高速動(dòng)力車轉(zhuǎn)向架的思索

1、封全保(1964- 男, 山西臨汾人, 高級工程師, 博士生(收稿日期:2003-06-05文章編號:1008-7842(2004 01-0009-03高速動(dòng)力車轉(zhuǎn)向架的思索封全保1, 王漢民2, 孟宏3(1北京交通大學(xué)機(jī)電學(xué)院, 北京100044; 2襄樊內(nèi)燃機(jī)車廠, 湖北襄樊441105;3西南交通大學(xué), 四川成都610031摘要介紹了高速動(dòng)力車轉(zhuǎn)向架的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu), 針對藍(lán)箭動(dòng)車組和中華之星動(dòng)車組的商業(yè)運(yùn)營及試驗(yàn)中發(fā)生的故障, 提出要重點(diǎn)解決該轉(zhuǎn)向架的安全、潤滑、疲勞和防護(hù)等問題。關(guān)鍵詞高速動(dòng)力車, 轉(zhuǎn)向架, 安全, 潤滑, 疲勞, 防護(hù)中圖分類號:U2661210331文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A1前

2、言車車輛產(chǎn)品的突出代表, 架( , 國家八五, 進(jìn)行了研究性設(shè)計(jì), 試制完成了兩臺轉(zhuǎn)向架, 并進(jìn)行了滾振試驗(yàn), 藍(lán)箭動(dòng)車組的商業(yè)運(yùn)營, 為這種模式的轉(zhuǎn)向架積累了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn), 通過十五國家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目的聯(lián)合設(shè)計(jì)完成了中華之星轉(zhuǎn)向架的設(shè)計(jì)、試制, 2002年9月至今分別在國家軌道試驗(yàn)中心和秦沈客運(yùn)專線上進(jìn)行了線路試驗(yàn)。在秦沈客運(yùn)專線試驗(yàn)中創(chuàng)造了32115km/h 的我國鐵路線路試驗(yàn)的最高速度。綜合性能試驗(yàn)初步表明, 動(dòng)力車運(yùn)行情況良好, 輪軸間相互作用良好, 平穩(wěn)性優(yōu)于以往的一般機(jī)車、動(dòng)力車, 但運(yùn)用中也出現(xiàn)了一些問題, 必須給予高度重視, 并應(yīng)深入研究給予解決。2八五高速動(dòng)力車轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)八五

3、高速動(dòng)力車轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)的目標(biāo)保證轉(zhuǎn)向架速度在350km/h 以下具有高的穩(wěn)定性和低的輪軌作用力;保證轉(zhuǎn)向架盡可能好地利用輪軌粘著, 驅(qū)動(dòng)性能良好;保證轉(zhuǎn)向架高的安全性能和低的維修工作量。其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)見圖1, 轉(zhuǎn)向架由輪對、構(gòu)架、一、二系懸掛、驅(qū)動(dòng)制動(dòng)單元及其懸掛、牽引裝置和附件組成。在總體方案確定中對軸重、軸距、牽引方式和驅(qū)動(dòng)制動(dòng)方式進(jìn)行了系統(tǒng)研究。輪對由車軸和車輪組成, 設(shè)計(jì)中完成了輪對的動(dòng)平衡、離心力、車軸的微振磨損、車輪踏面外形和輪對強(qiáng)度等問題的研究。為減輕簧下質(zhì)量, 車軸采用了空心軸, 軸頭直徑<150mm , 軸座直徑<208mm , 軸身直徑<188mm , 軸長22

4、50mm , 內(nèi)孔直徑<80mm , 材料圖1高速動(dòng)力車轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)30CrM oA , 車輪采用直輻板式整體鍛鋼車輪, 踏面采用G DM 磨耗型踏面, 車輪材料為C L60A 。構(gòu)架采用由鋼板焊接的箱形梁構(gòu)成的口字結(jié)構(gòu), 側(cè)梁采用下凹魚腹形等強(qiáng)度箱形梁, 上下蓋板厚10mm , 立板厚8mm , 中部梁高320mm , 寬300mm , 總長4900mm 。前端梁采用直的箱形梁, 上蓋板厚10mm , 下蓋板厚8mm , 立板厚6mm , 梁高210mm , 寬300mm , 長2150mm 。牽引端梁采用下凹箱形梁結(jié)構(gòu), 上蓋板厚10mm , 下蓋板厚12mm , 中部裝牽引座的板厚

5、20mm , 梁高214mm , 寬300mm , 長2150mm 。設(shè)計(jì)中完成了構(gòu)架的強(qiáng)度計(jì)算和模態(tài)分析, 構(gòu)架通過了依據(jù)鐵標(biāo)進(jìn)行的靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)。一系懸掛采用螺旋鋼圓彈簧加橡膠墊和液壓減振器并聯(lián)的結(jié)構(gòu), 彈簧中徑為<217mm , 工作高度128mm , 簧條直徑<37mm , 每彈簧垂向剛度1202N/mm , 橫向剛度為2439N/mm , 材料選用50CrVA 。二系懸掛采用高撓螺旋鋼圓彈簧加橡膠墊和液壓減振器并聯(lián)的結(jié)構(gòu), 彈簧中徑為<242mm , 工作高度第24卷第1期2004年2月鐵道機(jī)車車輛RAI LW AY LOC OM OTI VE &C

6、AR V ol 124N o 11Feb 12004 圖2驅(qū)動(dòng)制動(dòng)單元444mm , 簧條直徑<46mm , 每彈簧垂向剛度44513N/mm ,橫向剛度為15718N/mm , 材料選用51CrM oV4。驅(qū)動(dòng)制動(dòng)單元由牽引電動(dòng)機(jī)、齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)、托架、空心軸驅(qū)動(dòng)裝置、軸盤制動(dòng)和制動(dòng)橫梁等組成, 見圖2。齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)由主動(dòng)齒輪、中間介輪、從動(dòng)齒輪和齒輪箱組成, 齒輪采用28°螺旋角的分片組裝的人字齒結(jié)構(gòu), 傳動(dòng)中心距1050mm 。齒輪箱體采用高強(qiáng)度鑄造鋁合金材料, 箱體采用兩分結(jié)構(gòu)內(nèi)部設(shè)有導(dǎo)油槽等。設(shè)計(jì)中完成了齒輪計(jì)算, 齒輪箱強(qiáng)度計(jì)算和齒輪箱體強(qiáng)度試驗(yàn)。托架采用鑄造鋁合金材

7、料, 箱體采用兩分體式結(jié)構(gòu)?？招妮S驅(qū)動(dòng)裝置由內(nèi)外空心軸、連桿和球關(guān)節(jié)等組成, 驅(qū)動(dòng)齒輪側(cè)六連桿傳動(dòng)直徑為<660mm , 連桿1長度為198mm , 非驅(qū)動(dòng)側(cè)六連桿傳動(dòng)直徑為<620mm , 連桿1長度為186mm , 設(shè)計(jì)中完成了內(nèi)外空心軸強(qiáng)度計(jì)算、焊接試驗(yàn)和系統(tǒng)剛度試驗(yàn)。牽引力傳遞線路為主動(dòng)齒輪從動(dòng)齒輪外空心軸六連桿機(jī)構(gòu)內(nèi)空心軸另一側(cè)六連桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)車輪輪對。軸盤制動(dòng)由制動(dòng)缸、制動(dòng)桿、制動(dòng)盤和閘片等組成, 制動(dòng)缸帶有儲(chǔ)能制動(dòng)和自動(dòng)間隙調(diào)整功能, 制動(dòng)盤為耐熱鍛制合金鋼, 制動(dòng)力傳遞線路為制動(dòng)盤外空心軸六連桿機(jī)構(gòu)內(nèi)空心軸另一側(cè)六連桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)車輪輪對。制動(dòng)橫梁采用由16Mn 鋼焊接的

8、結(jié)構(gòu), 它不僅是基礎(chǔ)制動(dòng)的安裝基礎(chǔ), 而且是驅(qū)動(dòng)制動(dòng)單元的聯(lián)接件。驅(qū)動(dòng)制動(dòng)單元懸掛由吊掛關(guān)節(jié)、擺桿、耦合減振器和安全托等構(gòu)成, 通過吊掛關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)制動(dòng)單元與車體的連接, 通過擺桿實(shí)現(xiàn)了它與構(gòu)架的連接, 這種懸掛方式有效地減輕了簧下與簧間的質(zhì)量, 橫向又能實(shí)現(xiàn)質(zhì)量的轉(zhuǎn)換。牽引裝置由35組成, , 另, 其他, 、轉(zhuǎn)向架試制后于2000年3月4日在西南交通大學(xué)滾振試驗(yàn)臺上跑出了35011km/h 的高速, 完成了研究性設(shè)計(jì)。3藍(lán)箭動(dòng)車組的商業(yè)運(yùn)用藍(lán)箭動(dòng)力車轉(zhuǎn)向架在高速動(dòng)力車轉(zhuǎn)向架基礎(chǔ)上, 針對動(dòng)車組的具體要求進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì), 齒輪傳動(dòng)采用直齒傳動(dòng), 齒輪箱密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn), 驅(qū)動(dòng)制動(dòng)單元防落

9、結(jié)構(gòu)進(jìn)行了加強(qiáng), 軸箱軸承采用T BU 單元, 輪徑采用<1050mm 等。從2002年12月28日起藍(lán)箭1號動(dòng)車組在廣深線上正式投入運(yùn)營, 隨后2至8號動(dòng)車組于2001年3月8月間陸續(xù)上線運(yùn)營, 至今走行總里程約400萬km , 為高速動(dòng)力車積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn), 也檢驗(yàn)了設(shè)計(jì)、工藝等各方面的水平, 兩年中轉(zhuǎn)向架部分共出故障65件, 占故障總件數(shù)的29141%, 出現(xiàn)的典型故障如下。(1 轉(zhuǎn)向架構(gòu)架裂紋;(2 車輪輻板裂紋, 見照片1; 照片1藍(lán)箭動(dòng)力車轉(zhuǎn)向架的車輪輻板裂紋(3 牽引電機(jī)體懸螺栓松斷;10鐵道機(jī)車車輛第24卷(4 齒輪箱和托架漏油; (5 電機(jī)和齒輪箱聯(lián)接螺栓斷。這些故

10、障的出現(xiàn)對設(shè)計(jì)人員提供了信息, 引起了高度重視。4中華之星動(dòng)車組的設(shè)計(jì)及線路試驗(yàn)中華之星動(dòng)車組從2002年9月至2003年1月完成了西南交通大學(xué)牽引動(dòng)力中心滾振試驗(yàn), 北京國家鐵道試驗(yàn)中心的環(huán)行道試驗(yàn)和秦沈線正線綜合性能試驗(yàn), 試驗(yàn)中不斷刷新了我國鐵路試驗(yàn)速度的記錄。正線最高試驗(yàn)速度高達(dá)32115km/h , 試驗(yàn)臺最高試驗(yàn)速度達(dá)400km/h , 中華之星動(dòng)力車轉(zhuǎn)向架與藍(lán)箭動(dòng)力車轉(zhuǎn)向架相比, 采用了人字型齒輪傳動(dòng)輪箱密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn), , 其它部分基本一樣損故障, , 。照片2中華之星動(dòng)力車轉(zhuǎn)向架托架軸承燒損故障5高速動(dòng)力車轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)的思考我國高速動(dòng)力車轉(zhuǎn)向架的開發(fā)、試驗(yàn)及商業(yè)運(yùn)營, 應(yīng)該

11、講取得了成功, 但是暴露的問題必須重視, 這樣才能確保中華之星的安全運(yùn)用。首先, 要關(guān)注安全性問題, 對于車輪設(shè)計(jì)應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度分析和試驗(yàn), 加工要達(dá)到車輪表面粗糙度的要求, 杜絕徑向缺陷, 使用中要監(jiān)控車輪的狀況。重視車軸材料對裂紋敏感性的研究, 輪軸配合上要解決輪座的微動(dòng)磨損問題。優(yōu)化驅(qū)動(dòng)制動(dòng)單元體懸結(jié)構(gòu), 有效提高其安全性, 研究及時(shí)防落并停車的功能。要層層設(shè)防杜絕發(fā)生因輪軸損壞和驅(qū)動(dòng)制動(dòng)單元墜落的事故。第二是要關(guān)注軸承潤滑問題, 合理設(shè)計(jì)密封結(jié)構(gòu), 防止雪水的侵入, 深入潤滑機(jī)理研究, 解決潤滑油面波動(dòng)大的問題, , 加強(qiáng)油面的控制, , 豐富軸溫監(jiān)控的內(nèi)涵, , 。, 對于關(guān)鍵受力螺、專

12、業(yè)安裝, 對構(gòu)架等承, 控制焊接質(zhì)量, 保證使用。第四是關(guān)注關(guān)鍵件的防護(hù)設(shè)計(jì), 加強(qiáng)對轉(zhuǎn)向架下部的制動(dòng)管路、制動(dòng)缸、齒輪箱和托架箱體的防護(hù)設(shè)計(jì), 解決因飛石打擊造成的部件損壞問題。6結(jié)束語可以相信通過深入研究解決車輪裂紋和驅(qū)動(dòng)制動(dòng)單元體懸吊掛等安全性問題, 強(qiáng)化對軸承的潤滑管理, 解決承載件的疲勞問題, 處理好關(guān)鍵件的防護(hù)等問題后, 中華之星動(dòng)力車這一具有劃時(shí)代意義的產(chǎn)品將會(huì)為我國鐵路運(yùn)輸事業(yè)做出更大的貢獻(xiàn)。參考文獻(xiàn)1鐵道科學(xué)研究院1270km/h 高速列車線路綜合性能試驗(yàn)簡要報(bào)告R1北京1鐵道科學(xué)研究院, 200312高速動(dòng)力車聯(lián)合設(shè)計(jì)組1高速動(dòng)力車轉(zhuǎn)向架圖樣和技術(shù)文件1大同機(jī)車廠, 199

13、313中華之星聯(lián)合設(shè)計(jì)組1中華之星動(dòng)力車轉(zhuǎn)向架圖樣和技術(shù)文件1大同機(jī)車廠, 200214趙善淵, 封全保1高速轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)原理J1機(jī)車電傳動(dòng)11995(4 :192315謝步明, 封全保1談產(chǎn)業(yè)化高速動(dòng)力車轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)J1中國鐵路12000(10 :252716廣深機(jī)輛事業(yè)部1藍(lán)箭動(dòng)車組檢修運(yùn)用情況匯報(bào)1廣深機(jī)輛事業(yè)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