硕士毕业答辩

1带独立制动轴A-1-A高速转向架方案可行性研究指导教师：--答辩人：YY2课题背景

京沪、武广等高速铁路客运专线大量建成通车高速客专加入既有路网是大势所趋高速铁路并网后的长大跨线运输市场对牵引机车需求大现有机车、动车对于长大跨线运输而言存在诸多不足带独立制动轴A-1-A高速转向架可行性研究第1页3课题意义为我国长大跨线运输机车车辆选型提供参考为我国长大跨线牵引机车转向架提供解决方案在国内率先开展关于独立制动轴驱动装置的研究带独立制动轴A-1-A高速转向架可行性研究第2页4论文研究目标论证并提出长达跨线运输机车车辆需满足的技术要求结合所提要求寻找最佳机车转向架解决方案对转向架方案牵引、制动性能计算验证其可行性对所提方案中关键部分——独立制动轴驱动系统进行详细设计计算及性能验证带独立制动轴A-1-A高速转向架可行性研究第3页5·论文结构带独立制动轴A-1-A高速转向架可行性研究第4页

第一章绪论

第二章转向架总体结构方案

第三章转向架牵引能力计算分析

第四章驱动系统齿轮参数分析第五章驱动系统传动轴和轴承的计算分析第六章驱动系统独立制动轴联轴器第七章驱动系统独立制动轴连接参数优化带独立制动轴A-1-A高速转向架可行性研究机车车辆选型提出解决方案方案可行性验证独立制动轴系统详细设计6·论文各章节陈述带独立制动轴A-1-A高速转向架可行性研究第5页第三章转向架牵引能力计算分析第七章驱动系统独立制动轴连接参数优化

第二章转向架总体结构方案

第四章驱动系统齿轮参数分析第五章驱动系统传动轴和轴承的计算分析第六章驱动系统独立制动轴联轴器

第一章绪论结论与展望7运用要求带独立制动轴A-1-A高速转向架可行性研究技术性能要求经济性能要求高速客运专线技术要求垂向动力学性能要求轴重：小于17t速度：大于200km/h簧下质量尽可能小机车牵引模式动力分散动车组牵引模式动力集中动车组牵引模式第6页·第一章绪论8

长大跨线运输机车车辆需满足的技术要求总结如下：带独立制动轴A-1-A高速转向架可行性研究1、轴重17t以下并且尽可能低的一系簧下质量。

2、最高设计速度275km/h，安全运营速度250km/h。

3、采用动力集中的动车组牵引模式。

第7页·第一章绪论9国内高速车辆带独立制动轴A-1-A高速转向架可行性研究现有CRH系列动力分散动车组新型高速大功率交流机车国产交流传动动车组不满足要求3不满足要求1不满足要求1由此可见国内尚无满足要求机车车辆第8页·第一章绪论10国外动车组技术带独立制动轴A-1-A高速转向架可行性研究日本新干线技术德国ICE技术摆式列车技术不满足要求3基本满足要求，但跟我国技术传统不同不满足要求1、3法国TGV技术不满足要求1第9页·第一章绪论国外技术同样不能完全适用于我国长达跨线运输11带独立制动轴A-1-A高速转向架可行性研究综合考虑完全引进外国技术需要大量费用，而技术消化吸收费时费力，并且跟我国现有主要技术没有延续性我国机车转向架普遍采用轮对空心轴电机架悬驱动装置，而自主开发研制的轮对空心轴式电机架悬双级六连杆驱动技术，发挥了无可替代的作用，积累了丰富的检修维护经验在轮对空心轴技术基础上结合国外最新技术，设计符合运用要求且具有我国特色的高速动力车转向架第10页开发思路·第一章绪论12·论文各章节陈述带独立制动轴A-1-A高速转向架可行性研究第11页第三章转向架牵引能力计算分析第七章驱动系统独立制动轴连接参数优化

第一章绪论第二章转向架总体结构方案

第四章驱动系统齿轮参数分析第五章驱动系统传动轴和轴承的计算分析

第六章驱动系统独立制动轴联轴器结论与展望13㈠轴式的确定带独立制动轴A-1-A高速转向架可行性研究我国机车轴重：21t左右同样采用连杆空心轴技术的德国ICE轴重19.5t在ICE技术上完全自主研发的“中华之星”的轴重也为19.5t而此处设计动力车所需功率比以上机车车辆都大，轴功率大于1600kw，电气设备重量相应增加。综上：确定转向架轴式为A-1-A第12页·第二章转向架总体结构方案传统机车轴式B0-B0,C0-C0无法实现17t轴重。14㈡A-1-A轴式实现17t轴重可行性验证带独立制动轴A-1-A高速转向架可行性研究方法：（1）转向架质量：质量分配表综上：轴式A-1-A转向架可实现轴重17t质量参数：转向架总质量：22514kg

一系簧下质量：2083（驱动）/2353（中间）kg

整车二系簧上质量：50t

（奥地利B0-B0轴式Rh1116型机车

，轴功率：1600kW）

距17t轴重余量：17*6-50-22.514*2=6.972t第13页·第二章转向架总体结构方案（2）二系簧上质量：同功率容量机车二系簧上质量15㈢驱动系统的确定带独立制动轴A-1-A高速转向架可行性研究延续发展我国连杆空心轴技术传统结合空心轴最新技术——第二代轮对空心轴技术有良好的技术经济性能确定驱动系统基本原则：第14页·第二章转向架总体结构方案结构优势：最小一系簧下质量高效制动，性能稳定方便检修维护可采用小轮径车轮16（四）轮径的确定带独立制动轴A-1-A高速转向架可行性研究（五）其余结构参考课题组为大连厂设计200km/h机车转向架方案第15页实现进一步降低簧下质量满足限界要求经优化计算，1050mm不符下部限界，1150mm满足国外已有1150mm轮径机车运用（奥地利Rh1116型机车

）·第二章转向架总体结构方案17（六）转向架总体布置方案图带独立制动轴A-1-A高速转向架可行性研究第16页·第二章转向架总体结构方案18·论文各章节陈述带独立制动轴A-1-A高速转向架可行性研究第17页第三章转向架牵引能力计算分析第七章驱动系统独立制动轴连接参数优化

第一章绪论第二章转向架总体结构方案

第四章驱动系统齿轮参数分析第五章驱动系统传动轴和轴承的计算分析第六章驱动系统独立制动轴联轴器结论与展望19（一）牵引性能带独立制动轴A-1-A高速转向架可行性研究最佳编组模式：M-14T-M第18页按阻力值处于中间值的TGV阻力公式计算·第三章转向架牵引能力计算分析速度/（km/h）200250275剩余加速度/（m/s2）0.050.050.02牵引质量812t（14辆客车）所需功率/kW100921279911885牵引质量870t（15辆客车）所需功率/kW106681353012563电机功率1632kW按M-T-M编组形式，双节机车总功率12795kW20（二）加速时间、加速距离带独立制动轴A-1-A高速转向架可行性研究第19页按最佳编组M-14T-M计算·第三章转向架牵引能力计算分析最终速度100km/h150km/h200km/h250km/h加速时间(s)89.034141.9873220.9577372.9725加速距离(m)1291.3343142.2597030.31716676.02按阻力值处于中间值的TGV阻力公式计算21（三）坡道启动能力带独立制动轴A-1-A高速转向架可行性研究第20页按12‰，20‰两种坡道计算·第三章转向架牵引能力计算分析牵引力按总牵引力的75%计算速度均衡速度10km/h60km/h（km/h）12‰坡道剩余加速度(牵规)/(m/s2)0.14890.108317612‰坡道剩余加速度(TGV-A)/(m/s2)0.15480.1152192.512‰坡道剩余加速度(ICE)/(m/s2)0.15060.1131193.520‰坡道剩余加速度(牵规)/(m/s2)0.07480.034213120‰坡道剩余加速度(TGV-A)/(m/s2)0.08070.041214120‰坡道剩余加速度(ICE)/(m/s2)0.07660.039114122·论文各章节陈述带独立制动轴A-1-A高速转向架可行性研究第21页第三章转向架牵引能力计算分析第七章驱动系统独立制动轴连接参数优化

第一章绪论第二章转向架总体结构方案

第四章驱动系统齿轮参数分析第五章驱动系统传动轴和轴承的计算分析第六章驱动系统独立制动轴联轴器结论与展望23（一）独立制动轴驱动系统布置方案图带独立制动轴A-1-A高速转向架可行性研究第22页·第四章驱动系统齿轮参数分析24（二）制动齿轮传动比带独立制动轴A-1-A高速转向架可行性研究第23页采用优化计算的方法以制动盘摩擦半径，制动齿轮传动比，制动缸所需最大压力作为设计变量以制动盘转动惯量，制动齿轮传动比，动力轮对制动力与中间轮对制动力差值，上述三者均方根值最小作为目标函数

·第四章驱动系统齿轮参数分析以单一机车紧急制动计算25（二）制动齿轮传动比带独立制动轴A-1-A高速转向架可行性研究优化结果：动力轮对制动盘摩擦半径：0.1950

（m）制动齿轮传动比：86/31=2.7742

制动缸所需最大压力：450000（pa）制动减速度：0.9770

（m/s2）制动距离：2641.8（m）≤2700（m）最大瞬时制动功率：315280

（w）动力车总制动力：99649（N）制动轴制动力：18160（N）≤40977.8(N)（最小粘着）中间轴制动力：11181(N)≤40977.8(N)（最小粘着）

第24页·第四章驱动系统齿轮参数分析26（三）制动盘强度检验带独立制动轴A-1-A高速转向架可行性研究第25页最大热应力311MPa，同样低于制动盘屈服极限840MPa

·第四章驱动系统齿轮参数分析最高温度620k（347℃），低于制动盘材料的耐温极限630℃27·论文各章节陈述带独立制动轴A-1-A高速转向架可行性研究第26页第三章转向架牵引能力计算分析第七章驱动系统独立制动轴连接参数优化

第一章绪论第二章转向架总体结构方案

第四章驱动系统齿轮参数分析第五章驱动系统传动轴和轴承的计算分析第六章驱动系统独立制动轴联轴器结论与展望28（一）各轴危险截面直径最小值带独立制动轴A-1-A高速转向架可行性研究第27页驱动空心轴：d≥113.17制动齿轮轴d≥70.608独立制动轴d≥74.8377·第五章驱动系统传动轴和轴承的计算分析主动小齿轮轴：d≥108.14（二）独立制动轴弯曲刚度挠度:0.24501×10-3m联轴器端偏转角:1.9591×10-4rad

轴承端偏转角:5.5316×10-4rad

29（三）轴承选用及寿命带独立制动轴A-1-A高速转向架可行性研究第28页·第五章驱动系统传动轴和轴承的计算分析位置类型基本额定寿命/(h）轴承1QJ28302轴承2NU--轴承3NU115700轴承4NJ129990轴承5NU--轴承6NJ74324轴承7NU--轴承8调心球41245铁路车辆齿轮箱应用场合下球轴承的推荐额定寿命为14000到46000小时（h）30·论文各章节陈述带独立制动轴A-1-A高速转向架可行性研究第29页第三章转向架牵引能力计算分析第七章驱动系统独立制动轴连接参数优化

第一章绪论第二章转向架总体结构方案

第四章驱动系统齿轮参数分析第五章驱动系统传动轴和轴承的计算分析第六章驱动系统独立制动轴联轴器结论与展望31（一）独立制动轴连接方案带独立制动轴A-1-A高速转向架可行性研究第30页非输出端（A端）采用调心球轴承支撑在托架上·第六章驱动系统独立制动轴联轴器输出端采用橡胶球关节六连杆联轴器支撑独立制动轴支撑方案图32（二）六连杆机构径向刚度带独立制动轴A-1-A高速转向架可行性研究第31页采用matlab数值计算·第六章驱动系统独立制动轴联轴器通过径向刚度公式推导β0102030405060K73.47573.47873.48673.49673.50773.51573.51770809010011012073.51573.50773.49673.48673.47873.475βK（单位：KN/mm）33（三）六连杆机构径向刚度动态特性带独立制动轴A-1-A高速转向架可行性研究第32页两个相互垂直方向的径向刚度间的周期波动关系存在30°的相位差

·第六章驱动系统独立制动轴联轴器周期波动性，波动周期角度60度，连杆长度能降低波动单位长连杆径向刚度两倍长连杆径向刚度34·论文各章节陈述带独立制动轴A-1-A高速转向架可行性研究第33页第三章转向架牵引能力计算分析第七章驱动系统独立制动轴连接参数优化

第一章绪论第二章转向架总体结构方案

第四章驱动系统齿轮参数分析第五章驱动系统传动轴和轴承的计算分析第六章驱动系统独立制动轴联轴器结论与展望35（一）模型及各参数影响带独立制动轴A-1-A高速转向架可行性研究第34页·第七章驱动系统独立制动轴连接参数优化在ADAMS中建模优化，模型如图各参数影响如下表：位置径向刚度/(N/mm)径向阻尼/(N•s/mm)扭转刚度/(N•mm/deg)扭转阻尼/(N•s/deg)制动齿轮轴侧Min1×107Min10选大值选大值独立制动轴侧选大值选大值选小值选小值橡胶球Min58600影响很大影响较大Min46000影响最大以独立制动轴联轴器侧中心点的x向加速度均方根值作为振动程度评判标准36（二）参数优化后结果带独立制动轴A-1-A高速转向架可行性研究第35页·第七章驱动系统独立制动轴连接参数优化位置径向刚度/(N/mm)径向阻尼/(N•s/mm)扭转刚度/(N•mm/deg)扭转阻尼/(N•s/deg)制动齿轮轴侧1×107105×10152×105独立制动轴侧5×10610005×101110橡胶球585591004600713X向位移X向加速度最大偏心位移为0.009mm，最大振幅为0.002mm，最大振动加速度为0.35g

37·论文各章节陈述带独立制动轴A-1-A高速转向架可行性研究第36页第三章转向架牵引能力计算分析第七章驱动系统独立制动轴连接参数优化

第一章绪论第二章转向架总体结构方案

第四章驱动系统齿轮参数分析第五章驱动系统传动轴和轴承的计算分析第六章驱动系统独立制动轴联轴器结论与展望381）提出了一种采用A-1-A轴式，应用于长大跨线运输、最高速度为250km/h的高速动力车转向架方案；带独立制动轴A-1-A高速转向架可行性研究第37页本文创新点

3）通过采用A-1-A轴式转向架，验证了动力车轴重降到17t以下的可行性，并在国内首次将独立制动轴大功率驱动装置应用到A-1-A轴式转向架的设计研究中，详细计算分析了编组模式，牵引能力，紧急制动能力。体现在本文第3、4章节。2）论文在国内首次对带独立制动轴的大功率转向架驱动装置进行了设计研究，包括其结构方案设计、重