一种新型大轴重货车转向架设计方案-USB迷|专注于互联网分享

2024年3月17日发(作者：尚觅风)

一种新型大轴重货车转向架设计方案

刘寅华

，刘华

，杨知猛

，李芾

（1. 济南轨道交通装备有限责任公司技术中心，山东济南 250022；

2. 西南交通大学机械工程学院，四川成都 610031）

摘要：发展大轴重货车转向架是提高铁路重载运输能力最有效的一种途径。分析了国外重载运输大轴重转向架的

应用情况及性能特点，结合国内现有货车转向架的结构及轴重的发展趋势，根据大轴重转向架的设计原则和目标，

提出了一种新型大轴重低动力作用货车转向架方案。该转向架通过采用预紧橡胶垫、钢弹簧与橡胶堆并联的二系

悬挂装置模式、吊挂式基础制动梁等措施。该转向架具有低动力作用的性能，在空车时具有构架式转向架较高稳

定性，在重车时保持了传统三大件转向架扭曲线路适应性能强的特点。

关键词：货车转向架；大轴重；低动力作用；方案

A New Heavy Axle Load Bogies Design

LIU Yinhua

, LIU Hua

, YANG Zhimeng

, LI Fu

(logy Center,JiNan Rail Transportation Equipment Co.,Ltd,Jinan Shangdong 250022,China

2. School of Mechanical Engineering,Southwest Jiaotong University,Chengdu Sichuan 610031,China)

Abstract: The development of heavy axle load bogies is one of the most effective ways to improve the

railway heavy haul transportation capacity. The application and performance characteristics of the

foreign heavy transport of axle load bogie are analyzed, combining with the structure and the axle load

development trend of domestic vehicle bogie, according to the heavy axle load bogies design principles

and objectives, a new low-power role in the heavy axle load bogies programme is put forward. This

bogie adopts the mode of the suspension in which Preload rubber mats, rubber reactor and steel spring

are parallel, adopts hanging foundation brake beam and some other measures. This bogie has low-power

role, which performs high stability of frame type bogie

in empty car and maintains strong adaptability of

the traditional three-pieced bogie to the distortion line in loaded car.

Keyword: freight wagon bogie, heavy axle load, low-power role, design

采用大轴重转向架技术，是提高铁路重载运输能力最有效的途径。长期以来，国外一些铁路发达国家

致力于提高车辆轴重。美国所有一级铁路的标准轴重1990年后已确定为33t，目前最大轴重已达到43t。加

拿大一级铁路标准轴重已于1995年改为33t。澳大利亚BHP重载线路的货车轴重已经提高到35t，巴西卡拉

齐斯重载铁路的轴重已经达到30t，南非重载铁路的轴重已经达到26t(窄轨)，瑞典重载铁路已将轴重由25t

提高到30t，俄罗斯铁路正在将货车轴重提高到27t，并且在加紧研究适用于35t轴重的轨道零部件。印度铁

路在2001年开始计划将重载列车轴重提高到25t。

我国在重载运输方面近年来也取得了很大的成就，通用货车轴重由21t提高到23t，专用货车轴重已达

到了25t。但是，在大轴重转向架技术上我国与国外先进水平相比还有一定差距。随着我国重载运输专线的

作者简介：刘寅华（1980-）男，山东单县人，硕士，助理工程师，主要从事货车转向架方面的研究，Email：jn_yhliu@。

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建设和客运专线的建成，部分区段的轴重将有很大的发展空间，开发研制大轴重货车转向架已势在必行。

1 国外大轴重转向架应用现状

重载运输在美国、加拿大、澳大利亚、南非和巴西等国家得到较为广泛的应用，瑞典及俄罗斯、德国、

法国、挪威等欧洲国家也正在应用重载运输。以下就一些国外大轴重转向架的型号、轴重及运行速度等应

用情况进行分析。

1.1 美国

美国现采用的重载运输货车转向架以Ride Control、Barber型为主。ASF运动控制型转向架（Super-Service

Ride Control）、Barber S-2-HD型转向架，这两种转向架轴重均为32.43t，能够满足总重为129.7t的车辆，符

合AAR M-976规范要求。该转向架以其结构简单、制造成本低、维修方便适应了美国重载运输空、重车运

行60~80km/h的需要，因此得到了大量的运用。

1.2 加拿大

加拿大的重载运输主要应用于加拿大QCM公司的重载矿石线和CP公司的重载运煤线，每天分别开行5

列和8列万吨列车，列车牵引总重为19 072t和16 082t。加拿大铁路重载货车的矿石车全部采用标准控制型

转向架；煤车主要采用Barber S-2型交叉支撑转向架，部分货车采用在Barber S-2型基础上开发的AR-2

（DR-2）型转向架。

1.3 澳大利亚

澳大利亚的重载运输主要应用于矿石专线上，例如BHP公司和力拓公司的矿石运输专线上。BHP有两

条铁路线连接矿山与港口，用于铁矿石运输，每天开行2对～3对列车，列车编组300～336辆，列车重量约

4.5万吨，采用组合列车多机车分散牵引的模式。BHP曾创下世界最重列车记录：682辆车，长7 353m，列

车总重9.9732万t，载重8.2265万t，8台GE AC6000分散动力（分成5组）机车牵引。澳大利亚重载运输货车

的主型转向架为Ride Control型转向架，该转向架在BHP公司、力拓矿石公司大量采用，轴重为29.8t、32.5t、

35.7t等，车辆的运行速度为空车70km/h，重车80km/h。

1.4 南非

南非铁路重载运输线路有两条，一是位于东部的德兰士瓦煤矿至理查德港间全长580km的煤炭运输线，

二是位于西部的赛申至萨尔达尼亚港间全长861km的矿石运输线。煤炭运输线重载列车牵引车辆总重20

850t，运行速度一般控制在60km/h，装ECP时最高运行速度80km/h；矿石运输线重载列车牵引车辆总重为

25 920t，最高运行速度70km/h，一般运行速度50~60km/h。南非铁路货车转向架60%为Scheffel自导向径向

转向架，其型号分别为MK-Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ，Ⅶ型，20%为Barber S－2型交叉支撑转向架，20%为标准Barber

型转向架。

1.5 巴西

巴西的重载铁路主要由CVRD公司经营。宽轨线路轴重为29.8t、32.5t，GDT矿石车专列206辆编组，最

高运行速度75km/h，以控制型转向架为主，少量Barber型交叉支撑转向架；米轨线路轴重25t，GDE矿石车

专列一般编组240辆，最多编组320辆，最高运行速度空车65km/h，重车50km/h，以控制型转向架为主，部

分Barber型转向架。

1.6 俄罗斯

俄罗斯重载运输的发展很早，1985~1989年在4 000公里长的线路上开行了6 000t的列车；2000~2001年

期间在8 000km长的线路上进行了9 000t的列车运行试验；2002年6000t的列车运营里程增加到15 000km；

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2004年在长度为2 000km的线路上进行了12 000t重载列车运行试验。俄罗斯货车以铸钢三大件型转向架为

主，18-194、18-578轴重为23.5t，18-579轴重为25t。

通过以上分析可以得出如下结论，采用三大件结构形式的转向架是能够满足大轴重要求的。上述转向

架的减振系统都是采用摩擦斜楔式减振，由于摩擦副的存在必然导致车辆动力学性能随斜楔系统的磨损而

降低。这需要对斜楔减振系统进行改进优化设计。通过改变斜楔和磨耗板的结构、材料，增加交叉支撑装

置，采用摆动结构等手段，来保证斜楔系统磨损后车辆的使用性能。这些技术手段虽然可以保证转向架在

检修周期的性能，但这些手段使得转向架结构变得更加复杂，对于用户来说这是不希望的。国外重载货车

大轴重转向架的应用情况见表1。

表1 国外大轴重货车转向架

国家

转向架类型

Barber

Ride Control

加拿大

澳大

利亚

Barber S-2

AR-2

Ride Control 1435 32.5、35.7、37.5 60~80

1435 29.8、32.43 60~65

轨距(mm)

1435

轴重

(t)

速度(km/h)

美国

32.43、35.7 60~80

南非 Scheffel 1067 26~30 50~60

巴西

Barber

Ride Control

18-578

18-579

1067 25 50~60

1600 29.8、32.5 60

1520 25、30 —

俄罗斯

2 我国大轴重转向架的现状

我国早在上世纪70年代就开始对大轴重货车转向架进行研究，先后研制出25t轴重焊接构架式低动力作

用转向架、25t轴重三大件式转向架等。出于多方面原因，这些转向架的试验性能均存在一些问题，没有被

推广使用。通过引进国外技术，目前我国定型的大轴重转向架有转K6型、转K5型和转K7型转向架，其轴

重都是25t，运用23t轴重时，最高运行速度120km/h。转K6型转向架属于交叉支撑转向架，转K5型转向架

属于摆动式转向架（Swing Motion），转K7型转向架属于副构架自导向径向转向架。这三种转向架已在重

载货车推广使用，为我国铁路重载运输做出了重要贡献。

随着我国重载运输专线的建设和客运专线的建成，部分区段的轴重将有很大的发展空间。研制开发与

我国线路的运用条件相匹配，适合我国的重载货车转向架新产品，带动重载货车整机新产品的开发已是急

需研究的技术课题。

3 大轴重转向架的设计原则及目标

大轴重转向架多数装用在专用大型货车上，在专用线路上采用长编组实现重载运输。大轴重货车转向

架具有使用频率高、载重量大、重去空回、对线路破坏作用大等特点，为此在设计时应根据这些特殊要求

提出相应的设计原则。

随着轴重的增加，轮轨间的相互作用不断加强，车辆对轨道结构的破坏作用及线路变形的影响也随之

加剧。而影响轮轨动作用力的主要因素就是转向架的簧下质量。因此最大限度降低转向架簧下质量，实现

轮轨低动力作用是设计大轴重转向架的第一原则。

车辆随着轴重的增加轮轨之间的磨耗也随之加大。如何减少轮轨接触应力，减缓轮轨磨耗，延长轮轨

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的使用寿命成为大轴重转向架的第二设计原则。

由于轴重的增加，车辆重车时的垂向及横向振动能量加大，需要更加有效的减振系统来消散这些能量。

因此，设计结构简单减振性能优良的减振系统是大轴重转向架的第三设计原则。

从使用车辆的客户角度来看，结构简单、免维修周期长、寿命周期成本低的大轴重转向架是非常受欢

迎的。为此，要求设计人员在设计大轴重转向架时应充分考虑以上这些要求。

参照国外大轴重货车转向架技术性能特点，根据以上设计原则和我国现有货车转向架的特点及线路情

况，提出新设计的大轴重货车转向架应达到以下设计目标：轴重30 t；空车最高运行速度100km/h，重车最

高运行速度80km/h。

4 大轴重转向架方案设计

根据设计目标，确定了大轴重转向架的总体方案设计思路：采用915mm的大直径车轮，减少轮轨接触

应力，增加车轮的热容量；运用轴箱一系悬挂，通过选取合理的垂向、横向和纵向刚度及阻尼参数，来达

到降低簧下质量，减少轮轨动作用力的目的；为保证大轴重车辆的垂向和横向减振性能，简化转向架结构，

采用钢圆弹簧与橡胶堆并联的新模式来替代现有的干摩擦斜楔减振系统；利用新增加的预紧橡胶垫，来实

现大轴重转向架车辆空车时具有构架式转向架的性能特点，重车时具有三大件式转向架的性能特点；制动

装置采用单侧闸瓦制动形式，整个制动装置吊挂在摇枕上，使制动装置成为二系簧上质量，实现进一步降

低簧下质量的目的。旁承采用常接触弹性旁承，取消滚子，减少滚子与车体的刚性冲击。

4.1 轮对及轴承装置

车轮采用材质为CL70钢的整体辗钢轮或ZL-C的铸钢车轮，车轮直径为915mm。为了与75kg/m的重型

钢轨匹配，需要对新型车轮踏面形状进行研究。车轴采用材质为LZW50钢制造，轴承采用K级(6 1/2×9)双

列圆锥滚子轴承。

4.2 轴箱一系悬挂装置

轴箱一系悬挂装置主要由轴箱钢圆弹簧、轴箱橡胶堆、承载鞍组成（如图1所示）。通过轴箱钢圆弹簧

和橡胶堆并联来实现轴箱一系弹性定位，通过选取合理的刚度、阻尼及间隙等参数来保证承载重量和横向、

垂向动力学性能的需求。

图1 轴箱一系悬挂装置示意图

1—轴箱钢圆弹簧；2—轴箱橡胶堆；3—承载鞍

4.3 摇枕二系悬挂装置

摇枕一端的二系悬挂装置主要由9组并联的钢圆弹簧和橡胶堆及一个预紧橡胶垫组成（如图2所示）。

利用橡胶的非线性及高阻尼特点来保证空重车具有所需的减振性能以及优良的动力学性能。摇枕端部和侧

架上弦杆下部空间安装有预紧橡胶垫，该橡胶垫具有以下功能：（1）空车时橡胶垫有一定的预压缩量，给

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摇枕一定的垂向预压力，加强两侧架与摇枕的联系，提高转向架的抗菱刚度，使转向架在空车时具有构架

式转向架的性能特点。（2）重车时橡胶垫呈自由状态，释放了预压力，保证转向架的横向动力学性能，使

转向架在重车时具有传统三大件式转向架的性能特点。（3）可以解决传统货车转向架上因设置两系高行程

悬挂装置带来的空、重车心盘面高度差超标的难题。

图2 摇枕二系悬挂装置示意图

1—预紧橡胶垫；2—摇枕；3—摇枕弹簧；4—摇枕橡胶堆

4.4 基础制动装置

基础制动装置采用单侧闸瓦制动形式和传统的弓形制动梁结构。与以往不同的是整个制动装置通过摇

枕上的吊座吊挂在摇枕上，以再进一步降低簧下质量的同时，解决制动后缓解不良的惯性故障。

4.5 摇枕、侧架结构

摇枕、侧架的结构形式依然采用传统的结构模式，因取消了干摩擦斜楔减振系统，摇枕上不需再设置

斜楔槽使得摇枕结构更加简单，强度储备进一步增大。由于制动装置采用吊挂的结构形式，不需在侧架上

设置制动梁滑槽，这样可以将侧架设计成对称结构，简化了侧架结构和金模的复杂程度，降低制造难度和

生产成本。

4.6 心盘、旁承形式

为保证采用大直径车轮后心盘面距轨面的高度，转向架下心盘设计成与摇枕整体铸造的一体式下心

盘，这样从根本上解决了下心盘螺栓松动、折断的惯性故障问题。旁承采用常接触弹性旁承，取消滚子体，

减少滚子与车体的刚性冲击。因大轴重转向架运行速度不高，在设计常接触弹性旁承时选用了摩擦系数相

对较小的材料，减少转向架的抗蛇行回转阻力矩，以提高车辆的曲线通过性能，降低轮轨磨耗。

4.7 转向架结构与主要性能参数

转向架总体方案见图3，其主要性能参数如表2中所示。

表2 新型大轴重货车转向架的主要性能参数

轴重/t 35

自重/t ≤5.0

轨距/mm 1435

固定轴距/mm 1800

620

轴型 G轴

车轮直径/mm 915

商业运行速度/km.h

-1

空车 100

重车 80

符合GB146.1-1983《标准轨距铁路机车车辆限界》

图3 新型大轴重货车转向架方案示意图

1—轮对组成；2—轴箱一系悬挂装置；

3—侧架组成；4—摇枕二系悬挂装置；5—摇枕组成；

6—常接触弹性旁承；7—基础制动装置

5 结束语

研制开发适合我国线路状况的大轴重货车转向架和大型货车产品，是实现铁路重载运输新跨越的最有

效的途径。本文从分析国外先进大轴重转向架的运用情况及性能参数出发，结合我国重载货车转向架的现

状，提出了研制新型大轴重货车转向架的设计原则及设计目标。针对大轴重货车转向架的技术特点，提出

了一种新型大轴重货车转向架。利用两系悬挂装置，橡胶堆弹簧，预紧橡胶垫，吊挂式制动装置等技术手

段来保障转向架性能达到预期的设计目标。该转向架通过采用预紧橡胶垫，使转向架在空车时具有构架式

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转向架高稳定性的特点，在重车时具有传统三大件扭曲线路适应性能强的特点。

该新型大轴重转向架方案目前还处于前期论证分析阶段，对于橡胶堆弹簧性能参数、车轮踏面形状以

及相关考核标准等基础工作有待于更深入的研究。

参考文献

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