铰接式铁路货车的开发

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1 铰接式车辆的发展
20世纪50年代，为解决集装箱和汽车运输车辆装载效率与轴重利用率低的问题，北美铁路研发铰接式铁路货车。

铰接式车辆取消牵引梁，在中梁位于枕梁外端处安装关节连接器。

落车时将相邻车辆的关节连接器进行组合并落于同一转向架上，实现相邻车辆共用一个转向架。

由于取消了钩缓装置，使相邻车辆间的距离缩短，实现了同样编组长度列车的有效长度增加、转向架等车辆部件减少、轴重利用率提高。

北美铁路铰接式技术主要应用于双层集装箱专用车辆、运输汽车专用车辆和关节式煤炭漏斗车，集装箱运输车辆中约1/3采用铰接式，
运输汽车专用车辆目前超过一半采用铰接式。

澳大利亚与北美类似，为充分利用轴重也多采用铰接式。

20世纪80年代，欧洲为提高双层运输汽车专用车辆的装载效率，也研发出铰接式车辆，与美国不同，其除用于集装箱车辆运输外，还用于公铁联运车辆。

德国铰接式的集装箱车辆均采用雅可比转向架。

铰接式车辆具有以下优点：
（1）与单节式车辆相比，车辆装载效率高。

（2）对轻质货物车辆而言，车辆轴重利用率更合理。

（3）同样长度，车辆转向架等部件数量少，制造成本低。

（4）车组间的车辆通过关节连接，无纵向冲动。

2 我国发展铰接式铁路货车的可行性
近年来，我国也开展过铰接式集装箱专用车辆的研究，但由于铁路货车轴重小等原因，铰接式集装箱专用车辆没有得到运用。

目前，我国铁路货车技术正向着高速、重载快速发展，最大轴重达到30 t，主型货车轴重达到23.46 t，双层集装箱车辆轴重达到25 t，轴重的提高为铰接式铁路货车的运用提供了条件。

敞车、棚车、平车和罐车的通用车型承载按通用车辆标准设计，轴重利用比较充分，研发铰接式车辆意义不大。

我国小汽车运输专用车和集装箱专用车不能充分利用轴重，如果采用铰接式车辆，将使铁路货车具有的运输和制造成本低、绿色环保等优点进一步显现，铁路运输竞争力得到进一步的增强。

铰接式铁路货车的开发
范振合：中车北京二七车辆有限公司产品开发部，高级工程师，北京，100072杜鹏成：北京铁路局北京（二七）车辆监造项目部，工程师，北京，100072
摘 要：论述铰接式车辆的发展和优点，以及我国发展铰接式铁路货车的可行性。

从关节连接器结构、关节连接器布置、铰接车辆旁承形式、转向架结构形式、动力学仿真方面分析铰接式车辆的关键技术，提出铰接式车辆运用中应注意的问题。

在现有线路条件下，我国已具备或部分具备开行铰接式小汽车运输专用车辆和集装箱专用车辆的条件，关节式双层运输汽车专用车辆和集装箱专用车辆具有广阔的发展空间。

关键词：铰接式；铁路货车；转向架；关节连接器；仿真分析；小汽车运输专用车辆；集装箱专用车辆
中图分类号：U270.3 文献标识码：A 文章编号：1001-683X（2016）03-0054-03
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铰接式铁路货车的开发 范振合 等
目前，通用货车受线路23 t轴重限制，普通4轴货车最大总质量可达93.84 t。

X 4K 型集装箱平车在限制集装箱质量的情况下，能够满足满轴重限制要求，不限制箱重的X 6K 型集装箱车轴重仅有21 t。

如果铰接式货车能够在双层集装箱专用车运行的线路上运行，则可进行两联铰接式集装箱专用车辆的开发（见图1），车组的装载达到4个TEU，达到满箱重、整车满轴重的理想要求。

我国小汽车运输专用车辆实际轴重远低于线路允许轴重要求，轴重最大的SQ 6型货车轴重仅为14.6 t，有关车型轴重见表1。

若汽车运输车采用铰接式则可充分利用轴重，使运输效率更高，制造成本更低。

根据我国铁路实际的站场情况，选用三联车结构比较适合（见图2），轴重最大可达21 t。

由此可见，在现有线路条件下，已具备或部分具备开行铰接式小汽车运输专用车辆和集装箱专用车辆的条件。

我国作为汽车产销大国和集装箱运输的大国，关节式双层运输汽车专用车和集装箱专用车具有非常广阔的发展空间。

３　铰接式车辆的关键技术及仿真分析
铰接式集装箱专用车和铰接式小汽车运输专用车的铰接关键技术基本相同，在此针对铰接式双层汽车运输专用车的铰接关键技术进行分析。

铰接式双层汽车运输专用车在既有SQ 5型汽车运输专用车基础上进行相应的改动，采用关节连接器将三个车体组成三联车，关节处配装改进后的关节转向架。

3.1 关节连接器的结构
关节连接器除不具备缓冲功能外其他功能与车钩缓冲装置相同，其还具有心盘功能，实现车体与转向架的连接。

目前，很多厂家正在研制适合我国铁路运用条件的关节连接器。

在试运行期间，可少量采用国外的关节连接器，通过改变与其配合的下心盘结构，满足匹配要求。

关节连接器技术在美国应用广泛，货车用铰接连接器是按心盘尺寸分为14英寸和16英寸2种规格，前者适应轴重26.7 t的转向架，后者适应轴重35.7 t的转向架。

研制的双层小汽车运输专用车辆采用美国西屋公司的SAC-1（14英寸）球型关节连接器。

3.2 关节连接器的布置
关节连接器分为凸关节和凹关节。

凹关节带有平面心盘结构，凸关节内部有球铰结构。

由于关节转向架有4个旁承，每个旁承的刚度较低，铰接车辆上的凹凸关节应顺序分布，提高车辆的抗侧滚能力。

3.3 铰接车辆的旁承形式
关节连接器处的转向架设置4个旁承和1个心盘，同时满足相连两车的要求。

美国双层集装箱车辆结构见图3，其铰接式转向架的旁承为平行布置，澳大利亚铰接式集装箱车辆结构见图4，其铰接式转向架的旁承为环形布置。

旁承的具体布局可根据车辆用途而定，根据我国转向架的旁承结构和小汽车运输专用车辆对车辆内部净空高度的要求，双层小汽车运输专用车辆的4个旁承采用环形布置。

3.4 转向架的结构形式
三联铰接式双层汽车运输专用车辆端部和关节处的转向架均采用优化后的转K6型转向架。

端部和关节处转向架按照空、重车载荷进行了中央悬挂优化，并对关节处的转向架摇枕进行了重新设计，采用4旁承环形布置方式。

旁承采用低摩擦系数磨耗板的JC-2型双作用弹性
旁承。

关节转向架整体结构见图5。

表1 有关车型轴重
图1 两联关节集装箱车辆
图2　三联双层汽车运输车结构
9 600 mm
25 456 mm
9 600 mm
19 760 mm
64 166 mm
19 760 mm 19 760 mm
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3.5 动力学仿真分析
采用Simpack多体动力学分析软件对三联车的运行稳定性、平稳性和安全性进行分析。

结果表明，在130 km/h 的速度范围内，在美国Ⅴ级线路谱的输入下，端部车和中间车在空、重车状态下的横向与垂向平稳性指标均满足GB/T 5599—1985优级要求，最大横向加速度小于0.5 g ，最大垂向加速度小于0.7 g 。

三联车在空、重车工况下，以小于90 mm的欠超高通过半径为300 m、400 m、600 m的圆
曲线和12号道岔组成的渡线，其轮轨横向力Q 、轮轴横向力H 、脱轨系数Q /P 、轮重减载率△P /P 、倾覆系数D 等指标均小于GB/T 5599—1985规定的安全标准；各项动力学指标均能满足GB/T 5599—1985的规定。

4 铰接式车辆运用中应注意的问题
（1）铰接式车组的装载状况应尽量保持相同，保证《铁路货物装载加固规则》中轴重差的要求。

（2）检修场应增加相应的设备，以适应铰接式车辆的要求。

由于车辆通过关节连接器紧密铰接在一起，在临修场车辆不解体时，临修场需有整个车组同时起升或转向架横向推出设备。

我国现有的车辆已可以满足取消辅修的要求，新研制的转向架是在既有转向架技术基础上的改进，故障率很低，同样可以满足取消辅修的要求。

在定线定编的运行条件下，检修场增加横向移动平
台等，简单改进即可满足铰接式车辆维护的需要。

5 结束语
通过对铰接式车辆关键技术的分析及动力学仿真分析，我国线路已具备或部分具备开行铰接式双层汽车运输专用车和铰接式集装箱运输车的条件。

铰接式车辆具有充分利用轴重、装载效率高、制造成本低、绿色环保等优点，具有广阔的发展空间。

结合我国既有铁路货车
成熟的技术，在我国既有的线路上，铰接式铁路货车完
全可以安全运行。

参考文献
[1] 西南交通大学，中国南车二七车辆 有限公司. 三联关节式汽车运输专 用车动力学性能计算报告[R]， 2011.[2] 廖永亮. 铰接式转向架构架疲劳
寿命研究[D]. 成都：西南交通大 学，2009.
[3] 张四梅. 我国关节式集装箱平
车设计方案探讨[J]. 铁道车辆，
1997(4)：20-22.
责任编辑 高红义
收稿日期 2015-11-23
图5 关节转向架整体结构
图4 澳大利亚铰接式集装箱车旁承布局方式
图3 美国铰接式双层集装箱车旁承布局方式
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1——轮对组成
2——承载鞍
3——轴箱橡胶垫
4——侧架组成 5——组合式斜楔 6——摇枕组成 7——制动装置
8——货车E轴滚动轴承装置 9——心盘磨耗盘
10——双作用弹性旁承 11——挡键
12——交叉支撑装置 13——外圆弹簧 14——内圆弹簧 15——减振外圆弹簧 16——减振内圆弹簧 Φ840 mm
1 830 mm
442 mm 53°
1 435 mm
1 981 mm
2 429 mm
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