供稿| 王偉峰

淺談冶金車輛轉(zhuǎn)向架的心盤結(jié)構(gòu)

供稿| 王偉峰

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為適應(yīng)高爐到轉(zhuǎn)爐鋪設(shè)的線路要求，高爐到轉(zhuǎn)爐間鐵水運輸大多采用轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)的冶金車輛運送高溫鐵水。轉(zhuǎn)向架與直接放置高溫鐵水的罐類容器的車架間通過心盤連接，使得轉(zhuǎn)向架與車架間可相對轉(zhuǎn)動，使車輛順利通過曲線，降低運行阻力。心盤是冶金車輛的重要部件，不僅承受垂直載荷，還起到傳遞載荷、承受沖擊力與橫向離心力的作用，其結(jié)構(gòu)直接影響車輛運行性能和運行安全性。文章對冶金車輛中心盤的多種結(jié)構(gòu)形式進行了歸納介紹，并對各種結(jié)構(gòu)心盤的優(yōu)缺點進行了分析，并針對運行過程中可能出現(xiàn)的隱患給出了合理建議。

在鋼鐵廠的工藝布置中，由于地理條件的限制，煉鐵的高爐到煉鋼的轉(zhuǎn)爐區(qū)間運輸線路中不可避免的設(shè)有彎道，運輸鐵水的車輛通常采用機車牽引運行。近年來，在鋼鐵公司工藝設(shè)計時推行了一罐制的冶煉工藝。從高爐到轉(zhuǎn)爐運送鐵水的冶金車輛，可以歸為兩類，一是鐵水罐車，二是混鐵車。

無論是鐵水罐車還是混鐵車，這兩種類型的車輛，其結(jié)構(gòu)除必須滿足承載要求并可實現(xiàn)機車牽引外，還必須具有一定的曲線通過能力。這就決定了這兩種類型的車輛走行部分為轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)形式。因為運送的是高溫鐵水，為了保證在線路區(qū)間的安全運行，冶金車輛通常是在低速重載的條件下運行。轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)的冶金車輛，其結(jié)構(gòu)至少可分為車架、轉(zhuǎn)向架、鉤緩裝置。轉(zhuǎn)向架有多種類型，按軸數(shù)可分為二軸轉(zhuǎn)向架、三軸轉(zhuǎn)向架和多軸轉(zhuǎn)向架；多軸轉(zhuǎn)向架為兩軸或三軸轉(zhuǎn)向架組合而成，無論幾軸轉(zhuǎn)向架，轉(zhuǎn)向架與車架之間或組合轉(zhuǎn)向架的兩（三）軸轉(zhuǎn)向架與連接底架間，均通過心盤連接。心盤分為上下兩部分，上心盤安裝于車底架下方，下心盤安裝于轉(zhuǎn)向架或構(gòu)件上。車架與轉(zhuǎn)向架、組合轉(zhuǎn)向架間均可通過上下心盤的相對旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)轉(zhuǎn)向架與車架間的一定角度，從而以一定的曲線通過能力通過運行區(qū)間的彎道。

按照國家鋼鐵產(chǎn)業(yè)調(diào)整和發(fā)展規(guī)劃，鋼鐵冶煉的規(guī)模逐漸大型化。而隨著鋼鐵企業(yè)的調(diào)整，其配套的設(shè)備也將走向大型化。高爐到轉(zhuǎn)爐的鐵水運送車輛的載重也越來越大，5700 m3高爐下配套的運輸車輛載重達到了480 t。大噸位的轉(zhuǎn)向架冶金車輛必然為多層結(jié)構(gòu)，各層間以心盤連接來傳遞各級載荷，使較大的集中載荷能夠均勻的分配到各個轉(zhuǎn)向架的輪對上，以達到鐵路線路能夠承受的程度。由此可見，心盤是冶金車輛的重要部件，不僅承受垂直載荷，還起到傳遞載荷、承受沖擊力與橫向離心力的作用，是運行中各層結(jié)構(gòu)間和轉(zhuǎn)向架的回轉(zhuǎn)中心，連接的各層間可相對轉(zhuǎn)動，使車輛順利通過曲線，降低運行阻力，其結(jié)構(gòu)直接影響車輛運行性能和運行安全性。

冶金車輛中的轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)與早期鐵路貨車轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)類似，轉(zhuǎn)向架為心盤承載型，其轉(zhuǎn)向架軸距遠小于鐵路貨車轉(zhuǎn)向架軸距，更能適應(yīng)低速、重載、小曲線半徑的工況要求。轉(zhuǎn)向架的心盤，安裝于轉(zhuǎn)向架中搖枕或構(gòu)架的中間位置，為適應(yīng)線路中的彎道，心盤分為上心盤、下心盤兩部分，分別固定于不同的構(gòu)件上，心盤兩側(cè)設(shè)有旁承位，冶金車輛的旁承為平面結(jié)構(gòu)，上下旁承間設(shè)計有一定的間隙，在靜止?fàn)顟B(tài)下，冶金車輛處于平直軌道上，兩側(cè)的旁承應(yīng)保有一定間隙，不允許單側(cè)壓死，旁承間隙應(yīng)在設(shè)計范圍之內(nèi)。心盤和旁承的結(jié)構(gòu)是車輛實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎通過運行線路曲線的保證。心盤可按形狀、連接形式分類。按形狀，可分為平面心盤、球面心盤及組合式心盤；按連接形式（主要是下心盤與構(gòu)件的連接形式），可分為整體式和可拆卸式，按有無潤滑，可分為有潤滑和無潤滑結(jié)構(gòu)。因冶金車輛運載的是高溫鐵水，為運輸過程中確保運行的穩(wěn)定性及安全性，冶金車輛轉(zhuǎn)向架均設(shè)有心盤銷，防止出現(xiàn)運行過程中上下心盤滑脫的現(xiàn)象。下面分別介紹一下各種結(jié)構(gòu)的心盤。

心盤的形狀分類

平面心盤結(jié)構(gòu)

上下心盤接觸面均為平面，結(jié)構(gòu)如圖1所示。垂直載荷由心盤平面?zhèn)鬟f至下一級構(gòu)件上，橫向、縱向載荷通過下心盤周邊的凸緣承受。心盤間裝有中心銷，中心銷的作用是避免車輛運行過程中出現(xiàn)心盤滑脫現(xiàn)象。平面心盤的結(jié)構(gòu)簡單，制作成本低，檢修維護、更換也方便，因此在轉(zhuǎn)向架上得到了廣泛的應(yīng)用。為了延長心盤使用壽命，降低車輛運行過程中檢修維護成本，可在設(shè)計生產(chǎn)中避免上下心盤直接接觸，即在上下心盤間增加心盤磨耗墊，上下心盤外側(cè)還可加設(shè)防塵環(huán)。心盤磨耗墊材質(zhì)可采用自潤滑材質(zhì)，磨耗墊上加工有油槽，可續(xù)存一部分油脂，這樣即解決了心盤磨損問題，又解決了運行過程中潤滑的問題，也減少了粉塵對于潤滑脂的污染。磨耗墊的安裝如圖2示意。心盤材質(zhì)為鑄鋼材質(zhì)，設(shè)計中主要考慮載荷作用下，心盤壓力不能超過材料的許用應(yīng)力值，否則需加大心盤直徑。

球面心盤

上心盤為凸球面，下心盤為內(nèi)凹球面，中間設(shè)有心盤銷，垂直載荷、縱向載荷、橫向載荷均靠球面?zhèn)鬟f。圖3所示的50轉(zhuǎn)向架心盤連接采用的就是這種結(jié)構(gòu)。為了延長心盤使用壽命，可在上下心盤間加設(shè)一層可更換的球形心盤墊，如圖4所示。

組合式心盤

圖1

圖2

圖3

圖4

這種結(jié)構(gòu)也可稱為帶有反向球墊的平面心盤，由凹球面上心盤、球墊和平面下心盤組成。結(jié)構(gòu)如圖5所示。垂直載荷由凹球面下心盤傳遞給球墊，再由球墊傳遞給平面下心盤，縱向載荷和橫向載荷均由上下心盤邊緣凸緣傳遞。

圖5

上下心盤的接觸面為球形，使得心盤連接的各層間轉(zhuǎn)動的自由度相對增加，相對轉(zhuǎn)動靈活,補償了由于加工制造原因造成的平面心盤工作面平面度超差而造成的影響，但是無論球面心盤還是球墊都增加了加工制造難度和制造成本，也增加了后續(xù)的維護成本，另一方面，球面心盤對偏載的敏感度大，由于冶金車輛采用的都是非接觸式旁承，稍有偏載，就可能出現(xiàn)球心盤不對中、一側(cè)旁承壓死、而另一側(cè)旁承間隙為兩側(cè)旁承間隙之和的狀況，帶有球墊的平面心盤結(jié)構(gòu)，由于其上心盤為內(nèi)凹球面，其復(fù)位功能較差，在行車過程中極易出現(xiàn)旁承壓死的現(xiàn)象?，F(xiàn)上線的鐵路車輛心盤為球心盤結(jié)構(gòu)，其配套的旁承大多采用的是常接觸彈性旁承，但是在冶金行業(yè)尚未有常接觸彈性旁承的使用，彈性旁承在冶金車輛的應(yīng)用效果還有待試驗。

按心盤與連接構(gòu)件的連接形式，可分為整體式和可拆卸式結(jié)構(gòu)

圖5

圖6

整體式心盤結(jié)構(gòu)一般是指下心盤而言，下心盤與轉(zhuǎn)向架搖枕或構(gòu)件為一體結(jié)構(gòu)，不可拆卸，如圖6所示?？刹鹦妒浇Y(jié)構(gòu)中下心盤與搖枕或構(gòu)件為兩體結(jié)構(gòu)，一般采用螺栓副連接。圖1、圖2、圖3、圖4均為可拆卸式結(jié)構(gòu)?？刹鹦妒浇Y(jié)構(gòu)便于加工和心盤更換，但在使用中有如下反饋：心盤連接螺栓副容易松動，螺栓有剪切現(xiàn)象。相對來講，整體式心盤不可能出現(xiàn)這種現(xiàn)象，但是心盤磨損超差后，必須連同搖枕一同更換，維護和備件成本偏高。可拆卸式心盤螺栓連接副采用的是螺栓與螺母間的摩擦力實現(xiàn)自鎖，彈簧墊圈防松。摩擦力自鎖在靜載荷條件下不會出現(xiàn)變化，但是冶金車輛經(jīng)常承受落罐、承接鐵水及運行過程中的沖擊載荷等的作用，而且運行中啟動、制動頻繁，因此螺栓連接副摩擦自鎖的作用會突然喪失，因而出現(xiàn)螺栓松動，進而發(fā)生心盤錯位，螺栓剪斷，心盤錯位嚴重時，車輛行至彎道處，由于離心力的作用，可能出現(xiàn)脫軌和傾覆。為避免這種情況發(fā)生，設(shè)計時盡量使螺栓只起連接作用而不承受剪力，螺栓副可在采用螺紋摩擦力自鎖的同時，增加止動墊圈防松，螺栓副安裝時的預(yù)緊力要適中，每個心盤上的8個螺栓預(yù)緊力相同，另外無止口安裝的心盤應(yīng)在心盤四周加焊防滑擋鐵，防止螺栓松動后心盤錯位，使用過程中，要在日常檢查中經(jīng)常查看螺栓的連接情況，如發(fā)現(xiàn)松動及時緊固。另外，可在心盤安裝后，在側(cè)面醒目位置標(biāo)記位置線，以便運行過程中點檢員方便查看并判斷心盤是否錯位，以防患于未然。

按潤滑情況，可分為無潤滑和有潤滑心盤兩種結(jié)構(gòu)。

無潤滑的心盤只在安裝時在心盤的接觸面涂抹潤滑脂，使用過程中定期添加潤滑脂時，需將轉(zhuǎn)向架與上層構(gòu)件脫離一定間隙，添加后心盤落實。而有潤滑的心盤在無潤滑的基礎(chǔ)上增設(shè)了潤滑孔和油路，與外界的手動或電動潤滑泵連接后，可向接觸面油槽中填充一定量的潤滑脂，這種結(jié)構(gòu)便于日常檢修中根據(jù)車輛使用情況定期添加潤滑脂，定期更換潤滑脂。

心盤的具體結(jié)構(gòu)，可根據(jù)冶金車輛的功能和技術(shù)參數(shù)設(shè)計確定，可以設(shè)計有潤滑、可拆卸的平心盤或球心盤或組合心盤結(jié)構(gòu)，但是同一臺車輛同一部位的心盤，結(jié)構(gòu)必須相同。新設(shè)計的冶金車輛投入運行后，應(yīng)定期跟蹤、了解車輛的運行情況，以便及時發(fā)現(xiàn)問題，及時解決問題，進一步保證車輛的運行安全性和穩(wěn)定性。

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Discussion on the Bogie Center Plate Structure Using in the Metallurgical Vehicles

WANG Wei-feng

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王偉峰（1963-），男，漢族，秦皇島秦冶重工有限公司，主要從事冶金設(shè)備產(chǎn)品研發(fā)工作