1、 浅谈转向架与轮轨表面磨耗的作用及其发展摘要：经过几十年的发展，我国的转向架形式多样，满足了铁路重载快速货运的要求。随着列车的运行速度不断提高,轮轨动态相互作用越来越强，因此，设计低动力作用机车转向架是机车设计中的关键之一。本文主要介绍了转向架在减轻轮轨表面磨耗方面的作用以及它的发展。关键词：转向架 轨轮表面的磨耗作用 发展电力机车的走行部分称之为电力机车转向架，车体重量支撑其上并可与车体相互转动。承受和传递车辆在运行中的各种动载荷及轮轨间的作用力；能保证电力机车在规定速度范围内安全地在直线和曲线区段上运行，并具有良好的运行品质和足够的可靠性及安全性；传递牵引力并能实施车辆制动功能，确保行车安
2、全 1 。1 转向架的分类它可以分为以下几类：按轴重分：B 轴、C 轴、D 轴、E 轴、F 轴、G 轴转向架。 按轨距分：标准轨距和米轨两大类。转向架还可以分为：准高速客车转向架 、高速转向架 。1.1 准高速客车转向架 2 分为： 206KP 、 206WP 转向架是四方厂为广深线准高速客车和发电车设计的转向架，二者除中央悬挂部分和构架侧梁 转向架局部不同外（ 206WP 中央悬挂为无摇动台高圆簧外侧悬挂， 206KP 则为空气弹簧，并加装抗侧滚扭杆） ，其他部分完全相同其构架，摇枕均为焊接结构， U 型侧梁，采用单转臂式轴箱定位，采用盘型制动和踏面复合制动。 四方厂还在 206KP ， 2
3、06WP 转向架的基础上研制了适用于 160-200km/h 的 SW-160 转向架，它主要有以下特点：构架由两片 U 型压型梁改为四块钢板拼焊结构；轴距由 2400mm 增加到 2560mm ；采用空气弹簧；空气弹簧横向间距由 1956mm 增加到 2300mm ，以改善车辆抗侧滚性能。 209HS （ HS 指 High Speed ）转向架是浦镇厂在 209PK 转向架的基础上研制的，构造速度为 160km/h ，主要有以下改进：轴箱定位结构由弹性摩擦套定位改成无磨耗的橡胶堆定位；摇动台吊杆端部由销孔结构改为无磨耗弹性吊杆结构；改心盘支重为全旁承支重；取消空气弹簧阻尼孔，加装垂直油压减
4、振器；轴箱悬挂系统加装垂直油压减振器；采用钢板焊接型构架以减轻自重；加装电子防滑器等。 CW-1 、 CW-2 转向架（ CW 代表 Changchun Work ）是长客厂在吸收进口英国样车的 T10-1 转向架技术后，设计的两种准高速转向架，其中 CW-1 型中央悬挂采用纲簧和油压减振器，供准高速空调发电车使用； CW-2 型中央悬挂为空气弹簧和可变节流阀，用于其他车种。 CW-2 转向架是：构架，摇枕为焊接结构；装用转臂轴箱定位装置和控制杆；全旁承支重；中央悬挂为有摇动台结构；设带橡胶套的中心销轴牵引拉杆横向挡，横向拉杆，横向油压减振器，抗侧滚扭杆；轴箱悬挂系统设垂直油压减振器；基础制动
5、装置为单元盘型制动，设电子防滑器；广泛采用橡胶元件，改善隔振、隔音性能，减小磨耗。 1.2 高速转向架 3 分为：PW-200 转向架是在 209HS 转向架的基础上重新研制的，它优化了一系和二系悬挂参数；采用了无磨耗的橡胶堆轴箱弹性定位装置；采用高速轻型轮对；轴颈中心距改为 2000mm ；更换轴箱减振器安装位置；装用带可调阻尼和弹性支承的空气弹簧，采用两端为球铰的纵向拉杆；装用新型盘轴式基础制动装置；优化了结构设计。 SW-200 转向架结构与 SW-160 转向架基本相同，其改进如下：优化了一系、二系悬挂系数；采用轴盘式基础制动装置，适用于 200km/h 的高速列车。该转向架在 199
6、8 年 6 月的郑武线动力学试验中最高时速达到了 240km/h 。 在这一阶段，长客厂生产了我国第一台 CW-200 型无摇枕转向架。其构架采用 4 块钢板拼焊，横梁采用无缝钢管，与侧梁连通作为附加空气室，中央悬挂采用无摇枕的空气弹簧悬挂，采用抗蛇行油压减振器，单拉杆牵引，设两个横向油压减振器和抗侧滚装置，其轴箱为转臂式无磨耗定位，并使用油压减振器，基础制动为每轴 3 个盘的轴盘式盘型制动装置。此后，长客厂又开发了 CW-200KD 、 CW-300 等型号的无摇枕转向架。 2 转向架在减轻轮轨表面磨耗方面的作用进入 21 世纪，我国城市轨道交通获得了较快的发展，由于安全、快捷、舒适等优点，
7、城市轨道交通备受青睐，在改善城市交通拥挤状况、快速集散客流、促进经济发展中起了非常重要的作用。然而，在我国已经开通地铁的北京、上海、广州等城市都不同程度地存在着曲线上钢轨内侧面和轮缘磨耗过快，导致维修费用高居不下的问题。同时，车轮轮缘切咬钢轨产生的尖啸声，也对城市环境造成了噪声污染。采用径向转向架是解决上述问题的途径之一。2.1 径向转向架 径向转向架是为了提高车辆的曲线通过能力而在常规转向架的基础上设计出的转向架，广泛应用于货车、准高速列车和摆式列车上。近年来出于减轻轮轨磨耗，提高运行安全性的需要，径向转向架开始应用于城市轨道交通车辆上，并在日本、加拿大等国家获得了成功。径向转向架与普通转向
8、架的区别在于曲线通过方式的不同，径向转向架在通过曲线时的冲角比普通转向架要小，因此第一轮对的横向力可以降低，从而减轻轮轨磨耗 4 。早期设计的径向转向架由于未经过车辆动力学方面的优化设计，连接机构多带有多余结构，不仅增加了转向架制造成本，而且由于簧下重量的增加还影响了振动特性，因此多数难于推广普及。可以说，这正是铁道机车车辆及转向架动力学理论得以问世的缘由之一。径向转向架设计的关键是在保证轮对按照预想的轨迹顺利回转而通过曲线的同时，还要保证转向架具有较高的运行稳定性。所谓稳定性，就是在直线运行时无论外界怎样干扰均不发生蛇行运动失稳。一般来说，这两者互相限制，难以兼顾。1973 年英国国铁研究所
9、提出了具有划时代意义的等价定位刚度理论，为开发径向转向架提供了理论上的依据。基于这一理论，世界各国开发出各种不同结构的径向转向架。最简单的径向转向架是适当减小轮对纵向定位刚度，利用轮轨之间的蠕滑力使轮对自动导向。具有十字交叉拉杆连接机构的径向转向架也是利用轮对的自导向功能进行导向。但是这两种径向转向架的导向能力有限，因此又出现了利用车体与构架和轮对之间的连接机构强迫轮对转向的转向角连锁方式。按照是否利用了轮对的自导向功能可以把径向转向架分为两类自导向转向架和迫导向转向架。为了进一步提高轮对的导向功能，法国有关研究机构又提出了采用控制方式的径向转向架的概念，本质上也属于迫导向转向架。21.1 径
10、向转向架在减轻轮轨磨耗方面的应用经验径向转向架的出现，为铁路提高运行性能，降低维护费用提供了可能，因此很快在西方铁路发达国家得到广泛的应用，尤其是在机车和摆式列车上。运用经验表明径向转向架在减轻轮轨横向力和磨耗方面的确有着显著的效果。美国 SD60MAC 型机车装用 EMD 径向转向架之后轮缘磨耗明显减少 5 ；装有自导向径向转向架的德国 VT611 摆式动车组在曲线上可提高运行速度 25%，当线路曲线半径大于 400m 时，轮对的径向能力较强，有效降低了横向力；瑞士 SIG 公司的迫导向转向架摆式客车，在半径为 300m 的曲线上轮轨磨耗减小 30%，横向力降低 50%，效果非常好；日本的
11、283 系客车采用径向转向架在曲线上运行时，轮轨横向力降低了 33% 50% 6 。我国首次在摆式客车试验车上应用径向转向架，已经通过了线路试验，试验阶段取得了良好效果。表 1 是在运行速度80km/h 时，我国在摆式实验车上分别采用迫导向、自导向、传统转向架情况下的第一轮对横向力（单位为 KN） 。表 1.在不同曲线半径时转向架第一轮对横向力比较曲线半径m300 400 500 600 800 1000安装破导向转向架的客车36.32 3257 26.10 27.85 27.18 17.35安装自导向转向架的客车48.11 4364 30.23 24 20.99 17.58安装传统转向架的客
12、车44.86 41.44 38.53 26.37 27.86 20.9从表中可看出，在通过小半径曲线时，与普通转向架相比，迫导向转向架的轮轨横向力大幅度降低；与装配 209HS 转向架的试验车相比，装配迫导向转向架的客车在小半径（300400m）曲线通过时，轮轨横向力明显降低；与装配209HS 转向架的试验车相比，装配自导向转向架的客车在大半径（大于 500m）曲线通过时，轮轨横向力有所降低。2.1.2 单电机转向架（架悬式）单电机转向架（架悬式）轮轨冲击小，噪声也降低，但运用经验比较少，而且轻轨车辆一般采用交流牵引电动机，转向架内的空间足够，因此单电机转向架用的较少；采用弹性车轮也可降低噪声
13、减少轮缘磨耗，但只在轴重 12t 以下效果好，轴重较大时，由于橡胶强度等的限制，就不适用；独立车轮在减少噪声降低磨耗方面效果很好，在国外先进的轻轨车辆上运用比较成功，如德国的 MGT-6D 和 NGT-6C、奥地利的 TRAM CAR 轻轨车辆等 7 ，但这项技术在国内尚无应用经验；径向转向架在国外运用比较成功，国内的研究也已充分展开，干线铁路上已通过线路试验，证明可以有效降低横向力。因此，利用径向转向架以减小轮缘与钢轨的冲角，降低轮轨横向力和轮轨磨损，从而降低维修成本，并降低噪声，改善乘座舒适度是我国城市轨道交通建设提高车辆技术含量的最佳选择。3 转向架的发展历程3.1 20 世纪 50 年
14、代这个时期，我国首次自行设计了转向架，主要型号有 101 、 102 、 103 型，是 21 型客车使用的导框式转向架，构造速度是 100km/h ，其结构复杂，笨重，运行性能差，现已淘汰。202 转向架是四方厂为 22 型客车生产的无导框 C 轴转向架，构造速度为 120km/h ，自 1959 年起制造。它采用铸钢 H 型构架，导柱式轴箱定位装置，摇动台式摇枕弹簧悬挂装置，两系圆弹簧，摇枕弹簧加油压减振器，吊挂式闸瓦基础制动等。该转向架已经于 1986 年停产。 3.2 70 年代 四方厂研制了 U 型结构的 206 转向架，浦镇厂研制了 H 型构架的 209 转向架。206 转向架采用
15、侧部中梁下凹的 U 型构架，干摩擦导柱式轴箱定位装置，带横向拉杆的小摇动台式摇枕弹簧悬挂装置，双片吊环式单节长摇枕吊杆外侧悬挂以及吊挂式闸瓦基础制动装置等，结构可靠，运行平稳，磨损少，检修方便， 1993 年开始在中央悬挂部分加装横向油压减振器，加装两端具有弹性节点的纵向牵引拉杆，形成 206G 转向架，后加装盘型制动装置，形成 206P 转向架。 209 转向架 8 是浦镇厂在 205 转向架的基础上研制的，于 1975 年开始批量生产。它采用 H 型构架，导柱式轴箱定位装置，摇动台式摇枕弹簧悬挂装置，长吊杆，构架外侧悬挂，两高圆弹簧，摇枕弹簧带油压减振器，吊挂式闸瓦基础制动装置等。 198
16、0 年后，又生产了具有弹性定位套的轴箱定位结构和牵引拉杆装置的 209T 转向架。在此基础上，还生产了采用盘型制动的 209P 转向架。 在 209T 转向架的基础上，浦镇厂又开发了供双层客车使用的 209PK 转向架，其构造速度为 160km/h 。主要有以下方面的改进：采用盘型制动和单元制动缸，取消踏面制动；设空重调整阀；采用空气弹簧和高度调整阀；安装抗侧滚扭杆；保留了摇动台结构。 209PK 转向架（ P 代表盘型制动， K 代表空气弹簧） 。在这段时期内，我国还制造了少量用于公务车的三轴转向架，在原德意志民主共和国进口的软座，软卧车上采用了 211 等型号的转向架。 3.3 80 年代
17、1994 年，四方厂、长客厂、浦镇厂相继研制出了 206WP 、 206KP 、 CW-2 、 209HS 转向架，在广深线动力学试验中最高时速达到了 174km/h ，这些转向架的研制成功，标志着我国客车转向架技术上了一个新台阶。1998 年起，各工厂相继推出了自己的高速转向架，例如浦镇厂的 PW-200 转向架，长客厂的 CW-200 转向架，四方厂的 SW-200 、 SW-220K 转向架等 9 。3.4 现在径向转向架在城市轨道交通领域达到实用化，对我国城市交通建设来说是一个大目标。摆式试验车的试验结果表明，我国自行研制的迫导向转向架与自导向转向架在直线上以 120km/h 速度以及
18、在曲线（半径 3001000m）上以80km/h 速度运行时，脱轨系数、轮重减载率、垂向和横向运行平稳性均满足铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范 （GB5599-85）的要求，这表明，依靠我国自己的科研力量完全可以开发出达到实用化的径向转向架。借鉴日本的经验，我国可以根据现有条件，在引进关键技术的基础上进行仿制并进一步开发具有我国特色的地铁、轻轨用径向转向架。4.小结转向架决定了车辆的稳定性和车辆的乘坐舒适性。而轮轨表面磨耗过快是地铁、轻轨系统中的惯性问题，这也是转向架要解决的首要问题之一。怎么样使转向架低成本、易于保养和维修也已经是我们所要面对的一个问题。但是我相信随着新转向架的装车使用和
19、各种先进技术的运用，我们所担心的问题都会解决的，而我们的旅行环境变得越来越好了。我们有理由相信，未来的火车一定会更平稳，更舒适！文献检索1丁菊霞 王凤臣 张俊华 李宁洲 郭世明 电力机车机械部分 西南交通大学出版社 2010.22郑树选. 8K 型电力机车M.北京：中国铁道出版社， 1994.3王伯铭. 轻轨车辆走行部的特点 J.铁道车辆，1999，12：16174柳拥军等.基于虚拟样机的摆式客车迫导向机构的仿真研究J.北方交通大学学报，2002，26（4）：53565Gurt A.Swenson, R.Thomas Scott.机车径向转向架对轮轨磨耗的影响J.国外内燃机车，1999，6：19226傅茂海等.我国摆式客车转向架的选型研究J.西南交通大学学报，第 35卷，第 6 期：595599.7傅茂海等.我国摆式客车转向架的选型研究J.西南交通大学学报，第 35卷，第 6 期：595599.8杨利军.向转向架车辆结构及性能分析J. 上海铁道大学学报.第 21 卷.2000,2：81-94.9舒兴高等. 转向架的动力学性能试验报告R.北京：铁道部科学研究院.机车车辆研究所，2001
