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我国货车旁承技术的文献综述研究进展

  1我国铁路货车旁承技术发展

  1.1间隙旁承

我国货车旁承技术的文献综述研究进展

  运行速度不高的车辆一般采用间隙旁承,例如早期装用转8A型转向架的60t级货车。新造车辆和检修修竣车辆的车体上旁承磨耗板与转向架下旁承不接触,上下旁承面之间存在一定的间隙,车辆运用中同一转向架两侧旁承间隙和的限度为2~20mm。采用间隙旁承的车辆,直线上运行时车体通过心盘传递纵向、横向和垂向载荷;在曲线上运行时,只有在车体与转向架之间产生较大相对侧滚位移时上下旁承才会相接触以阻止车体进一步侧滚。采用间隙旁承的车辆,其回转阻力矩主要由心盘提供,重车心盘载荷较大,有足够的回转阻力矩保证车辆以较高速度运行;空车由于心盘载荷较小,车辆高速运行回转阻力矩不足,所以采用间隙旁承的车辆空车运行速度一般较低。我国转8A型转向架用间隙旁承结构见图1。

  1.2弹性旁承

  我国从1998年开始研制弹性旁承,先后研制了JC、JC-1、JC-2、JC-3型双作用弹性旁承,BD型常接触弹性旁承,CJC-1、CJC-2、CJC-3、CJC-4、CJC-5型和CZC-1、CBC-1型长行程弹性旁承。各典型弹性旁承结构见图2,其主要技术参数及装用车型见表1,表1中E为车辆落成后上旁承磨耗板底面至支撑板或滚子顶面垂直距离(旁承间隙)。(1)JC系列双作用弹性旁承。

  我国第一批弹性旁承应用于配装转K1、转K2型转向架的P65型行包快运棚车,该车空重车最高试验速度达到132km/h,载重45t的车辆最高商业运行速度为117km/h。早期弹性旁承为旁承磨耗板两侧与旁承盒之间纵向定位,运用过程中磨耗板与旁承座接触部位磨耗严重,影响旁承回转阻力矩作用,同时滚子存在因定位不可靠而发生旋转后卡阻的问题。

  针对早期弹性旁承出现的问题,在研制转K6型转向架时对弹性旁承结构进行了优化设计:优化了旁承磨耗板及纵向定位结构,弹性旁承两侧增加纵向弹性定位,消除了磨耗板与旁承盒磨耗问题;优化了滚子安装结构,由原来的滚子直接放入旁承座的结构改为先将滚子安装在滚子轴上再整体安装在旁承座的定位凹槽中的结构,提高了滚子的定位可靠性。优化后的弹性旁承定型为JC型弹性旁承,是我国主型旁承,广泛应用于60t级、70t级通用货车和80t级专用敞车,至今已装车约75万余辆,共计300余万套(不包括寿命到期更换的旁承),占我国旁承应用数量的95%以上。图3、图4分别为早期及JC型弹性旁承结构。为适应不同自重的长定距车辆及转8A型转向架提速改造的使用要求,研发了JC-1、JC-2、JC-3型弹性旁承,其主要结构与JC型旁承相同。JC-2型弹性旁承应用于SQ6型小汽车运输车、GY95SK型罐车等车辆定距较长或自重较大的车型;JC-3型弹性旁承应用于X6K型集装箱平车等自重较小的车型;JC-1型弹性旁承适应用于旁承盒纵横向尺寸较小的转8AG、转8G、转8AB、转8B型转向架,其刚度、旁承间隙与JC型旁承相同,采用低摩擦因数的尼龙支撑磨耗板代替滚子。

  5为JC-1型弹性旁承结构1.垫片;2.调整垫板;3.垫板;4.弹性旁承体组成;5.旁承座;6.支撑磨耗板。JC-1型弹性旁承结构

  (2)BD型常接触弹性旁承。

  BD型弹性旁承应用于配装转K4、转K5型转向架的车辆,至今装车约3万辆,共计约12万套,其结构见图6。(3)CJC系列长行程弹性旁承。

  为满足我国27t、30t轴重货车技术发展的需求,在既有JC系列弹性旁承基础上研发了CJC系列弹性旁承。与JC系列弹性旁承相比,CJC系列旁承的优势主要体现在:弹性旁承体刚度对橡胶蠕变的敏感度降低约36.4%,减小了弹性旁承体的永久变形对旁承载荷变化的影响,检修中在弹性旁承体与旁承座之间加装同样厚度垫板时,采用CJC系列旁承的车辆空车因旁承垂向载荷过大引起心盘悬空的概率较采用JC系列旁承的车辆低;改进滚子支撑结构,采用小摩擦因数支撑板限位结构,提高了承载能力,满足车辆轴重增加的要求;采用具有自补偿功能的自锁楔块设计结构,旁承座与旁承盒纵向无间隙;优化了弹性旁承的安装和定位结构,改善了侧面弹性体的受力状态,提高了弹性旁承纵向定位的可靠性。CJC系列弹性旁承的设计参数覆盖了不同定距、自重、载重的各型铁路货车的使用要求。

  截至目前,CJC-1、CJC-2、CJC-3型弹性旁承已大批量装车使用,分别装用于3700辆C80E型通用敞车、70辆C96型敞车、240辆KM98型煤炭漏斗车,共计我国铁路货车旁承技术综述及发展建议曹玉峰,邵文东,徐世锋,李立东16040套。运用20万km后,分解检查结果显示,旁承整体状态良好、橡胶无裂损,旁承磨耗板磨耗轻微,满足运用要求。图7为CJC-1型长行程双作用弹性旁承结构,图8为CJC-2、CJC-3、CJC-4、CJC-5型长行程双作用弹性旁承结构。(4)CZC-1型长行程弹性旁承。

  CZC-1型旁承在BD型旁承基础上优化了弹性旁承体,同时采用了滚子限位结构,目前已小批量装用于C80EH型敞车、C96H型敞车、KM98AH型煤炭漏斗车,其结构见图9。

  1.3间隙旁承及弹性旁承的作用及对比分析

  铁路货车车体与转向架之间主要采用心盘和旁承连接结构,运行速度较低、性能要求不高的铁路车辆通常采用间隙旁承。随着重载运输技术的发展,为进一步提高铁路货车的运行稳定性和可靠性,研制了常接触弹性旁承。常接触弹性旁承可有效提高车体与转向架间的回转阻力矩、缓冲侧滚振动,对提高空重车尤其是空车的动力学性能作用显著。

  (1)提供回转阻力矩。

  采用间隙旁承的铁路货车,车体与转向架之间的回转阻力矩由心盘提供,旁承一般不提供回转阻力矩。采用弹性旁承时,一部分心盘载荷通过车体上旁承压缩下旁承弹性体分担到两侧旁承上,此时,车辆的回转阻力矩由心盘和两侧旁承共同提供。弹性旁承提供的回转阻力矩与旁承载荷、两旁承之间的距离及旁承磨耗板的摩擦因数有关,旁承载荷与旁承刚度、工作行程有关;心盘提供的回转阻力矩随着心盘载荷的增加而增大,并与心盘的等效半径、心盘摩擦因数有关[1]。

  我国通用货车转向架的旁承间距为定值(1520mm),尼龙旁承磨耗板的摩擦因数为0.3~0.4,弹性旁承运用中可能变化的参数仅有垂向刚度和工作行程。整车落成后,如果不考虑重车情况下枕梁微小变形等的影响,弹性旁承的工作行程就是定值,空重车状态下由弹性旁承提供的回转阻力矩是相同的。空车心盘载荷较小,其回转阻力矩主要由旁承提供,在保证空车动力学性能尤其是高速稳定性方面,弹性旁承起到关键作用;重车心盘载荷较大,回转阻力矩能够满足重车运行要求。

  以60t级通用敞车为例,装用间隙旁承和弹性旁承车辆的车体与转向架间回转阻力矩的理论计算及实际检测值见表2。

  表2装用间隙旁承和弹性旁承车辆的车体与转向架间的回转阻力矩(2)缓冲侧滚振动。

  当车体与转向架之间发生相对侧滚位移时,间隙旁承仅在车辆侧滚位移超过一定数值时起抑制侧滚振动作用,且车体与旁承接触瞬间形成刚性冲击,不利于缓冲侧滚载荷;而弹性旁承始终与车体接触并具有一定的弹性,可缓冲侧滚振动载荷作用并将侧滚载荷实时传递到减振装置,通过减振装置提供的减振阻尼吸收侧滚产生的振动能量。合理匹配弹性旁承与减振装置的性能参数能够有效缓冲和抑制车体的侧滚振动,有利于提高车辆的抗倾覆性能,保证车辆安全通过曲线。

  2弹性旁承防误装措施

  对于结构类似的系列旁承,为避免误装,在旁承体与旁承座之间、旁承座与旁承盒之间设计了防误装结构,同时旁承体金属外露颜色也各不相同,便于组装时确认弹性旁承型号,避免误装。表3为不同型号弹性旁承防误装措施。图10和图11分别为JC系列旁承座防误装卡槽和防误装挡销。

  3弹性旁承的调整

  3.1弹性旁承关键尺寸调整

  3.1.1弹性旁承体工作行程

  弹性旁承体自由高C1直接影响旁承的工作行程及最大行程B,是控制旁承组装质量的关键尺寸之一。运用后的弹性旁承体存在永久变形,可通过更换旁承磨耗板或在旁承体底部加装垫板的方式调整C1,使最大行程B满足表1要求。图12为与旁承体工作行程有关的部分关键尺寸示意图。图12中,D为上旁承磨耗板下平面至上心盘下平面垂直距离;C为下旁承磨耗板上平面至下心盘上平面垂直距离。只有确保旁承体工作行程符合要求才能保证回转阻力矩在有效范围内,车辆落成后,弹性旁承的工作行程无法直接测量,只能通过预先测得的最大行程B和旁承间隙E作差间接获取。

  图12与旁承体工作行程有关的部分关键尺寸示意图

  (1)下旁承磨耗板上平面至下心盘上平面垂直距离C。转向架落成时应按要求对C进行测量,该尺寸调整准确可有效减少整车落成时旁承间隙调整次数。

  (2)上旁承磨耗板下平面至上心盘下平面垂直距离D。该尺寸与C的尺寸相匹配,在车辆结构尺寸方面,D可有效控制旁承间隙进而控制旁承实际工作行程在合理范围内。D若调整不当,易引起心盘悬空,检修过程中应重点关注。

  (3)旁承间隙E。该尺寸对于旁承的使用性能及车辆检修尤为重要,实际旁承的工作行程是通过调整旁承间隙来控制的。旁承间隙过大即工作行程不足会影响车辆的高速运行稳定性,过小会影响车辆的曲线通过性能,因此在车辆新造及检修过程中应严格控制。

  3.1.2弹性旁承纵向间隙

  图13为JC型旁承座与摇枕旁承盒纵向间隙F示意图。弹性旁承组装后放置到摇枕旁承盒中,F是保证旁承提供的回转阻力矩能够充分发挥作用的关键。

作者:曹玉峰,邵文东,徐世锋,李立东 单位:中车齐齐哈尔车辆有限公司