南非窄軌機(jī)車轉(zhuǎn)向架

1、南非窄軌機(jī)車轉(zhuǎn)向架 學(xué)號(hào)：631224120114 姓名：吳熙猴 一、概述 南非窄軌機(jī)車是為滿足南非鐵路一般貨物運(yùn)輸需求而研制的首款新型雙流制窄軌交流傳動(dòng)貨運(yùn)電力機(jī)車，該機(jī)車轉(zhuǎn)向架試用的線路為窄軌、彎道多、曲線半徑小，該機(jī)車采用了轉(zhuǎn)向架抱軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，通過對結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和創(chuàng)新，使該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)滿足了窄軌線路的要求，并且規(guī)避了南非現(xiàn)有機(jī)車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的諸多故障問題。2、 轉(zhuǎn)向架總體結(jié)構(gòu) 1.組成 該轉(zhuǎn)向架由輪對軸箱組裝、驅(qū)動(dòng)單元、構(gòu)架、牽引電機(jī)、電機(jī)懸掛裝置、軸溫報(bào)警裝置、脫軌保護(hù)裝置、牽引裝置等組成，具體結(jié)構(gòu)見圖1。圖1 轉(zhuǎn)向架總裝圖2. 主要技術(shù)參數(shù)如下，3、 主要部件設(shè)計(jì)1. 輪對軸箱設(shè)計(jì)輪對組裝由鍛

2、造車軸和整體碾鋼車輪組成，輪對三維結(jié)構(gòu)見圖2。圖2 輪對結(jié)構(gòu) 車軸材質(zhì)為符合EN 13261標(biāo)準(zhǔn)的EA4T，為防止輪座部位拉傷并有效降低車軸輪作部位的微動(dòng)磨損，在車軸輪座進(jìn)行噴鉬處理； 車輪材質(zhì)符合AAR107標(biāo)準(zhǔn)中的C級(jí)鋼。 軸箱體采用鑄鋼結(jié)構(gòu)，軸箱體上設(shè)置有一系彈簧安裝座，軸箱軸承為整體密封式軸承，免維護(hù)周期長。2. 構(gòu)架設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)向架構(gòu)架是轉(zhuǎn)向架各零部件的安裝基礎(chǔ)和平臺(tái)，承受并傳遞來自車體和輪對的各種載荷和沖擊，構(gòu)架結(jié)構(gòu)見圖3。圖3 構(gòu)架 構(gòu)架整體為傳統(tǒng)焊接結(jié)構(gòu)，由前后端梁、側(cè)梁和牽引梁組成，各梁均采用鋼板焊接而成的箱型結(jié)構(gòu)。側(cè)梁為中部凹陷的魚腹梁結(jié)構(gòu)，其上設(shè)置有一二系彈簧座、軸箱拉桿座、

3、一二系垂向減震器座、整體起吊座、制動(dòng)器安裝座以及脫軌保護(hù)裝置安裝座等，承受機(jī)車的牽引和制動(dòng)力。前后端梁上均設(shè)置有二系橫向減震器安裝座，其中前端梁上還有三角撐桿安裝座。3. 懸掛系統(tǒng)設(shè)計(jì) 一系懸掛裝置由三角軸箱拉桿、一系彈簧墊、一系鋼彈簧以及一系垂向油壓減震器等組成。 一系鋼彈簧安裝在軸箱和構(gòu)架之間，每個(gè)軸箱上安裝2個(gè)鋼彈簧。每轉(zhuǎn)向架設(shè)有4個(gè)一系垂向減震器，該減震器安裝在車軸中心線上，兩端分別連接軸箱和構(gòu)架。軸箱三角拉桿兩端安裝有球形橡膠關(guān)節(jié)，和一系彈簧一起實(shí)現(xiàn)軸箱定位。垂向剛度主要由一系彈簧提供，橫向剛度由一系彈簧和三角拉桿共同提供，縱向剛度主要由三角拉桿提供。 二系懸掛裝置由橡膠墊 、二系鋼

4、彈簧以及垂向、橫向減震器等組成。轉(zhuǎn)向架通過二系鋼彈簧與車體連接，二系鋼彈簧橫向布置在構(gòu)架橫梁上，共有4組。每個(gè)彈簧下部安裝有橡膠墊，上部有用于調(diào)整軸重的調(diào)整墊，每轉(zhuǎn)向架有兩個(gè)垂向減震器和2個(gè)橫向減震器，連接在車體和轉(zhuǎn)向架之間，垂向減震器對稱布置在構(gòu)架的兩側(cè)，橫向減震器斜對稱布置在構(gòu)架的兩端，同時(shí)起到抗蛇行減震器的作用。四、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1.組成 由牽引電機(jī)、抱軸箱組裝、齒輪罩組裝、大小齒輪、齒輪轂、抱軸承及各類密封件組成。結(jié)構(gòu)如圖4。圖4 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用一級(jí)減速齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，小齒輪軸和電機(jī)軸采用內(nèi)錐式過盈連接傳遞電機(jī)扭矩，即帶錐度的小齒輪插入帶錐度的電機(jī)軸孔中，然后推進(jìn)一定的壓入

5、量而產(chǎn)生過盈連接。和小齒輪嚙合的大齒輪通過一圈螺栓緊固在齒輪轂上，齒輪轂通過過盈連接固定在車軸上。抱軸箱通過兩端的滾動(dòng)抱軸承固定在車軸上，兩端設(shè)置了密封油脂的各類密封件。電機(jī)通過安裝定位面和抱軸箱連接，另一端通過彈性橡膠關(guān)節(jié)吊掛在構(gòu)架上。齒輪罩是非承載式齒輪箱，采用水平分箱，通過螺栓連接分箱面，罩內(nèi)潤滑油通過飛濺潤滑方式潤滑齒輪。整個(gè)齒輪罩的固定采用六點(diǎn)安裝固定，其中4個(gè)點(diǎn)和電機(jī)相連，兩點(diǎn)和抱軸箱相連，齒輪罩安裝側(cè)密封采用靜密封結(jié)構(gòu)，車輪側(cè)密封采用動(dòng)密封結(jié)構(gòu)。2. 主要零部件（1）齒輪副 采用直齒輪傳動(dòng)，齒輪傳遞的載荷較大，線速度也較高，屬于高速重載傳動(dòng)。大、小齒輪采用符合EN 10084標(biāo)準(zhǔn)

6、的合金鋼材料18CrNiMo7-6。該材料經(jīng)熱處理后，具有表面硬度高、耐磨、心部韌性大、抗沖擊性好等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各型機(jī)車。為了提高齒輪的嚙合性能，減小嚙合應(yīng)力對驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)的影響，采用齒向和齒形修正措施。此外，為了提高傳動(dòng)齒輪的承載能力和使用壽命，齒輪輪齒采用了噴丸強(qiáng)化工藝。 小齒輪采用齒輪軸結(jié)構(gòu)，齒輪軸與電機(jī)軸孔采用內(nèi)錐式配合結(jié)構(gòu)，如圖5所示。圖5 小齒輪和電機(jī)軸的連接和密封 大齒輪與輪轂通過50顆螺栓連接，該結(jié)構(gòu)降低了齒輪成本和制造難度，且便于后續(xù)的檢修維護(hù)。齒輪轂和車軸采用過盈配合。（2） 齒輪罩及密封 整個(gè)齒輪罩的固定采用六點(diǎn)安裝固定，其中4個(gè)點(diǎn)和電機(jī)相連，兩點(diǎn)和抱軸箱相連，采用水

7、平分箱，減小了原韶山系列機(jī)車插口式焊接齒輪箱存在的合口面漏油現(xiàn)象。 齒輪罩的密封對驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的安全運(yùn)行及其重要。齒輪罩的密封采用動(dòng)靜結(jié)合的密封方式，車輪側(cè)采用具有雙向密封作用的非接觸式動(dòng)密封。非車輪側(cè)采用O型橡膠圈靜密封，另為防止齒輪油進(jìn)入電機(jī)軸承，電機(jī)的電機(jī)軸處設(shè)置了迷宮式動(dòng)密封結(jié)構(gòu)，如圖6所示。圖6 齒輪罩密封（3） 抱軸箱組裝 抱軸箱組裝由抱軸箱體、抱軸承、密封環(huán)（N）、密封環(huán)（D）、軸領(lǐng)、調(diào)整墊、油脂等組成，是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，也是電機(jī)抱軸式懸掛結(jié)構(gòu)的安裝點(diǎn)，如圖7所示。圖7 抱軸箱 抱軸箱組裝屬于簧下質(zhì)量，和輪對一起承受軌道的沖擊和振動(dòng)，其受力情況復(fù)雜，對抱軸箱體和抱軸承強(qiáng)度要求較

8、高。為能抵御來自軌道的沖擊，抱軸箱體材料采用符合AAR M-201標(biāo)準(zhǔn)的C級(jí)鋼材料。5、 牽引系統(tǒng)設(shè)計(jì) 采用中央低位推挽式雙牽引桿牽引方式，牽引桿（一）水平通過第一位電機(jī)下方，一端通過銷軸與構(gòu)架牽引座相連，另一端通過銷軸與三角撐桿相連，三角撐桿通過兩支架與構(gòu)架端梁相連，另一端與牽引桿（二）相連，牽引桿（二）一端通過銷和三角撐桿相連，另一端和車體牽引座相連，為了降低牽引點(diǎn)高度，車體牽引座安裝點(diǎn)高于構(gòu)架牽引座安裝點(diǎn)，使?fàn)恳龡U產(chǎn)生一定的傾角。牽引桿（二）兩端安裝有橡膠關(guān)節(jié)，能適應(yīng)轉(zhuǎn)向架與車體間的相對運(yùn)動(dòng)，有效傳遞牽引力和制動(dòng)力，并承受一定的沖擊，改牽引方式形成較低的牽引點(diǎn)，機(jī)車的黏著利用率可達(dá)92%

9、。 牽引裝置具有良好的防松、防脫落措施，確保機(jī)車運(yùn)行安全，緊固件采用螺栓、鎖緊墊片及螺紋緊固膠配套使用，同時(shí)采用安全鋼絲繩，防止螺栓失效或兩牽引桿的意外斷裂后脫落到軌面上，牽引銷頭部采用開槽螺母加開口銷方式進(jìn)行緊固，以防牽引銷脫落。70%低地板與100%低地板有軌電車的比較一、概述 低地板有軌電車是指地板面距軌面高度一般在350400mm以下的軌道交通車輛。這種車輛的進(jìn)口高度很低，上下車十分方便，尤其是對老人、兒童以及殘疾人。低地板有軌電車不需設(shè)置高站臺(tái)，軌道可直接展設(shè)在路面上；車輛能夠通過半徑很小的曲線，適應(yīng)于城市地面路況，可明顯降低線路的造價(jià)。一般低地板有軌電車編組23節(jié)，總長度2035m

10、，具有中等運(yùn)能。70%低地板車輛與100%低地板車輛相比，具有如下優(yōu)點(diǎn):采用常規(guī)的動(dòng)力轉(zhuǎn)向架，結(jié)構(gòu)簡單，技術(shù)成熟；中間非動(dòng)力轉(zhuǎn)向架采用獨(dú)立車輪或小輪徑轉(zhuǎn)向架，結(jié)構(gòu)相對簡單；車門開在低地板部位，乘客上下車同樣方便，高地板集中在車內(nèi)兩端，對乘客帶來的麻煩不大；常規(guī)動(dòng)力轉(zhuǎn)向架可裝較大功率的牽引電機(jī)，每軸功率為100150kW；而作驅(qū)動(dòng)的獨(dú)立車輪轉(zhuǎn)向架，因受空間限制，2個(gè)獨(dú)立車輪的牽引電機(jī)功率一般不超過7090kW。二、100%低地板有軌電車1.采用小輪徑剛性輪對 圖1給出了國外采用小輪徑剛性輪對的低地板有軌電車的兩種典型型式。兩種型式的轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)基本相同，所不同的是車體編組形式。型式1采用了三車體方

11、案:中間車體B支承在兩個(gè)小輪徑的拖動(dòng)轉(zhuǎn)向架上而成為靜定結(jié)構(gòu)，端部兩個(gè)車體A、C則一端支承在動(dòng)力轉(zhuǎn)向架上，另一端通過鉸接結(jié)構(gòu)與中間車體B相連。型式2采用了兩車體方案:車體A支承在動(dòng)力、拖動(dòng)轉(zhuǎn)向架上而靜定，車體B則依靠動(dòng)力轉(zhuǎn)向架以及車體間的鉸接結(jié)構(gòu)而靜定。圖1 小輪徑低地板有軌電車 動(dòng)力轉(zhuǎn)向架采用剛性輪對兩軸轉(zhuǎn)向架。當(dāng)電機(jī)縱向布置時(shí)需要設(shè)置大心盤以便通過小半徑曲線； 當(dāng)電機(jī)橫向布置時(shí)則需要采用搖枕結(jié)構(gòu)。 拖動(dòng)轉(zhuǎn)向架采用小輪徑剛性輪對轉(zhuǎn)向架。車輪的直徑在375410mm之間。小輪徑滿足了低地板的要求；剛性輪對的優(yōu)點(diǎn)是具有自導(dǎo)向能力，抗脫軌能力也較好。小輪徑轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)尺寸和懸掛元件都比常規(guī)的轉(zhuǎn)向架小

12、，通常只設(shè)置中心懸掛系統(tǒng)。 小輪徑車輪轉(zhuǎn)向架的缺點(diǎn)是:由于輪徑小，對線路的不平順較敏感，而且轉(zhuǎn)向架通常只有中心懸掛系統(tǒng)，這造成車輛的平穩(wěn)性較差；小輪徑的車輪踏面輕易擦傷，踏面擦傷后也不輕易復(fù)圓；輪軌接觸應(yīng)力較高，踏面的磨耗快，車輪更換的周期較短。2.采用獨(dú)立車輪 最簡單的獨(dú)立旋轉(zhuǎn)車輪就是將剛性輪對的左右車輪解耦，使它們各自獨(dú)立地繞車軸旋轉(zhuǎn)。由于車軸不再需要旋轉(zhuǎn)，因而獨(dú)立車輪輪對的車軸可以做成曲軸外形，甚至取消車軸，以滿足低地板車輛的需要。使用獨(dú)立車輪的好處在于其轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)與剛性轉(zhuǎn)向架類似，可以使用相同的零部件，簡化了結(jié)構(gòu)。如圖2.圖2 獨(dú)立車輪常規(guī)轉(zhuǎn)向架的低地板車輛形式 采用獨(dú)立車輪轉(zhuǎn)向架的關(guān)

13、鍵技術(shù)在于車輪的導(dǎo)向問題和磨耗問題。（1）耦合轉(zhuǎn)向架 獨(dú)立車輪耦合轉(zhuǎn)向架是一種具有徑向性能的新型轉(zhuǎn)向架，其結(jié)構(gòu)原理如圖3所示。將前后車體相鄰的兩個(gè)獨(dú)立車輪單軸轉(zhuǎn)向架用耦合彈性元件連接起來，通過選擇耦合彈簧的搖頭剛度，單軸轉(zhuǎn)向架就能在二系懸掛彈簧和耦合彈簧的作用下自動(dòng)調(diào)節(jié)輪對趨于徑向位置，實(shí)現(xiàn)了輪對的徑向?qū)颉Ｓ捎谑軕覓煸椥詮较蜃冃蔚闹萍s，耦合轉(zhuǎn)向架通過小半徑曲線時(shí)其徑向?qū)蚰芰⑹艿揭欢ㄏ拗?。一般地，它?0m半徑以上的曲線能較好地發(fā)揮徑向功能。圖3 采用獨(dú)立車輪耦合轉(zhuǎn)向架的低地板車輛型式（2）迫導(dǎo)向轉(zhuǎn)向架迫導(dǎo)向轉(zhuǎn)向架如圖4所示。其徑向原理是借助一套杠桿機(jī)構(gòu)，利用相鄰車體轉(zhuǎn)角迫使單軸轉(zhuǎn)向架

14、在通過曲線時(shí)趨向徑向位置。圖4 獨(dú)立車輪迫導(dǎo)向轉(zhuǎn)向架（3）輪緣磨耗 獨(dú)立車輪轉(zhuǎn)向架是實(shí)現(xiàn)低地板面輕軌車輛的關(guān)鍵。但是，獨(dú)立車輪的輪緣磨耗要比傳統(tǒng)剛性輪對大得多。這是由于獨(dú)立車輪沒有縱向蠕滑力矩，只能依靠重力復(fù)原力進(jìn)行導(dǎo)向。這造成獨(dú)立車輪在曲線上的沖角較大，輪軌橫向作用力大，在直道上運(yùn)行時(shí)輪緣輕易貼靠鋼軌。因此，獨(dú)立車輪的輪緣磨耗較大，并且輕易脫軌。解決獨(dú)立車輪輪緣磨耗題目的主要措施有以下幾種:設(shè)計(jì)公道的踏面，避免輪緣在直線上與鋼軌接觸。獨(dú)立車輪依靠重力復(fù)原力進(jìn)行導(dǎo)向，而重力復(fù)原力取決于左、右車輪的接觸角差，因此獨(dú)立車輪的踏面設(shè)計(jì)中需要盡量地增加左、右車輪的接觸角差。采用接觸角踏面反推法設(shè)計(jì)獨(dú)立

15、車輪踏面是一種有效的方法。進(jìn)行輪緣潤滑，并在小半徑區(qū)段敷設(shè)護(hù)軌，利用輪背來導(dǎo)向。采用具有徑向功能的轉(zhuǎn)向架，以減小輪對在曲線上的沖角。另外，獨(dú)立車輪轉(zhuǎn)向架的左、右側(cè)軸距差也需要重點(diǎn)控制，一般來講，對兩軸轉(zhuǎn)向架其左、右側(cè)軸距差需控制在1mm之內(nèi)。3. 模塊化車體型式 克服雙鉸三車體缺點(diǎn)的方法是采用五車體型，如圖5所示。將三車體型式中的長車體改為兩個(gè)短車體；兩端部的短車體A、F下面設(shè)置動(dòng)力轉(zhuǎn)向架，中間的浮動(dòng)車體B、D通過連接鉸與端部車體和中間車體C連接。顯然，五車體型式通過曲線時(shí)車體的橫移量大大減小，車體端部基本上不用削尖。五車體型式的另一個(gè)好處是:高地板處的動(dòng)力轉(zhuǎn)向架可以采用無搖枕型式，這簡化了動(dòng)力轉(zhuǎn)向架的設(shè)計(jì)。 模塊化是指:將車輛的各部件如動(dòng)力轉(zhuǎn)向架、拖動(dòng)轉(zhuǎn)向架、前端車體、浮動(dòng)車體、中間車體、鉸接部等進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)；然后根據(jù)需要靈活地調(diào)整車輛編組形式，以適應(yīng)客戶對客流量的需求，從而最大限度地降低造價(jià)。圖7給出了模塊化的七車體