我國鐵路快捷貨車轉向架懸掛系統特點分析

黃乾興　王歡歡

摘 要：文章介紹了我國鐵路快捷貨車轉向架懸掛系統的重要組成部分及主要特點，分析了快捷貨車轉向架一系和二系懸掛的關鍵技術以及設計標準和要求，為我國快捷貨車轉向架懸掛系統的設計提供一定的參考。

關鍵詞：鐵路快捷貨車 轉向架 懸掛系統

1 引言

隨著信息時代的到來，我國快遞、物流行業得到了迅速的發展，與此同時人們對鐵路貨運速度的要求也在不斷提高，因此如何最大限度利用既有線路來發展我國的快捷貨車成為一個亟待解決的問題。作為快捷貨車的核心部件——轉向架，轉向架的性能將直接影響到貨車的運行品質，而懸掛系統直接決定了轉向架的關鍵性能，所以轉向架的關鍵技術是懸掛系統。近幾十年來，為了提高快捷貨車對線路的適應性，滿足國家提倡的綠色環保新要求，在原來鐵路貨車和動車組轉向架運用經驗的基礎上，從21世紀初年開始，我國的科研人員也陸續研發了多種快捷貨車轉向架，并完成了相關性能和運行試驗，如由齊軌道裝備公司生產研發的160km/h快捷貨車轉向架和中車長江公司研制的160km/h快捷貨車轉向架；以及近期齊軌道裝備公司研制的220km/h貨車轉向架等[1]。但隨著重載快捷貨車的發展，快捷貨車轉向架的懸掛系統出現了一些急需解決的問題，因為大量的研究表明，快捷貨車的垂向平穩性與列車的速度有密切的聯系，即速度越高列車的垂向平穩性越差。列車的垂向平穩性直接影響貨物運輸安全性和完整性，同時列車的平穩性也會影響輪軌之間的磨耗，從而影響鐵道線路的養護和維修成本，導致其綜合運營經濟性不佳[2]，故快捷貨車轉向架的懸掛系統設計是保證列車安全平穩運行的關鍵。

2 快捷貨車轉向架懸掛系統的組成

根據國內外鐵路快捷貨車運用情況，如果運行速度超過120km/h，僅有一系懸掛的轉向架基本不能滿足運行要求。因此，配備兩系懸掛成為快捷貨車轉向架的必然選擇[3]?？旖葚涇囖D向架的一系懸掛主要由垂向液壓減震器、軸箱等組成；二系懸掛系統的主要組成包括空氣彈簧、空氣彈簧下的橡膠堆、車體高度調整裝置、縱向液壓減振器等。

垂向液壓減震器如圖1所示，它主要是靠垂向液壓減震器活塞桿的拉伸和壓縮運動形成的液壓阻尼力達到減振目的，無論活塞是上移或者是下移，油液都要通過節流孔和進流孔流動，其流動阻尼大小決定了減振器的減振性能。垂向液壓減震器是利用液體的粘滯做功將車體的振動轉化為熱能，從而實現對振動的衰減，因此垂向液壓減震器具有良好的垂向減振效果，是提高快捷貨車運行垂向平穩性、和安全性的關鍵部件；軸箱如圖2所示，軸箱裝置是連接輪對與構架的活動關節，是約束輪對和構架相對運動的裝置，其作用是把快捷貨車的重量和載荷傳遞給轉向架的輪對，并且可以潤滑輪軸的軸頸，減少摩擦，降低運行阻力等。

空氣彈簧（如圖3）內部充有壓縮空氣，因此空氣彈簧的剛度是可以控制和改變的，通過控制其內部的氣壓就可以調整二系懸掛系統的剛度，所以不管車輛裝載了多少噸的貨物，都可以按照實際情況來調整二系懸掛的剛度；橡膠堆不僅具有優越的承重功能，更兼具良好的垂向減振、縱向減振和橫向減振功能；高度調整閥（如圖4）可以根據貨車不同的載荷情況來調節車體高度，保持車體距軌面的高度不變，始終保持車體處于水平狀態，使快捷貨車的地板面高度不受貨物分布和重量的影響，從而改善快捷貨車車體的傾斜和車輛的曲線通過性，保證車輛的運行安全，同時提高車輛的運行平穩性；縱向液壓減振器又叫抗蛇形減震器，它可以將震動沖擊能量通過各種阻尼形式變為熱量散發，從而減輕車輛的蛇形運動，達到列車平穩運行的目的。

3 快捷貨車兩系懸掛的關鍵技術和設計要求

目前，我國大多數的快捷貨車轉向架基本是通過參考準高速或高速客車轉向架研制的，所以一般快捷貨車轉向架的二系懸掛與高速客車類似。但快捷貨車轉向架相比傳統的貨車，普遍具有整體質量較輕、抗菱剛度較大等優點，圖5為快捷貨車兩系懸掛系統的位置。

3.1 快捷貨車懸掛關鍵技術的分析

由于我國快捷貨車轉向架基本參考的是準高速或高速客車轉向架，所以快捷貨車的關鍵技術特點一般和客車較為相似[4-6]：

（1）快捷貨車轉向架的懸掛系統要采用大撓度設計。

（2）為了滿足其橫向動力學性能，快捷貨車轉向架的二系橫向剛度要小些。

（3）快捷貨車轉向架縱向力傳遞大部分采用縱向牽引拉桿模式。

（4）為了能夠滿足快捷貨車空載和重載時的彈簧撓度，要將一系懸掛作為主懸掛。

（5）為了能夠滿足貨車的橫向動力學性能，快捷貨車的二系懸掛系統的橫向剛度要小，這是我國快捷貨車速度能從120km/h提高到160km/h最核心的關鍵所在。

3.2 快捷貨車懸掛系統的設計要求

通過分析我國快捷貨車轉向架的技術特點，可以得出其懸掛系統技術的總體思路為：

（1）要積極借鑒國內和國外相對成熟且先進的懸掛系統模式和研究方法，研究出具有自主知識產權且適合我們國情和線路條件的懸掛系統。

（2）科技貨車轉向架懸掛系統的研制，要以我國貨車線路實際運行狀況和管理要求作為前提。

（3）快捷貨車轉向架懸掛系統的研制，要滿足貨車空載和滿載狀態下的受力要求。

（4）為滿足快捷貨車的橫向動力學要求，其轉向架既要采用成熟的結構設計，二系橫向的剛度又要盡可能小。

（5）快捷貨車轉向架的結構設計要以簡單且可靠為主，但同時還要求其具有先進性和經濟性。

（6）因為快捷貨車轉向架具有特殊性，所以其考核和驗收應采用新的標準，不應與傳統貨車或者客車轉向架懸掛系統的考核和驗收標準相同。

通過對快捷貨車懸掛系統的關鍵技術分析，結合其對懸掛系統的技術要求，歸納了快捷貨車懸掛系統的特點（如表1所示）。

4 我國快速貨車轉向架技術的現狀

在近幾十年來，相比于國外的快捷貨車轉向架技術，我們的技術仍然有一定的差距。因此，加快快捷貨車轉向架搖枕、側架、焊接構架、車輪、懸掛系統等關鍵零部件的可靠性研究是非常必要的。特別是要完善快捷貨車轉向架的懸掛系統設計和匹配。對于懸掛系統，確定科學合理的一系和二系懸掛參數，找到影響轉向架性能的主要因素，進一步優化設計結構和材料，提高快捷貨車的安全性和穩定性。與此同時，還應對新型材料、快捷貨車的噪聲問題等進行研究，以提高快捷貨車的運行經濟性，保證快捷貨車長期運行中的穩定性，確保鐵路貨物運輸的完整性和安全性。

4.1 新型材料的研究

目前我國快捷貨車轉向架使用的鋼板材料一般為Q355NE鋼材，該鋼材具有較好的低溫沖擊性能和韌性，基本可以保證快捷貨車轉向架結構的穩定性和可靠性。但是由于我國幅員遼闊、地理環境復雜，通常情況下列車的使用條件和運營環境變化都比較大，這給列車運行造成了一定的安全隱患。為了解決這一問題，近幾年我國研制了一種沖擊性能和耐腐蝕性能更好的K-355NH耐候鋼[1]。該鋼材具有優質鋼的韌性、延展性、成形性、焊接切割性、耐磨性、耐高溫性和耐疲勞性等特點，可用于長期暴露在大氣中的鋼結構，如鐵路、車輛、橋梁、鐵塔、高速工程等，器特性基本可以滿足快捷貨車轉向架對材料的要求。

4.2 噪聲問題的研究

目前，我國對于快捷貨車引起的噪聲問題十分關注。從國內外大量的研究成果可以得出，列車引起的噪聲與其速度有著十分重要的聯系[7]。列車在較低速度（10～35km/h）時，產生的噪聲主要為牽引噪聲和機車的設備（如空調、壓縮機等）噪聲；當列車速度在35～250km/h之間時，主要為輪軌噪聲；當列車運行速度超過250km/h時，氣動噪聲占主導地位，且隨著列車速度的提高而迅速增大。目前快捷貨運列車的速度一般不高于200km/h，因此在一定時期內，快捷貨車噪聲的主要來源將是輪軌噪聲。為此我國科研人員也相應研制出了彈性車輪、阻尼車輪、聲學優化車輪以應對輪軌噪聲，并通過降低車輪踏面表面粗糙度、采用合成閘瓦、采用徑向轉向架、合理設計懸掛減振裝置、采用盤形制動裝置和輪緣潤滑器等方式輔助減少輪軌之間的噪聲。

5 總結

綜上所述，在研究快捷貨車轉向架懸掛系統時，我們的科研人員可以向一些轉向架懸掛系統技術較為發達的國家學習，適當借鑒國外快捷貨車先進的懸掛技術和研發經驗，同時結合我國的實際國情，不斷對快捷貨車轉向架的結構和懸掛系統的匹配參數進行優化，并積極嘗試研究比較新穎的懸掛方式，盡快地研發出屬于我們國家的快捷貨車轉向架技術，早日生產出具有中國特色的快捷貨車轉向架，以實現重載貨運強國的夢想，來引領世界快捷轉向架懸掛技術的發展。

基金項目：柳州鐵道職業技術學院校級項目資助：鐵路快捷貨車懸掛系統參數的優化及匹配性問題研究（項目編號：2022-KJB05）。

參考文獻：

[1]段仕會，徐世鋒，李立東，孔維剛，李智澤，穆鳳軍，邵文東.鐵路快捷貨車轉向架關鍵技術研究[J].鐵道車輛，2022，60（04）：69-73+77.

[2]翟鵬軍，楊文朋，鹿中華.中國快捷貨車轉向架關鍵參數匹配性技術研究[J].科技與創新，2021（03）：85-86+89.DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2021.03.028.

[3]翟鵬軍，楊文朋，鹿中華. 我國快捷貨車轉向架關鍵參數匹配性技術研究[C]//中國鐵道學會車輛委員會，中國鐵道學會軌道交通裝備分會.中國鐵路貨運市場發展和多樣化運輸裝備技術研討會論文集.中國鐵路貨運市場發展和多樣化運輸裝備技術研討會論文集，2019：275-278.DOI：10.26914/c.cnkihy.2019.062070.

[4]韓正彥.快捷貨車轉向架動力學性能及疲勞分析[D].大連：大連交通大學，2019.DOI：10.26990/d.cnki.gsltc.2019.000415.

[5]楊晶，樸明偉，徐世鋒，方吉，兆文忠.快捷貨車轉向架3大技術問題對策研討[J].機車車輛工藝，2016（S1）：5-8.

[6]徐世鋒，邵文東，胡海濱，張得榮，段仕會，劉新強，杜偉，趙增闖.國內外快捷貨車轉向架的技術現狀及發展[J].鐵道車輛，2015，53（12）：4-9+89.

[7]白文雖，劉明尚，于田.歐洲貨車轉向架低噪聲技術研究[J].國外鐵道車輛，2018，55（06）：12-15.