高速动力车转向架的思索

1、封全保(1964- 男, 山西临汾人, 高级工程师, 博士生(收稿日期:2003-06-05文章编号:1008-7842(2004 01-0009-03高速动力车转向架的思索封全保1, 王汉民2, 孟宏3(1北京交通大学机电学院, 北京100044; 2襄樊内燃机车厂, 湖北襄樊441105;3西南交通大学, 四川成都610031摘要介绍了高速动力车转向架的设计和结构, 针对蓝箭动车组和中华之星动车组的商业运营及试验中发生的故障, 提出要重点解决该转向架的安全、润滑、疲劳和防护等问题。关键词高速动力车, 转向架, 安全, 润滑, 疲劳, 防护中图分类号:U2661210331文献标志码:A1前

2、言车车辆产品的突出代表, 架( , 国家八五, 进行了研究性设计, 试制完成了两台转向架, 并进行了滚振试验, 蓝箭动车组的商业运营, 为这种模式的转向架积累了实践经验, 通过十五国家高新技术产业化项目的联合设计完成了中华之星转向架的设计、试制, 2002年9月至今分别在国家轨道试验中心和秦沈客运专线上进行了线路试验。在秦沈客运专线试验中创造了32115km/h 的我国铁路线路试验的最高速度。综合性能试验初步表明, 动力车运行情况良好, 轮轴间相互作用良好, 平稳性优于以往的一般机车、动力车, 但运用中也出现了一些问题, 必须给予高度重视, 并应深入研究给予解决。2八五高速动力车转向架设计八五

3、高速动力车转向架设计的目标保证转向架速度在350km/h 以下具有高的稳定性和低的轮轨作用力;保证转向架尽可能好地利用轮轨粘着, 驱动性能良好;保证转向架高的安全性能和低的维修工作量。其设计结构见图1, 转向架由轮对、构架、一、二系悬挂、驱动制动单元及其悬挂、牵引装置和附件组成。在总体方案确定中对轴重、轴距、牵引方式和驱动制动方式进行了系统研究。轮对由车轴和车轮组成, 设计中完成了轮对的动平衡、离心力、车轴的微振磨损、车轮踏面外形和轮对强度等问题的研究。为减轻簧下质量, 车轴采用了空心轴, 轴头直径<150mm , 轴座直径<208mm , 轴身直径<188mm , 轴长22

4、50mm , 内孔直径<80mm , 材料图1高速动力车转向架的结构30CrM oA , 车轮采用直辐板式整体锻钢车轮, 踏面采用G DM 磨耗型踏面, 车轮材料为C L60A 。构架采用由钢板焊接的箱形梁构成的口字结构, 侧梁采用下凹鱼腹形等强度箱形梁, 上下盖板厚10mm , 立板厚8mm , 中部梁高320mm , 宽300mm , 总长4900mm 。前端梁采用直的箱形梁, 上盖板厚10mm , 下盖板厚8mm , 立板厚6mm , 梁高210mm , 宽300mm , 长2150mm 。牵引端梁采用下凹箱形梁结构, 上盖板厚10mm , 下盖板厚12mm , 中部装牵引座的板厚

5、20mm , 梁高214mm , 宽300mm , 长2150mm 。设计中完成了构架的强度计算和模态分析, 构架通过了依据铁标进行的静强度和疲劳强度试验。一系悬挂采用螺旋钢圆弹簧加橡胶垫和液压减振器并联的结构, 弹簧中径为<217mm , 工作高度128mm , 簧条直径<37mm , 每弹簧垂向刚度1202N/mm , 横向刚度为2439N/mm , 材料选用50CrVA 。二系悬挂采用高挠螺旋钢圆弹簧加橡胶垫和液压减振器并联的结构, 弹簧中径为<242mm , 工作高度第24卷第1期2004年2月铁道机车车辆RAI LW AY LOC OM OTI VE &C

6、AR V ol 124N o 11Feb 12004 图2驱动制动单元444mm , 簧条直径<46mm , 每弹簧垂向刚度44513N/mm ,横向刚度为15718N/mm , 材料选用51CrM oV4。驱动制动单元由牵引电动机、齿轮传动系统、托架、空心轴驱动装置、轴盘制动和制动横梁等组成, 见图2。齿轮传动系统由主动齿轮、中间介轮、从动齿轮和齿轮箱组成, 齿轮采用28°螺旋角的分片组装的人字齿结构, 传动中心距1050mm 。齿轮箱体采用高强度铸造铝合金材料, 箱体采用两分结构内部设有导油槽等。设计中完成了齿轮计算, 齿轮箱强度计算和齿轮箱体强度试验。托架采用铸造铝合金材

7、料, 箱体采用两分体式结构。空心轴驱动装置由内外空心轴、连杆和球关节等组成, 驱动齿轮侧六连杆传动直径为<660mm , 连杆1长度为198mm , 非驱动侧六连杆传动直径为<620mm , 连杆1长度为186mm , 设计中完成了内外空心轴强度计算、焊接试验和系统刚度试验。牵引力传递线路为主动齿轮从动齿轮外空心轴六连杆机构内空心轴另一侧六连杆机构驱动车轮轮对。轴盘制动由制动缸、制动杆、制动盘和闸片等组成, 制动缸带有储能制动和自动间隙调整功能, 制动盘为耐热锻制合金钢, 制动力传递线路为制动盘外空心轴六连杆机构内空心轴另一侧六连杆机构驱动车轮轮对。制动横梁采用由16Mn 钢焊接的

8、结构, 它不仅是基础制动的安装基础, 而且是驱动制动单元的联接件。驱动制动单元悬挂由吊挂关节、摆杆、耦合减振器和安全托等构成, 通过吊挂关节实现了驱动制动单元与车体的连接, 通过摆杆实现了它与构架的连接, 这种悬挂方式有效地减轻了簧下与簧间的质量, 横向又能实现质量的转换。牵引装置由35组成, , 另, 其他, 、转向架试制后于2000年3月4日在西南交通大学滚振试验台上跑出了35011km/h 的高速, 完成了研究性设计。3蓝箭动车组的商业运用蓝箭动力车转向架在高速动力车转向架基础上, 针对动车组的具体要求进行了改进设计, 齿轮传动采用直齿传动, 齿轮箱密封结构进行了改进, 驱动制动单元防落

9、结构进行了加强, 轴箱轴承采用T BU 单元, 轮径采用<1050mm 等。从2002年12月28日起蓝箭1号动车组在广深线上正式投入运营, 随后2至8号动车组于2001年3月8月间陆续上线运营, 至今走行总里程约400万km , 为高速动力车积累了丰富的实践经验, 也检验了设计、工艺等各方面的水平, 两年中转向架部分共出故障65件, 占故障总件数的29141%, 出现的典型故障如下。(1 转向架构架裂纹;(2 车轮辐板裂纹, 见照片1; 照片1蓝箭动力车转向架的车轮辐板裂纹(3 牵引电机体悬螺栓松断;10铁道机车车辆第24卷(4 齿轮箱和托架漏油; (5 电机和齿轮箱联接螺栓断。这些故

10、障的出现对设计人员提供了信息, 引起了高度重视。4中华之星动车组的设计及线路试验中华之星动车组从2002年9月至2003年1月完成了西南交通大学牵引动力中心滚振试验, 北京国家铁道试验中心的环行道试验和秦沈线正线综合性能试验, 试验中不断刷新了我国铁路试验速度的记录。正线最高试验速度高达32115km/h , 试验台最高试验速度达400km/h , 中华之星动力车转向架与蓝箭动力车转向架相比, 采用了人字型齿轮传动轮箱密封结构进行了改进, , 其它部分基本一样损故障, , 。照片2中华之星动力车转向架托架轴承烧损故障5高速动力车转向架设计的思考我国高速动力车转向架的开发、试验及商业运营, 应该

11、讲取得了成功, 但是暴露的问题必须重视, 这样才能确保中华之星的安全运用。首先, 要关注安全性问题, 对于车轮设计应进行强度分析和试验, 加工要达到车轮表面粗糙度的要求, 杜绝径向缺陷, 使用中要监控车轮的状况。重视车轴材料对裂纹敏感性的研究, 轮轴配合上要解决轮座的微动磨损问题。优化驱动制动单元体悬结构, 有效提高其安全性, 研究及时防落并停车的功能。要层层设防杜绝发生因轮轴损坏和驱动制动单元坠落的事故。第二是要关注轴承润滑问题, 合理设计密封结构, 防止雪水的侵入, 深入润滑机理研究, 解决润滑油面波动大的问题, , 加强油面的控制, , 丰富轴温监控的内涵, , 。, 对于关键受力螺、专

12、业安装, 对构架等承, 控制焊接质量, 保证使用。第四是关注关键件的防护设计, 加强对转向架下部的制动管路、制动缸、齿轮箱和托架箱体的防护设计, 解决因飞石打击造成的部件损坏问题。6结束语可以相信通过深入研究解决车轮裂纹和驱动制动单元体悬吊挂等安全性问题, 强化对轴承的润滑管理, 解决承载件的疲劳问题, 处理好关键件的防护等问题后, 中华之星动力车这一具有划时代意义的产品将会为我国铁路运输事业做出更大的贡献。参考文献1铁道科学研究院1270km/h 高速列车线路综合性能试验简要报告R1北京1铁道科学研究院, 200312高速动力车联合设计组1高速动力车转向架图样和技术文件1大同机车厂, 199

13、313中华之星联合设计组1中华之星动力车转向架图样和技术文件1大同机车厂, 200214赵善渊, 封全保1高速转向架设计原理J1机车电传动11995(4 :192315谢步明, 封全保1谈产业化高速动力车转向架设计J1中国铁路12000(10 :252716广深机辆事业部1蓝箭动车组检修运用情况汇报1广深机辆事业部, 20031Thinking for H igh Speed Pow er U nit BoigeFENG Quan -bao 1, WANG Han -min 2, MENG Hong3(1School of Mechanical and Electric C ontrol En

14、gineering , Beijing Jiaotong University , Beijing 100044, China ;2X iang fan Diesel Locom otive Factory , Hubei X iang fan 441105; 3S outhwest Jiaotong University , Sichuan Chengdu 610031, China Abstract :The paper gives a detailed introduction to the design and stracture of the high speed power unit bogie , directing “Lan Jian ”power unit and“China S tar ”power unit had happered s ome accidents during the transporta