1、文件類別 : 時間 :設(shè)計說明 20120319 項目名稱及編號 : 文件編號:交流傳動內(nèi)燃調(diào)車機(jī)車技術(shù)方案研究 2011J010-B8F9Z-1擬稿 : 校核:審核:批準(zhǔn) :劉庸 高震天 曲天威 張思慶交流傳動內(nèi)燃調(diào)車機(jī)車轉(zhuǎn)向架設(shè)計說明中國北車集團(tuán)大連機(jī)車車輛有限公司 2012 年 4 月目錄轉(zhuǎn)向架總體概述. 2主要技術(shù)參數(shù). 3計算驗(yàn)證. 4關(guān)鍵零部件介紹. 5 4.1 構(gòu)架 . 5 4.2 軸箱及其定位結(jié)構(gòu) . 6 4.3 懸掛裝置 . 10 4.4 輪對及驅(qū)動裝置 . 12 4.5 牽引裝置 . 15 4.6 基礎(chǔ)制動裝置 . 154.7 附屬裝置 . 164.8 各種間隙及止擋 .

2、17主要部件通用化介紹. 17計算文件. 191 轉(zhuǎn)向架總體概述轉(zhuǎn)向架是機(jī)車的關(guān)鍵部件之一, 對機(jī)車運(yùn)行的安全性、 穩(wěn)定性、 舒適性和可 靠性產(chǎn)生極為重要的影響, 應(yīng)具有足夠的安全可靠性及運(yùn)動穩(wěn)定性儲備, 優(yōu)良的 運(yùn) 行平穩(wěn)性以及較小的輪軌動作用力, 并兼顧曲線通過性能, 調(diào)車機(jī)車轉(zhuǎn)向架的 設(shè)計 滿足了以上的要求。作為交流傳動調(diào)車機(jī)車,為滿足 GB146.1 83標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路機(jī)車車輛限界 中車限 3 的要求,該車車輪采用了直徑為 1250 的整體車輪,使機(jī)車底部加高,保證了順利通過機(jī)械化駝峰的要求。該車轉(zhuǎn)向架繼承了 HXN3 機(jī)車轉(zhuǎn)向架良好的動力學(xué)通過性能, 在新輪新軌條 件 下,該機(jī)車的非線

3、性穩(wěn)定性臨界速度為 190km/h,滿足實(shí)際運(yùn)行最高速度 100km/h 的 運(yùn)用要求;機(jī)車具有良好的直線運(yùn)行性能。直線上,機(jī)車在最大運(yùn)用 速度范圍內(nèi),在 AAR5 級線路運(yùn)行時,機(jī)車端部橫向平穩(wěn)性指標(biāo)略超過良好的限 制范圍, 在 AAR6 級 線路上運(yùn)行時, 機(jī)車端部橫向平穩(wěn)性略低于良好的限制范圍, 在兩種線路上機(jī)車端部 垂向平穩(wěn)性均在優(yōu)秀范圍。在直線上最大運(yùn)用速度范圍 內(nèi),機(jī)車輪軸力、脫軌系 數(shù)、輪重減載率等各項指標(biāo)均低于標(biāo)準(zhǔn)的安全限值。同 時,該轉(zhuǎn)向架具有良好的曲 線通過性能。在美國 4 級線路上,對于 R100、 R300、 R400、 R600 四種不同的曲 線,只要機(jī)車曲線通過時未

4、平衡離心加速度在 0.6m/s2 之下, 機(jī)車各項評價指標(biāo)都滿 足要求。 在美國 5 級線路上, 機(jī)車的曲線通過性能 還略優(yōu)于 4 級線路。轉(zhuǎn)向架設(shè)計本著“先進(jìn)、成熟、經(jīng)濟(jì)、可靠”的精神,采用經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)的 成熟可 靠的先進(jìn)技術(shù),在保證轉(zhuǎn)向架具有良好的動力學(xué)性能的同時,還融入了 HXN3 機(jī)車少 維護(hù)、長檢修周期和良好的可接近性等設(shè)計理念,并且盡量滿足了 標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化 的要求。該轉(zhuǎn)向架的主要技術(shù)特點(diǎn):直徑為 1250 的整體車輪,滿足調(diào)車機(jī)車通過機(jī)械化駝峰的要求。牽引電機(jī)的布置采用順置方式。電機(jī)懸掛采用剛性軸懸結(jié)構(gòu)。軸箱軸承采用免維護(hù)的 AAR K 級圓錐滾子整體單元軸承。一系懸掛系統(tǒng)采用單拉

5、桿軸箱定位+螺旋彈簧方式,一、三軸安裝垂向減振器。二系懸掛系統(tǒng)采用橡膠旁承結(jié)構(gòu),輔以各向減振器。牽引裝置采用成熟可靠的四連桿牽引結(jié)構(gòu)。8 基礎(chǔ)制動采用踏面制動方式。圖 1 轉(zhuǎn)向架總圖2 主要技術(shù)參數(shù) 軸式C 0 C 0最高運(yùn)行速度(km/h 100最高試驗(yàn)速度(km/h 110 軌距 (mm 1435軸重 (t 2533+-% 軸距 (mm 1900兩轉(zhuǎn)向架中心距 (mm 12140機(jī)車全軸距 (mm 15940輪徑 (mm(新 /全磨耗 距 (mm 1353踏面形狀1250/1150 輪對內(nèi)側(cè)JM3牽引電機(jī)功率 (kW 690傳動方式比(kN 280單側(cè)斜齒傳動 傳動 5.6875(91/1

6、6 啟動牽引力 /轉(zhuǎn)向架電機(jī)懸掛方式剛性軸懸軸箱止擋自由橫動量 (mm 2 15 2 彈簧靜撓度:系 (mm 117mm系 (mm 19mm一系垂向剛度 (kN/mm(每軸箱一系橫向剛度 (kN/mm(每軸箱20.41920.4二系垂向剛度 (kN/mm 46.5二系橫向剛度 (kN/mm 40.2牽引點(diǎn)高度 (mm 825基礎(chǔ)制動方式機(jī)車通過最小曲線半徑 (m踏面制動100(V 5km/h 驅(qū)動裝置最低點(diǎn)距軌面高度 (mm(新輪168轉(zhuǎn)向架總重 (t 25.0簧下質(zhì)量 (kg 4984轉(zhuǎn)向架相對車體最大回轉(zhuǎn)角 ( 4.3 掃石器距軌面高度 (mm(在踏面允許磨耗范圍內(nèi)可調(diào) 303 計算驗(yàn)證根

7、據(jù)設(shè)計結(jié)構(gòu)和技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了如下計算驗(yàn)證:機(jī)車動力學(xué)計算、齒輪 強(qiáng)度計 算、制動距離計算、一系彈簧計算、二系彈簧計算、機(jī)車幾何曲線通 過計算、構(gòu) 架強(qiáng)度計算。以上計算的結(jié)果證明了該轉(zhuǎn)向架的設(shè)計完全能夠滿足調(diào)車機(jī)車的正常 運(yùn)用,為 轉(zhuǎn)向架的設(shè)計提供了理論依據(jù)。4 關(guān)鍵零部件介紹4.1 構(gòu)架構(gòu)架是轉(zhuǎn)向架各部件的安裝基礎(chǔ),承受并傳遞各種載荷,強(qiáng)度設(shè)計和剛 度設(shè)計是 構(gòu)架設(shè)計的重點(diǎn)。 方案設(shè)計著重考慮構(gòu)架上有關(guān)零部件的相對位置 及安裝空間,盡 量使結(jié)構(gòu)重量和受力分布比較均勻。構(gòu)架采用三軸轉(zhuǎn)向架構(gòu)架傳統(tǒng)的“目”字形焊接鋼結(jié)構(gòu),由兩根側(cè)梁、 兩根橫梁 和前、后端梁構(gòu)成,各梁均為薄板焊接成的箱形梁。側(cè)梁采用直

8、梁 結(jié)構(gòu),并設(shè)置軸箱 拉桿座、各油壓減振器座和各止擋座等部件。為減少構(gòu)架的應(yīng)力集中,各梁連接處采用圓弧過渡。構(gòu)架焊接符合 EN 15085 標(biāo) 準(zhǔn)體系,構(gòu)架在焊接完成后,進(jìn)行整體退火、噴完強(qiáng)化等處理和整 體機(jī)加工。依據(jù) UIC 615-4 Motive power units-Bogies and running gear-Bogie frame structure strength tests , TB/T 2368-2005動力轉(zhuǎn)向架構(gòu)架強(qiáng) 度試驗(yàn)方法和 TB/T 1335-1996鐵道車輛強(qiáng)度設(shè)計及試驗(yàn)鑒定規(guī)范三個 標(biāo)準(zhǔn),目前已完成該構(gòu) 架的靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度計算。計算結(jié)果表明在靜強(qiáng)度 計

9、算工況下,構(gòu)架結(jié)構(gòu)能夠滿 足 UIC 615-4 標(biāo)準(zhǔn)的靜強(qiáng)度及 TB/T 1335-1996 要求;在疲勞強(qiáng)度計算工況下,疲勞強(qiáng) 度滿足 UIC 615-4 中采用 Goodman 曲 線對疲勞強(qiáng)度評定的要求。圖2 構(gòu)架圖 3 構(gòu)架上的各安裝座4.2 軸箱及其定位結(jié)構(gòu)主要包括軸箱上箱體、 軸箱拉桿、 一系彈簧、 一系垂向減振器、 減振墊、 橫向止擋、軸箱底蓋等。軸箱采用單側(cè)軸箱拉桿定位,軸箱拉桿長度為660mm ,軸箱拉桿兩端采用球型橡膠關(guān)節(jié),和軸箱彈簧一起實(shí)現(xiàn)軸箱定位。軸箱是一個剖分式的結(jié)構(gòu),由上、下兩部分組成,前蓋、橫向止擋與上 箱體集成 在一起,這種結(jié)構(gòu)的一個優(yōu)點(diǎn)就是提高了軸箱的整體強(qiáng)

10、度,同時減 少了軸箱的加工量 和螺栓等零件的安裝數(shù)量。 軸箱體結(jié)構(gòu)如圖 4、 圖 5 所示。圖 4 軸箱裝配1.上箱體 2.底蓋圖 5 軸箱上箱體軸箱上箱體提供軸承安裝界面,傳遞垂向和縱向載荷,下箱體起到起吊 輪對以及 加強(qiáng)軸箱裝配強(qiáng)度的作用。 兩體式軸箱裝配大大減化了零件更換工 作,便于轉(zhuǎn)向架 車輪的維修。軸箱與構(gòu)架通過單側(cè)軸箱拉桿彈性連接, 把機(jī)車簧上部分的重量傳遞給 輪對,同 時將來自輪對的牽引力、制動力、橫向力等傳遞到構(gòu)架上。軸箱拉 1 2桿兩端為橡膠球關(guān)節(jié),桿身斷面為工字形的。由于橡膠關(guān)節(jié)徑向剛度大,回 轉(zhuǎn)剛 度小,因而使軸箱縱向具有較大的定位剛度,并可使軸箱相對于構(gòu)架能 自由沉浮及

11、繞 本身軸線回轉(zhuǎn)。 軸箱拉桿與軸箱的連接點(diǎn)在車軸中心線的水平 面上,這樣在傳遞牽 引力時不會使軸箱產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)力矩,保證左右兩組軸箱彈 簧受力均勻。輪對牽引電機(jī)裝配的橫動量是通過安裝在軸箱體上的一個墊板和用螺 栓緊固 在構(gòu)架上的非金屬墊板 (橫向止擋 相互配合來保證在規(guī)定的范圍內(nèi), 這種設(shè)計保證 了橫動量易于檢查,同時又非常易于調(diào)整和更換,見圖 6。端軸軸箱上的彈性橫向止擋能夠保證止擋單邊間隙為 23mm ,以保證 良好的 穩(wěn)定性;中間軸軸箱上的剛性橫向止擋能夠保證止擋間隙為 15mm , 滿足曲線通過的 需要。圖 6 橫向止擋1.調(diào)整墊片 2. 橫向止擋 橫向止擋是一種硫化橡膠的金屬板,它能夠提

12、供合適的 剛度,以實(shí)現(xiàn)良 好的橫向運(yùn)行性能,較高的穩(wěn)定性,并且為橫向力從軸箱傳遞到構(gòu)架提 供接 觸點(diǎn)。這種定位和安裝方式能夠確保在不落輪的前提下,為保持合適的橫向 間 隙而進(jìn)行檢查、加墊調(diào)整或更換時的易操作性。垂向止擋是由軸箱體的上 平面和 軸箱橫向止擋座下表面配合形成的。在機(jī)車的整備狀態(tài)下,垂向止擋 的名義高度間 隙為 55mm 。如圖 7 所示,為保持彈簧所處的位置不變,在每組彈簧內(nèi)部和軸箱間裝有一個自鎖裝配。這個自鎖裝配包含了一個焊在構(gòu)架上的上自鎖支座,以及 12一個安裝在軸箱體錐形孔內(nèi)的下自鎖支座。 一條自鎖鏈條通過圓柱銷和開口 銷與上下支座連在一起,下支座通過一個壓板固定在軸箱體內(nèi)。

13、軸箱里有鏈 條保護(hù) 裝置,它可以防止自鎖鏈條接觸到彈簧。自鎖鏈條的作用有兩個,一 個是防止轉(zhuǎn)向架 起吊過程輪對和構(gòu)架脫離, 另一個作用是在進(jìn)行輪對解體維 修時,保證軸箱彈簧、軸 箱體上部等零件與構(gòu)架仍連為一體,降低拆卸和組 裝工作量。圖 7 一系互鎖裝配1.一系自鎖鏈條 2. 軸箱上箱體 3. 下支座和壓板軸箱軸承裝配采用雙列圓錐滾子全密封式的整體單元軸承, 軸承油脂已提 前注 入,在組裝過程中不需加脂。這種全密封的軸承最大的優(yōu)點(diǎn)是軸箱不需 要任何密封 設(shè)計,在車輪的壽命周期內(nèi)不需要進(jìn)行任何的添加潤滑和保養(yǎng), 見圖8。圖 8 軸箱軸承裝配1.后蓋 2.軸承裝配 3.端蓋 4.鎖片 5.高強(qiáng)度螺

14、栓 14.3 懸掛裝置懸掛系統(tǒng)主要是由一系懸掛、二系懸掛及電機(jī)懸掛等組成,見圖 9。圖 9 一系懸掛1.垂向減振器 2.軸箱體 3.軸箱拉桿 4.橡膠減振墊 5.雙圈彈簧 一系懸掛主要由雙 圈彈簧組成, 橫向和垂向方向分別由橫向止擋和垂向 止擋來限制, 縱向方向由軸箱 拉桿來限制。 一、 三軸上的橫向止擋通過 1mm 厚的調(diào)整墊片來維持與焊接在構(gòu) 架上的橫向擋板之間的間隙在 2 3mm 的范 圍之內(nèi); 中間軸的橫向止擋則保證與 橫向擋板之間的間隙在 15mm 左右。 橫 向擋板是一個尼龍材料的磨耗件,在機(jī)車的 正常運(yùn)用過程中,隨著橫向擋板 的磨耗損失, 橫向間隙會加大, 過大的橫向間隙雖然 有

15、利于機(jī)車的曲線通過, 但會加大機(jī)車在平直軌道上的蛇形運(yùn)動,所以,橫向間隙需定 期檢查,使之 保證在一定的范圍內(nèi)。 橫向擋板是通過 4 個安裝螺栓把緊在構(gòu)架的一 個焊接 支座上, 焊接支座的底部是一個加工平面, 與軸向體的上平面組成垂向止擋,垂向止擋間隙為 55mm ,起到了一個在垂向方向上限制構(gòu)架移動的作用。垂 向止擋 在完全接觸時, 彈簧離全壓縮撓度仍有 20 mm 的裕量。 一系彈簧靜撓 度較大,配合 橡膠減振墊和垂向減振器,衰減和吸收輪對的振動和沖擊。二系懸掛主要由橡膠旁承、橫向減振器、抗蛇形減振器等部件組成,這 三大部 件分別與車體連接在一起, 起到進(jìn)一步衰減和吸收車下所傳遞來的高 頻

16、振動的作用, 保證了機(jī)車的運(yùn)行平穩(wěn)性和駕乘的舒適性,見圖 10。4 5圖 10 二系懸掛1.橡膠旁承 2.橫向減振器 3.抗蛇形減振器 兩個二系抗蛇行減振器縱向?qū)ΨQ安裝 在構(gòu)架和車體底架之間, 用來衰減 轉(zhuǎn)向架的蛇行運(yùn)動以實(shí)現(xiàn)機(jī)車在高速運(yùn)行時的穩(wěn) 定性。 兩個二系橫向減振器 分別朝著左右兩個方向安裝在構(gòu)架的兩個橫梁立板上, 另一端與車體底架上 的安裝座連接在一起,確保機(jī)車具有良好的橫向運(yùn)行品質(zhì)。構(gòu)架上設(shè)有二系彈性橫向止擋來限制轉(zhuǎn)向架和車體底架之間的橫向移 動,在構(gòu) 架上同樣設(shè)有四個搖頭止擋,來限制轉(zhuǎn)向架旋轉(zhuǎn),防止諸如二系彈 簧、二系減振器、 牽引電機(jī)通風(fēng)道、電機(jī)大線、空氣軟管等轉(zhuǎn)向架和底架間

17、的連接部件超限。牽引電機(jī)的懸掛方式采用的是軸懸式,與輪對、滾動抱軸箱、齒輪箱等 一起組 裝成一個整體,然后座落到構(gòu)架上。牽引電機(jī)的一端由兩個抱軸承剛 性支承在車軸 的抱軸徑上;另一端彈性地懸掛在轉(zhuǎn)向架的構(gòu)架上。吊桿不論 從結(jié)構(gòu)上還是性能上 都是電機(jī)懸掛中一個重要的部件, 吊桿的兩端設(shè)有橡膠 球關(guān)節(jié),保證了牽引電機(jī)與構(gòu) 架的彈性連接,可以有效地吸收從輪對電機(jī)傳 遞過來的高頻振動。同時,為了安全起見,構(gòu)架上設(shè)置了安全托板,防止在 吊桿失效時,牽引電機(jī)脫落到軌道上,如圖 11 所 示。23 1圖 11 電機(jī)吊桿的安裝位置1. 安全托 2. 電機(jī)吊桿4.4 輪對及驅(qū)動裝置如圖 12 所示,主要包括車輪

18、、車軸、軸箱軸承、牽引電機(jī)及驅(qū)動裝置等。 圖 12 輪對電機(jī)裝配1. 車輪 2. 滾動抱軸箱 3. 齒輪箱 4. 軸箱軸承 5. 車軸 6. 牽引電機(jī)1 2 32 4561車軸材質(zhì)是按照 AAR M 101 標(biāo)準(zhǔn)選定的,材料是 F 級車軸鋼,軸頸的設(shè) 計與 AAR K 級軸承相匹配。車軸所有與軸肩相連的圓角都為單半徑圓角,齒 輪座與輪座 間的卸載槽加工后進(jìn)行滾壓。為滿足機(jī)車順利通過機(jī)械化駝峰的要求,車輪直徑采用 1250,區(qū)別于 以往調(diào)車 機(jī)車。車輪為整體碾鋼車輪,按照中國鐵路機(jī)車用粗制整體輾鋼 車輪訂貨技術(shù)條 件選定,外形在 SSG4 機(jī)車的整體車輪方案的基礎(chǔ)上稍作 改動,保證了結(jié)構(gòu)的成熟

19、可靠。驅(qū)動裝置主要包括滾動抱軸箱裝配、主、從動齒輪以及齒輪箱裝配等。圖 13 驅(qū)動裝置滾動抱軸箱裝配主要包括滾動抱軸箱體、換向器端抱軸承、主動齒輪端 抱軸 承等。抱軸箱體為鑄造箱體,兩端的抱軸承選取的都是圓錐滾子軸承, 能夠承受來自 徑向和軸向載荷,見圖 14。圖 14 滾動抱軸箱裝配從動齒輪為斜齒齒輪,旋向?yàn)樽笮?齒數(shù) Z=91,材質(zhì)為 8822H 鋼,齒 表面經(jīng)滲碳處 理; 主動齒輪齒數(shù)旋向?yàn)橛? 齒數(shù) Z=16, 材質(zhì)為 43B17 鋼, 主、 從動齒輪的中心距為 515mm 。齒輪箱為焊接結(jié)構(gòu),分上、下箱體,下箱體的側(cè)面焊接有一個凸臺,下 箱體通過凸 臺與抱軸箱之間用高強(qiáng)度的螺栓相連接

20、。上、下箱體的軸孔配合 面裝有特殊材料 所制成的密封圈,配合以相應(yīng)的密封膠,能夠保證很好的密 封性能。上箱體的側(cè)面有 一個通氣器,其主要作用就是機(jī)車在運(yùn)行過程中, 由于齒輪潤滑油溫度升高, 箱體內(nèi) 空氣壓力增大, 維持箱體內(nèi)外的氣壓平衡, 具體結(jié)構(gòu)見圖 15。圖 15 齒輪箱裝配4.5 牽引裝置牽引裝置是連接車體與轉(zhuǎn)向架的重要部件, 其主要作用是傳遞機(jī)車的牽 引力或 制動力。并且機(jī)車運(yùn)行時,牽引裝置應(yīng)適應(yīng)機(jī)車車體與轉(zhuǎn)向架之間的 各種相對運(yùn)動, 使這些運(yùn)動不應(yīng)存在約束。該車牽引裝置采用了與東風(fēng) 4 機(jī) 車類似的四連桿機(jī)構(gòu), 由 2 個牽引桿, 2 個拐臂和 1 個連接桿等組成,通常 稱為牽引桿裝

21、配,其結(jié)構(gòu)如圖 16 所示。圖 16 牽引桿裝配牽引桿由桿體(鋼管 、叉頭等組焊而成,兩端分別連接到拐臂和車體 的牽引 座。為保證車體和轉(zhuǎn)向架之間的相對運(yùn)動,牽引桿兩端的連接部位均 采用了免維護(hù) 的關(guān)節(jié)球軸承和銷軸的結(jié)構(gòu), 保證了轉(zhuǎn)向架和車體之間各個方 向的力的傳遞。 免維 護(hù)的關(guān)節(jié)球軸承可以通過其內(nèi)部的自潤滑材料保證其在 大修其內(nèi)完全免維護(hù),化繁 為簡,大大減少了機(jī)車正常運(yùn)行過程中的檢修維 護(hù)工作。4.6 基礎(chǔ)制動裝置基礎(chǔ)制動裝置采用的單側(cè)踏面單元制動器,以空氣作動力,由制動缸、 傳動機(jī)構(gòu) 和間隙調(diào)整器組成,閘瓦采用的是高摩合成閘瓦。轉(zhuǎn)向架的端軸和 中間軸分別安裝 一個彈簧停車單元制動器,可

22、以滿足在 30坡道停車的要 求;其余部位安裝常用空 氣單元制動器,可以滿足在 100 km/h 初速度情況 下,緊急制動距離 800 m 的要求。 兩種單元制動器基本結(jié)構(gòu)如圖 17 所示。圖 17 單元制動器4.7 附屬裝置附屬裝置主要包括撒砂管、掃石器、輪緣潤滑裝置、轉(zhuǎn)向架配管、進(jìn)風(fēng) 道 等。 輪緣潤滑采用 HB 2 型輪緣潤滑裝置,布置于轉(zhuǎn)向架前端。砂箱安裝 在車體 上。掃石器裝配區(qū)別于 HXN3 機(jī)車原有的懸臂結(jié)構(gòu),通過結(jié)合構(gòu)架前端梁的 重新設(shè) 計,安放于前端梁的安裝座上,徹底消除了掃石器的安全隱患,保證 了掃石器的安全可 靠運(yùn)用,見圖 18。圖 18 HXN3機(jī)車與該車掃石器結(jié)構(gòu)對比4.8 各種間隙及止擋為確保機(jī)車運(yùn)行安全,轉(zhuǎn)向架上設(shè)有安全止擋。系橫向止擋間隙:2(自由 +5(彈性 -15-2(自由 +5(彈性 ; 一系垂向止擋,間 隙:55mm ;系橫向止擋,間隙:55 mm ,其中 40mm 自由間隙, 15mm 彈性間隙; 二系搖頭止 擋,間隙:130mm ,按轉(zhuǎn)向