、RW22、RW23及RYW型等客車。截至1986年年底生產(chǎn)了2萬余輛份,至1988年9月起全部停止生產(chǎn),并改用D軸206型、209型轉(zhuǎn)向架。202型C軸轉(zhuǎn)向架的主要結(jié)構(gòu)形式、幾何尺寸及主要技術(shù)參數(shù)匯總于表1。除了202型C軸轉(zhuǎn)向架用于22型主型客車外,還有201型、203型、204型、205型及210型D軸轉(zhuǎn)向架。它們分別適用于CA22型餐車、CA23型餐車、YZ31型市郊客車、XL22型行李車、UZ22型郵政車等,有的還適用于YZ22型、YZ23型、YW22型及RW22型等客車。這些轉(zhuǎn)向架的主要結(jié)構(gòu)形式、幾何尺寸及技術(shù)參數(shù)也列于表1。2.2206系列轉(zhuǎn)向架206型轉(zhuǎn)向架是我國主型D軸客車轉(zhuǎn)向架,設(shè)計構(gòu)造速度160km/h。206(207)型轉(zhuǎn)向架是四方廠在1971年—1972年間為中、蒙、蘇國際聯(lián)運客車而設(shè)計制造的D軸準(zhǔn)軌(207型為寬軌)轉(zhuǎn)向架。206(207)型轉(zhuǎn)向架是在總結(jié)UD1型(1960年為我國第1列雙層客車設(shè)計的D軸轉(zhuǎn)向架)、UD2型(1964年原為國際聯(lián)運客車設(shè)計,分準(zhǔn)軌、寬軌2種D軸轉(zhuǎn)向架,后用于北京—南寧的客車上)、KZ1型(1965年為25.5m高速列車的行李發(fā)電車設(shè)計的C軸轉(zhuǎn)向架)等U型構(gòu)架式轉(zhuǎn)向架基礎(chǔ)上設(shè)計制造的新型U型轉(zhuǎn)向架,也即UD3型轉(zhuǎn)向架。在70年代末,四方廠還研制過UD4、UD5型轉(zhuǎn)向架。1986年,四方廠還研制了無搖動臺的206W型轉(zhuǎn)向架。1989年,四方廠根據(jù)50輛國際旅游列車的要求,設(shè)計制造了206G型轉(zhuǎn)向架。90年代初鐵道部開始研制3列廣深線準(zhǔn)高速列車時,四方廠又成功研制了時速160km的206KP和206WP型準(zhǔn)高速轉(zhuǎn)向架,應(yīng)用于RZ125Z、RZ225Z、RZXL25Z、CA25Z及KD25Z等準(zhǔn)高速客車以及隨后用于大提速的25K型各種快速客車上。經(jīng)過50多年的發(fā)展,四方廠為我國鐵路研制開發(fā)出了206系列客車轉(zhuǎn)向架。206(207)型轉(zhuǎn)向架于1987年11月通過了鐵道部科技成果鑒定,裝車數(shù)達4000多輛。206KP、206WP型轉(zhuǎn)向架隨準(zhǔn)高速客車于1996年11月也通過了鐵道部科技成果鑒定,至2001年年底,裝車數(shù)共計近400輛。206系列客車轉(zhuǎn)向架經(jīng)歷了產(chǎn)生、發(fā)展、不斷改進、不斷完善的過程,雖在局部結(jié)構(gòu)和設(shè)計參數(shù)上有些區(qū)別,但其總體結(jié)構(gòu)形式基本上是一致的。圖2為206型轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)圖。其主要特點是采用了U型鑄鋼構(gòu)架、干摩擦導(dǎo)柱式軸箱定位、小搖動臺式搖枕彈簧懸掛、雙片吊環(huán)式單節(jié)長搖枕吊桿、構(gòu)架外側(cè)懸掛、兩系圓彈簧懸掛、搖枕彈簧帶油壓減振器、吊掛式閘瓦踏面基礎(chǔ)制動等技術(shù)。經(jīng)過在不同線路上的動力學(xué)性能試驗表明,206(207)型轉(zhuǎn)向架具有良好的動力學(xué)性能,最高試驗速度達到157km/h。1992年4月—6月及1994年3月—4月,在鐵道科學(xué)研究院東郊環(huán)行鐵道試驗線上,206KP和206WP型轉(zhuǎn)向架分別進行了第1次準(zhǔn)高速轉(zhuǎn)向架的動力學(xué)性能試驗,最高試驗速度達到187km/h;而在1994年9月—10月間在廣深線準(zhǔn)高速客車動力學(xué)性能試驗中,最高試驗速度達到174km/h,創(chuàng)下了當(dāng)時我國鐵路客車正線最高試驗速度的紀(jì)錄。206W型轉(zhuǎn)向架的主要結(jié)構(gòu)特點是:(1)采取無搖動臺結(jié)構(gòu),簡化了結(jié)構(gòu),減少了檢修工作量,但增加了縱向拉桿和橫向油壓減振器;(2)利用搖枕彈簧加橡膠墊來減小其二系懸掛橫向剛度,重車下二系懸掛當(dāng)量吊桿長度達800mm以上;(3)加大了兩二系搖枕彈簧中心間距,以提高抗側(cè)滾能力。206G型轉(zhuǎn)向架的主要結(jié)構(gòu)特點有:(1)改進了軸箱定位結(jié)構(gòu),加大了定位剛度;(2)用縱向牽引拉桿代替搖枕縱向擋結(jié)構(gòu);(3)二系懸掛增設(shè)了橫向油壓減振器;(4)制動銷套全部改為1級精度的耐磨銷套。以上措施均有利于提高車輛的橫向動力學(xué)性能。圖3、圖4分別為206WP、206KP型轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)圖。206WP型轉(zhuǎn)向架用于準(zhǔn)高速KD25Z型發(fā)電車,而206KP型轉(zhuǎn)向架用于準(zhǔn)高速RZ125Z、RZ225Z、CA25Z及RZXL25Z等座車、餐車、座席行李合造車及提速25K型客車。206WP、206KP型2種轉(zhuǎn)向架的總體結(jié)構(gòu)形式基本是一致的,除了二系搖枕彈簧懸掛裝置和構(gòu)架側(cè)梁局部不同外,其他部分完全相同。兩轉(zhuǎn)向架的主要結(jié)構(gòu)特點是:(1)均為無搖動臺結(jié)構(gòu)、全旁承支重、彈性中心銷軸牽引,均在構(gòu)架和搖枕間設(shè)有牽引拉桿、橫向緩沖器及橫向油壓減振器;但206WP型轉(zhuǎn)向架二系為高圓簧外側(cè)懸掛,并設(shè)有垂向油壓減振器,而206KP型轉(zhuǎn)向架二系則為空氣彈簧懸掛,并設(shè)有抗側(cè)滾扭桿裝置;(2)構(gòu)架、搖枕均為焊接結(jié)構(gòu),構(gòu)架側(cè)梁均為U形,但206WP型構(gòu)架側(cè)梁外側(cè)焊有圓簧支承臺,而206KP型構(gòu)架側(cè)梁中間凹部焊有一個支承空氣彈簧的圓盤;(3)一系懸掛均采用軸箱頂部圓簧和轉(zhuǎn)臂式軸箱定位裝置;(4)均采用盤形加踏面復(fù)合制動的基礎(chǔ)制動裝置。2.3SW—160型轉(zhuǎn)向架1997年,四方廠在206KP、206WP型轉(zhuǎn)向架設(shè)計、制造和運用經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,為25K型快速客車及高檔快速客車研制、開發(fā)了SW—160型轉(zhuǎn)向架(如圖5所示)。該轉(zhuǎn)向架針對206WP、206KP型轉(zhuǎn)向架存在的問題,在結(jié)構(gòu)和參數(shù)上均進行了改進和調(diào)整,其主要結(jié)構(gòu)特點如下:(1)構(gòu)架側(cè)梁由206KP型轉(zhuǎn)向架兩單片鋼板壓型焊接改為4塊鋼板拼焊而成,擴大了中部U形空間,并局部改進了構(gòu)架端部軸箱彈簧座結(jié)構(gòu),不僅使空氣彈簧有更大的安裝空間和更合理的設(shè)計參數(shù),而且增加了構(gòu)架端部的強度。(2)在軸距由2400mm增大至2560mm的同時,還將兩空氣彈簧橫向間距由1956mm增至2300mm,以實現(xiàn)外側(cè)懸掛,不僅有利于提高運行穩(wěn)定性和抗側(cè)滾性能,也有利于取消抗側(cè)滾扭桿裝置,簡化轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)。(3)原206KP型轉(zhuǎn)向架采用空氣彈簧,而206WP型轉(zhuǎn)向架采用高圓簧,現(xiàn)均可采用空氣彈簧,分別為SYS550D和SYS640型空氣彈簧。當(dāng)高檔客車裝用SW—160型轉(zhuǎn)向架時,也可采用進口的600型空氣彈簧;還對橫向減振器安裝位置作了改進,同時降低了減振器的阻尼值。(4)仍采用轉(zhuǎn)臂式彈性軸箱定位裝置,但進一步優(yōu)化了結(jié)構(gòu)和定位參數(shù)。由于SW—160型轉(zhuǎn)向架具有比206WP、206KP型轉(zhuǎn)向架更佳的運行性能,所以從1998年起在25K型快速客車和高檔客車上得到了快速推廣應(yīng)用。至2001年年底,總裝車數(shù)就達約800輛份,超過了同期的206WP型(29輛份)、206KP型(355輛份)的裝車數(shù)量。2004年,為滿足鐵路干線第5次提速的需要,四方廠研究、開發(fā)了持續(xù)運行速度160km/h的SW—220K型轉(zhuǎn)向架,裝用于25T型提速客車和BSP25T型提速客車上,圖6為SW—220K型轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)圖。SW—220K型轉(zhuǎn)向架的主要結(jié)構(gòu)特點是:采取了無搖枕的空氣彈簧二系懸掛結(jié)構(gòu),車體直接坐落于空氣彈簧上,進一步簡化了轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu);兩側(cè)空氣彈簧橫向中心距達到2300mm,成為外側(cè)懸掛,提高了抗側(cè)滾性能,因此,該轉(zhuǎn)向架未設(shè)抗側(cè)滾扭桿裝置。采用了抗蛇行減振器,以獲得必要穩(wěn)定的回轉(zhuǎn)阻尼,提高了轉(zhuǎn)向架蛇行運動的穩(wěn)定性。采用轉(zhuǎn)臂式彈性軸箱定位裝置。2004年,鐵道部向青島四方-龐巴迪-鮑爾鐵路運輸設(shè)備有限公司采購了338輛BSP25T型提速客車,其中,187輛裝用加拿大龐巴迪公司在法國ANF子公司生產(chǎn)的AM96型轉(zhuǎn)向架。該轉(zhuǎn)向架在比利時國家鐵路(SNCB)裝于國際城間快車上,已有20多年運用經(jīng)驗。該轉(zhuǎn)向架2000年7月經(jīng)改進設(shè)計后裝在25K型軟座車上分別在中國進行了2次安全評估動力學(xué)性能試驗,試驗結(jié)果顯示各項指標(biāo)均滿足合同要求。AM96型轉(zhuǎn)向架的主要結(jié)構(gòu)特點是:(1)為無搖枕結(jié)構(gòu);(2)原型AM96型轉(zhuǎn)向架采