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常见客车转向架介绍~无摇枕转向架(上):漫谈、长客厂及四方厂相关产品
黑鹰武士
编辑于 2022年01月28日 16:48

沁园春·为京张铁路百年赋

黑鹰武士

百里燕云,峻岭高崖,水秀山青。忆关沟难越,旧时羁旅;詹公壮举,铁轨通京。林立峰峦,忽如平地,飞度千山步履轻。风声起,纵铁流滚滚,挥洒豪情。

辉煌记取曾经。到如今、青史树英名。看八达岭上,松涛阵阵;青龙桥下,汽笛声声。老站新车,交相辉映,万里宏途任尔行。同奋进,谱和谐新曲,灿烂前程。

*这首《沁园春》是2009年我应《铁道知识》杂志约稿,为第一条中国人自行设计建造的铁路——京张铁路开通运营一百周年而作。当然,当时并没有想到后来的社会会如此充满戾气。本文也会一如既往地建议,对于中国自产自研的转向架产品,应当给予发展机会。

这是2021年版《常见客车转向架介绍》的第九篇《无摇枕转向架》的上集,全文约7550字。

所谓无摇枕转向架,指的是取消了摇枕、摇动台和旁承,而纯粹使用二系弹簧的纵向和横向刚度来实现这些部件功能的转向架。具体而言,传统结构形式的转向架需要以摇枕、摇动台和二系弹簧来容纳转向架的横向振动(左右方向的振动),及在车辆通过曲线时,需要以车体和摇枕或构架和摇枕之间的相对运动来实现转向功能。无摇枕转向架则是纯粹通过二系弹簧在纵向和横向的形变来实现上述功能。虽然有一些无摇枕转向架出于方便落车的目的,在二系弹簧上装有摇枕梁或曰假摇枕,但这种摇枕梁一般是与车体刚性固结,在车辆运行过程中与车体之间没有相对运动,而不再起到传统的摇枕的作用。

波兰国铁的某型无摇枕转向架,拍摄站点应该是格涅兹诺站

和传统结构形式的转向架相比,无摇枕转向架的优势显而易见:结构简单、减少部件数量、减轻质量、提高可靠性及更适合高速运行等,故无摇枕转向架已几乎成为高速铁路车辆的标准配置。在无摇枕的基本结构形式之上,更可以继续研发诸如内侧支承转向架等更先进的结构形式,以进一步减轻簧下质量及簧间质量、减轻轮轨作用力,提高运行品质。

当然无摇枕客车转向架并不必然以空气弹簧作为二系弹簧,欧美地区存在大量二系为圆弹簧的无摇枕转向架。

上世纪60年代中,四方厂为国铁的初代25.5米客车研制了KZ2型转向架,其二系弹簧布置于摇枕上方,摇枕与构架间以中心销作为回转中心,以旁承承载车体重量并提供回转阻尼、抑制转向架的蛇行运动。鉴于KZ2型的二系弹簧并未完全取代摇枕、摇动台和旁承的全部功能,故KZ2型及其类似产品充其量可以说是无摇动台转向架,而并不是本部分将要介绍的无摇枕转向架,我会在后续的试验性转向架的部分介绍它们。

本部分将会按照各家工厂研制无摇枕转向架的先后次序,以长客-四方-浦镇的顺序来介绍。

 

1. 长客厂早期试验型无摇枕转向架(含法国Y32型转向架简介)

目前已知最早的国产无摇枕转向架是上世纪70年代末长客厂仿制法国Y32型转向架而来的试验型转向架。有鉴于此,在正式介绍此转向架之前,我将先对Y32型转向架作一简介。

法国Y32型转向架

巴黎奥斯特里茨车站

Y32型转向架是上世纪70年代国际上比较先进的客车转向架。时至今日,欧洲及国铁的主流无摇枕转向架的结构形式依然与Y32型大同小异。2017年我在法国的时候虽然还是弃坑状态,但在不以为意的情况下拍到过使用Y32型转向架的客车。当时还很纳闷,何以一个准高速或更高速度等级的转向架竟然没有抗蛇行减振器?后来知道这个转向架是超临界运行,以尽量避免转向架的蛇行运动传递到车体上为设计理念,因此在一定速度条件下不需要装备抗蛇行减振器。Y32型转向架的主要特点如下:

1. 车体和转向架间采取柔性连接,取消心盘、旁承及传统意义上的摇枕,采用钢丝绳牵引,使转向架相对于车体完全“自由”运动,实现超临界速度运行;

2. 采取两系弹簧悬挂,尽量减轻簧下重量;

3. 弹簧悬挂参数的选择,尽量避免转向架的振动与车体的振动相耦合;

4. 采取各种措施,避免振动、冲击和噪音传递到车体上,在各种传递载荷的部件之间,尽量避免金属直接接触;

5. 充分利用二系弹簧在各个方向的弹性,尽量采用无磨耗结构,力求使车体和转向架之间的连结简化。

Y32型转向架根据速度等级及使用要求的不同,可以有不同的形式,如车轮直径可以不同,可采用踏面制动或盘形制动,可装备或不装备磁轨制动,应用于160km/h及以下的运行速度时可不采用抗蛇行减振器等。

出于方便落车的需要,Y32型转向架在二系弹簧之上装有摇枕梁,如用于200km/h及以上的运用速度而需要加装抗蛇行减振器时,抗蛇行减振器也装设于摇枕梁和构架之间(而非车体和构架之间),从而进一步简化落车工序。

 

长客厂仿Y32型试验型转向架

发轫于上世纪70年代末的改革开放向世界打开了中国的大门。1978年,铁道部组织了中法技术座谈,期间法方对Y32型转向架做了详细介绍。中国以Y32型为蓝本,自主研发或仿制了至少两种相互构成高低搭配的转向架,比较传统的一种即为L78型试验型转向架,四方厂和长客厂各自至少制造了一份样机,而比较新锐的一种即为这里要介绍的长客厂试验型无摇枕转向架。至于L78型转向架,在之前206系列的介绍中有简介。但是,考虑到L78型转向架实际上并非206系列家族成员,我正在考虑将L78型移到最后的试验性转向架的部分。

背景里的RW25-50322也是个尖货,当时装用的转向架为长客版L78转向架的样机,此车后来在北京—广州区间运用考验。源于Y32的两种国产转向架的同框,不知在拍摄时是否有意为之

早在1979年,长客厂就进行了仿Y32型转向架设计,于1980年试制完成。考虑到软卧车质量变化不大,所以将该转向架装在RW22-51055号车上,配属成都局,运行于北京—成都区间,以考验该转向架在宝鸡秦岭大坡道上能否运行良好。该车运行了将近一年,运行品质优于202型转向架,但因盘形制动质量不过关而下马。如果这个转向架真的是因为盘形制动的原因而没有继续发展下去,那可以说颇为可惜,因为国铁第一种比较成功的盘形制动转向架在80年代中已经出现,那就是209PK型。

根据存世的图片,此转向架的轴箱定位方式为转臂定位,一系为圆弹簧加油压减振器,二系同样为圆弹簧加油压减震器,似乎和Y32型转向架一样,装有摇枕梁以方便落车。其基础制动为盘形制动。此转向架是已知唯一一种二系为圆弹簧的国铁无摇枕客车转向架。

据本人所知,Y32型的二系弹簧对工艺要求颇高,而上世纪70年代末改革开放初期的国情可能尚不足以大批量生产这样的金属材料。到了国铁无摇枕转向架大批量装车的年代,空气弹簧也早已普及,也不再一定要以圆弹簧来充当二系弹簧。

 

2. 长客厂无摇枕转向架(CW-200)系列

CW-200系列是唯一一系列中国自主研发并大批量生产的无摇枕客车转向架,源于上世纪90年代初的250km/h试验型高速客车转向架和其后的CW-200原型转向架,共有120km/h、160km/h、200km/h及270km/h四种速度等级。其中,120km/h版本用于春城号动车组;160km/h版本用于上世纪90年代末至本世纪初的多种客车及动车组拖车,且为25T提速客车使用的主型转向架之一;200km/h版本主要用于大白鲨号动车组、蓝箭号动车组、神州号动车组、长白山号动车组及部分路用车辆等;270km/h版本用于中华之星号动车组。此外,唐山厂制造的NZJ型双层内燃动车组(俗称“唐老鸭”)的后期批次使用的TW-160(D)转向架的结构形式与CW-200K类似。

长白山号动车组

作为国铁最早的一系列无摇枕转向架,目前尚无人准确归纳CW-200系列的型号,且多年以来存有一些误传,如春城号的120km/h转向架没有具体型号,中华之星动车组拖车使用的CW-270转向架经常被误传为“CW-300”型,而其160km/h速度等级的版本在定型为CW-200K型之前更已存在多种型号。这里试图根据文献和我之前自己拍过的照片来总结一下。

 

250km/h试验型高速客车转向架

长客厂自1992年起开始与各有关高等院校和研究所联合开发设计无摇枕转向架,并在部科技司立项。1993年,根据国家“八五”科技攻关项目——《高速客车转向架的研究》(项目编号85-402-02-04-2)的要求,在部科技司组织和领导下,长客厂开始研制 250km/h试验型高速客车转向架。此转向架同样为受到Y32型转向架深刻影响的无摇枕转向架,主要特点为单拉杆牵引,采用每轴4块制动盘的轴盘式基础制动并配有磁轨制动等。250km/h试验型高速客车转向架曾装于英国样车RW25-0-50201上进行台架试验。

 

CW-200型转向架

1998年3月,根据《200 km/h动力集中电动列车正线试验的通知》(部科技司 [1997] 28号文)和部科技司对200km/h正线转向架的要求,试制了一辆CW-200型转向架并装于广深线RZ2 25Z-10622号车上,5月在四方所进行了滚动和振动试验,6月下旬完成了郑武线高速正线试验,期间达到了最高218km/h的试验速度。试验完成后,长客厂根据各方面的试验数据对原结构强度相对薄弱处和结构不完善、工艺不合理处进行了改进。

1999 年,根据部有关要求,株洲厂和四家主要客车工厂共同生产200km/h一动六拖动力集中式动车组(“大白鲨”号),动车为株洲厂制造,拖车为浦镇、唐山、四方各制造一辆,长客厂制造3辆,其中一辆为控制车,厂内编号分别为CCK125、CCK126 和 CCK127,均采用CW-200 型转向架。此转向架即为CW-200系列的原型,以250 km/h高速试验转向架为基础设计,其基本结构采用无摇枕、无摇动台、无旁承结构,轴箱定位采用分体式轴箱及转臂定位方式,基础制动装置为每轴3块制动盘。

大白鲨号编组中的RZ1 25DT-10882号车

1999年8-9月间,“大白鲨”号动车组在广深线进行了动力学性能综合试验,最高试验速度达到223.2 km/h,并于同年10月投入商业运营。其后,北京局向长客厂购买 34 辆双层客车,大连厂生产内燃动车,组成 2 动 10 拖编组,命名为“神州号”内燃动车组(俗称“大白猫”),长客厂版本的拖车全部采用CW-200型转向架(另有四方厂版本的拖车,使用SW-200转向架),担当当时的京津城际列车本务,转向架于2000年3月设计完成,2000年9月全部交车。

“CW-200”铭牌

2000年10月,为广深铁路公司提供8列“蓝箭号”动车组,编组形式为一动六拖,动车为株洲厂制造,拖车全部采用CW-200型转向架,2001年通过部安全评估。

上述的研发经验,为CW-200系列的发展奠定了基础。

 

CW-200系列转向架

120km/h版本:

春城号动车组用无摇枕转向架 

160km/h版本:

随着25T提速客车的批量生产而定型为CW-200K型,但在上世纪末本世纪初已有广泛运用。

CW-160型转向架,用于上世纪末长客厂生产的北亚号动车组拖车,铭牌型号标记为“CW-160”

CW-200型(160km/h版)转向架:

每轴2块制动盘,铭牌型号标记为“CW-200”,运行速度标记为160km/h(后来客运车辆随着25K客车的运行速度标记变更,也一并变为140km/h),用于上海铁路局高质车、部分后期版本25K客车及路用车辆。

上局沪段WX25K-98948,当时此车没有标记中文车型

WX25K-98948的转向架型号铭牌

根据文献,160km/h版本的CW-200转向架和CW-160转向架实为同一种转向架在未定型之前的的不同名称。

CW-200K型转向架:

2004年, 为满足铁路第五次大提速持续运行速度160km/h的要求,长客厂在200km/h版本的CW-200 型转向架基础上改进设计了CW-200K型转向架,装用于25T型提速客车,铭牌型号标记为“CW-200K”。

CW-220型转向架:

长客厂在CW-200K型基础上研发的出口转向架,其构架在多个方面做了优化。

没找到图片,期待以后自己去伊朗拍。

TW-160D/TW-160型转向架,唐山厂NZJ型双层内燃动车组后期批次使用的转向架,结构形式与CW-200系列类似,但由于缺乏资料,并不清楚其与CW-200系列的确切渊源。

应为TW-160D动力转向架,作者:殷杰,出处:https://www.shobserver.com/news/detail?id=189060

上海铁路局高质车:

此车是后期版本25K快速客车的代表,其载客车辆全部使用上述160km/h版本的CW-200转向架,最初用于京沪直通列车王牌中的王牌——T13/14次列车。在海子铁路网有此车当年的照片,在本世纪初,图片中整齐划一的抗蛇行减振器堪称天外来物。另外此车装备了进口防滑器系统,复杂的控制面板为国铁客车所仅见。这些极度超前的配置都展示了上海铁路局的远见和历史最悠久的京沪王牌列车的风范。京沪直通交路的历史可追溯到上世纪初,而13/14这对车次作为京沪直通交路车次的历史则始自1959年。目前我正在搜集京沪直通交路的史料,不过这就是另一个不知道何时才能动笔的故事了。

进口防滑器系统

2004年4月18日,铁路第五次大提速,T13/14次升级为Z13/14次并更换BSP 25T车体,原有25K车体转配柳州铁路局,在当时亦是广西区最高级的列车。

 

CW-270型转向架:

“中华之星”号动车组拖车使用的转向架,其结构形式与CW-200系列基本一致,悬挂参数根据运行速度做了调整,牵引装置为单拉杆牵引,采用了每轴4块制动盘的轴盘式基础制动装置。

出于未知原因,此转向架的型号被多方面误称为”CW-300“,部分长客厂自家的文献也不例外;但根据前辈拍摄的中华之星转向架照片,其铭牌型号标记为”CW-270“。本文采纳CW-270而不采纳CW-300。

据我了解,CW-200K转向架并未入选160km/h动集拖车的转向架,据称长客厂制造的动集拖车亦使用四方厂的SW-220K转向架。个人认为,对于像CW-200、PW200这样纯粹自产自研的产品应当给予发展机会,毕竟有些问题只有在实际运用中才能不断地发现并解决,如果连实际运用的机会都没有,那么国产装备可能也就失去了不断进步的契机。

 

3. 四方厂无摇枕转向架产品系列

试验型铰接式高速客车转向架

1995年,上海铁道大学、四方厂、四方所、铁科院、西南交大、北方交大、戚墅堰机车车辆工艺研究所等单位共同承担了“九五”国家重点科技攻关项目《试验型铰接式高速客车转向架及车体连接结构的研究》及其他3项课题。其目的是研究法国TGV高速列车的关键技术之一——高速客车转向架和车体连接结构,通过学习、消化、借鉴国外的先进技术,为国铁高速列车的研究提供参考。四方厂负责高速客车转向架及车体连接结构的施工设计和样机试制。

英国铁路373型动车组(单层)的铰接式转向架

为了跟进当时高速转向架的最新技术,使本课题在技术上能够反映TGV的现有水平,选择了以TGV-2N(即双层TGV)装用的Y237-A型转向架进行仿制,车体连接结构则选择了TGV系列的“欧洲之星”(英国铁路373型动车组)的铰接结构。这是国内首次研制铰接式高速转向架。

英国铁路373型动车组,伦敦圣潘克拉斯车站

由于本课题以试验研究为目的,为简化结构,确定了以最小的铰接连接结构的单元为研究对象,即包括2个端部模拟半车体、1个中部模拟车体和2台铰接式转向架。此转向架的构造速度为300km/h,最高试验速度为350km/h。

 

NYJ1液力传动动车组动车转向架

NYJ1型液力传动动力集中动车组是上世纪末四方厂推出的“动车组”产品。与唐老鸭的新锐不同,NYJ1型的编组结构颇为传统,不仅编组可变、拖车可以单独以机辆模式运行,亦不能说是今天我们所谓的固定编组。我曾经在哈尔滨站见到过两辆动车在站台两端等候,机辆模式的拖车进站,机车和空调发电车解编后动车再和拖车连挂组成“动车组”的运用场景。其拖车根据不同路局的不同运用速度要求,采用206P、206KP以至于SW-160等转向架,而其动车使用的转向架结构形式更接近机车转向架,归类为客车转向架实在是非常勉强。

此动车转向架的一系和二系均为圆弹簧,亦属于无摇枕转向架,轴箱定位方式为拉杆定位,二系为高圆簧外侧悬挂,并装有一系、二系、横向、垂向、抗蛇行等复杂的减振器系统。根据本人实际乘坐体验,此动车的乘坐感受和使用SW-160转向架的拖车并无可以感受到的差别。

 

SW-220(K)转向架

早在上世纪80年代末,四方厂已与日本川崎重工有过合作,设计制造168辆25A客车及50辆国际旅游客车。期间,双方合作对206型转向架进行了高速化改进,此即为国际旅游列车用206G、207G转向架。上世纪末,双方再次合作,在新干线500系WDT205转向架的基础上设制了SW-220(K)型转向架。其中,川崎负责技术设计,四方厂负责图纸设计,双方于1999年12月11日签订了技术转让合同。

新干线500系列车,新山口站

WDT205型转向架,作者:Scfema,出处:https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c7/JRW_WDT205_Shinkansen_series_500.jpg

新干线500系的WDT205转向架系脱胎于此前的“新干线500系900番台”,或称WIN350试验车装用的WDT9101转向架。WIN350试验车共装用了分别由川崎重工、日立制作所及住友金属制造的WDT9101、WDT9102及WDT9103三种轴箱定位形式各不相同的转向架,试验表明三种转向架的动力学性能并无显著差别,出于维护便利的考虑,量产的新干线500系动车组转向架采用了与WDT9101型相同的转臂式轴箱定位方式。

有了这样的历史沿革,加之四方厂对于转臂式轴箱定位早有丰富经验,SW-220(K)沿用了这种轴箱定位方式也是自然而然。鉴于新干线500系动车组为全动车编组,而SW-220(K)为无动力转向架,所以其与新干线500系装用的WDT205型转向架的构造并不完全相同。

SW-220型转向架的持续运行速度为220km/h,最高试验速度250km/h,主要用于天驰号动车组及部分路用客车,如SSY25-98823双层试验车等。它与SW-220K的区别在于是否装设车轴中央的第三块制动盘,而除制动装置之外,SW-220K亦可满足以220km/h持续速度运行的要求。

SW-220型转向架,作者:未知,出处:https://wenku.baidu.com/view/9297e7db10a6f524cdbf8544.html

SW-220K型转向架为25T提速客车装用的主型转向架之一,不仅曾在普通BSP客车上与AM96转向架同场竞技,还用于诸多相对更注重可靠性的车种,如专用客车、进港直通车等。约2007年左右,上海—广州东(九龙)T99/100次更换的若干组浦厂25T客车也使用SW-220K转向架。

SF0533地铁押运车,运行速度标记为120km/h

自本世纪初以来,SW-220(K)型转向架一直是持续速度160km/h客车装用的主型转向架,从最后期批次的部分25K快速客车到今天的动集拖车,历久不衰;而在南北车合并之后,原属北车集团的唐山厂也开始使用SW-220K转向架。

唐山厂版本的SW-220K

此外,朔黄铁路的一组线路检测列车的2、3号车装用的转向架亦脱胎于SW-220K型,其最高检测工作速度为60km/h,与客车连挂时最高速度为120km/h。

 

SW-300型转向架

用于四方厂版本的中华之星号动车组拖车。可见SW-300转向架并没有类似于SW-160、SW-220K的自构架中部向外延展的空气弹簧支承梁,其具体历史沿革还需要研究。

 

DDB-1、DTB-1转向架(含SYD-160型转向架)

这两款转向架分别为中原之星号动车组的动车及拖车转向架。在本系列文章对206系列的介绍中曾经提到,四方厂在研发SW-200型转向架时曾提出有摇枕和无摇枕的两个方案,但SW-200型转向架最终确定采用有摇枕方案。根据这两款转向架的研发时间,以及其部分配件与SW-160转向架通用,可以合理地推测它们乃是从无摇枕版本的SW-200方案发展而来。

虽然没拍过中原之星,但我有收藏中原之星的首发站台票。

DDB-1及DTB-1转向架

此外,本世纪初四方厂还为柳州铁路局设制了动力分散液力传动动车组,其装用的SYD-160型无摇枕转向架的结构形式与此类似,分动力转向架及无动力转向架两种,动力转向架去除传动装置即为无动力转向架。

 

SW-QD160转向架

用于青藏铁路的空调发电车。此车既需要在既有线路上以最高160km/h的速度运行,又要在青藏铁路格拉段以最高120km/h运行,考虑到较高的运用条件要求,SW-QD160转向架具有23吨轴重(实际轴重为24吨)、构架每侧装有双空气弹簧及采用抗强紫外线橡胶件等特点。其基础制动为盘形制动,并加装改进型电子防滑器。

就拍过车,好像没特意拍过转向架,凑合看。

本部分介绍了长客和四方两家工厂的常见无摇枕转向架产品,下一部分我将对拙作《浦镇厂无摇枕转向架的型号简析》作出更新,补充参考文献并加入AM96型转向架,作为无摇枕转向架简介的下集《浦镇厂无摇枕转向架产品》。

参考文献

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