新型铁路起重机转向架优化设计及性能分析

张 斌

（中铁二十局集团第三工程有限公司，陕西 咸阳 712000）

在铁路火车出现故障时,铁路救援起重机是一种必备的工程车辆。但是，目前我国铁路系统的救援在结构和运行速度上受到一定限制，使得铁路起重机不能完全满足现代铁路的实际要求，为了进一步提升我国铁路运输行业以及铁路事故救援的效率，就需要在现有的铁路起重器技术条件的基础上对铁路起重机的转向架进行优化设计，不断提升其性能。

1 铁路起重机原转向架结构特点及技术参数

铁路起重机本身的重量比较大，因轴重的关系会受到一些制约，在对转向架开展设计工作时经常会选择多轴整体构架结构。在机车车辆的结构中转向架是一个非常关键的部件，而且其结构相对比较独立，在各种车辆中都有较好的适应性。原车转向架轴重23 t，轮对采用轴箱螺旋弹簧悬挂、导框定位。转向架采用球面心盘和旁承承载，心盘牵引，主要由弹簧装置、构架、轮对、轴箱、旁承装置、基础制动装置等部分组成，基础制动装置采用踏面制动装置。

铁路起重机原车构架式转向架不仅簧下质量比较小，而且轮轨的作用力也比较小，此外，构架式转向架的抗菱刚度大，因此在铁路的货车领域该结构得到了非常广泛的应用。在构架式结构下，铁路起重机的转向架蛇形运行失稳的临界速度也比较高，该转向架并没有安装减振装置，且制动系统也并未完全符合使用要求，还未达到初速为120 km/h的标准。

2 转向架方案设计要求

为达到如今铁路运输的标准，在对新型铁路救援起重机开展设计工作时，应符合以下各项条件：

（1）轨距：1 435 mm；（2）构造速度：120 km/h；（3）最大起重重量：160 t；（4）轴重：≤21 t；（5）车钩中心高度：880 mm；（6）曲线：通过时具有自动调平功能；（7）强度：满足TB/T 1335—1996要求；（8）活载：满足TB 10002.1—2005中活载要求；（9）动力学性能：满足TB/T 17426—1998要求；（10）限界：满足GB 146.1—83中限界要求。

3 新型铁路起重机转向架优化设计

转向架是铁路起重机中非常重要的一个结构部件，其性能的优良程度直接对起重机的运安全运行、牵引能力以及安全性能有很大的影响。垫带铁路起重机的重力矩在不断地增加，实际的运行速度逐渐增加，这就对起重机的行走装置提出了更高的要求。为了不断提升新型铁路起重机运行的平稳性、安全性，就要求其具备性能优良的走行装置。这样才能保证车辆作用力传递的安全、稳定进行，并保证各个轮子之间受到的载荷保持在均匀的状态，这就要求起重机不仅要能适应不平稳路况的运行而且还要能实现曲线路线的顺利通过。因此，我们针对新型起重机的实际需求提出了优化铁路起重机转向架的设计方案。

3.1 铁路起重机转向架主体结构设计

图1 构架

因原车的走行减速器的传动齿轮直接套在车轴上，在提升速度以后，原车的走行减速器并未完全处理因高速行驶带来的润滑油泄漏问题，所以并不能使用这一方法，这就需要重新对走行减速器开展设计工作，动轴由两侧改为中央，取消原转向架端梁，重新设计端梁用于安装走行减速器和挂齿装置。构架图见图1。该方案主要采取的是构架式四轴结构，保证铁路起重机的轴距在1.5 m主体结构为焊接式构架，其牵引方式为中心销牵引，牵引过程中产生的载荷由中心销以及旁承来共同负担，这样在转向架进行转动的过程中，上下旁承之间就会产生摩擦，并产生一定的阻力，阻力的方向与转向架转动的方向相反，这样就充分抑制了转向架在转动过程中出现蛇形运动的情况，保证了其稳定性。而针对悬挂该方案主要采取的是螺旋弹簧式非独立悬挂，作用是确保整体构架以及车体的重量，并完成转向架载荷传递和缓冲车辆行驶中产生的振动[1]。

3.2 铁路起重机转向架辅助结构设计

制动方面主要使用的是集成制动装置，该装置整体的质量较小、体积轻便，能够为车辆节省很大的空间，同时还好能保证在制定时能够保持闸瓦上下磨耗均匀。

对轴箱弹簧重新开始设计，将其静挠度设置为40 mm，弹簧静挠度比原方案增加了20 mm，确保减少起重机在运行中的动载荷，与此同时，弹簧的挠度裕量系数也得以有效提升。由于原方案采用的弹簧钢为55Si2Mn，为提高弹簧的安全系数，因此采用目前较为通用的高强度弹簧钢60Si2Cr VA，这样强度的裕量也得到了增加，转向架轴箱弹簧参数对比见表1。另外，还在每台转向架上配置了4台油压缓冲装置，主要来实现增加起重机的抗震能力，该装置的一端与构架的侧梁进行连接，而另一端则与轴箱体进行连接，在转向架上油压减震器为防止倾斜，这样就为转向架提供了横纵向上的阻尼[2]。另外，在起重机的每一个轴箱的箱体上设置一个闭锁油缸装置，这样起重机的支腿在不作业时可以由闭锁油缸来承受车体的主要载荷，对轴箱的弹簧等结构形成很好的保护作用，同时还具备闭锁功能。

表1 转向架轴箱弹簧参数对比

4 新型铁路起重机性能分析

在上述优化设计方案中，铁路起重机的构架式结构的整体强度以及刚度都能达到实际铁路起重机运行的要求，同时其制动结构、悬挂结构以及穿冲装置等的设计保证了起重机在作业时能具备足够的车钩高度，同时通过优化设计将起重机整体的中心进行了降低设计，这对起重机在通过曲线路线时的稳定性、安全性有很大的作用，能够充分避免列车在运行过程中出现脱钩的现象。此外，通过对该构架式转向架结构设计的计算和建模分析后可以发现该结构整体设计比较合理，完全能满足实际的铁路起重机运行需求。

5 结语

铁路起重机作为铁路上不可或缺的设备，需要在铁路沿线进行不同的起重作业，因此，要充分重视其结构性能的设计。我国的铁路起重机经过多年的设计研究和改进，事故救援能力也不断得以提升。为了保证铁路起重机能够适应现代铁路的实际需求，要求工作人员针对其转向架进行不断地优化设计，提升其性能，这样才能保证铁路起重机的安全以及稳定使用。