普通的货车转向架上,有几个螺钉将轮对固定在侧架上? 多少个螺丝将侧架固定在枕头上? 整个转向架与车身之间还有多少个螺钉连接? 如果我说答案为零,那么会有很多人不相信我吗? 接下来,铁路学校小编带大家看一下转向架,它是一个简单而重要的结构。
转向架(北美称为Truck,世界其他国家和地区大多称为Bogie)是帮助列车通过曲线的重要结构,没有转向架,列车通过曲线将非常困难,如上图所示。普通的货物列车转向架有“三大件”,轮对(Wheelset)、侧架(SideFrame)和摇枕(Bolster),因此这种转向架也称为Three-PieceTruck。下面,我们就来详细看一看转向架的构成。
轮对是列车与钢轨接触的部位,由车轮(Wheel)、车轴(Axle)和轴颈(Journal)构成。车轮和车轴并不是一体铸造的,而是分别铸造以后,用强大的压力压紧在一起的。是的你没看错,没有螺丝或者焊接,就是直接压在一起的。早期车轮的截面是直的,但是人们发现,弯曲的截面有助于分散车轮中的应力,延长车轮的寿命,因此如今的车轮截面都是弯曲的。
车轴突出车轮以外的部分称为轴颈,轴颈通过轴箱(JournalBox)和侧架相连。轴箱分为两种,滑动轴承(Friction/PlainBearing)和滚动轴承(RollerBearing)。早期的列车转向架大都采用滑动轴承,即固定的支座直接压在运动的轴颈上,中间用油润滑,两者之间是完全的滑动摩擦,如下图所示。很明显,滑动摩擦会产生大量的热,热量甚至会引燃轴箱内的润滑剂,从而引起燃轴(HotBox)事故。于是,人们对滑动轴承进行了改进。
改进后的列车转向架采用滚动轴承,如下图所示。铁路列车采用的滚动轴承是一种圆锥形滚子轴承(TaperedRoller Bearing),相比球形滚子轴承(BallBearing)和圆柱形滚子轴承(CylindricalRoller Bearing),这种轴承可以在承担较大径向和法向应力的同时,提供较小的阻力。
客车转向架的轴箱与侧架是焊接或者铆接的,而货车转向架的侧架是直接通过JournalAdapter压在轴箱上的。如果提起侧架,用很小的约束就可以让轮对留在钢轨上,而不随着侧架一起提起来,这样的设计大大方便了货车换轮的作业。下图所示就是货车转向架的轮对,包裹在轴颈上的结构就是轴箱,货车转向架的轴箱一般都是跟随轮对一同生产的。轴箱上面能看到的3颗螺丝仅由的作用是保证轴箱盖不掉下来,并不承担任何结构上的载荷。图片中最远处还可以看到没有压入车轴的车轮。
和汽车一样,铁路车辆也需要弹簧进行减震。那么弹簧是如何与侧架、摇枕相连的呢?答案是,直接塞进去!是的,并没有螺丝将弹簧固定在侧架或摇枕上,而是直接被塞进侧架和摇枕之间的,靠车辆自身的重力保证不发生位移;并且,摇枕和侧架之间也没有螺丝固定,摇枕从侧架底部穿过后,沿侧架上的滑轨滑至侧架顶端,然后塞入弹簧,这样侧架就不会从低端滑出来了。
任何减震设备都需要阻尼,否则将一直振动下去。早期的铁路车辆采用的是钢板弹簧,钢板弹簧叶片之间的摩擦可以提供阻尼(damping)。使用卷簧后,则必须有额外的装置提供阻尼,采用最为广泛的是斜楔摩擦减振方式(FrictionWedge)。这种装置能够将正压力转化为对侧架的横向压力,利用和侧架之间的摩擦提供阻尼。而正压力的来源,有些是车辆自重,有些是预压弹簧。
B20型保温车转向架,一系(侧架与摇枕之间)为钢板减震,二系(轴箱与侧架之间)为弹簧减震。大多数货车转向架都只有一系减震,没有二系减震。图片摄于中国铁道博物馆北京东郊分馆。
而转向架又是如何与车体相连的呢?仍然没有任何螺丝,车体只靠重力坐在转向架上。如果提起车体,转向架会留在钢轨上,不会被一起提起。在摇枕上,有一个结构叫做下心盘(CenterPlate),车体上相应地有一个上心盘(CenterBowl),两者之间通过中心销(CenterPin)连接,从而保证转向架与车体之间可以互相转动,从而使得列车可以通过曲线。
细心的知友一定发现,在摇枕两侧还有两个称为旁承(SideBearing)的东西,其作用是当车体发生倾斜时,用来支撑车体的。
以上就是最简单的三大件式货车转向架,说简单也很简单,但是就是这样简单的结构,却支撑着列车全部的重量。当然,客车转向架会复杂很多,为了旅客的舒适性,增加了二系弹簧,有的甚至采用空气弹簧,此外还采用了封闭式轴箱。一些早起的绿皮车还有发电机与车轴相连,动车组列车的一些转向架上还要布置盘式制动器和牵引电机。这部分内容就不展开说了,大家可以看一下下图体会一下。
最后简单说一下“径向转向架”。多轴转向架不擅长通过曲线的原因是,转向架的两个车轴永远保持彼此平行,因此造成车轮与钢轨之间的摩擦力增大。径向转向架的设计可以使列车的轮对在曲线上发生微小的转动,从而减小曲线阻力,一般都是通过在轮对与侧架之间增设副构架实现的。
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