HXN3B机车设计原理转向架-

1、文件类别 : 时间 :设计说明 20120319 项目名称及编号 : 文件编号:交流传动内燃调车机车技术方案研究 2011J010-B8F9Z-1拟稿 : 校核:审核:批准 :刘庸 高震天 曲天威 张思庆交流传动内燃调车机车转向架设计说明中国北车集团大连机车车辆有限公司 2012 年 4 月目录转向架总体概述. 2主要技术参数. 3计算验证. 4关键零部件介绍. 5 4.1 构架 . 5 4.2 轴箱及其定位结构 . 6 4.3 悬挂装置 . 10 4.4 轮对及驱动装置 . 12 4.5 牵引装置 . 15 4.6 基础制动装置 . 154.7 附属装置 . 164.8 各种间隙及止挡 .

2、17主要部件通用化介绍. 17计算文件. 191 转向架总体概述转向架是机车的关键部件之一, 对机车运行的安全性、 稳定性、 舒适性和可 靠性产生极为重要的影响, 应具有足够的安全可靠性及运动稳定性储备, 优良的 运 行平稳性以及较小的轮轨动作用力, 并兼顾曲线通过性能, 调车机车转向架的 设计 满足了以上的要求。作为交流传动调车机车,为满足 GB146.1 83标准轨距铁路机车车辆限界 中车限 3 的要求,该车车轮采用了直径为 1250 的整体车轮,使机车底部加高,保证了顺利通过机械化驼峰的要求。该车转向架继承了 HXN3 机车转向架良好的动力学通过性能, 在新轮新轨条 件 下,该机车的非线

3、性稳定性临界速度为 190km/h,满足实际运行最高速度 100km/h 的 运用要求;机车具有良好的直线运行性能。直线上,机车在最大运用 速度范围内,在 AAR5 级线路运行时,机车端部横向平稳性指标略超过良好的限 制范围, 在 AAR6 级 线路上运行时, 机车端部横向平稳性略低于良好的限制范围, 在两种线路上机车端部 垂向平稳性均在优秀范围。在直线上最大运用速度范围 内,机车轮轴力、脱轨系 数、轮重减载率等各项指标均低于标准的安全限值。同 时,该转向架具有良好的曲 线通过性能。在美国 4 级线路上,对于 R100、 R300、 R400、 R600 四种不同的曲 线,只要机车曲线通过时未

4、平衡离心加速度在 0.6m/s2 之下, 机车各项评价指标都满 足要求。 在美国 5 级线路上, 机车的曲线通过性能 还略优于 4 级线路。转向架设计本着“先进、成熟、经济、可靠”的精神,采用经实践检验的 成熟可 靠的先进技术,在保证转向架具有良好的动力学性能的同时,还融入了 HXN3 机车少 维护、长检修周期和良好的可接近性等设计理念,并且尽量满足了 标准化、模块化 的要求。该转向架的主要技术特点:直径为 1250 的整体车轮,满足调车机车通过机械化驼峰的要求。牵引电机的布置采用顺置方式。电机悬挂采用刚性轴悬结构。轴箱轴承采用免维护的 AAR K 级圆锥滚子整体单元轴承。一系悬挂系统采用单拉

5、杆轴箱定位+螺旋弹簧方式,一、三轴安装垂向减振器。二系悬挂系统采用橡胶旁承结构,辅以各向减振器。牵引装置采用成熟可靠的四连杆牵引结构。8 基础制动采用踏面制动方式。图 1 转向架总图2 主要技术参数 轴式C 0 C 0最高运行速度(km/h 100最高试验速度(km/h 110 轨距 (mm 1435轴重 (t 2533+-% 轴距 (mm 1900两转向架中心距 (mm 12140机车全轴距 (mm 15940轮径 (mm(新 /全磨耗 距 (mm 1353踏面形状1250/1150 轮对内侧JM3牵引电机功率 (kW 690传动方式比(kN 280单侧斜齿传动 传动 5.6875(91/1

6、6 启动牵引力 /转向架电机悬挂方式刚性轴悬轴箱止挡自由横动量 (mm 2 15 2 弹簧静挠度:系 (mm 117mm系 (mm 19mm一系垂向刚度 (kN/mm(每轴箱一系横向刚度 (kN/mm(每轴箱20.41920.4二系垂向刚度 (kN/mm 46.5二系横向刚度 (kN/mm 40.2牵引点高度 (mm 825基础制动方式机车通过最小曲线半径 (m踏面制动100(V 5km/h 驱动装置最低点距轨面高度 (mm(新轮168转向架总重 (t 25.0簧下质量 (kg 4984转向架相对车体最大回转角 ( 4.3 扫石器距轨面高度 (mm(在踏面允许磨耗范围内可调 303 计算验证根

7、据设计结构和技术参数进行了如下计算验证:机车动力学计算、齿轮 强度计 算、制动距离计算、一系弹簧计算、二系弹簧计算、机车几何曲线通 过计算、构 架强度计算。以上计算的结果证明了该转向架的设计完全能够满足调车机车的正常 运用,为 转向架的设计提供了理论依据。4 关键零部件介绍4.1 构架构架是转向架各部件的安装基础,承受并传递各种载荷,强度设计和刚 度设计是 构架设计的重点。 方案设计着重考虑构架上有关零部件的相对位置 及安装空间,尽 量使结构重量和受力分布比较均匀。构架采用三轴转向架构架传统的“目”字形焊接钢结构,由两根侧梁、 两根横梁 和前、后端梁构成,各梁均为薄板焊接成的箱形梁。侧梁采用直

8、梁 结构,并设置轴箱 拉杆座、各油压减振器座和各止挡座等部件。为减少构架的应力集中,各梁连接处采用圆弧过渡。构架焊接符合 EN 15085 标 准体系,构架在焊接完成后,进行整体退火、喷完强化等处理和整 体机加工。依据 UIC 615-4 Motive power units-Bogies and running gear-Bogie frame structure strength tests , TB/T 2368-2005动力转向架构架强 度试验方法和 TB/T 1335-1996铁道车辆强度设计及试验鉴定规范三个 标准,目前已完成该构 架的静强度和疲劳强度计算。计算结果表明在静强度 计

9、算工况下,构架结构能够满 足 UIC 615-4 标准的静强度及 TB/T 1335-1996 要求;在疲劳强度计算工况下,疲劳强 度满足 UIC 615-4 中采用 Goodman 曲 线对疲劳强度评定的要求。图2 构架图 3 构架上的各安装座4.2 轴箱及其定位结构主要包括轴箱上箱体、 轴箱拉杆、 一系弹簧、 一系垂向减振器、 减振垫、 横向止挡、轴箱底盖等。轴箱采用单侧轴箱拉杆定位,轴箱拉杆长度为660mm ,轴箱拉杆两端采用球型橡胶关节,和轴箱弹簧一起实现轴箱定位。轴箱是一个剖分式的结构,由上、下两部分组成,前盖、横向止挡与上 箱体集成 在一起,这种结构的一个优点就是提高了轴箱的整体强

10、度,同时减 少了轴箱的加工量 和螺栓等零件的安装数量。 轴箱体结构如图 4、 图 5 所示。图 4 轴箱装配1.上箱体 2.底盖图 5 轴箱上箱体轴箱上箱体提供轴承安装界面,传递垂向和纵向载荷,下箱体起到起吊 轮对以及 加强轴箱装配强度的作用。 两体式轴箱装配大大减化了零件更换工 作,便于转向架 车轮的维修。轴箱与构架通过单侧轴箱拉杆弹性连接, 把机车簧上部分的重量传递给 轮对,同 时将来自轮对的牵引力、制动力、横向力等传递到构架上。轴箱拉 1 2杆两端为橡胶球关节,杆身断面为工字形的。由于橡胶关节径向刚度大,回 转刚 度小,因而使轴箱纵向具有较大的定位刚度,并可使轴箱相对于构架能 自由沉浮及

11、绕 本身轴线回转。 轴箱拉杆与轴箱的连接点在车轴中心线的水平 面上,这样在传递牵 引力时不会使轴箱产生偏转力矩,保证左右两组轴箱弹 簧受力均匀。轮对牵引电机装配的横动量是通过安装在轴箱体上的一个垫板和用螺 栓紧固 在构架上的非金属垫板 (横向止挡 相互配合来保证在规定的范围内, 这种设计保证 了横动量易于检查,同时又非常易于调整和更换,见图 6。端轴轴箱上的弹性横向止挡能够保证止挡单边间隙为 23mm ,以保证 良好的 稳定性;中间轴轴箱上的刚性横向止挡能够保证止挡间隙为 15mm , 满足曲线通过的 需要。图 6 横向止挡1.调整垫片 2. 横向止挡 横向止挡是一种硫化橡胶的金属板,它能够提

12、供合适的 刚度,以实现良 好的横向运行性能,较高的稳定性,并且为横向力从轴箱传递到构架提 供接 触点。这种定位和安装方式能够确保在不落轮的前提下,为保持合适的横向 间 隙而进行检查、加垫调整或更换时的易操作性。垂向止挡是由轴箱体的上 平面和 轴箱横向止挡座下表面配合形成的。在机车的整备状态下,垂向止挡 的名义高度间 隙为 55mm 。如图 7 所示,为保持弹簧所处的位置不变,在每组弹簧内部和轴箱间装有一个自锁装配。这个自锁装配包含了一个焊在构架上的上自锁支座,以及 12一个安装在轴箱体锥形孔内的下自锁支座。 一条自锁链条通过圆柱销和开口 销与上下支座连在一起,下支座通过一个压板固定在轴箱体内。

13、轴箱里有链 条保护 装置,它可以防止自锁链条接触到弹簧。自锁链条的作用有两个,一 个是防止转向架 起吊过程轮对和构架脱离, 另一个作用是在进行轮对解体维 修时,保证轴箱弹簧、轴 箱体上部等零件与构架仍连为一体,降低拆卸和组 装工作量。图 7 一系互锁装配1.一系自锁链条 2. 轴箱上箱体 3. 下支座和压板轴箱轴承装配采用双列圆锥滚子全密封式的整体单元轴承, 轴承油脂已提 前注 入,在组装过程中不需加脂。这种全密封的轴承最大的优点是轴箱不需 要任何密封 设计,在车轮的寿命周期内不需要进行任何的添加润滑和保养, 见图8。图 8 轴箱轴承装配1.后盖 2.轴承装配 3.端盖 4.锁片 5.高强度螺

14、栓 14.3 悬挂装置悬挂系统主要是由一系悬挂、二系悬挂及电机悬挂等组成,见图 9。图 9 一系悬挂1.垂向减振器 2.轴箱体 3.轴箱拉杆 4.橡胶减振垫 5.双圈弹簧 一系悬挂主要由双 圈弹簧组成, 横向和垂向方向分别由横向止挡和垂向 止挡来限制, 纵向方向由轴箱 拉杆来限制。 一、 三轴上的横向止挡通过 1mm 厚的调整垫片来维持与焊接在构 架上的横向挡板之间的间隙在 2 3mm 的范 围之内; 中间轴的横向止挡则保证与 横向挡板之间的间隙在 15mm 左右。 横 向挡板是一个尼龙材料的磨耗件,在机车的 正常运用过程中,随着横向挡板 的磨耗损失, 横向间隙会加大, 过大的横向间隙虽然 有

15、利于机车的曲线通过, 但会加大机车在平直轨道上的蛇形运动,所以,横向间隙需定 期检查,使之 保证在一定的范围内。 横向挡板是通过 4 个安装螺栓把紧在构架的一 个焊接 支座上, 焊接支座的底部是一个加工平面, 与轴向体的上平面组成垂向止挡,垂向止挡间隙为 55mm ,起到了一个在垂向方向上限制构架移动的作用。垂 向止挡 在完全接触时, 弹簧离全压缩挠度仍有 20 mm 的裕量。 一系弹簧静挠 度较大,配合 橡胶减振垫和垂向减振器,衰减和吸收轮对的振动和冲击。二系悬挂主要由橡胶旁承、横向减振器、抗蛇形减振器等部件组成,这 三大部 件分别与车体连接在一起, 起到进一步衰减和吸收车下所传递来的高 频

16、振动的作用, 保证了机车的运行平稳性和驾乘的舒适性,见图 10。4 5图 10 二系悬挂1.橡胶旁承 2.横向减振器 3.抗蛇形减振器 两个二系抗蛇行减振器纵向对称安装 在构架和车体底架之间, 用来衰减 转向架的蛇行运动以实现机车在高速运行时的稳 定性。 两个二系横向减振器 分别朝着左右两个方向安装在构架的两个横梁立板上, 另一端与车体底架上 的安装座连接在一起,确保机车具有良好的横向运行品质。构架上设有二系弹性横向止挡来限制转向架和车体底架之间的横向移 动,在构 架上同样设有四个摇头止挡,来限制转向架旋转,防止诸如二系弹 簧、二系减振器、 牵引电机通风道、电机大线、空气软管等转向架和底架间

17、的连接部件超限。牵引电机的悬挂方式采用的是轴悬式,与轮对、滚动抱轴箱、齿轮箱等 一起组 装成一个整体,然后座落到构架上。牵引电机的一端由两个抱轴承刚 性支承在车轴 的抱轴径上;另一端弹性地悬挂在转向架的构架上。吊杆不论 从结构上还是性能上 都是电机悬挂中一个重要的部件, 吊杆的两端设有橡胶 球关节,保证了牵引电机与构 架的弹性连接,可以有效地吸收从轮对电机传 递过来的高频振动。同时,为了安全起见,构架上设置了安全托板,防止在 吊杆失效时,牵引电机脱落到轨道上,如图 11 所 示。23 1图 11 电机吊杆的安装位置1. 安全托 2. 电机吊杆4.4 轮对及驱动装置如图 12 所示,主要包括车轮

18、、车轴、轴箱轴承、牵引电机及驱动装置等。 图 12 轮对电机装配1. 车轮 2. 滚动抱轴箱 3. 齿轮箱 4. 轴箱轴承 5. 车轴 6. 牵引电机1 2 32 4561车轴材质是按照 AAR M 101 标准选定的,材料是 F 级车轴钢,轴颈的设 计与 AAR K 级轴承相匹配。车轴所有与轴肩相连的圆角都为单半径圆角,齿 轮座与轮座 间的卸载槽加工后进行滚压。为满足机车顺利通过机械化驼峰的要求,车轮直径采用 1250,区别于 以往调车 机车。车轮为整体碾钢车轮,按照中国铁路机车用粗制整体辗钢 车轮订货技术条 件选定,外形在 SSG4 机车的整体车轮方案的基础上稍作 改动,保证了结构的成熟

19、可靠。驱动装置主要包括滚动抱轴箱装配、主、从动齿轮以及齿轮箱装配等。图 13 驱动装置滚动抱轴箱装配主要包括滚动抱轴箱体、换向器端抱轴承、主动齿轮端 抱轴 承等。抱轴箱体为铸造箱体,两端的抱轴承选取的都是圆锥滚子轴承, 能够承受来自 径向和轴向载荷,见图 14。图 14 滚动抱轴箱装配从动齿轮为斜齿齿轮,旋向为左旋,齿数 Z=91,材质为 8822H 钢,齿 表面经渗碳处 理; 主动齿轮齿数旋向为右, 齿数 Z=16, 材质为 43B17 钢, 主、 从动齿轮的中心距为 515mm 。齿轮箱为焊接结构,分上、下箱体,下箱体的侧面焊接有一个凸台,下 箱体通过凸 台与抱轴箱之间用高强度的螺栓相连接

20、。上、下箱体的轴孔配合 面装有特殊材料 所制成的密封圈,配合以相应的密封胶,能够保证很好的密 封性能。上箱体的侧面有 一个通气器,其主要作用就是机车在运行过程中, 由于齿轮润滑油温度升高, 箱体内 空气压力增大, 维持箱体内外的气压平衡, 具体结构见图 15。图 15 齿轮箱装配4.5 牵引装置牵引装置是连接车体与转向架的重要部件, 其主要作用是传递机车的牵 引力或 制动力。并且机车运行时,牵引装置应适应机车车体与转向架之间的 各种相对运动, 使这些运动不应存在约束。该车牵引装置采用了与东风 4 机 车类似的四连杆机构, 由 2 个牵引杆, 2 个拐臂和 1 个连接杆等组成,通常 称为牵引杆装

21、配,其结构如图 16 所示。图 16 牵引杆装配牵引杆由杆体(钢管 、叉头等组焊而成,两端分别连接到拐臂和车体 的牵引 座。为保证车体和转向架之间的相对运动,牵引杆两端的连接部位均 采用了免维护 的关节球轴承和销轴的结构, 保证了转向架和车体之间各个方 向的力的传递。 免维 护的关节球轴承可以通过其内部的自润滑材料保证其在 大修其内完全免维护,化繁 为简,大大减少了机车正常运行过程中的检修维 护工作。4.6 基础制动装置基础制动装置采用的单侧踏面单元制动器,以空气作动力,由制动缸、 传动机构 和间隙调整器组成,闸瓦采用的是高摩合成闸瓦。转向架的端轴和 中间轴分别安装 一个弹簧停车单元制动器,可

22、以满足在 30坡道停车的要 求;其余部位安装常用空 气单元制动器,可以满足在 100 km/h 初速度情况 下,紧急制动距离 800 m 的要求。 两种单元制动器基本结构如图 17 所示。图 17 单元制动器4.7 附属装置附属装置主要包括撒砂管、扫石器、轮缘润滑装置、转向架配管、进风 道 等。 轮缘润滑采用 HB 2 型轮缘润滑装置,布置于转向架前端。砂箱安装 在车体 上。扫石器装配区别于 HXN3 机车原有的悬臂结构,通过结合构架前端梁的 重新设 计,安放于前端梁的安装座上,彻底消除了扫石器的安全隐患,保证 了扫石器的安全可 靠运用,见图 18。图 18 HXN3机车与该车扫石器结构对比4.8 各种间隙及止挡为确保机车运行安全,转向架上设有安全止挡。系横向止挡间隙:2(自由 +5(弹性 -15-2(自由 +5(弹性 ; 一系垂向止挡,间 隙:55mm ;系横向止挡,间隙:55 mm ,其中 40mm 自由间隙, 15mm 弹性间隙; 二系摇头止 挡,间隙:130mm ,按转向