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運(yùn)用貨車120kmh運(yùn)行安全性試驗(yàn)研究

文檔作者：姜成 (中國鐵道科學(xué)研究院機(jī)車車輛研究所文檔來源：中國鐵道科學(xué)研究院機(jī)車車輛研究所		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)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(jī)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(yùn)用貨車120 km／h運(yùn)行安全性試驗(yàn)研究“
姜成
(中國鐵道科學(xué)研究院機(jī)車車輛研究所，北京100081)
摘要介紹了運(yùn)用貨車120 km／h動力學(xué)性能試驗(yàn)概況。試驗(yàn)對貨車輪對、斜楔主摩擦板、承載鞍頂面磨耗和旁
承間隙進(jìn)行了不同水平設(shè)置．對各種貨車進(jìn)行了動力學(xué)性能測試?；趯υ囼?yàn)數(shù)據(jù)的分析。研究貨車各部件磨耗
對運(yùn)行安全性的影響。
關(guān)鍵詞120 km，7h；磨耗；運(yùn)行安全性；試驗(yàn)研究
中圖分類號：u291．1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 【loi：ln．3969／j．i州1．10()8—7842．201 7．01．02
近年來．我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入新常態(tài)。鐵路貨運(yùn)方式
也相應(yīng)發(fā)生著變化。大宗“黑貨”運(yùn)量急劇下降．與之相
反，“白貨”和集裝箱運(yùn)輸量大幅增加。而且運(yùn)輸市場有
巨大的提升空間，必將成為拉動鐵路貨運(yùn)新的增長點(diǎn)。
為了滿足鐵路運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展，鐵路總公司采用既有貨運(yùn)裝
備陸續(xù)開行了行包貨運(yùn)專列、“五定”班列、特快行郵專
列等快捷運(yùn)輸方式。然而長期以來，全路70多萬輛貨
車中，實(shí)際運(yùn)用中只有采用120 km／h提速技術(shù)的行包
快運(yùn)專列等貨車最高速度接近120 km／h，P。i型行包快
運(yùn)車實(shí)際最高運(yùn)行速度117 km／h，其余貨車運(yùn)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(dá)速．將會帶來更多問題．特別是貨車在實(shí)際線路
運(yùn)行磨耗狀態(tài)下的運(yùn)行性能問題。型式試驗(yàn)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(yùn)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(yùn)行速度的提高、運(yùn)
行條件的變化、車型的增加，貨車運(yùn)用性能變化規(guī)律也
會呈現(xiàn)不同的特征。
2014年6月至10月根據(jù)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(yùn)用貨車進(jìn)行了120 km，／h
動力學(xué)性能試驗(yàn)。此次試驗(yàn)的特點(diǎn)是被試車均為運(yùn)用
車，旁承、斜楔、輪對、承載鞍主要磨耗件也全是從運(yùn)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(yùn)用檢修現(xiàn)場挑選達(dá)
到既有磨耗運(yùn)用限度和接近限度的輪對進(jìn)行加工，再換
到被試車上進(jìn)行測試。被試車其他方面均為現(xiàn)車狀態(tài)。
因此，被試車具有運(yùn)用車的代表性。并處于比較不利。但
可操作的運(yùn)用技術(shù)狀態(tài)。
1 運(yùn)用貨車120 km／h動力學(xué)性能試驗(yàn)介紹
運(yùn)用貨車120 km／h動力學(xué)性能試驗(yàn)在北京鐵路局
管內(nèi)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(jìn)行。試驗(yàn)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(shù)
為1 8，10根／km，砼3型軌枕枕數(shù)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(jì)
20種車型．33輛車；包括2l t、23 t軸重；包括轉(zhuǎn)K2、轉(zhuǎn)
K3、轉(zhuǎn)K4、轉(zhuǎn)Kj、轉(zhuǎn)K6型5種轉(zhuǎn)向架。參試貨車均由
現(xiàn)場扣車．盡量選擇距上次廠修時(shí)間為4年到5年的貨
車。33輛被試車中。距上次廠修達(dá)到或超過3年的有
31輛．占94％，超過4年的有21輛，占64％。
試驗(yàn)速度以80 km／h以上為主，其中120～
125 km／h速度級的運(yùn)行里程累計(jì)超過240 km，試驗(yàn)累
計(jì)總里程約為430 km。
此次試驗(yàn)的一大突出特點(diǎn)是通過從現(xiàn)場選扣的符
合試驗(yàn)要求的120 km／h貨車進(jìn)行動力學(xué)性能試驗(yàn)驗(yàn)
證。磨耗件的磨耗和旁承壓縮量程度設(shè)為兩種水平，水
平1程度比較嚴(yán)重，基本上達(dá)到或接近既有運(yùn)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(shí)在符合既有運(yùn)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(yàn)要求
(不改變摩擦副表面狀態(tài))，旁承壓縮量由旁承增減調(diào)整
墊板調(diào)節(jié)。
*中國鐵路總公司科技研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(201jJ007)；中國鐵道科學(xué)研究院科研，1二發(fā)基會項(xiàng)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(shù)據(jù)
第1期運(yùn)用貨車120 km／h運(yùn)行安全性試驗(yàn)研究
表1試驗(yàn)中磨耗和旁承壓縮量水平設(shè)置
2磨耗對運(yùn)行安全性的影響
試驗(yàn)工況設(shè)計(jì)時(shí)，有針對性的對幾種重點(diǎn)車型
(C。。K、C。。H、X。K、C，。、C，。H)進(jìn)行了對比試驗(yàn)，這幾種車
型均有至少2輛次試驗(yàn)，這2輛次試驗(yàn)的磨耗限度設(shè)計(jì)
為不同組合，下面將通過對試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，來說明部
件不同磨耗程度對運(yùn)行安全性的影響。
2．1 旁承間隙對運(yùn)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(zhuǎn)阻
力，抑制轉(zhuǎn)向架與車體的蛇行運(yùn)動。在旁承壓縮量設(shè)置
水平2時(shí)，各車型運(yùn)行穩(wěn)定性指標(biāo)(脫軌系數(shù)、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(biāo)均屬優(yōu)級。在旁承壓縮量設(shè)置水平1時(shí)，各被試車
型均出現(xiàn)了穩(wěn)定性指標(biāo)超限的情況。
每種車型不同旁承壓縮量時(shí)發(fā)生的最大值見圖1
～圖2。
由圖1、圖2可以看出，當(dāng)旁承壓縮量設(shè)置為水平1
時(shí)，各車脫軌系數(shù)、輪軸橫向力和橫向平穩(wěn)性指標(biāo)均大
于壓縮量設(shè)置水平2時(shí)；輪重減載率和垂向乎穩(wěn)性指標(biāo)
與壓縮量設(shè)置水平2時(shí)水平相當(dāng)。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(yùn)行安全性的影響
輪緣厚度是一個(gè)表征車輪踏面磨耗狀態(tài)的具有可
操作性的量值。當(dāng)輪緣厚度設(shè)置為水平2工況時(shí)，各車
型運(yùn)行穩(wěn)定性指標(biāo)(脫軌系數(shù)、輪重減載率、輪軸橫向
力)僅在高速運(yùn)行受到較大激擾時(shí)出現(xiàn)單個(gè)輪重減載
率超限，其他情況、其他指標(biāo)均滿足“規(guī)范”要求，橫向、
垂向平穩(wěn)性指標(biāo)均屬優(yōu)級。在輪緣厚度設(shè)置水平1時(shí)，
各車型均出現(xiàn)了穩(wěn)定性指標(biāo)超限的情況。
被試貨車中12輛輪緣厚度設(shè)置為水平1的車輛，
運(yùn)行穩(wěn)定性指標(biāo)均出現(xiàn)了超限的情況。輪緣厚度設(shè)置
為水平2的24輛被試車，只有3輛出現(xiàn)了輪重減載率
超標(biāo)的情況。輪緣厚度2水平條件下的車輛動力學(xué)性
能明顯優(yōu)于1水平。
為了進(jìn)一步驗(yàn)證輪緣水平的影響，試驗(yàn)時(shí)有針對性
的對前2組試驗(yàn)時(shí)超限較多的NX。，K和X，K2輛車進(jìn)行
了一次對比試驗(yàn)，兩次試驗(yàn)時(shí)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(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比說
明；見圖3～圖9。
圖l 不同旁承壓縮量設(shè)置各車穩(wěn)定
性指標(biāo)最大值對比圖
圖2不同旁承壓縮量設(shè)置各車平穩(wěn)性指標(biāo)最大值對比圖
萬方數(shù)據(jù)
6 鐵道機(jī)車車輛第37卷
從散點(diǎn)圖中可以看出，當(dāng)輪緣厚度設(shè)置水平l時(shí)，
運(yùn)行穩(wěn)定性指標(biāo)(脫軌系數(shù)、輪重減載率、輪軸橫向力)
明顯大于輪緣厚度設(shè)置水平2時(shí)。NX。，K車的橫向平穩(wěn)
性指標(biāo)也是輪緣厚度水平1時(shí)大于水平2時(shí)。對于X。x
車的橫向平穩(wěn)性指標(biāo)在輪緣厚度水平2時(shí)大于水平1
I·4
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30
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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(shù)對比罔
時(shí)，是因?yàn)樵撥囋谳喚壓穸仍O(shè)置水平2時(shí)，正線試驗(yàn)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(biāo)在輪緣設(shè)置水平1時(shí)和水平2時(shí)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(shù)對比圖
圖3 不同輪緣水平下脫軌系數(shù)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
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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(biāo)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(biāo)對比圖
圖6 不同輪緣水平下橫向平穩(wěn)性指標(biāo)對比圖
z≤rr蘭撂暴群
_)
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萬方數(shù)據(jù)
第1期運(yùn)用貨車120 km 7h運(yùn)行安全性試驗(yàn)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(biāo)對比圖(b)x．。車垂向平穩(wěn)性指標(biāo)對比圖
圖7不同輪緣水平下垂向平穩(wěn)性指標(biāo)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(xiàn)失穩(wěn)跡象時(shí)頻譜圖
對X，K車一共進(jìn)行了3次正線試驗(yàn)，第1次該車編
組位置為機(jī)后第6位(全列編組9輛)，試驗(yàn)結(jié)果橫向平
穩(wěn)性指標(biāo)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(shù)、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(jī)后第8位(最后1輛)，
輪緣為水平2，試驗(yàn)結(jié)果橫向出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，此時(shí)，脫軌
系數(shù)、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(jī)后第2位，輪緣為水平2，試驗(yàn)結(jié)果橫向平
(a)脫軌系數(shù)最大值對比圖
穩(wěn)性指標(biāo)最大值3．69，屬良級，穩(wěn)定性指標(biāo)也符合限度
要求。
圖8為第2組試驗(yàn)時(shí)，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(gòu)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(shí)，該車出現(xiàn)了失穩(wěn)跡象。分析
認(rèn)為由于平車自重較輕，編掛在列尾時(shí)，尾部車鉤沒有
約束，在高速運(yùn)行時(shí)，在貨車處于接近運(yùn)用限度或在運(yùn)
用限度條件下，易激起橫向失穩(wěn)。該型車空車狀態(tài)時(shí)，
在高速條件下應(yīng)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(yùn)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(yùn)動產(chǎn)生
的摩擦力，將車輛振動動能轉(zhuǎn)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(shí)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(shù)最大平均值對比圖
圖10 不同斜楔磨耗板磨耗量設(shè)置各車脫軌系數(shù)對比圖
㈣姍萋j：㈣啪㈣㈣o
5
2
5
1
5
0
2
l
0
萬方數(shù)據(jù)
鐵道機(jī)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(shè)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(shè)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(biāo)最大值對比圖
C64K X6K C“H C
70
C
70l|
b)橫向平穩(wěn)性指標(biāo)最大平均值對比圖
圖13不同斜楔磨耗板磨耗量設(shè)置各車橫向平穩(wěn)性指標(biāo)對比圖
C舶K X6K C
64II
C
70 C，uj
(a)垂向平穩(wěn)性指標(biāo)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(biāo)最大平均值對比圖
圖14 不同斜楔磨耗板磨耗量設(shè)置各車垂向平穩(wěn)性指標(biāo)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(xué)性能無明顯影響。各車在斜楔磨耗板磨耗量
的兩種水平設(shè)置中，穩(wěn)定性指標(biāo)互有大小，平穩(wěn)性指標(biāo)
較為接近。說明在試驗(yàn)設(shè)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(biāo)沒有明顯變差跡
象。即試驗(yàn)所設(shè)置的斜楔磨耗板磨耗變化量對車輛的
動力學(xué)性能影響不大。
2．4承載鞍頂面磨耗對運(yùn)行安全性的影響
由于承載鞍頂面磨耗發(fā)生在K2轉(zhuǎn)向架上，所以只
對裝配K2轉(zhuǎn)向架的車輛進(jìn)行對比。
試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，依目前運(yùn)用實(shí)際情況所設(shè)置的K2
轉(zhuǎn)向架承載鞍頂面磨耗水平對車輛動力學(xué)性能無明顯
影響。
在設(shè)置的承載鞍頂面磨耗各水平下，部分車輛運(yùn)行
穩(wěn)定性有超標(biāo)現(xiàn)象出現(xiàn)。發(fā)生指標(biāo)超限的車輛，均裝配
了輪緣磨耗1水平的測力輪對。在設(shè)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(biāo)均滿足規(guī)范
要求。
4
3
2
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O
萬方數(shù)據(jù)
第1期運(yùn)用貨車120 km／h運(yùn)行安全性試驗(yàn)研究9
由于既有運(yùn)用貨車運(yùn)行速度不超過80 km／h，遠(yuǎn)低
于設(shè)計(jì)最高運(yùn)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(dá)不到在環(huán)行線可靠性試驗(yàn)中120 km／h速度條件下
長時(shí)間運(yùn)行時(shí)承載鞍頂面的磨耗程度。因此，本次試驗(yàn)
中貨車承載頂面的磨耗水平差異不足引起貨車動力學(xué)
性能的變化。
3結(jié)論和建議
(1)通過對運(yùn)用貨車120 km／h動力學(xué)性能試驗(yàn)數(shù)
據(jù)的研究，在本次試驗(yàn)中，斜楔和承載鞍頂面磨耗對車
輛運(yùn)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(yùn)行穩(wěn)定性影響較大，在推行貨車120 km／h達(dá)
速運(yùn)行時(shí)，應(yīng)對旁承壓縮量和輪緣厚度水平加以嚴(yán)格限
定。
(2)平車、空車在速度80 km／h以上運(yùn)行時(shí)應(yīng)盡量
避免編組在列車尾部最后l輛。
參考文獻(xiàn)
[1] 熊芯．運(yùn)用貨車120 km／h動力學(xué)性能試驗(yàn)報(bào)告2014
年JL字第040號[R]．中國鐵道科學(xué)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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