浅析未来我国货车转向架的技术发展

宋少文

摘  要：安全、高速、重载是我国铁路事业发展的主要目标，转向架作为火车的走行装置，决定了火车的运输能力，新中国成立以来，我国货车转向架从技术引进到自主研发，技术上取得了突飞猛进的发展，但是，随着世界铁路的高速发展，我国现有货车转向架在运用过程中仍然会出现一些较为常见的损伤。所以未来我国货车转向架在向着重载、快捷的趋势发展过程中，仍需要攻克一些技术难题。

关键词：转向架;损伤;重载、快捷;技术难题

建国以来，我国铁路货车由载重50吨逐渐发展至60吨和70吨，直至今天80吨级铁路货车已经成为了趋势，期间，货车转向架也一直在进行着技术革新。目前我国正在使用的转向架主要有普通货车转向架转K2、转K4、转K5、转K6以及重载转向架DZ1、DZ2、DZ3，在使用过程中仍然会存在一些易发故障，所以货车转向架在接下来的发展中，势必要解决这些问题，来满足铁路货车高速、重载的需要。

1 我国货车转向架发展历程

1949年新中国成立以来，我国铁路货车转向架经历了4个发展阶段，我国货车转向架实现了4次技术升级。

第1阶段，1949—1963年仿制阶段。仿制生产，多种转向架并存运用，载重50t货车转3、转4型转向架，为60t级货车的转5、转6型转向架及参照前苏联的哈宁型转向架设计制造的老转8型转向架等。形式繁多、结构复杂、强度低、载重小、运行性能差，而且故障多、检修不便，逐渐被淘汰。[1]

第2阶段，1964—1997年自主设计制造。该阶段自主研发的转8A型转向架成为我国21t轴重货车主型转向架，共计装车约50万辆;为满足大秦线C63型专用运煤敞车的需要，1986—1987年设计了2D轴控制型和2D轴曲梁型转向架。

第3阶段，1998—2003年引进消化吸收阶段。引进交叉支撑转向架技术，研发了21t轴重转K2型转向架、转8G型转向架，转K2型装车约40万辆;引进摆动式转向架技术，研发了21t轴重转K4型转向架;研发了焊接构架式转K3型转向架。

第4阶段，从2003年至今，为自主研发再创新阶段。研发了25t轴重、120km/h转K5、转K6及转K7型转向架，适应了70t级通用货车和80t级专用货车的发展需要。转K6型转向架装车约30万辆。目前，我国已研发27t轴重、30t轴重转向架，分别在铁路正线、神华专用线路上试用 ，将推动我国铁路货车转向架技术进入新的发展阶段。加快大轴重、快捷货车转向架研制开发，实现技术突破，为我国铁路大宗货物重载运输、集散货物快捷运输提供技术保障。

2 目前我国货车转向架的易发故障

2.1 车轮的损伤

在车轮的故障中，有踏面磨耗、轮缘磨耗、踏面擦伤与剥离、车轮裂纹等，直接威胁着行车安全。

（1）车轮踏面圆周磨耗

车轮在钢轨上运动的主要形式是滚动，但在通过曲线等情况下，轮轨间存在着相对滑动。因此，轮轨间发生的是一种滚滑混合的复杂摩擦。在制动时闸瓦与踏面也发生滑动摩擦，引起磨耗。根据这些情况分析，引起踏面磨耗的主要原因有以下几种：

①挤压塑性变形：车轮滚动时，踏面与钢轨接触处的材料受挤压和剪切，经多次反复作用，使表层金属疲劳磨耗。

②摩擦热的作用：制动时，闸瓦与车轮间产生大量摩擦热，当缓解时闸瓦离开踏面后，摩擦热迅速向整个车轮传导而使踏面速冷。如此的时冷时热，易使踏面表面材质变化而造成破坏。实际观察与分析结果表明：车轮踏面的磨耗是踏面表层不断形成厚度在0.05一0.2mm的硬层和白硬层不断脱落的过程。[2]

（2）轮缘损伤

①轮缘厚度减小的正常原因：车轮做蛇行运动时，轮缘经常与钢轨内侧面发生冲撞磨耗;还有在曲线上由于离心力的作用，外侧车轮轮缘与外轨内侧面经常发生摩擦而造成磨耗。这样的磨耗虽然不可避免，但并不严重。

②轮缘加剧磨耗的特殊原因：轉向架两侧固定轴距差过大，侧架导框间隙过大或过小，同轴两车轮直径差过大，以及压装车轮时两车轮至轴端的距离不相等，这些原因均会造成轮对与钢轨间的相对位置不正常，使轮对偏向线路一侧，导致一侧车轮轮缘发生磨耗，也称为轮缘偏磨。轮缘偏磨的速度较快，会造成轮缘厚度过薄。

2.2 圆弹簧的损伤

（1）裂纹和折损

圆弹簧的裂纹和折损易发生在弹簧两端的1.5-2圈内，裂纹一般自簧条内侧因为弹簧受扭转和剪切的最大合成应力产生在簧条截面内侧边缘。此外，当弹簧受冲击载荷作用时，支持圈及其附近又首当其冲，这些情况都使此处最易发生折损。

圆弹簧裂纹和折损的原因：主要是在运用中经受大的冲击，超载或偏载过大，超出了弹簧的负荷能力所致;其次是由于在弹簧制造或修理时，未能达到工艺要求所引起;另外，在检修和更换弹簧时，过多地用力锤击造成伤痕也是一个重要原因。

（2）弹簧衰弱

弹簧经过长期运用，特别是经过多次修理之后，弹簧易产生自由高降低的现象称为弹簧衰弱。

弹簧衰弱的主要原因是由于在长期使用中，弹簧承受超载和偏载负荷过大;或因弹簧腐蚀，磨耗后使截面积减小，成为最薄弱的一环;由于多次修理进行加热，造成弹簧表面氧化和严重脱碳，从而降低了弹簧材质的强度极限。

2.3 侧架和摇枕的损伤

（1）磨耗

主要发生在侧架立柱磨耗板、斜楔挡、制动梁滑槽磨耗板、侧架导框及侧架立柱与摇枕挡的配合等处。不及时修理损伤侧架，会造成转向架不正位，制动梁脱落等。

（2）裂纹

①侧架、摇枕弯角处，中央方框底部漏水孔附近，制动梁滑槽下方，侧架立柱的上下弯角处;侧架摇动座支承安装槽底面等处，可能折断、脱侧架弯角处断面尺寸的突然变化，易产生应力集中。

②由于铸造工艺不良产生内应力，如分箱面不平整有错位痕迹，浇注后开箱过早就进行水瀑清砂产生温度应力而出现裂纹。[3]

③有铸造缺陷，如气孔、砂眼、夹渣等，减弱了断面强度，产生了局部应力过大而出现裂纹。

④焊修工艺不当，如未焊透、产生气孔、夹渣、咬边等缺陷，加之焊修前后热处理不当，在电焊处易发生脆裂。

⑤由于摇枕挡与侧架立柱的磨耗，增加了侧架立柱与摇枕挡的间隙，当冲击力过大时，在侧架立柱根部弯角处易产生裂纹。

3 未来我国货车转向架的发展趋势

3.1 重载货车转向架

扩大既有通用线路的27t轴重转向架装车试用和运用;进一步运煤专用线路的30t轴重转向架试用考验;开发满足新建铁路专用线路需要的30t以上轴重转向架。

（1）大轴重转向架低动力作用技术、轮轴技术等关键技术;

（2）大轴重转向架结构互换性和标准接口;

（3）动力学性能稳定性和转向架可靠性（部件结构及参数）;

（4）轮轨关系、载荷谱等转向架基础性技术;

（5）诊断健康管理PHM（安全监控、实时诊断、寿命管理）。

3.2 快捷货车转向架

实现快捷转向架技术突破，研制160km/h快捷货车转向架产品，带动集装箱平车、行包快运车等新产品开发，使我国快捷货车技术达到世界先进水平。

（1）制动技术、轮轴技术等关键技术;

（2）考核标准、轮轨关系等基础性技术;

（3）提高车辆动力学性能稳定性的悬挂技术;

（4）研究关键部件的可靠性技术;

（5）诊断健康管理PHM（安全監控、实时诊断、寿命管理）。

3.3 标准体系方面

结合我国铁路实际情况，研究建立中国铁路重载、快捷货车转向架设计、制造、运用、检修维护及技术管理标准体系。

（1）重载、快捷货车转向架设计技术规范;

（2）转向架主要零部件制造及检验标准;

（3）运用及检修技术条件或规程;

（4）生产、运用、检修等管理技术标准;

（5）诊断健康管理PHM技术标准。

参考文献

[1]田葆栓.国内铁路货车转向架技术结构. 2018.

[2]张大福.高速转向架构架作用载荷谱研究. 2013.

[3]刘惠民.铁道车辆构造检修及装备. 2016.