HXN3B機(jī)車設(shè)計原理轉(zhuǎn)向架

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  1 轉(zhuǎn)向架總體概述. 22 主要技術(shù)參數(shù). 33 計算驗證. 44 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

2、對及驅(qū)動裝置 . 12 4.5 牽引裝置 . 15 4.6 基礎(chǔ)制動裝置 . 15 4.7 附屬裝置 . 164.8 各種間隙及止擋 . 175 主要部件通用化介紹. 176 計算文件. 19  1 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動穩(wěn)定性儲備, 優(yōu)良的 運行平穩(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

3、 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)車的非線性穩(wěn)定性臨界速度為 190km/h,滿足實際運行最高速度 100km/h的運用要求;機(jī)車具有良好的直線運行性能。直線上,機(jī)車在最大運用 速度范圍內(nèi),在 AAR5級線路運行時,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

4、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)實踐檢驗的  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: 1 直

5、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。  2 牽引電機(jī)的布置采用順置方式。  3 電機(jī)懸掛采用剛性軸懸結(jié)構(gòu)。  4 軸箱軸承采用免維護(hù)的 AAR  K 級圓錐滾子整體單元軸承。  5 一系懸掛系統(tǒng)采用單拉桿軸箱定位+螺旋彈簧方式,一、三軸安裝垂向減振器。  6 二系懸掛系統(tǒng)采用橡膠旁承結(jié)構(gòu),輔以各向減振器。  7 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

6、式                                            C 0 C 0 最高運行速度(km/h   

7、60;                       100  最高試驗速度(km/h                       

8、    110 軌距 (mm                                1435  軸重 (t        

9、                                  2533+-% 軸距 (mm             

10、;                    1900 兩轉(zhuǎn)向架中心距 (mm                          &#

11、160;  12140 機(jī)車全軸距  (mm                                 15940 輪徑 (mm(新 /全磨耗       

12、;                      1250/1150 輪對內(nèi)側(cè)距  (mm                       

13、;          1353 踏面形狀                                      &#

14、160;    JM3 牽引電機(jī)功率 (kW                                  690 傳動方式       

15、;                                   單側(cè)斜齒傳動  傳動比             

16、                               5.6875(91/16  啟動牽引力 /轉(zhuǎn)向架 (kN             

17、60;               280 電機(jī)懸掛方式                                 

18、;    剛性軸懸  軸箱止擋自由橫動量 (mm                          2 15 2 彈簧靜撓度: 一系 (mm           

19、;                             117mm  二系 (mm                  

20、;                      19mm  一系垂向剛度 (kN/mm(每軸箱                    2×0.419 一系橫向剛度

21、 (kN/mm(每軸箱                    2×0.4 二系垂向剛度  (kN/mm                       &

22、#160;    4×6.5  二系橫向剛度 (kN/mm                             4×0.2 牽引點高度 (mm      &

23、#160;                           825 基礎(chǔ)制動方式                    

24、60;                踏面制動  機(jī)車通過最小曲線半徑 (m                         100(V 5km/h  驅(qū)動裝置最低點距軌

25、面高度 (mm(新輪             168 轉(zhuǎn)向架總重 (t                                 &#

26、160; 25.0 簧下質(zhì)量 (kg                                     4984 掃石器距軌面高度 (mm(在踏面允許磨耗范圍內(nèi)可調(diào) 30 3 計算驗證

27、根據(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。 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

28、為薄板焊接成的箱形梁。側(cè)梁采用直梁 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) 度試驗方法和 TB/T 1335-1996鐵道車輛強(qiáng)度設(shè)計及試驗鑒定規(guī)范三個 標(biāo)準(zhǔn),目前已完成該

29、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),和軸箱彈簧一起實現(xiàn)軸箱定位。  軸箱是一個剖分式的結(jié)構(gòu),

30、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)點就是提高了軸箱的整體強(qiáng)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 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。

31、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 自由沉浮及繞本身軸線回轉(zhuǎn)。 軸箱拉桿與軸箱的連接點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

32、 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,它能夠提供合適的剛度,以實現(xiàn)良 好的橫向運行性能,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。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

33、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)。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)點是軸箱不需 要任何密

34、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)度螺栓 1234.3 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

35、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

36、,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 頻振動的作用,保證了機(jī)車的運行平穩(wěn)性和駕乘的舒適性,見圖 10。  1234 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)向架的蛇行運動以實現(xiàn)機(jī)車在高速運行時的穩(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行品質(zhì)。

37、60;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 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

38、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、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

39、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

40、向為左旋,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)旋向為右, 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。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 各種相對運動,使這些運動不應(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