浅谈铁路机车新型转向架设计

周子轩 ,张凤 ,张睿 ,牛学渊

摘要：转向架作为机车的重要组成部分，其研发过程往往围绕着整车的性能需求开展，转向架的种类由于客户对机车性能的要求各不相同而日益增多，因此转向架设计研究具有重要意义。文章重点就铁路机车新型转向架设计进行研究分析，以供参考和借鉴。

关键字：铁路机车；新型转向架；设计要点

引言

转向架的作用不仅体现在承载车体重量，也直接关系到整个铁路机车的稳定性与乘坐舒适性。不管是转向架的结构还是性能都会影响到整个铁路机车的运行速度、安全性能，因此只有在了解转向架的基础上，才能确保建立起一个完善、全面的设计体系。

1铁路机车转向架概述

1.1铁路机车转向架的作用

第一，承重，转向架的一个主要作用就是承重；第二，传动，转向架不仅要承重，还起到传动的作用，传动的力包括牵引力和制动力；第三，由于铁路机车运行的线路会在直线、曲线两种状态下交替，为了确保铁路机车在直线、曲线两种情况下实现平衡运行，转向架的作用就展现出来了，利用转向架可确保铁路机车减少受到轨道的横向作用力，确保了铁路机车在曲线线路下的安全运行；第四，利用转向架还能减少铁路机车受到线路不平顺带来的冲击，提升整个运行平稳性。

1.2铁路机车转向架分类

根据不同的分类方式转向架可以实现不同分类，分类方式包括按照轴数分类、传动方式等。根据轴数分类转向架可以分为两轴转向架和三轴转向架。根据传动方式分类可以分为独立传动、组合传动两种。

2铁路机车新型转向架设计应用

2.1低动力技术的应用

铁路重载货车和轨道线路主要存在着横向轮轨动力作用与垂向轮轨动力作用。轮轨之间的横向动力作用直接影响着轮缘磨耗与钢轨侧面的磨耗等，轮轨之间的垂向动力作用直接影响着轨道损坏与车辆踏面磨损等。

2.1.1衡量轮轨垂向动力作用的指标

轮轨之间垂向低频作用力、高频作用力、轮轨的接触应力、轨枕的加速度响应、道床的加速度响应等是对轮轨垂向动力进行衡量的主要指标。基于一系弹性悬挂能够使轮轨的垂向动力作用得到有效降低。

2.1.2衡量轮轨横向动力作用的指标

轮轨磨耗功、蛇行失稳临界速度、最大轮轨横向力、脱轨的最大系数等是对轮轨的横向动力进行衡量的主要指标。现阶段对轮轨的横向作用降低的主要措施包括轮对弹性定位、转向架横向刚度的减小等。比如DZ2型转向架采用了摆动式技术，使转向架低动力性能得到实现。

2.2准径向技术与径向技术的应用

刚性的定位转向架在通过曲线的过程中，轮对刚性悬挂需要两轮对保持相对的平行，导致前导轮对和钢轨间的冲角比较大，由此有较大的轮缘力的产生，使轮缘存在较大的磨损。如果轮对轴箱的定位方式为柔性弹性定位，那么弯曲刚度与剪切刚度存在于轮对和构架当中，此时，因为存在踏面锥度，所以在蠕滑力的作用下轮对趋向于径向的位置，然而因为没有径向装置，所以经过曲线时轮对的趋于径向位置比纯径向转向架要小，所以被叫做是准径向。实践表明，27t的轴重DZ2型转向架经过小半径曲线与道岔时，轮对冲角比转向架要少28-34%，降低7-12%左右的磨耗指数，转向架的准径向功能得到实现，曲线通过性能得到概述，使轮轨动作用力与轮轨的磨耗得到有效降低。

2.3双作用弹性旁承技术

基于双作用弹性旁承技术能够使铁路重载货车的车体和转向架的回转阻尼得到提高，对于铁路重载货车转向架和车体摇头、车体侧的滚振动、蛇形运动针对等得到有效抑制，使铁路重载货车在提速过程中的稳定性与平稳性得到提高。当铁路重载货车通过的曲线的半径比较小时，刚性滚子直接接触旁承，使回转阻力矩得到有效控制，使其在合理范围中，从而使曲线通过性能得到改善。

2.4组合式斜楔技术的应用

组合式斜楔高分子磨耗板使铁路重载货车转向架减震系统的阻尼得到有效控制，提升了系统的摩擦性能。由于金属摩擦副的阻尼离散度大导致了铁路重载货车的动力性能不稳定，而组合式斜楔使金属摩擦副阻尼具有较大离散度的问题得到有效解决，提高了铁路重载货车的稳定性。

3铁路机车转向架技术的发展趋势

3.1铁路转向架的降噪技术

铁路重载货车的噪声特别是运行在夜间时，对于铁路沿线的居民的生活造成了非常严重的影响。国外发达国家对于铁路列车的噪声方面制定了严格的标准。铁路重载货车的设计人员对于铁路重载货车的噪声降低问题需要给予高度重视。铁路重载货车的车轮、轮轨的滚动、闸瓦摩擦、转向架的零部件摩擦等是导致铁路重载货车噪声的主要来源。就铁路重载货车的转向架不适宜使用复杂的噪声降低的措施，这是由使用转向架的条件所决定的，如何有效的降低铁路重载货车转向架的噪声是研究的重点方向。

3.2有效降低铁路转向架轮轨的动作用力

随着社会的不断发展，铁路重载货车的轴重不断的增加，铁路线路的承受轮轨作用力和铁路线路的变形也越来越严重，产生了较为突出的轮轨动力作用问题，这就需要基于有效技术手段，使铁路重载货车对于轨道的动力作用得到最大程度的降低，能够提升低动力的性能，使铁路重载运输的成本可以降低。铁路重载货车转向架在未来的发展中，应该在使铁路重载货车稳定、可靠运行的基础上，对于制定低动力性能指标、科学监控轮轨力的技术等的进行深入的研究，对和我国国情相适应的铁路重载货车低动力性能的评价和试验监控规范进行制定，同时对于铁路重载货车和铁路线路之间的耦合关系进行综合考虑，确保铁路重载货车转向架能够和我国现阶段的铁路线路、桥梁等最大程度的匹配。

3.3铁路转向架的可变轨距技术

变轨系统包括可变轨距转向架、变轨铁轨系统、锁止机构三大项。本报告以CW-2 型转向架为安装对象，变轨距辅助轮上配有锁止机构与伸缩轴相连。当辅助轮驶入变轨距轨道一段时间后，由于变轨距轨道的前后段与铁轨高度相同，中段高于铁轨，整个转向架被架起，此时轮轴锁止机构解开，伸缩轴可以移动，变轨轨道与铁轨平行，此时车轮轮距随变轨辅助轮轨迹的改变而改变，从而达到变换轮距的目的。列车继续向前行驶驶出变轨轨道，锁止机构锁止，列车被放下，受力轮由辅助轮变为车轮，变轨结束。

此项目主要用于中俄跨国列车。该项目的第一阶段致力于实现在列

车低速情况下的半自动变轨，此阶段还不能脱离驾驶员，需要驾驶员主动降低车速到预定的变轨速度，且手动按下变轨按钮，在变轨完成后手动关闭变轨按钮并提高车速；该项目第二阶段致力于实现列车低速情况下的全自动变轨，此阶段无需驾驶员的主动操作，在进入预定的准备变轨区间内，有车外的传感器检测，并传递给行车电脑，在行车电脑的控制下，完成一系列的变轨操作和安全检测；该项目的第三阶段是实现正常车速下的全自动变轨，此阶段除了车速为正常行驶速度外，其余变轨操作与第二阶段完全相同。该项目正常运用于中俄跨国列车上时，可节省在出境时货物换车所消耗的时间以及货物换车所带来的人力成本，大大提高了跨国物流运输的效率且降低了物流的运输成本。

结束语

综上所述，铁路机车转向架技术和我国铁路重载货车的重载质量、速度提升的目标的实现具有直接影响，通过对铁路重载货车转向架关键技术的深入研究，使转向架关键部位工作的可靠性得到提升，同时使惯性故障问题得到有效解决，推动我国转向架技术向着世界先进水平发展。

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大创项目：铁路机车转向架可变轨距系统