2022年铁路货车的发展与关键技术 .pdf
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1、文章编号 : 1002 - 7602(2004) 02 - 0001 - 07铁路货车的发展与关键技术侯 卫 星( 中国北车集团四方车辆研究所, 山东 青岛 266031)摘要:分析研究了国内外铁路货车发展的现状 ,介绍了目前 铁路货车进 步的主要技 术措施 , 并根 据我国 铁路市 场的需要和技术发展现状,提出了我国铁路货车技术进步的发展趋势和有关对策。关键词 :铁路货车 ; 重载列车 ;货车转向架 ; 试验研究 ; 仿真; 述评中图分类号 :U272文献标识码 :A为了适应铁路货运市场的激烈竞争, 满足货主对铁路货运快捷、 重载、安全、可靠、优质、环保等越来越高的要求 , 可以预测 , 在
2、今后一段时间内, 随着国民经济的发展和技术的进步, 我国铁路货车及关键部件的技术将会有一个持续的发展, 铁路货车的品种、 档次与质量都会有一个较大的提高。这个机遇将会给我国铁路货车带来一个广阔的发展空间。只有认真吸取国内外的成功经验 , 加快技术进步的步伐, 才能不断满足市场的竞争要求 , 主动适应国民经济发展的需要,以谋求长远的发展并赢得可观的社会和经济效益。1我国铁路货车的基本技术现状近年来我国铁路货车取得了较大的技术进步, 全面采用了 B 级钢摇枕和侧架,C 级钢车钩 , 50 钢车轴 ,MT2 型大容量缓冲器, 120型空气制动阀, 完成了滚动轴承化 , 推出了120 km/ h 的转
3、 K1 型、转 K2 型、 转K3 型、 转 K4 型提速转向架 , 提出了转8A 型转向架提速改造方案 , 新研制的时速120 kmP65型行包快运棚车和 X1K型集装箱快运专用平车批量投入运用, 25 t 轴重全钢浴盆式C76A( B、 C)型运煤专用敞车已在大秦线投入运用考验 , 目前正在抓紧整改完善。经过多年的努力,我国铁路货车的开发水平、制造技术和运用检修能力得到了显著的提高。尽管我国铁路货车的基本技术状况比以往有了较大的改观 , 但是, 从总体上讲 , 我国铁路货车与国外铁路货运发达国家相比还存在明显的差距。在与其他运输方式尤其是公路的竞争中, 铁路正在失去以往传统的优势。货车的装
4、备技术水平难以满足经济发展和运输市场竞争的要求。在技术上突出表现为货车行车速度慢、 车辆单车载重低、 专用车辆品种少、 重载技术水平落后、关键部件可靠性差。收稿日期 : 2003 -04-18作者简介 : 侯卫星 ( 1958 -) , 男, 高级工程师( 教授级 ) 。1.1货车运行速度慢我国铁路货车旅行速度为31 4 km/ h, 大部分货车的最高运行速度仅为60 km/h。普遍使用的转 8A 型转向架最高运行速度重车为80km/ h, 空车为 70 km/ h。仅有为数不多的装有转K2 型转向架的P65型快运行包列车最高运行速度可达120 km/h。而在北美快运货车运行速度多数达到了12
5、0 km/ h, 个别区段最高速度可达 160 km/h。欧洲铁路快运货车运行速度普遍达到120 km/h 160 km/ h, 并 已出现了 200 km/ h的高速货车。货车运行速度慢已成为制约我国铁路发展的主要因素之一。1.2车辆单车载重低目前我国铁路在役货车主要采用21 t 轴重。美国铁路货车的平均载重已达到84 3 t。俄罗斯已普遍采用 23 5 t 轴重。欧洲一般采用22 5 t 轴重 , 并正在向25 t 轴重过渡。我国铁路货车单车载重低, 与国外的差距是比较大的。1.3专用车辆品种少我国铁路专用货车数量约占货车总数量的5%。美国专用车的品种和数量都居世界首位, 其数量占货车总数
6、量的60% 以上。俄 罗斯铁路专用货车数量约占货车总数量的32% 。随 着我国市场经济的成熟和发展 , 专用车辆品种少将会使铁路在日益开放的运输市场上受到进一步冲击和挑战。1.4重载技术水平落后目前 , 我国大秦线开行的重载列车牵引总吨位还停留在 10 000 t 以内 , 而国外早已实现了20 000 t 以上, 甚至 40 000 t 的铁路货物重载运输。我国铁路重载技术水平与国际先进水平比较是落后的, 其差距是明显的。1.5关键部件可靠性差我国货车的主要部件如制动机、制动梁、缓冲器、1综述述评铁道车辆第 42卷第 2 期 2004年 2 月名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - -
7、 - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页,共 8 页 - - - - - - - - - 车钩、 轮对及转向架相关部件的性能和可靠性都比较差,均难以满足当前和今后货车发展的需要, 部件可靠性急需提高。2铁路货车的技术发展趋势2. 1加强提速改造, 发展货车快运欧洲铁路快速货运是在与公路运输的激烈竞争中积极借鉴高速客车的成功经验发展起来的。快运货车的速度一般在120 km/ h 160 km/h, 以集装箱运输、 小汽车运输、家用电器、 鲜活物品等附加值高的货物为主。法国还开行了货运TGV( 图 1) 。快速货运专列在
8、制动、 转向架、车辆外形等方面都借鉴了客车的经验。快运货车的关键部件是货车转向架。欧洲典型的货车转向架有法国的Y25 型、 Y37 型, 德国的 DB-661 型、DRRS型 , 英国的 TF25 型等。其中 , Y37 型和 DRRS型还可以满足 200 km/ h 以上的运用需求 , 也被称为高速货车转向架 , 其采用的技术发展趋势越来越客车化。快运货车转向架的另一个发展方向是在保留三大件式铸钢转向架优点的基础上, 采用超临界设计理论设计的美国 Swing Motion 摆动式转向架( 转向 架组成见图2, 盘形制动装置见图3), 采用径向设计技术设计的南非 Scheffel径 向转向 架
9、等 , 这 些转 向架也 可实 现 120km/ h 以上的快速货运。实践证明, 货车快运除了要解决好转向架这一关键技术外, 还必须解决好转向架与车体的匹配问题, 否则其良好的运行性能难以得到保证。图 1法国高速货运TGV图 2美国 SwingMotion 摆动式货车转向架图 3美国 SwingMotion 摆动式货车转向架盘形制动装置我国铁路为了实现近50 万辆既有货车的提速, 必须对既有的转8A 型转向架进行全面改造。目前主要采用的是交叉杆技术。虽然该技术对提高临界速度是有效的 , 但由于受结构的限制, 其受力条件恶劣,改造困难, 运用中交叉杆的疲劳问题很突出。尽管经过不断改进 , 但是,
10、 交叉杆的疲劳问题仍然是最令人担忧的问题。另外 ,提速货车的制动问题现已成为困扰货车提速的重大课题。试验表明, 当车辆采用 21 t 轴重 , 速度达 120 km/h 时, 如果要保证 800 m 的停车 制动距离, 目前车轮的热负荷满足不了要求。货车的120 阀、空重车调整阀、 机械式防滑器、 高摩闸瓦等制动系统关键部件有待改进。从目前货车局部提速情况来看, 车辆脱轨问题比较突出, 根本原因在于货车的运行品质差, 临界速度低。既有转8A 型转向架如果不加以改造是无法实现提速的。解决这一技术难题的关键在于加强对交叉杆的可靠性研究。图 4 为我国数量最多的装有转8A 型转向架的C64型敞车 ,
11、 图 5 为速度最快的装有转K2 型转向架的P65型棚车。图 4装有转8A 型转向架的C64型敞车近年来 ,为了满足货车提速的需要, 在铁道部的组织下先后从美国引进了BARBER公司的交叉杆转向架( 图 6)和 NACO 公司的摆动式转向架( 图 7) 技术 ,开发了 21 t 轴重转 K2 型、 转 K3 型和转 K4 型转向架。虽然经过了一定的试验, 但其性能和可靠性仍未经大量2铁道车辆第 42卷第 2 期 2004年 2 月名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页
12、,共 8 页 - - - - - - - - - 实际运用试验和考验, 尤其是包括摇枕、 侧架、弹性旁承、 弹簧托板、摆块等主要部件的可靠性试验是不充分的,需进行进一步的考验和改进。目前有望成为今后主型转向架的转K2 型和转K4 型转向架正在进一步完善之中。图 5装有转K2 型转向架的P65型棚车图 6美国 BARBER 公司的交叉杆转向架图 7美国 NACO 公司的摆动式转向架为了满足今后货车快运的需要, 我国铁路货车开发部门已开始从焊接构架式和铸钢三大件式2 种形式入手探讨速度在160 km/ h 以上的货车转向架。这种技术在欧美是成熟的,相信开发、应用成功后会给中国铁路的货运带来可观的经
13、济效益。2. 2加大车辆轴重 , 提高运输效率增加车辆单车载重是提高运输效率的重要途径之一。根据国外的经验, 加大车辆轴重是必然趋势。美国铁路约 65%的货车采用F 轴( 轴重为 29 8 t) 、 部分采用 G 轴( 轴重为 35 7 t) , 货车平均载重已达84 3 t;俄罗斯已普遍采用了23 5 t 轴重; 欧洲一般采用22 5t轴重, 并正在向 25 t 轴重过渡。图8 为美国约翰斯顿公司制造的轴重32 t 重载货运浴盆式敞车。图 8美国约翰斯顿公司制造的重载货运浴盆式敞车从 20 世纪 70 年代起我国铁路就一直在探讨如何提高轴重的问题 , 先后研究了23t 轴重的 2E 轴转向架
14、和 25 t 轴重的低动力转向架。但是由于轴重与速度的关系 , 转向架动力作用的改善没有得到很好解决, 至今我国铁路还没有推广23 t 和 25t 轴重的货车。我国铁路货车主要采用21 t 轴重, 如 C62型敞车载重为60 t,自重系数为0 36; 近年来采用25 t 轴重开发的全钢单浴盆 C76A(B、 C)型敞车载重为76 t, 自重系数为0 309;铝合金双浴盆敞车( 图 9) 载重为 81 t, 自重系数为0 22,目前正在大秦线运用考验, 尚未推广。最近投入运用考验的 200 辆 C76 A( B、 C)型敞车正在返厂改造, 通过总结运用考验的结果 , 有关厂家将在此基础上设计开发
15、新一代 25 t 轴重的 C76型敞车。 25 t 轴重的转向架预计将采用交叉杆和摆动式2 种。如果运用成功, 对于今后干线全面提高轴重将产生积极的意义。应该指出,除了提高轴重外, 要提高货车单车载重能力还应积极采用新材料和优化车辆结构。图 9我国开发的重载货运铝合金双浴盆敞车2.3增加专用货车品种, 满足市场需求由于历史的原因, 我国货车品种的比例严重不合理, 通用车的比例过大。专用货车除了车辆品种少、速3铁路货车的发展与关键技术侯卫星名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第
16、 3 页,共 8 页 - - - - - - - - - 度低外 , 由于转向架与车体匹配后垂向和横向运行品质差, 钩缓性能不良 , 使列车纵向冲动严重, 运输品质不能适应高档货物的要求。总体上讲, 目前我国铁路专用货车无论是品种还是档次都满足不了市场的需求。专用货车 ( 集装箱运输车、 小汽车运输车、 冷藏运输车、 特种装备 ( 军用 ) 运输车、大件运输车等) 远远落后于国外铁路发达国家。我国铁路还没有适应特定线路上提高运输效率的双层集装箱运输车、高边敞车、高体棚车等超限界专用货车。随着运输市场的发展, 对铁路专用货车运输提出了更高的要求。可以预测, 铁路专用货车运输的发展将会有十分广阔的
17、前景。图10 为我国货车分布情况。图11 为载重16 8 t 的 SQ1型小汽车运输车。图12 为载重 95 t、 构造速度80 km/h 的 K18A型矿石漏斗车。图13 为载重 62 t、 容积 72 m3的 G70型轻油罐车。图14为载重 45 5 t、 构造速度120km/ h 的 B23型机械保温车。图15为载重 260 t、 构造速度90 km/ h的 D26型凹底平车。图 10中国各种货车比例分布图 11SQ1型小汽车运输车美国专用货车的比例很高, 欧洲的专用货车发展也比较快 , 这是运输充分市场化的结果。开发运用专用货车的目的是为了满足装运便捷的需要, 提高运输品质和效率。其关
18、键技术在于车辆要有合理的车体结构, 功能齐全、性能可靠的车内装备, 性能良好的转向架、 制动及钩缓系统和完善的监控系统等。图16为美国货车分布情况。图17 为在美国铁路运输试验中心TTCI 试 验 的 美 国 3 层 小 汽 车 运 输 车。 图 18 为 由TRINITY 制造的 美国关节 式汽车 拖车或 集装箱 运输车。图 19 为美国的双层集装箱运输车。图20 为由德国 REXWAL 制造的容积为95 m3的无 底架大容积罐车。图 21 为法国 SNCF的加篷平车。图 12K18A型矿石漏斗车图 13G70型轻油罐车图 14B23型机械保温车2.4开行重载货运 ,扩大专线运能美国、加拿大
19、、南非、澳大利亚和俄罗斯等国的经验表明 , 开行重载单元列车可以有效地增加运输能力,带来可观的经济效益。加拿大太平洋铁路用了5年时间开发了第2代重载单元列车 ,随后又用3 年时间将样车投入运用。其主要目的是提高安全性, 减少 设备更新 , 降低改造成本, 增加运营效益。第2 代单元列车采用了3 项改进技术 :4铁道车辆第 42卷第 2 期 2004年 2 月名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页,共 8 页 - - - - - - - - - 图 15D26型凹底平车
20、图 16美国各种货车比例分布图 17美国 3层小汽车运输车图 18美国关节式汽车拖车或集装箱运输车( 1) 将部分 90 7 t 浴盆式敞车 ( 总重 119 5 t, 自重24 1 t) 改装无间隙转动牵引杆, 以降低列车的间隙作用。图 19美国的双层集装箱运输车图 20容积为95m3的无底架大容积罐车图 21法国 SNCF的加篷平车(2) 采用多路遥控机车控制系统( MRLCS), 以使牵引力沿列车方向均匀分布。( 3) 现有货车改装可导向转向架。实践表明 , 自 1989年 10月投入运用以来, 第 2 代单元列车达到了设计的预期目标, 取得了很好的经济效益。近年来开行的重载单元列车(
21、图 22) 由于采用了高新技 术, 如美 国的 CSX 和 南非 的 Spoornet采 用了ECP 电空制动系统等 , 其运输能力和品质不断提升, 令世人刮目相看。我国第 1 条运煤重载专线大秦线虽然开行了运煤重载单元列车, 在引进消化了部分美国铁路重载5铁路货车的发展与关键技术侯卫星名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页,共 8 页 - - - - - - - - - 图 22北美的重载货运单元列车技术并结合国内实际的基础上, 开发了 C61型、 C63型、C63
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