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運用貨車120kmh運行安全性試驗研究

文檔作者：姜成 (中國鐵道科學研究院機車車輛研究所文檔來源：中國鐵道科學研究院機車車輛研究所		點擊數：	更新時間： 2021年05月10日
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第37卷第l期
20l 7年2月
鐵道機車車輛
RAII。WAY I，()L’()M()TIVE＆．CAR
V01．37 No．】
Feb． 2017
文章編號：1008—7842(2017)01一O004—06
運用貨車120 km／h運行安全性試驗研究“
姜成
(中國鐵道科學研究院機車車輛研究所，北京100081)
摘要介紹了運用貨車120 km／h動力學性能試驗概況。試驗對貨車輪對、斜楔主摩擦板、承載鞍頂面磨耗和旁
承間隙進行了不同水平設置．對各種貨車進行了動力學性能測試?；趯υ囼灁祿姆治?。研究貨車各部件磨耗
對運行安全性的影響。
關鍵詞120 km，7h；磨耗；運行安全性；試驗研究
中圖分類號：u291．1 文獻標志碼：A 【loi：ln．3969／j．i州1．10()8—7842．201 7．01．02
近年來．我國經濟發(fā)展進入新常態(tài)。鐵路貨運方式
也相應發(fā)生著變化。大宗“黑貨”運量急劇下降．與之相
反，“白貨”和集裝箱運輸量大幅增加。而且運輸市場有
巨大的提升空間，必將成為拉動鐵路貨運新的增長點。
為了滿足鐵路運輸的發(fā)展，鐵路總公司采用既有貨運裝
備陸續(xù)開行了行包貨運專列、“五定”班列、特快行郵專
列等快捷運輸方式。然而長期以來，全路70多萬輛貨
車中，實際運用中只有采用120 km／h提速技術的行包
快運專列等貨車最高速度接近120 km／h，P。i型行包快
運車實際最高運行速度117 km／h，其余貨車運行速度
基本都在80 km／h以下。隨著更大范圍的推行120
km／h達速．將會帶來更多問題．特別是貨車在實際線路
運行磨耗狀態(tài)下的運行性能問題。型式試驗中貨車一
般均為新車。處于非磨耗狀態(tài)，還不能完全反映運用磨
耗狀態(tài)貨車性能變化規(guī)律。在新的形勢和要求下．既有
線大范圍開行120 km／h貨車，長期運行速度的提高、運
行條件的變化、車型的增加，貨車運用性能變化規(guī)律也
會呈現不同的特征。
2014年6月至10月根據中國鐵路總公司的要求和
安排，在北京鐵路局京廣線下行線琉璃河至柳辛莊、上
行線正定至琉璃河南間，對運用貨車進行了120 km，／h
動力學性能試驗。此次試驗的特點是被試車均為運用
車，旁承、斜楔、輪對、承載鞍主要磨耗件也全是從運用
檢修企業(yè)扣修的部件中挑選磨耗到限和接近限度值的
部件。測試用的測力輪對也是從運用檢修現場挑選達
到既有磨耗運用限度和接近限度的輪對進行加工，再換
到被試車上進行測試。被試車其他方面均為現車狀態(tài)。
因此，被試車具有運用車的代表性。并處于比較不利。但
可操作的運用技術狀態(tài)。
1 運用貨車120 km／h動力學性能試驗介紹
運用貨車120 km／h動力學性能試驗在北京鐵路局
管內京廣線下行琉璃河(K38+948)至柳辛莊(K259+
398)、上行正定(K25l+166)至琉璃河南(K41+694)間
進行。試驗線路為I級線路。使用60 kg／m鋼軌，主要
使用砼2型和砼3型混凝土軌枕．其中砼2型軌枕枕數
為1 8，10根／km，砼3型軌枕枕數為1 667根／km，碎石
道床。
被試貨車包括敞車、棚車、平車、罐車、漏斗車，共計
20種車型．33輛車；包括2l t、23 t軸重；包括轉K2、轉
K3、轉K4、轉Kj、轉K6型5種轉向架。參試貨車均由
現場扣車．盡量選擇距上次廠修時間為4年到5年的貨
車。33輛被試車中。距上次廠修達到或超過3年的有
31輛．占94％，超過4年的有21輛，占64％。
試驗速度以80 km／h以上為主，其中120～
125 km／h速度級的運行里程累計超過240 km，試驗累
計總里程約為430 km。
此次試驗的一大突出特點是通過從現場選扣的符
合試驗要求的120 km／h貨車進行動力學性能試驗驗
證。磨耗件的磨耗和旁承壓縮量程度設為兩種水平，水
平1程度比較嚴重，基本上達到或接近既有運用限度，
水平2為相對緩和，有一定的余量。具體見表1。測力
輪對、斜楔主摩擦板、承載鞍的磨耗件均是在段修或廠
修時在符合既有運用限度要求的部件(磨耗件)中挑選，
再換裝到被測試車上。組合式斜楔磨耗量通過斜楔體
主摩擦面加工去掉2．5～3 mm后，再配裝磨耗量分別o
～o．j mm和2～2．5 mm的主摩擦板來滿足試驗要求
(不改變摩擦副表面狀態(tài))，旁承壓縮量由旁承增減調整
墊板調節(jié)。
*中國鐵路總公司科技研發(fā)計劃項目(201jJ007)；中國鐵道科學研究院科研，1二發(fā)基會項目(201 5YJ007)
姜成(1982一)男，助理研究員(收稿日期：20l 6一09一l 9)
萬方數據
第1期運用貨車120 km／h運行安全性試驗研究
表1試驗中磨耗和旁承壓縮量水平設置
2磨耗對運行安全性的影響
試驗工況設計時，有針對性的對幾種重點車型
(C。。K、C。。H、X。K、C，。、C，。H)進行了對比試驗，這幾種車
型均有至少2輛次試驗，這2輛次試驗的磨耗限度設計
為不同組合，下面將通過對試驗數據的分析，來說明部
件不同磨耗程度對運行安全性的影響。
2．1 旁承間隙對運行安全性的影響
旁承主要起支撐車體載荷的作用，并提供回轉阻
力，抑制轉向架與車體的蛇行運動。在旁承壓縮量設置
水平2時，各車型運行穩(wěn)定性指標(脫軌系數、輪重減載
率、輪軸橫向力)均滿足“規(guī)范”要求，橫向、垂向平穩(wěn)性
指標均屬優(yōu)級。在旁承壓縮量設置水平1時，各被試車
型均出現了穩(wěn)定性指標超限的情況。
每種車型不同旁承壓縮量時發(fā)生的最大值見圖1
～圖2。
由圖1、圖2可以看出，當旁承壓縮量設置為水平1
時，各車脫軌系數、輪軸橫向力和橫向平穩(wěn)性指標均大
于壓縮量設置水平2時；輪重減載率和垂向乎穩(wěn)性指標
與壓縮量設置水平2時水平相當。說明旁承壓縮量對
車輛的橫向性能有影響，對垂向性能影響不大。
2．2 輪緣磨耗對運行安全性的影響
輪緣厚度是一個表征車輪踏面磨耗狀態(tài)的具有可
操作性的量值。當輪緣厚度設置為水平2工況時，各車
型運行穩(wěn)定性指標(脫軌系數、輪重減載率、輪軸橫向
力)僅在高速運行受到較大激擾時出現單個輪重減載
率超限，其他情況、其他指標均滿足“規(guī)范”要求，橫向、
垂向平穩(wěn)性指標均屬優(yōu)級。在輪緣厚度設置水平1時，
各車型均出現了穩(wěn)定性指標超限的情況。
被試貨車中12輛輪緣厚度設置為水平1的車輛，
運行穩(wěn)定性指標均出現了超限的情況。輪緣厚度設置
為水平2的24輛被試車，只有3輛出現了輪重減載率
超標的情況。輪緣厚度2水平條件下的車輛動力學性
能明顯優(yōu)于1水平。
為了進一步驗證輪緣水平的影響，試驗時有針對性
的對前2組試驗時超限較多的NX。，K和X，K2輛車進行
了一次對比試驗，兩次試驗時僅將輪緣水平由水平1改
為水平2、其他狀態(tài)相同，下面對試驗結果進行對比說
明；見圖3～圖9。
圖l 不同旁承壓縮量設置各車穩(wěn)定
性指標最大值對比圖
圖2不同旁承壓縮量設置各車平穩(wěn)性指標最大值對比圖
萬方數據
6 鐵道機車車輛第37卷
從散點圖中可以看出，當輪緣厚度設置水平l時，
運行穩(wěn)定性指標(脫軌系數、輪重減載率、輪軸橫向力)
明顯大于輪緣厚度設置水平2時。NX。，K車的橫向平穩(wěn)
性指標也是輪緣厚度水平1時大于水平2時。對于X。x
車的橫向平穩(wěn)性指標在輪緣厚度水平2時大于水平1
I·4
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30
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10
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50 60 70 80 90 100 llO 120 1 30
速度／(km·h。)
(a)Nx。車脫軌系數對比罔
時，是因為該車在輪緣厚度設置水平2時，正線試驗編
組編掛在列尾最后一輛，影響了該車的橫向平穩(wěn)性。垂
向平穩(wěn)性指標在輪緣設置水平1時和水平2時元明顯
變化。
爨
螓
薅
：■
50 60 70 80 90 100 110 120 130
速度／(km h。)
【b)x。車脫軌系數對比圖
圖3 不同輪緣水平下脫軌系數對比圖
50 60 70 80 90 lOO 11() 120 130
速度／(km h 1)
(a)Nx。，。車輪重減載率對比圖
l·4
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50 60 70 80 90 100 110 120 130
速度／(km·h“)
(b)x，。車輪重減載率對比幽
圖4不同輪緣水平下輪重減載率對比圖
50 60 70 80 90 lOO 110 120 1 30
速度／(km·h】)
(a)Nx。，。車輪}自橫向力對比圖
60
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50 60 70 80 90 100 110 120 130
速度／(km·h“)
(b)x．。車輪軸橫向力對比圖
圖5 不同輪緣水平下輪軸橫向力對比圖
50 60 70 80 90 100 110 120 130
速度／(km·h“)
(a)Nx¨K車橫向平穩(wěn)性指標對比圖
￡一
i
=《
50 60 70 80 90 100 110 120 130
速度／(km h。)
(b)x。。車橫向平穩(wěn)性指標對比圖
圖6 不同輪緣水平下橫向平穩(wěn)性指標對比圖
z≤rr蘭撂暴群
_)
4
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0
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萬方數據
第1期運用貨車120 km 7h運行安全性試驗研究
速度／(km·h
水平l
水平2
50 60 70 80 90 lOO 110 120 130
速度／(km 11一)
a)NxI，。車垂向甲穩(wěn)性指標對比圖(b)x．。車垂向平穩(wěn)性指標對比圖
圖7不同輪緣水平下垂向平穩(wěn)性指標對比圖
圖8 x．。車輪軌橫向力和加速度波形圖
圖9 X．“車出現失穩(wěn)跡象時頻譜圖
對X，K車一共進行了3次正線試驗，第1次該車編
組位置為機后第6位(全列編組9輛)，試驗結果橫向平
穩(wěn)性指標最大值3．35，屬優(yōu)級。但由于測力輪對的輪
緣為水平1，其脫軌系數、輪重減載率、輪軸橫向力均超
過限度值；第2次編組位置為機后第8位(最后1輛)，
輪緣為水平2，試驗結果橫向出現失穩(wěn)現象，此時，脫軌
系數、輪重減載率比較大，但還未超過限度值；第3次編
組位置為機后第2位，輪緣為水平2，試驗結果橫向平
(a)脫軌系數最大值對比圖
穩(wěn)性指標最大值3．69，屬良級，穩(wěn)定性指標也符合限度
要求。
圖8為第2組試驗時，X，。車的波形圖。由上到下
依次是輪軌橫向力、車體橫向加速度和構架橫向加速
度。從波形中可以看出車輛蛇形明顯。分析該車車體
橫向加速度的振動頻率約為2．4 Hz，見圖9，貨車橫向
振動頻率約為2～3 Hz時，該車出現了失穩(wěn)跡象。分析
認為由于平車自重較輕，編掛在列尾時，尾部車鉤沒有
約束，在高速運行時，在貨車處于接近運用限度或在運
用限度條件下，易激起橫向失穩(wěn)。該型車空車狀態(tài)時，
在高速條件下應盡量避免編掛在列車尾部最后一輛。
2．3 斜楔磨耗板磨耗對運行安全性的影響
楔塊式減振器是借助金屬摩擦副的相對運動產生
的摩擦力，將車輛振動動能轉變?yōu)闊崮芏⒁萦诖髿?
中，從而減小車輛振動。每種車型不同斜楔磨耗板磨耗
量時發(fā)生的最大值圖見圖lo～圖14。
C64K X6K C 64H C，o C—o
(b)脫軌系數最大平均值對比圖
圖10 不同斜楔磨耗板磨耗量設置各車脫軌系數對比圖
㈣姍萋j：㈣啪㈣㈣o
5
2
5
1
5
0
2
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0
萬方數據
鐵道機車車輛第37卷
C64K X^K C¨H C
70 C70H
(b)輪重減載率最大平均值對比圖
圖1l 不同斜楔磨耗板磨耗量設置各車輪重減載率對比圖
C64K X6K C“H C70 C
70H
(b)輪軸橫向力最大平均值對比圖
圖12 不同斜楔磨耗板磨耗量設置各車輪軸橫向力對比圖
C“K X6K C64}1 C70 C㈨l
(a)橫向平穩(wěn)性指標最大值對比圖
C64K X6K C“H C
70
C
70l|
b)橫向平穩(wěn)性指標最大平均值對比圖
圖13不同斜楔磨耗板磨耗量設置各車橫向平穩(wěn)性指標對比圖
C舶K X6K C
64II
C
70 C，uj
(a)垂向平穩(wěn)性指標最大值對比圖
。e
。。
。
水平1
竺查翌
C64K X6K C64I{ C7cJ C701{
b)垂向平穩(wěn)性指標最大平均值對比圖
圖14 不同斜楔磨耗板磨耗量設置各車垂向平穩(wěn)性指標對比圖
從圖10～圖14可以看出，斜楔磨耗板磨耗量對車
輛動力學性能無明顯影響。各車在斜楔磨耗板磨耗量
的兩種水平設置中，穩(wěn)定性指標互有大小，平穩(wěn)性指標
較為接近。說明在試驗設置的斜楔磨耗板磨耗量水平
2到水平1的過程中，各車平穩(wěn)性指標沒有明顯變差跡
象。即試驗所設置的斜楔磨耗板磨耗變化量對車輛的
動力學性能影響不大。
2．4承載鞍頂面磨耗對運行安全性的影響
由于承載鞍頂面磨耗發(fā)生在K2轉向架上，所以只
對裝配K2轉向架的車輛進行對比。
試驗數據表明，依目前運用實際情況所設置的K2
轉向架承載鞍頂面磨耗水平對車輛動力學性能無明顯
影響。
在設置的承載鞍頂面磨耗各水平下，部分車輛運行
穩(wěn)定性有超標現象出現。發(fā)生指標超限的車輛，均裝配
了輪緣磨耗1水平的測力輪對。在設置的承載鞍頂面
磨耗水平下，各車的橫向、垂向平穩(wěn)性指標均滿足規(guī)范
要求。
4
3
2
l
O
萬方數據
第1期運用貨車120 km／h運行安全性試驗研究9
由于既有運用貨車運行速度不超過80 km／h，遠低
于設計最高運行速度120 km／h，還不足以引起承載頂
面較大磨耗情況，所扣車的承載鞍磨耗均小于1 mm，
達不到在環(huán)行線可靠性試驗中120 km／h速度條件下
長時間運行時承載鞍頂面的磨耗程度。因此，本次試驗
中貨車承載頂面的磨耗水平差異不足引起貨車動力學
性能的變化。
3結論和建議
(1)通過對運用貨車120 km／h動力學性能試驗數
據的研究，在本次試驗中，斜楔和承載鞍頂面磨耗對車
輛運行穩(wěn)定性沒有明顯影響；而旁承壓縮量和輪對磨耗
對車輛運行穩(wěn)定性影響較大，在推行貨車120 km／h達
速運行時，應對旁承壓縮量和輪緣厚度水平加以嚴格限
定。
(2)平車、空車在速度80 km／h以上運行時應盡量
避免編組在列車尾部最后l輛。
參考文獻
[1] 熊芯．運用貨車120 km／h動力學性能試驗報告2014
年JL字第040號[R]．中國鐵道科學研究院，2014．
Test and Research on Running Safety of 120 km／h Freight Cars
J IANGCheng
(I。ocomotive＆Car Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Be巧ing 100081，China)
Abstract：This paper introduces the general situation of the dynamic performance test for 120 km／h freight cars． Different settings are
carried out for freight car wheel，oblique wedge main friction plate，carrying—saddles abrasions and side bearing gap． Dynamic perform—
ance tests are carried。ut on all kinds of freight cars． Based on the analysis of the test data，the wear influence of freight cars’Various
parts on running safety is studied．
Key words：120 km／h；abrasion；running safety；test and research
祭祭祭孕祭漆祭零祭器稿祭祭零零祭零祭{孓葶弛孓a簿芬墟器零零祭{摹芬墟孓霧零零祭祭祭零a薄牙弛孓祭祭祭霧零霧k零祭芬迎淞；薄
(上接第3頁)
Thermal Simulation Analysis of EMU Brake Disc
Base on Long Steep Grade of Lanxin Line
LJⅥ么行zi竹
(Locomotive＆Car Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beij ing 1 O008 1，China)
Abstract：Brake disc is a key component。f EIV【U braking system． ()perating EⅣIU on the 10ng steep grade line is a seVere case for the
brake disc thermal 10ad。so it is important that the study。f the service temperature conditi。ns of EMU brake disc in the long steep
grade nne for the analysis of the entire braking system reliability and safety． In this paper，based on the actual situation。f the long
steep grade line from Chang一1e station to Min—le Station f。r the braking disc of CRH5G EMU·the 3D model of brake disc and the fi—
nite element mesh model are established， finite element thermal analysis and test ve“fication have been done． The simulation results
show that the maximum temperature of the brake disc on the long ramp 1ine is 652℃，and the same working c。ndition is Verified on the
full scale braking dynamometer test bench． The test results show that the maximum temperature is 576℃ ，which are higher than the
normal maximum operating temperature specified 550℃by U1C541—3—2010．In order to impr。ve the reliability of brake discs and brake
pads，it is suggested to study the speed limit of EMUs on the 10ng steep grade line under abnormal network conditions．
Key words：long steep grade；brake disc；thermal simulation

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