（机械工程专业论文）120kmh交流传动货运电力机车转向架的设计.pdf

大连理工大学专业学位硕士学位论文 摘要 随着铁路运输的发展和人民生活水平的提高，人们对时空的观念有了深刻的变化， 对铁路运输有了新的要求。为了适应现代社会高效率、快节奏的要求，铁路部门己进行 了五次大提速。第六次铁路大提速将很快到来，1 2 0 k m h 交流传动货运电力机车注定将 步入历史舞台。作为机车重要部件之一的转向架，它是用来传递各种载荷，并利用轮轨 问的粘着保证牵引力产生。转向架结构性能的好坏，直接影响机车的牵引能力、运行品 质、轮轨的磨耗和列车的安全。所以说开发动力车转向架是开发大功率货运机车的关键。 1 2 0 k m h 交流传动货运电力机车转向架是在充分借鉴国、内外机车开发运用经验的基础 上开发设计的，它采用c o c o 轴式，主要由构架、轴箱、轮对、一系悬挂、二系悬挂、 制动、驱动传动、牵引等部分组成。开发完成的转向架具有速度高、牵引力大、技术先 进可靠、易于维护等特点，它将填补我国在1 2 0 k m h 交流传动货运电力机车三轴转向架 领域的空白，具有重大的社会效益和经济效益。 关键词：机车；转向架；设计；货运 1 2 0 k m h 交流传动货运电力机车转向架的设计 t h ed e s i g no f t h e l2 0 k m ha cd r i v ee l e c t r i cl o c o m o t i v eb o g i e a b s t r a c t w i t ht h ei m p r o v e m e n to fp e o p l e sl i f ea n dt h ed e v e l o p m e n to fr a i l w a yt r a n s p o r t ，t h e p e o p l e si d e a so ft i m ea n ds p a c eh a v ec h a n g e d t h e yh a v eh a dt h en e wr e q u e s tt or a i l w a y t r a n s p o r t t om e e tw i t ht h er e q u e s to fh i g he f f i c i e n c ya n dr 印i ds p e e di nm o d e r ns o c i e t y , t h e r a i l w a ya d m i n i s t r a t i o nh a di m p r o v e dt h es p e e do fl o c o m o t i v ef o rf i v e t i m e s t h es i x t h i m p r o v e m e n to ft h el o c o m o t i v e ss p e e di sc o m i n g ，s ot h el o c o m o t i v ew h i c hs p e e di s1 2 0k m hw i l lw a l ku pt h eh i s t o r ys t a g ei nas h o r tt i m e a so n eo ft h ei m p o r t a n tc o m p o n e n t s ，t h e b o g i ec a nt r a n s f e ra 1 1k i n d so fl o a d s a n df o r mt h et r a c t i v ee f f o r tb yt h ea d h e s i o ne f f o r t b e t w e e nt h ew h e e l sa n dr a i l t h es t r u c t u r eo ft h eb o g i ec a na f f e c tt h et r a c t i v ec a p a c i t yo ft h e l o c o m o t i v e ，t h er i d i n gc h a r a c t e r i s t i c ，t h ew e a l b e t w e e nt h ew h e e la n dr a i la n dt h es a f e t yo f t h el o c o m o t i v e d e v e l o p i n gt h eb o g i ei sak e yt o d e v e l o p i n gt h eh i - p o w e rf r e i e h t l o c o m o t i v e t h e r e f o r e ，t h e1 2 0 k m hh i g h s p e e dl o c o m o t i v eb o g i ei sd e v e l o p e da n dd e s i g n e d i n d e p e n d e n t l y t h eb o g i ed e s i g ni sb a s e do nt h ed o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a le x p e r i e n c eo f b o 画ed e v e l o p m e n ta n dd e s i g n c 卜c oa x l et y p ei sa d o p t e d t h eb o g i ec o n s i s t so fb o g i e f r a m e ，a x l eb o x ，w h e e ls e t ，p r i m a r ys u s p e n s i o n ，s e c o n d a r ys u s p e n s i o n ，b r a k es y s t e m ，t r a n s m i t s y s t e m ，d r a wb a rg e a ra n ds oo n t h ed e v e l o p e da n dd e s i g n e db o g i ei so ft h ec h a r a c t e r so f h i 曲s p e e d ，h i 曲t r a c t i o n ，a d v a n c e da n dr e l i a b l et e c h n i q u e ，g o o dm a i n t a i n a b i l i t ya n ds oo n t h eb o g i ew i l lf i l lt h eb l a n ki n12 0 k m hs p e e dg r a d ea cd r i v ef r e i g h te l e c t r i cl o c o m o t i v e t h r e ea x l e sb o g i e i tw i l lb r i n ga b o u tt h es i g n i f i c a n ts o c i a la n de c o n o m i cb e n e f i t k e yw o r d s ：l o c o m o t i v e ；b o g i e ；d e s i g n ；f r e i g h t 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：主雌日期：奎乒 大连理工大学硕士研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用 规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理： 大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论 文。 作者签名： 导师签名 虱遂整 互望! 童 年上月亚日年上月亚日 大连理工大学专业学位硕士学位论文 弓 口 我国幅员辽阔，铁路运输作为国民经济的命脉，直接影响着我国国民经济的发展和 社会进步。近年来，随着铁路运输的发展和人民生活水平的提高，人们对运输快捷、便 利、舒适的要求日益提升。我国铁路从1 9 9 7 年4 月1 日进行第一次列车提速以来，至 2 0 0 4 年4 月1 8 日已经进行了5 次列车大提速，目前大部分主要干线客运列车的最高速 度已经达到1 6 0 k m h ，货物列车也在开行提速、重载方面朝着“压缩中转时间，压缩站 停时间，提高旅行速度，实现内涵扩大再生产”的目标迈进，较好的解决了运能和运量 日益突出的矛盾。5 次列车提速的实践证明，提速更好的适应了国民经济和社会发展的 需要，既为社会开创了效益，也为铁路本身增加了收益。而真正的意义还在于：大大加 快了铁路技术创新与进步的步伐。每一次铁路大提速，技术创新都迈上了一个新的台阶， 同时，技术进步的加快更为实施提速提供了强大的技术支持。 我国铁路近几年的方针是客运提速、货运重载。但是，我们应该看到：中国铁路是 一个高强度运输的铁路系统，用仅占世界铁路6 的营业里程，完成了世界铁路2 4 的 换算周转量。由于我国铁路里程少，客、货共线，运输强度、密度居世界之首，基于运 能的制约，按目前的统计，为将旅客列车时速提高到1 6 0 k m h 以上，每开行1 对提速客 车，至少要减少或影响三对货运列车。所以，在提高客运列车速度的同时必须兼顾货运 列车的速度、密度、重量等因素。既在客、货分流未能完全解决之前，在开行重载货物 列车的同时，必须提高货运列车的速度，才能部分解决货运列车和客运列车之间争夺运 能的矛盾。 作为一个铁路机车制造企业，我们分析国内铁路市场，凭借敏锐的嗅觉，捕捉到了 这一发展机遇，决定为了铁路货运重载、提速的需要，开发最高速度1 2 0 k m h 的大功率 交流传动货运电力机车，以适应铁路运输的发展需求。争取在铁路第六次大提速到来之 际，使1 2 0 k m h 交流传动货运电力机车能够作为高速重载货运机车主力车型抢占国内 货运市场。 作为机车重要部件之一的转向架，它是用来传递各种载荷，并利用轮轨间的粘着保 证牵引力的产生。转向架结构性能的好坏，直接影响机车的牵引能力、运行品质、轮轨 的磨耗和列车的安全。转向架设计开发的成功与否将直接影响到1 2 0 k m h 交流传动货运 机车开发的成败。特别是机车向高速、大功率方向发展，对转向架的要求就更高了。根 据现代机车的发展趋势，转向架应保证具有最佳的粘着条件，轴重转移尽量小，以满足 提高客、货运机车牵引力的要求( 一般要求粘着重量利用率不低于9 0 ) ：在直线或曲 线区段运行时，具有良好的动力学性能，尽可能减小对线路的动作用力和减小轨道及车 1 2 0 k m h 交流传动货运电力机车转向架的设计 轮的应力与磨耗；转向架构架在满足强度和刚度要求的前提下，尽可能减轻自重，制造 工艺简单；转向架各部分具有良好的可接近性，在保证运用可靠的前提下，结构简单， 采用无磨耗及不需要维修的结构形式，以减少维修工作量及延长两次维修间的走行公里 数。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 1 总体设计思想及可行性分析 1 1 总体设计思想 机车转向架是机车的重要部件之一。它用来传递各种载荷，并利用轮轨间的粘着保 证牵引力的产生。转向架结构性能的好坏，直接影响机车的牵引能力、运行品质、轮轨 的磨耗和列车的安全。特别是机车向高速、重载方向发展，对转向架的要求就更高了。 根据现代机车的发展趋势，转向架应具有的技术要求是： l 、保证最佳的粘着条件 保证最佳的粘着条件，轴重转移尽量小，以满足提高客、货运机车牵引力的要求( 般要求粘着重量利用率不低于9 0 ) 。 2 、良好的动力学性能 在直线或曲线区段运行时，具有良好的动力学性能，尽可能减小对线路的动作用力 和减小轨道及车轮的应力与磨耗。因此，对客、货运机车的簧下重量应有不同的要求， 客运机车每轴簧下重量应不大予3 0 k n ，高速机车的簧下重量应更小一些；货运机车每轴 簧下重量应不大于4 0 、5 0 k n 。干线机车应采用二系悬挂，并增大弹簧装置的静挠度，以 适应高速运行的需要。 3 自重轻，工艺简易 转向架构架在满足强度和刚度要求的前提下，尽可能减轻自重，制造工艺简单，各 粱之间不允许用螺栓连接。 4 良好的可接近性 要求转向架各部分具有良好的可接近性，在保证运用可靠的前提下，结构简单，采 用无磨耗及不需要维修的结构形式，以减少维修工作量及延长两次维修间的走行公里 数。 5 零部件材质统一 设计转向架时，要求尽可能采用等强度设计，各个部件的材质尽可能统一化。 因此，我们在设计c o c d 轴式1 2 0 l ( m h 货运电力机车转向架时，在满足各项基本性 能要求的前提下，转向架设计时应着重考虑的是机车粘着重量利用率、构架和牵引装置 的强度。 1 2 设计目标 ( 1 ) 转向架总体符合t b 广r 1 9 9 7 2 0 0 3 电力机车转向架技术条件。 ( 2 ) 转向架最高试验速度1 2 0 k m h ，最高运用速度1 2 0 k m h 。 1 2 0 k n g h 交流传动货运电力机车转向架的设计 ( 3 ) 转向架动力学性能应满足t b t 2 3 6 0 9 3 ( 铁道机车动力学性能试验鉴定方法及评 定方法。 “) 转向架达到国内领先水平。 5 ) 转向架易于维护，具有长使用寿命和大修周期。 1 3 可行性分析 自1 9 9 7 、1 9 9 8 年以来，大连机车车辆有限公司开始批量生产d f 4 0 型客、货机车( 到 目前为止累计生产将达到8 0 0 多台) ，占据第一次、第二次铁路大提速市场的7 0 以上 份额；2 0 0 0 年1 0 月公司又推出0 f 4 0 型准高速客运机车，时速达到1 7 0 k m h ，为铁路客 运提速提供了主型机车；2 0 0 0 年1 2 月，公司首台s s 4 型电力机车下线，使公司的电力 机车生产实现了零的突破，2 0 0 1 年s s 4 型电力机车进入小批量生产，该型机车到目前为 止累计生产将近2 0 0 台，为铁路重载提供动力。电力机车的研制与批量生产形成、造就 了电力机车开发队伍；2 0 0 2 年，集团公司又立项开发s s 7 e 型时速1 7 0 1 ( m h 的客运电力 机车，该型机车在技术性能上优于$ 8 4 型电力机车，在开发方式上，采用联合设计模式， 成立了集团公司领导下的研发中心、大连公司与大同公司的联合开发组，总体部分借鉴 了s s 7 0 、s s 9 型电力机车设计，走行部分借鉴了d f 4 d 型准高速客运机车的成功设计。 该机车2 0 0 2 年试制下线，成为铁路客运提速的又一主型机车。这些机车转向架的开发 将为1 2 0 k m h 交流传动货运电力机车转向架的开发设计提供参考、借鉴和运用经验。 目前，随着铁路的不断发展转向架课题得到了高等院校、科研院所的高度重视和 研究，特别是西南交通大学机车车辆研究所、铁道科学研究院、戚墅堰机车车辆研究所 等单位，他们对转向架及其部件已进行了长期深入的研究。在研发过程中我们可以得到 更多的理论支持，特别是在机车动力学、重要部件的强度、寿命分析方面。因此开发过 程有足够的理论、计算、分析支持，增加了开发的成功率。 一4 大连理工大学专业学位硕士学位论文 2 转向架总体方案设计及主要技术参数 2 1 转向架总体方案设计 1 2 0 l c m h 交流传动货运电力机车前、后两个三轴转向架的结构相同。设计过程中通 过动力学计算和参数优化，合理配置转向架的一、二系悬挂参数和阻尼，使机车达到良 好的动力学性能。转向架主要由构架装配、轮对装配、轴箱、电动机悬挂装置、基础制 动装置、二系支承装配、牵引装置、附件装配和转向架配管装配等组成，转向架结构见 图2 1 。 1 ) 牵引杆装配2 ) 轴箱装配( 一)3 ) 构架4 ) 二系支承装配5 ) 轮对装配6 ) 基础制动装 置7 ) 牵引电动机悬挂装置8 ) 附件装配9 ) 配管装配1 0 ) 进风道装配1 1 ) 轴箱装配( 二) 图2 1 转向架总图 i ) a r a c t i o nf o da s s e m b l y2 ) 瓢i e b 强a s s e m b l y ( 1 )3 ) b o g i e4 ) s e c o n d a r ys 嶙p e n s i o na s s e r n b l y 5 ) w h i s e t 船s 咖b i y6 ) b r a k i n gf i g g i n gd e “7 ) t r a c t i o nm o t o r 驯s i o n 鹊s 咖b i y8 ) a c c e s s o r i 韶 a s s e m b l y9 ) p i 砷【i ga s s e m b l yl o ) v e n td u c ta s s e m b l y1 1 ) a 对e b o xa s s e m f i g 2 1 b o g i e 船s e m b l y 构架是整个转向架的骨架，它具有足够的强度和刚度。构架采用焊接结构，主要由 两个侧梁、两个横梁和两个端梁组成的“目”字形结构。每个梁都是箱形结构。构架设 计中着重考虑了可靠性和耐久性设计。 轴箱是轮对与构架间的连接部件，它将轮周牵引力、制动力传递给构架。轴箱纵向 采用单侧长拉杆定位，其纵向刚度很大，有利于保持驱动系统稳定性，提高粘着利用， 还可以提高高速运行时的临界速度。 1 2 0 k m h 交流传动货运电力机车转向架的设计 一系悬挂采用螺旋弹簧、减振垫和垂向减振器，垂向承担车体及转向架重量及垂向 动力作用，横向承担轮对相对于转向架构架的横向力。衰减一系簧下振动对构架和车体 的冲击。 二系悬挂由两端加橡胶垫的高圆弹簧和各内减振器组成。垂向承担车体重量以及车 体与转向架之间的垂向动力作用，横向则承担风力、离心力及车体与转向架的横向力作 用。衰减二系弹簧下振动对车体的冲击和蛇形运动。 牵引杆将传递到构架上的牵引力、制动力继续传递给车体牵引座，最后传递给车钩， 牵引列车运行。牵引杆装置结构形式为推挽式中央平拉杆，这种结构在我国的内燃、电 力机车转向架上已广泛使用。 基础制动装置是使运行中的机车减速和停车，停放中的机车不发生溜逸的部件，它 采用轮盘制动。每个车轮安装有一套独立的单元制动器，车轮辐板上装有制动盘，单元 制动器上的闸瓦在压力的作用下与制动盘磨擦，进而将动能转化为热能，达到减速停车 目的。 电动机悬挂装置采用滚动抱轴式半悬挂。它是动力传输部件，它主要由滚动抱轴箱 体、交流牵引电机、主动齿轮等部件组成。电机输出的扭矩通过小齿轮、大齿轮到车轴 上，使车轮旋转。主从动齿轮由齿轮箱罩住并获得密封的油浴式润滑。 附件装配主要由砂箱装配、扫石器组装、轮缘润滑装置、侧挡装配和垂向止挡等组 成。 2 2 转向架主要技术参数 机车轴式 机车轴重( t ) 构造速度( k m h ) 轨距( 咖) 轴距( 咖) 转向架总重( t ) 每轴簧下重量( t ) 轮径( 胁) 通过最小几何曲线半径( n u n ) 二系支承横向中心距( 姗) - 6 - c n c 0 2 3 1 2 0 1 4 3 5 2 2 5 0 + 2 0 0 0 2 8 9 7 5 3 1 2 5 0 ( 新造轮径) 1 2 0 0 ( 半磨耗计算轮径) 1 1 5 0 ( 到限轮径) 1 2 5 m ( 机车速度、 5 k m h ) 2 0 5 0 大连理工大学专业学位硕士学位论文 牵引点距轨面高度( 伽) 牵引电机悬挂方式 传动比 齿轮模数 悬挂装置总静挠度( n u n ) 一系悬挂装置静挠度( 衄) 二系悬挂装置静挠度( 嘞) 转向架相对车体横动量( 哪) 构架相对轴箱横动量( 姗) 轮对相对轴箱横动量( 珊) 基础制动方式 制动倍率 弹簧停车制动率 2 4 0 滚动抱轴式轴悬式 7 7 1 - 6 = 4 8 1 2 5 1 2 1 5 2 2 3 ( 弹簧+ 橡胶减振垫) 5 2 6 + 5 6 ( 弹簧+ 橡胶减振垫) 9 2 6 + 1 4 3 ( 自由+ 弹性)2 0 + 5 ( 单边) 士1 0 一士1 0 一士1 0 0 一士1 5 一o 轮装式盘形制动 2 4 0 4 0 4 1 2 0 k n v h 交流传动货运电力机车转向架的设计 3 构架装配 3 1 设计目标 ( 1 ) 构架应具有足够的强度、刚度，设计完后的构架能够顺利完成按t b t 2 3 6 8 2 0 0 5 动力转向架构架强度试验方法进行的静强度和疲劳强度试验。 ( 2 ) 在满足强度的情况下，构架应尽量的轻量化，以尽量减轻机车簧问重量，降低 转向架与轨道之间的动力作用。 3 2 构架结构设计 构架是转向架的骨架。通过它将轮对、轴箱、弹簧悬挂装置、牵引杆装置、电机悬 挂及基础制动装置等众多部件组成一个转向架的整体。它也是承载和传力的基体，通过 构架保证转向架内各部件的相互定位和必要的运动关系。当机车以各种工况运行时，构 架承受来自车体及其上部设备重量的垂直载荷和由于机车振动引起的垂直附加动载荷； 承受机车牵引或制动时产生的牵引力或制动力；承受机车通过曲线时的水平横向力和离 心力等。为了满足各组成部件能够正常工作，构架必须具有足够的强度和刚度，一定的 几何尺寸和精度要求。为此，构架采用了具有强度大、刚性好、重量轻、截面成箱形的 全钢板组焊式结构。 构架主要由左右侧梁、前后端梁、牵引横梁、横梁和各种附加支座等组成。每个梁 组焊成封闭式的箱型结构，构架组焊后成框架式“目”字形结构，如图3 1 所示。此种 结构的构架具有强度大、刚性好和重量轻等特点。 图3 1 构架 f i g 3 1b o g i e 为了保证构架在机车正常运用中具有足够的强度、刚度和疲劳寿命，设计过程中， 在主要受力处，如：各个减振器座、轴箱拉杆座、旁承座以及牵引电动机吊杆座等位置 8 一 大连理工大学专业学位硕士学位论文 均焊接有加强筋板( 如图3 2 所示) ；在侧架与横梁和前，后端梁连接处的焊缝尽量错 开，不要重叠到一起；侧架上、下盖板与横梁交接处及侧架立板压型处尽可能采用较大 的过度圆弧，避免应力集中。另外，为保证焊缝的质量，重要的焊缝，比如侧架与各梁 的对接焊缝，要求进行探伤检查。 为减少焊接残余应力，构架在组焊完后，应进行退火处理，以减少焊接残余应力。 为保证退火效果，退火处理工艺按t b t2 4 4 7 - 1 9 9 3 内燃机车转向架焊接技术条件中 的要求，严格控制升温速度、保温时间、降温速度、冷却等。 设计好的构架按u i c 6 1 5 - 4 的要求进行了构架的静强度和疲劳强度计算，各部应力 值都在允许的范围之内，应力分布也比较均匀，没有明显的应力集中区。同时，也对焊 缝的疲劳强度进行了计算，计算结果表明，焊缝强度也满足要求。为了验证设计和计算 的正确性，在构架样件加工出来后，在铁科院检测中心进行了静强度试验和1 0 0 0 万次 疲劳强度试验，结构未发现有疲劳裂纹，满足t b t 2 3 6 8 2 0 0 5 动力转向架构架强度试 验方法的要求。 图3 2 构架内部筋板布置示图 f i g 3 2l a y o u to f b o g i ei n - h o u s er i d d e dp l a t e 1 2 0 k m h 交流传动货运电力机车转向架的设计 4 轮对装配 轮对是转向架最重要的关键件之一。机车绝大部分载荷均通过它传递给钢轨，牵引 电动机所产生的扭矩也是通过它传至钢轨产生牵引力。机车运行时，它还承受钢轨接头、 道岔、曲线通过和线路不平顺时的垂向和水平作用力。 轮对装配是由车轴、车轮装配、从动齿轮和滚动抱轴箱装配、螺堵和橡胶堵组成( 见 图4 1 ) 。车轮采用注油压装，组装时在车轴轮座和车轮毂孔之间注入高于它们之间接 触应力的高压油，使之形成油膜，随着轮座和毂孔接触面的增加，油不断渗透，使整个 轮对压装的过程处于油膜隔开的情况下进行。轮座和毂孔之间的装配过盈量应在毂孔直 径的0 8 0 l 之间，本车的轮座和毂孔之间的装配过盈量取0 2 6 - 0 3 3 ，注油油压在 9 8 1 4 7 m p a 之间，注油压装终止时压入力不得超过1 9 6 k n ，车轮组装完成后应进行反 压力检验，反压力检验在注油压装4 小时后进行，车轮反压力为1 4 6 6 k n ，反压三次， 每次持续l o 秒不得松动，其余要求应符合t b 厂r 1 7 5 7 9 1 机车车轮与车轴注油压装技术 条件的有关规定。从动齿轮组装也同样采用注油压装，其与车轮配合的过盈量为 o 2 7 加3 4 ，齿轮反压力检验压力为7 4 1 k n 。车轮拆卸时仍通过轮毂上的高压油孔注油退 下。 1 ) 车轴2 ) 螺堵9 2 0 1 53 ) 车轮装配4 ) 滚动抱轴箱装配5 ) 从动齿轮 图4 1轮对装配 i ) a x l e2 ) s c a rp l u g3 ) w h e e la s s e m b l y4 ) r o l l i n ga x l e h u n gb o xa s s e m b l y5 ) d r i v e ng e a r f i g 4 1w h e e l s e ta s s e m b l y 大连理工大学专业学位硕士学位论文 4 1 车轮装配 车轮装配包括整体车轮和摩擦盘组装。摩擦盘组装包括摩擦盘和螺栓，摩擦盘采用 进口k n o r r 公司标准铸铁盘，摩擦盘通过1 8 个m 1 2 的螺栓直接把对到车轮上，螺栓 的把紧力矩为8 6 n m 。车轮为整体辗车车轮，车轮毛坯从欧洲进口，车轮毛坯应符合 t j z i _ , - 0 1 0 4 中国铁路机车用粗制整体辗钢车轮订货技术条件。车轮与钢轨顶面接触 的部分称为车轮踏面，车轮踏面采用标准t b t 4 4 9 2 0 0 3 机车车辆用车轮轮缘踏面外形 规定的j m 3 型踏面( 如图4 2 所示) ，以减少轮缘磨耗，延长车轮使用寿命。踏面加工 后用样板检查，踏面与样板间的间隙沿滚动圆表面允差为0 5 m m ，沿轮缘高度允差为 l m m ，沿轮缘厚度允差为0 5 r a m ，检查时样板应紧贴车轮内侧面。与钢轨内侧面接触的 部分称为轮缘，轮对左右两车轮轮缘内侧距离为1 3 5 3 l m m 。同一轮对沿滚动圆测量 直径允差不大于l m m ，同一转向架轮径允差不大于2 m m 。成品车轮还要进行静平衡试 验，用减重法使不平衡量在2 5 9 i 1 1 以内。车轮的辐板、轮辋等表面全部要进行磁粉探 伤，并且要按铁道部运装机验 1 9 9 8 6 4 号文公布的铁道机车进口轮箍、整体辗钢车 轮轮辋超声波探伤技术条件进行超声波探伤检查。 图4 2j i l 3 型踏面 f i g 4 2j m 3p r o f i l e 1 2 0 1 a n h 交流传动货运电力机车转向架的设计 4 2 滚动抱轴箱装配 滚动抱轴箱装配由两组进口圆锥滚子轴承、轴承箱、密封圈、滚动抱轴箱体等组成。 抱轴箱装配传动端轴承为f a g 5 4 7 7 3 4 h 6 7 c ，外廓尺寸为2 5 5 6 3 4 2 9 x 6 3 5 ，接触角为 1 7 。1 07 。轴承内圈与车轴过盈配合，过盈量为o 1 5 2 , 4 ) 1 0 2 ，轴承外圈与抱轴箱体内孔 过盈配合，过盈量为0 - 4 ) 1 。非传动端轴承为f a g 5 4 7 7 3 3 h 6 7 c ，外廓尺寸为2 5 4 x 3 2 4 9 7 5 x 4 1 5 ，接触角为2 2 。3 37 。轴承内圈与车轴过盈配合，过盈量为o 1 5 2 - , 4 ) 1 0 2 ，轴承外 圈与抱轴箱体内孔过盈配合，过盈量为0 - 0 1 。 抱轴箱体为铸钢件，材质为铸钢z g 2 3 0 - 4 5 0 ，用8 个m 3 6 x 3 螺栓拧紧在牵引电动 机上，箱体两端加工了两个圆孔，传动端圆孔内直接装圆锥滚子轴承。抱轴箱体非传动 端圆孔内装有轴承箱，材质为锻钢q 2 7 5 ，轴承箱外圈与箱体间隙配合，间隙为 o 0 6 2 - - , 0 1 7 6 。轴承箱装在抱轴箱体圆孔内的端面支撑着轴承外圈端面，承受着轮对横向 冲击：轴承箱另一端为法兰盘，沿盘圆周加工有8 个中1 2 螺栓孔，法兰盘厚度为7 。 抱轴箱体非传动端端面和轴承箱法兰盘端面间装有可分开式调整垫片，材质为锻钢 0 2 7 5 ，公称厚度为8 。抱轴箱装配可在组装后调换不同厚度的调整垫片调整轴承的轴向 游隙。 1 ) 端盖2 ) 定位套3 ) 轴承f a g 5 4 7 7 3 3 h 6 7 c4 ) 轴承箱5 ) 螺栓- 1 1 2 4 06 ) 滚动抱轴 箱体7 ) 螺堵m i o x l8 ) 大端盖9 ) 螺栓m 1 2 x 6 01 0 ) 垫圈1 2 1 1 ) 调整垫片 1 2 ) 细杆螺栓1 3 ) 止动垫1 4 ) 轴承f a g 5 4 7 7 3 4 h 6 7 c 图4 3 滚动抱轴箱装配 大连理工大学专业学位硕士学位论文 1 ) e n dc a p2 ) l o c a t i o ns l e e v e3 ) b e a r i n gf a g 5 4 7 7 3 3 h 6 7 c4 ) b e a r i n g b o x5 ) b e r tm 1 2 x 4 06 ) r o l l i n g a x l e h u n g b o x b o d y7 ) s c l w p l u g m i o i8 ) b i g e n g c a p9 ) b o l t m l 2 x 6 0l o ) g a s k e t1 1 ) a f l j a s f i n g g a s k e t1 2 ) f m r o d b o l t1 3 ) s t o p g a s k e t1 4 ) b e a r i n g f a g 5 4 7 7 3 4 h 6 7 c f i g 4 3r o l l i n ga x l e h u n g b o xa s s e m b l y 抱轴箱体非传动端还装有端盖，材质为锻钢q 2 7 5 ，端盖外圈钻有8 个由1 2 螺栓孔， 内部加工有两道轴向迷宫槽。非传动端车轴上装有小挡油圈，材质为锻钢q 2 7 5 ，与车 轴过盈配合，过盈量为0 0 7 , 0 1 2 7 。外圈加工有两道轴向迷宫槽。小端盖和小挡油圈 组装后构成抱轴箱装配非传动端轴承盖与迷宫密封。轴承内侧密封是在抱轴箱体上加工 了四道密封槽，槽中充填油脂密封。小端盖、轴承箱和调整垫片用8 个m l o x 4 5 螺栓拧 紧在抱轴箱体端面上，螺栓材质为8 8 。 抱轴箱体传动端铸有带臂的座，为安装齿轮箱用。箱体圆孔内直接安装轴承，孔端 面支撑着轴承外圈端面，承受着轮对横向冲击。外端面上装有大端盖，材质为锻钢q 2 7 5 ， 大端盖外圈钻有7 个m 1 2 螺纹孔，顶部有一道导油槽，内部加工有一道轴向迷宫槽。 抱轴箱装配组装完后两套圆锥滚子轴承共有的轴向游隙为0 0 5 - 0 1 8 。此游隙在轴 承未装润滑脂时进行调整。调整游隙后从m l o 1 加脂孔加入润滑脂( 润滑脂为 t b t 2 9 5 5 1 9 9 9 铁路机车轮对滚动轴承润滑脂) ，传动端为0 6 公斤，非传动端为 0 5 公斤。加工完成后用m 1 0 x1 螺堵封住，平时不用加脂，运行3 0 万公里后每端加1 5 0 克润滑脂。 4 3 车轴 车轴材料为3 5 c r m o a 镇静钢。车轴轮座直径由2 5 2 m m ，中间轴身座直径由2 3 0 m m ， 两侧轴颈直径由1 6 0 m m ( 如图4 4 所示) 。由于车轴是重要的受力部件，它的质量好坏 图4 4 车轴 f i g 4 aa x l e 1 2 0 1 m a h 交流传动货运电力机车转向架的设计 将直接影响到行车安全。在设计车轴时，着重考虑了避免应力集中，在车轴不同直径的 过渡区均采用了大圆角过渡，有些地方还采有了滚压加工来提高表面质量。车轴按t b 厂r 2 3 9 5 1 9 9 3 机车车轴设计与强度计算方法进行计算，强度符合要求。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 5 轴箱装配 5 1 轴箱装配结构设计 轴箱装配主要由前后端盖、轴箱体、吊钩、轴承单元、压盖、接地装置、速度传感 器、轴箱拉杆、一系弹簧和橡胶减振垫、一系垂向减振器等组成，如图5 1 和图5 2 所 示。 图5 1 轴箱装配 f i g 5 1a x l c b o xa s s e m b l y 轴箱装配采用无导框的轴箱拉杆式定位结构。每一轴箱采用两组单圈螺旋弹簧加橡 胶减振垫，并在端轴轴箱间配置一系垂向减振器，构成一系悬挂系统。一系悬挂系统与 转向架的构架弹性相连，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并减弱来自轮轨的垂向振动。转向架中间轴右侧装有光 电速度传感器。轴箱轴承采用f a g 公司生产的轴承单元，这种轴承单元在制造厂已经 填充了润滑脂，并且整体密封。在组装时采用专用压装设备将轴承整体压装到车轴上， 不需解体，压装终止贴合压力为5 5 t 巧0 t ，并且压力应平稳上升，不得有抖动。轴承的 免维护周期可以达到1 0 0 万k m ，排除了由于轴承组装、润滑和清洁度等问题影响轴承的 正常使用寿命。考虑到机车在线路上运行的状态，两个端轴和中间轴分别采用两种游隙 的轴承，组装后两个端轴的轴承游隙为( o 3 o 6 ) 哪，中间轴的轴承游隙为1 5 咖。轴 箱螺栓拧紧应用扭矩扳手，m 2 4 的螺栓拧紧力矩为2 9 3 0 0 n m ；m 2 0 的螺栓拧紧力矩 为2 1 0 2 2 0 n m ；m 1 6 的螺栓拧紧力矩为1 6 1 7 0 n m ，并用l 1 陀6 2 螺纹紧固胶。组装 弹簧时应按每个弹簧标注的工作高度进行选配，同一转向架各弹簧的工作高度之差不大 于2 m m ，同一台机车各弹簧的工作高度之差不大于4 m m 。当达不到要求时，允许用调 整垫片进行调整。调整垫片的安装数量根据组装的实际情况进行选择。减振器装车前必 1 2 0 k m h 交流传动货运电力机车转向架的设计 须进行性能试验，阻尼力为：当v = 0 1 l r d s 时，阻尼力为5 1 0 0 7 7 0 n ；当v = 0 3 m s 时， 阻尼力为9 7 0 0 1 4 6 0 n 。 1 ) 后盖2 ) 防尘圈3 ) 轴箱体4 ) 轴承f a g s 0 1 8 0 45 ) 压盖6 ) 前端盖7 ) j t ( ；j 接地装置 8 ) 轴箱弹簧9 ) 吊钩1 0 ) 减振垫1 1 ) 减振器 图5 2 轴箱装配分解视图 1 ) r e a rc o v e t2 ) d u s tr i n g3 ) a x l e b o xb o d y4 ) b e a r i n gf a g 8 0 1 8 0 46 ) f i o n te n dc o v f f t 7 ) j t j gg r o u n d i n gd e v i c e8 ) a x l e b o xs p r i n g9 ) h o o k1 0 ) d a m p i n gp a d 1d d a m p e t f i g 5 2e x p l o d i n gd r a w i n go f a x l e b o xa s s e m b l y 5 2 一系悬挂系统参数确定 5 2 1 一系垂向静挠度对机车动力学性能的影响 一系垂向静挠度主要影响机车的垂向动力学性能，而对机车的横向动力学性能影响 较小。一系垂向静挠度对机车垂向动力学性能的影响见图5 3 。要使机车的垂向平稳性 指标小于2 7 5 ，达到优良标准，一系垂向静挠度应该达到8 0 n e n 以上( 机车的总静挠度应 该达到1 8 0 m m ) ，如果一系垂向静挠度取5 0 m m ，机车的垂向平稳性指标能够达到良好标 大连理工大学专业学位硕士学位论文 准，而车体的垂向振动加速度可以小于2 4 5 m s 2 ，达到优良标准。一系垂向静挠度对轮 对的垂向轮轨力影响较大，增大一系垂向静挠度，轮对的垂向轮轨力减小。由于机车在 结构设计上一系垂向静挠度增大到8 0 n n 比较困难，因此，一系垂向静挠度取5 0 m m 可以 使垂向平稳性指标达到良好标准，而车体的垂向振动加速度达到优良标准。 蜷 靶 塑 释 斗 叵 啪 善 r 蔷 蒌 图5 3 一系垂向静挠度对机车垂向动力学性能的影响 f i 昏5 3 删o f p r i m a r yv e m ls t a t i cd e f l e c t i o n6 wv e r t i c a ld y n a m i cp e r f o r m a n 5 2 2 一系横向刚度对机车动力学性能的影响 一系横向刚度主要影响机车的横向动力学性能，而对机车的垂向动力学性能影响较 小。一系横向刚度对机车横向动力学性能的影响见图5 4 。它对机车的横向平稳性指标 影响较小，对车体的横向振动加速度和横向轮轨力影响较大。要使机车的横向平稳性指 标小于2 7 5 ，达到优良标准，一系横向刚度( 每轴箱) 应该在4 0 1 0 6 5 o x l 0 6 r 脚之 间，这时，车体的横向振动加速度也可以小于1 4 7 卅s 2 ，达到优良标准。虽然一系横 1 2 0 k m h 交流传动货运电力机车转向架的设计 向刚度在1 o 1 0 6 n m 时横向动力学指标最好，但结构设计上会有困难，同时其横向稳 定性可能降低。因此一系横向刚度( 每轴箱) 取4 5 1 0 5 n m 。 强 窭 掣 嚣 牛 _ 叵 舞 宝 r 星 冬 靛 辩 图5 4 一系横向刚度对机车横向动力学性能的影响 f i g 5 4a f f e c t i o no f p r i m a r yl a t e r a lf l t i f f i l e s $ f o rl o c o m o t i v el a t e r a ld y n a m i cp e r f o r m a n c e 5 2 3 一系纵向刚度对机车动力学性能的影响 一系纵向刚度主要影响机车的横向动力学性能，而对机车的垂向动力学性能影响较 小。一系纵向刚度对机车横向动力学性能的影响见图5 5 。它对机车的横向平稳性指标、 车体的横向振动加速度和横向轮轨力的影响都较小，增大一系纵向刚度，机车的横向平 稳性指标、车体的横向振动加速度和横向轮轨力都减小。要使机车的横向平稳性指标小 于2 7 5 ，达到优良标准，一系纵向刚度( 每轴箱) 应该大于4 0 x 1 0 6 所，这时，车体 的横向振动加速度也可以小于1 4 7 卅s 2 ，达到优良标准。因此，纵向刚度( 每轴箱) 取 值在4 0 l 矿5 0 1 0 6 ，册之间。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 蜷 靼 掣 嚣 措 足 舞 宝 r 匠 并 智 辞 一系纵向刚度( 1 0 7n 脚 一系纵向刚度( 1 0 7n m ) 图5 5 一系纵向刚度对机车横向动力学性能的影响 f i g 5 5a 钕6 伽o f l h i m a , nl g i n | d i n a l 鲥施嘟f o rl o c o m o t i v ej a 胁ld y n 锄i cp e f f o r m m c e 5 2 4 一系垂向阻尼对机车动力学性能的影响 一系垂向阻尼主要影响机车的垂向动力学性能，而对机车的横向动力学性能影响较 小。一系垂向阻尼对机车垂向动力学性能的影响见图5 6 。增大一系垂向阻尼，垂向平 稳性指标和车体的垂向振动加速度都会减小，但轮轨垂向力并不是越大越好，从计算结 果来看，一系垂向减振器的阻尼为4 0 8 0 k n 吖珊比较合适。本车采用的一系垂向减振 器的阻尼为5 1 克s 所是合适的。 1 2 0 k m h 交流传动货运电力机车转向架的设计 塘 罂 掣 瓣 厦 郴 雪 r 厘 啪 嚣 辑 2 。有1 矿1 r 谕 4 5 。5 譬k 兰兰多 i r l = 毫= = e = ；_ 一一一 加：嚣黧嚣 3 5 l r 2 嘧扩1 矿二= = 亏产 一系垂向阻尼( k n s j )一系垂向阻尼( k n s m ) 图5 6 一系垂向阻尼对机车垂向动力学性能的影响 f i g 5 6a f f e c t i o no f v r 池u sv e r t i c a ld a m p i n gf o rl o c o m o t i v ev e r t i c a ld y n a m i cp e r f o m m c e 5 3 轴箱弹簧及橡胶减振垫计算 此计算主要目的是为了审核1 2 0 k m h 交流传动货运电力机车转向架所用轴箱弹簧 和橡胶减振垫的参数是否满足机车要求。 5 3 1 轴弹簧计算 已知参数 机车总重 1 3 8 t 轴重 2 3 t 每轴死重 5 3 t 弹簧运用形式：每个轴箱两组，每组由一个弹簧组成 每个轴箱弹簧载荷：p ：垄二