（车辆工程专业论文）机车驱动装置悬挂结构及参数的研究.pdf

西南交通大学博士研究生学位论文第l 页 摘要 随着我国铁路运营速度的不断提高，准高速机车普遍出现了横向动力学性 能较差的现象，与驱动装置悬挂有关的问题时有暴露。近年国外机车工业虽然 在大量新型机车上卓有成效地运用了驱动装置弹性悬挂结构，但仍缺乏深入的 理论研究；我国对该结构的认识还是一片空白。国外2 0 0 k m h 等级机车基本上 是四轴( 即2 b o 轴式) 的，因此，开发我国六轴( 即2 c o 轴式) 2 0 0 k m h 等级 新型机车面临着巨大地挑战。研究驱动装置悬挂结构参数和弹性悬挂机理，以 及2 c 。轴式2 0 0 k n y h 等级机车方案，己成为我国铁路发展亟需解决的关键问题。 本文首先采用三个刚体的简单模型，结合轮轨横向运动的特点，针对不同 轴式、结构及参数的机车进行振动分析，通过动力学分析，阐明了驱动装置弹 性悬挂的机理：通过调节驱动装置与构架间的纵、横向连接刚度，可以改变驱 动装置的振动频率，从而避开轮对横向运动主要频率，并将驱动装置与构架、 轮对的质量和转动惯量分开，抑制了驱动装置与构架、轮对间动态惯性力的传 递。 然后采用随机不平顺非线性时域响应分析方法，利用多体程序s i m p a c k 建 立机车完善的非线性模型，验证了简单模型分析的结果驱动装置弹性悬挂 要求驱动装置在构架上的纵、横向悬挂刚度在0 0 1 m n m 数量级。因此采用吊 杆悬挂是实现弹性架悬的重要结构方式，利用吊杆倾斜产生的重力复原刚度作 为等效刚度，吊杆长度在0 2 o 7 m 的范围内变化都可以满足驱动装置弹性悬挂 的刚度需要。 本文比较了刚性和弹性架悬式机车的动力学性能，发现机车运行速度在 1 4 0 k m h 以上时，采用驱动装置弹性架悬可以大大降低机车在直线和大半径曲 线高速运行时的轮轨横向力，改善机车的横向性能和电机工作条件，有效地减 小机车对线路和参数变化的敏感性。运行速度越高，弹性比刚性架悬式机车有 更大的优势。 详细研究了2 c o 轴式2 0 0 k m h 等级机车在驱动装置刚性和弹性悬挂时，采 用电机顺置与对置方案的动力学性能，说明采用驱动装置弹性对置方案的优越 性，同时指出必须设置合理的驱动装置止档间隙才能保证小半径曲线通过性能。 在机车一些重要工作条件，如：牵引、制动和周期不平顺等时，分析了牵引杆 第| i 页西南交通大学博士研究生学位论文 向车体中部和端部牵引对机车性能的影响，提出在直线和大半径曲线工况，除 了进行按运行速度相应的不平顺等级的随机不平顺计算外，应该采用敏感波长 的周期不平顺进行校核。 最后讨论了轴悬式机车电机吊挂刚度、半体悬式动力车驱动制动单元悬挂 刚度和耦合减振器特性。计算结果的趋势与线路试验结果相吻合。 本文利用了多体程序s i m p a c k 进行模拟分析，因而考虑了各种非线性因素 和运用条件，并进行不同驱动装置悬挂方式，多种机车和模型简化的全面、详 细地研究。研究成果对我国机车的设计制造和理论分析有一定参考价值，具有 较强的工程实际指导意义。 关键词：车辆工程；机车：动力学；驱动装置悬挂；模拟 西南交通大学博士研究生学位论文第l ii 页 a b s t r a c t w i t hr a i l w a yv e h i c l es p e e di n c r e a s i n gi nc h i n a ，t h es o m ei o c o m o t i v e sd o n t p r e s e n tv e r yw e l l i nt h ed y n a m i c a lb e h a v i o ri nt h el a t e r a ld i r e c t i o n t h ek e y p r o b l e m sp r e s e n ts h o u l db ea t t r i b u t e dt ot h ed r i v i n ge q u i p m e n ts u s p e n s i o n si nt h e l o c o m o t i v e s a l t h o u g hf l e x i b l ed r i v i n ge q u i p m e n ts u s p e n s i o n s ，n a m e l y , d r i v i n g m o t o r sa r es u s p e n d e di nt h eb o g i ef r a m e sw i t hd e s i r a b l ef l e x i b i l i t y , h a v eb e e n a p p l i e dt oa d v a n c e dl o c o m o t i v e si nm a n yc o u n t r i e s ，t h ef u r t h e rs t u d i e so nt h e s u s p e n s i o ns y s t e m sh a v en o tb e e nc a r r i e do u ts of a r r e g a r d i n gt h ed y n a m i c a l c h a r a c t e r so fs t r u c t u r eo ft h es u s p e n s i o ns y s t e m sa r es t i l lo u to fa c q u a i n t a n c e s h i pi n c h i n a b ya n dl a r g e ，a b r o a d2 0 0 k m hl o c o m o t i v e sh a v eb e e ne q u i p p e dw i t hf o u r a x l e s ( i e 2 8 0 ) c h i n ai s n o wf a c i n gac o m p l i c a t e dt e c h n i q u ec h a l l e n g ei n d e v e l o p m e n to f 2 0 0 k m hl o c o m o t i v eo fs i xa x l e s ( i e 2 c 0 ) ，w h i c hi sa l s oo n eo ft h e p r e s e n tp r e s s i n gt a s k st om e e tt h en e e do ff a s td e v e l o p m e n to fr a i l w a ys y s t e m si n c h i n a h o w e v e r , t h ek e yp r o b l e mt ob es o l v e di st oc l e a rt h ec h a r a c t e r so ft h e f l e x i b l es u s p e n s i o np a r a m e t e r sa n dt h em e c h a n i s mo ft h ed r i v i n ge q u i p m e n ti nt h e p r o j e c t ， t h i st h e s i se s t a b l i s h e das i m p l i f i e dm o d e lc o n s i s t i n go f3 r i g i db o d i e sf o rt h e b o g i ew i t ht h ef l e x i b l es u s p e n s i o nd r i v i n ge q u i p m e n t c o n s i d e r i n gt h ed i f f e r e n ta x l e s s t r u c t u r e sa n dp a r a m e t e r sf o rt h eb o g i e ，t h ed y n a m i c a lb e h a v i o ro ft h eb o g i e sw a s a n a l y z e di nd e t a i l t h r o u g ht h ed y n a m i c sa n a l y s i s ，t h em e c h a n i s mo ft h ef l e x i b l e d r i v i n gm o t o rs u s p e n s i o nw a sb a s i c a l l yc l a r i f i e d t h en a t u r a lf r e q u e n c i e so ft h e d r i v ea r ec h a n g e db ya l t e r i n gi t sl o n g i t u d i n a la n dl a t e r a ls t i f f n e s si nt h eb o g i ef r a m e t oa v o i dt h ew h e e l s e th u n t i n gf r e q u e n c i e s ，t h e r e b yt h ed y n a m i cm a s sa n dt h ei n e r t i a o f t h ef l e x i b l es u s p e n s i o nd r i v i n ge q u i p m e n ta r ed e c o u p l e df r o mt h eb o g i ef r a m ea n d t h ew h e e ls e t t h ei n e r t i a lm o v e m e n tt r a i l s f e rb e t w e e nt h ed r i v i n gs y s t e ma n dt h e b o g i ef r a m eo rt h ew h e e l s e ti sr e s t r a i n e d b a s e do nat i m ed o m a i nn o n l i n e a ra n a l y s i sm e t h o dc o n s i d e r i n ga ni n p u to ft h e s t o c h a s t i c i r r e g u l a r i t y o ft r a c k ac o m m e r c i a ls o f t w a r es i m p a c ka v a i l a b l ef o r e s t a b l i s h i n gc o m p l e t em o d e l so fl o c o m o t i v e sw a se m p l o y e dt ov a l i d a t et h er e s u l t s o b t a i n e db yt h ec u r r e n tm o d e l t h ef l e x i b l ed r i v i n gs u s p e n s i o na s k st h el o n g i t u d i n a l a n dl a t e r a ls t i f i n e s sb e t w e e nt h e 出i v ea n dt h eb o g i ef r a m er a n g e df r o m0 0lt oo 0 9 m n m ，s op e n d u l a rw a yw a sa d o p t e di nt h es t r u c t u r ed e s i g no ft h ed r i v i n g s u s p e n s i o ns y s t e m b ym e a n so f t h ep e n d u l u mg r a v i t a t i o n a lr e b o u n ds t i f f n e s sa st h e e q u i v a l e n ts t i f f n e s s ，i t ss u f f i c i e n ts t i f f n e s sb o u n dw a so f f e r e di no r d e rt om e e tt h e 第lv 页西南交通大学博士研究生学位论文 n e e do ft h ef l e x i b l ed r i v i n gs u s p e n s i o ne v e ni ft h el e n g t ho fp e n d u l u mr a n g i n gf r o m 0 2 mt o0 7 m t h ed y n a m i cb e h a v i o r so ft h el o c o m o t i v e sw i t hr i g i da n df l e x i b l ed r i v i n gm o t o r s u s p e n s i o n sw e r ec o m p a r e di nt h ed e t a i l e dd y n a m i c sa n a l y s i s i tw a sf o u n dt h a t w h e nt h el o c o m o t i v er u n so nat a n g e n tt r a c ko rac u r v e dt r a c kw i t hl a r g er a d i u s u p w a r d so f1 4 0k m h ，u s i n gt h ef l e x i b l es u s p e n s i o nc a nr e d u c et h el a t e r a lw h e e l r a i l f o r c e sm u c h t h el a t e r a lr i d i n gq u a l i t yo ft h el o c o m o t i v ea n dt h ew o r kc o n d i t i o no f t h ed r i v i n gm o t o ra m e l i o r a t e t h el o c o m o t i v ed y n a m i cb e h a v i o ri sl o w e rs e n s i t i v et o t h et r a c kc o n d i t i o n sa n dt h ec o n c e r n e dp a r a m e t e r sv a r i a t i o n e s p e c i a l l yi nt h e r u n n i n ga th i g h e rs p e e d ，t h el o c o m o t i v e sw i t hf l e x i b l em o t o rs u s p e n s i o nh a v et h e m o r ea d v a n t a g e st h a nt h a tw i t hr e l a t i v er i g i ds u s p e n s i o nf o rt h ed r i v i n gm o t o r t h ed y n a m i cb e h a v i o ro fs e r i o u so f2 0 0 k m hl o c o m o t i v ew i t h2 c oa x l e sw a s i n v e s t i g a t e di nd e t a i l f o rs u c hl o c o m o t i v e s ，t h er i g i da n df l e x i b l em o t o rs u s p e n s i o n s w i t ha “f a c et ob a c k ”o r b a c kt ob a c k ”s e t t i n go fm o t o r sw e r e r e s p e c t i v e l y , c o n s i d e r e d t h r o u g ht h ei n v e s t i g a t i o n ，i tw a s f o u n dt h a tt h ef l e x i b l es u s p e n s i o nw i t h “b a c kt ob a c k ”s e t t i n go fm o t o r sh a sm o r ea d v a n t a g e s a l s oi ti sp o i n t e do u tt h a ta s u i t a b l ed r i v i n gs t o pc l e a r a n c eh a st ob es e tt oe n s u r eg o o dd y n a m i cp e r f o r m a n c eo n s h a r pc u r v e dl i n e s i ns o m es p e c i a lw o r ks i t u a t i o n s ，s u c ha st r a c t i o n ，b r a k i n ga n d p a s s i n gt h r o u g hp e r i o d i c a li r r e g u l a r i t yt r a c ke t c ，t h ei n f l u e n c eo ft r a c t i o nr o d sw h i c h a c ta tt h em i d d l eo rt w oe n d so ft h ec a rb o d yo nt h el o c o m o t i v eb e h a v i o rw e r e a n a l y z e d t h et h e s i ss u g g e s t e dt h a tt h ed y n a m i cr e s p o n s eo ft h el o c o m o t i v e ss h o u l d b ei n v e s t i g a t e du n d e ra ne x c i t a t i o no ft r a c ki r r e g u l a r i t yw i t hs e n s i t i v ep e r i o d se v e n t h o u g ht h el o c o m o t i v e sp a s st h r o u g ht a n g e n tt r a c k so rc u r v e dt r a c k sw i t hl a r g er a d i i f i n a l l y , t h i s t h e s i sd i s c u s s e dt h em o t o r s u s p e n s i o n s t i f f n e s so fa n a x l e m o u n t e dl o c o m o t i v e t h ed r i v i n g - b r a k i n g - u n i ts u s p e n s i o ns t i f f n e s sa n dt h e c o u p l i n gd a m p e rc h a r a c t e r i s t i co fap o w e rc a rw i t ht h eu n i ts u s p e n d e db e t w e e nt h e c a rb o d ya n db o g i ef r a m e t h et r e n do fn u m e r i c a lr e s u l t si si ng o o da g r e e m e n tw i t h t h ef i e l dt e s tr e s u l t s t h en u m e r i c a ls i m u l a t i o no ft h i st h e s i sw a sc a r r i e do u tb ym e a n so fs i m p a c k m a n yn o n l i n e a rf a c t o r sa n do p e r a t i o nc o n d i t i o n sa r eo ft h el o c o m o t i v e sw e r et a k e n i n t oc o n s i d e r a t i o n ，t h em a n i f o l dl o c o m o t i v e sw i t hd i f f e r e n ts u s p e n s i o ns y s t e m sa n d t h e i rs i m p l i f i e dm o d e l sw e r ea n a l y z e da n dc o m p a r e di nd e t a i l t h er e s u l t so b t a i n e d w i l lh a v es o m er e f e r e n c ev a l u ea n de n g i n e e r i n gm e a n i n gt ot h ed e s i g n sa n da n a l y s e s o fc h i n e s e1 0 c o m o t j y e s k e yw o r d s ：r a i l w a yv e h i c l e ，l o c o m o t i v e ，d y n a m i c s ，m o t o rs u s p e n s i o n ，s i m u l a t i o n 西南交通大学曲南父逋大字 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密回，适用本授权书。 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名：、罗；巷 指导教师签名： 遗冬 日期：加s 年月歹。日 日期：年月日 西南交通大学曲南父遗大罕 学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下独立进行研究工 作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体， 均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 本学位论文的主要创新点如下： 1 论文揭示出驱动装置弹性悬挂的机理，体现在第2 章、第3 3 节； 2 论文指明采用驱动装置吊杆悬挂是实现弹性架悬的重要结构措施，提 出其等效刚度的概念，并给出关键参数的合理范围，体现在本文第4 1 节和第 4 2 节： 3 论文揭示了刚性和弹性架悬式机车的适用速度范围，论证了2 c 。轴式 2 0 0 k m h 等级机车驱动装置布置和悬挂的方案，体现在本文第4 3 节和第5 2 节： ( 要求：简述各主要创新点，并注明其所在章、节) 西南交通大学博士研究生学位论文第1 页 1 1 论文选题背景 第1 章绪论 多年来发展高速铁路已经成为各国的共识，对高速铁路包括高速机车车辆 技术问题的认识逐渐深化【“”】。随着机车运行速度的不断提高，对确保运行安 全、改善走行品质、降低轮轨动力作用、提高舒适度、减轻对环境的污染等有 着极为重要的作用的机车转向架也不断地发展、完善。由于机车转向架承担牵 引任务，其结构复杂、支撑的重量大、要求的功能高，其研制难度比车辆转向 架大得多1 1 1 1 。 铁路是我国国民经济和社会发展的大动脉，我国的铁路运输强度、运输效 率是世界上最高的国家。从1 9 9 7 年4 月开始到2 0 0 4 年4 月铁路连续五次大范 围提速，全路已经形成了“四纵八横”的提速网络，覆盖了全国大部分地区和 主要城市。与提速前相比铁路客车平均旅行速度提高了2 5 ，特快列车时速从 1 2 0 k m h 提高到1 4 0 1 6 0 k m h 。计划2 0 0 5 年还要大提速，特快列车时速提高到 2 0 0 k m h 。 进入2 0 世纪9 0 年代以来，为适应国民经济的快速发展，一批采用了新技 术、新材料、新工艺，在速度、性能方面取得重大突破的机车车辆新产品相继 问世【惶叫8 1 。我国架悬准高速机车大多是2 c o 轴式，采用轮对空心轴六连杆传动 方式，这些机车在提速运行过程中，出现横向性能较差的普遍现象。 “八五”国家重点科技攻关项目研究的轮对空心轴式动力车1 9 9 7 年在牵 引动力国家重点实验室成功地进行了滚动振动试验1 1 9 l ；2 0 0 0 年又在滚动振动试 验台上完成了铁道部科技发展研究项目2 5 0 l 【r 1 1 l l 高速轮对空心轴式转向架 动力车性能优化试验研究【2 0 】；同年2 0 0 k m h 的轮对空心轴式动力车在广深线上 进行了线路试验，在2 0 0 k m h 动力车的线路试验中，发现动力车在1 8 0 k m h 左 右运行时，车体前端的横向加速度比较大b ”。2 0 0 2 年还在滚动振动试验台上进 行了国家高新技术产业化项目2 7 0 l ( i i 曲高速轮对空心轴式转向架动力车性 能试验研究【2 2 】：此后2 7 0 k m h 的轮对空心轴式动力车在高速线上也进行了线路 试验，在2 7 0 k m h 动力车的线路试验中，发现动力车车体垂向平稳性指标比较 第2 页西南交通大学博士研究生学位论文 大【2 3 】。 欧洲在采用轮对空心轴六连杆传动方式的1 2 0 机车基础上进一步开发了很 多2 0 0k m h 等级机车，采用了h e n s c h e l 柔性浮动式转向架，保证了良好的 性能。由于欧洲市场的特点，这些机车几乎都是2 8 0 轴式的。结合国外2 0 0k m h 等级机车的设计，如何进一步改善现有机车的横向性能和研究开发我国2 0 0 k m h 等级的2 c 0 轴式机车迫在眉睫。 近几年，机车车辆运行性能的计算机模拟已经成为铁路工业中设计任务的 一种标准【2 4 t ”，2 0 0 1 年在丹麦灵比( l y n 曲y ) 召开的第十七届国际车辆系统动 力学会议上铁路方面的论文有3 9 篇，其中有1 8 篇采用了a d m a s 、n u c a r s 、 v a m p i r e 或s i m p a c k 等商业化多体系统程序进行研究1 3 】，国内各大铁路工厂、 研究所和高等院校也纷纷采用这些多体系统程序为机车车辆产品开发和基础研 究服务【2 8 3 3 】，大大提高了工作效率。 国外任何一种成功的转向架都是在漫长的研究、试验与运用考验中不断完 善和发展的 1 , 5 - 7 1 ，欧洲和日本也还在对运营机车车辆进行非线性多体动力学研 究口7 ，3 4 ，”1 ，因此国内新型机车或动力车也不是一蹴而就的。由于最开始在我国 准高速机车和高速动力车的开发过程中悬挂参数对平稳性影响的研究基本上是 在频域里进行的【18 , 3 6 。4 2 1 ，在频域计算时，认为动力车的横向和垂向运动是弱耦 合的，对其横向和垂向振动分别进行计算，而且不考虑纵向运动。此外，频域 里无法准确描述轮轨接触几何和蠕滑关系的非线性，对其它非线性因素，尤其 是减振器的卸荷特性，也只能采用等效线性化方法处理。稳定性和曲线通过计 算虽然在时域里进行，但是通常采用给轮对一定的初始位移或通过一定的组合 不平顺来模拟 17 , 4 3 , 4 4 】，而没有采用轨道随机不平顺。国外学者k a l i n c a k ，d a n i e l 等l 认为只有采用随机不平顺模拟才能获得机车车辆动力学正确的分析、计算 和仿真结果。 随着计算方法和手段的进步，有必要采用轨道随机不平顺输入，考虑各种 非线性因素，结合现有的线路试验结果，同时参考国外新型转向架的设计思想， 探索出进一步改善机车或动力车动力学性能的途径，为我国现有机车和动力车 的完善，以及2 0 0 k m h 等级新型转向架的研究和开发提出建议。 西南交通大学博士研究生学位论文 第3 页 1 2 驱动装置悬挂方式分类及研究现状 驱动装置是机车或动车的关键部件，其悬挂方式和参数也是影响机车或动 车动力学性能的主要因素。因为不同的驱动装置悬挂方式，影响机车簧下和簧 间质量，从而导致不同的轮轨动作用力4 0 ，4 2 ，4 弘54 1 。驱动装置悬挂方式大致可分 为轴悬式、架悬式和体悬式三大类，介于架悬式和体悬式之间的悬挂方式，称 为半体悬式 4 0 。因此，研究机车驱动装置悬挂系统的结构及参数，尽量隔离因 线路激扰而引起的驱动装置有害冲击与振动，减小其对整车动力学性能，尤其 是轮轨力的影响，具有十分重要的意义。 1 2 1 轴悬式驱动装置 轴悬式也称抱轴式驱动装置的一侧由两个抱轴承刚性地支撑在车轴上，另 一端则弹性地悬挂在转向架构架上。这种驱动装置结构简单、检修容易、拆装 方便。在运用中发现这种悬挂方式驱动装置的振动加速度很大，一般认为适用 于1 2 0 k m h 以下的机车。我国速度在1 2 0 k m h 以下的机车大多采用滑动轴承抱 轴的轴悬式驱动装置峥“。 1 9 9 6 年德国铁路采用了e u r o s p r i n t e r 家族的1 5 2 机车转向架最高速度1 4 0 k m h ，尽管应用了盘形制动和集成式抱轴传动( 驱动装置小齿轮用了外侧支承) ， 但仍保留了e u r o s p r i n t e r 机车上采用的吊杆悬挂驱动装置的方式【5 6 1 。 1 9 9 9 年e u r o s p r i n t e r 家族新开发的第一台2 c 0 轴式机车e g3 1 0 0 型t 4 7 5 ”， 也采用了1 5 2 机车的抱轴式悬挂传动，驱动装置一侧借助抱轴滚动轴承直接支 承在车轴上，另- n 通过吊杆悬挂在转向架构架的横梁上。轴距2 2 5 0 + 2 0 0 0 m m ， 最高速度1 4 0 k m h 。 1 2 2 架悬式和体悬式驱动装置 架悬式也称架承式驱动装置广泛应用于世界各国的高速机车和动车上，也 应用于重载货运机车上。传统架悬式驱动装置是将牵引电动机直接或通过橡胶 关节固装在转向架构架上。牵引电动机与轮对之间需用能适应各向相对运动的 弹性联轴器。 上世纪八十年代，作为交流传动时代标志的德国1 2 0 系电力机车采用了轮 对空心轴六连杆传动方式来适应传动装置与轮对之间的相对运动，并且成为一 种经典结构。目前我国架悬式机车和动车几乎都采用轮对空心轴驱动机构。这 第4 页西南交通大学博士研究生学位论文 种方式的特点是驱动装置的一端通过托臂跨过车轴支承在构架一根横梁( 或端 梁) 上，另一端则通过两个支承点固定在构架的另一根横梁( 或端梁) 上。最 初这些支承点是用螺栓直接固定的，后来有的机车采用橡胶关节，电机输出扭 矩则通过六连杆联轴盘和空心轴传递到轮对。 体悬式( 或底架架承式) 可分为半体悬式和全体悬式驱动装置。半体悬式 驱动装置将牵引电机和制动装置合为一体，组成驱动制动单元( 以下简称单元) 。 单元一端通过球形橡胶关节悬挂在车体上，另一端通过两根吊杆吊挂在构架端 梁上。在单元和车体间采用了横向耦合减振器。单元的驱动力矩也通过内空心 轴和两端六连杆联轴盘传递到轮对。这是i c e 1 的结构【5 ”，我国“蓝箭”和“中 华之星”动力车 16 采用了这种悬挂方式( 图1 1 ) ，“中华之星”动车组先后到 环行试验线及秦沈客运专线进行了动力学试验，试验最高速度达3 2 1 5k m h ， 创造了中国铁路第一速。 一。，押磊纛燕蓁习 1 审；毛p ，t = 寸 j - r 二矗侧鼗努1 耐 差茎m 亡一1 寝差雪飞飞臻醒 ，届j o j j “d ! ll 。7 氏、踊 纱译战逍乡别。v 廿n r 一一| 日竿5 ，目昧 i 】 l 腻 _ _ ir ，ly 蚓l n ，llij 击甚一一女笔挚j i l 正1 l _ j l 竹吖m 1 l1h 川 黠 q | _ 笔 墨rm 一 摩 仁f珂一 一i h 虬 寓季格一一 严 ，占 望军j 壁 i r1l 十、 j 七f , - - 圳t - - , - , , , l 1 l r 1、4 r 譬 1，一 氆口乍三i 兰i 斗l 西南交通大学博士研究生学位论文第5 页 都将驱动装置由1 2 0 机车的刚性悬挂改为弹性悬挂【班阳j ，并开发了一系列新型 传动装置。按投入运用时间顺序可以归纳如下【6 u j ： 1 9 8 9 年西班牙国铁s 2 5 2 机车 1 9 8 9 年西班牙向西门子为首的德国一瑞典西班牙联合体订购了7 5 台机车， 型号为$ 2 5 2 1 6 2 1 。该机车要求适应在客货混跑线以及在t a l g o 高速列车运行线 上运行，最大运用速度2 0 0 k m h 。它的机械和电气设计都是以1 2 0 机车为基础， 持续轴功率1 4 0 0 k w ，轴重2 1 5 t 。 为了使机车在2 2 0 k m h 速度下保持很好的稳定性，且能以高速通过曲线， 转向架的轴距由2 8 0 0 m m ，增大到3 0 0 0m m ，转向架中心距1 0 5 0 0 m m ，一系定 位在1 2 0 机车的基础上进行了进一步优化，并进行了一项重要改进驱动装 置采用了弹性悬挂，即驱动装置- n 通过两根吊杆摆式地悬挂在转向架构架横 梁上，在另- - n 通过一简单的悬臂梁与构架端梁相连，同时还在驱动装置与构 架间横向设置了液压减振器( 图1 2 ) 扣。 图1 2 $ 2 5 2 转向架驱动装置悬挂 1 9 9 0 年葡萄牙铁路公司l e 5 6 0 0 机车 第6 页西南交通大学博士研究生学位论文 1 9 9 0 年葡萄牙铁路公司向西门子为首的德国一葡萄牙联合体订购了3 0 台机 车，型号为l e 5 6 0 0 。其技术条件与$ 2 5 2 机车的一样，转向架技术也与$ 2 5 2 致。机车最大运用速度2 2 0 k m h ，持续轴功率1 4 0 0 k w ，机车名义重量比$ 2 5 2 略重( 8 7 t ) ，相当于2 1 7 5 t 。实际上l e 5 6 0 0 机车的传动装置与$ 2 5 2 机车的传 动装置是可以互换的。这种形式的装置及悬挂形式在西班牙的试验中表明可以 满足最高2 5 0 k m h 的运用【川。 1 9 9 2 年西门子+ 克劳斯玛菲e u r o s p r i n t e r 机车( 1 2 7 系) 西门子克劳斯玛菲两家公司主动面向用户需要，按模块化设计思想进行开 发，于1 9 9 2 年推出了e u r o s p r i n t e r 机车【4 7 6 5 】。机车采用b o b 0 轴式，运用速度 满足2 0 0 2 2 0 k m h ，持续轴功率可选取1 2 5 0 1 6 2 5 k w ，适应三种电流制，轴重 2 1 5 t ，轴距3 0 0 0 m m ，转向架中心距9 9 0 0 m m 。 e u r o s p r i n t e r 机车转向架与$ 2 5 2 机车转向架相同，其突出之处就是电机横 向实现了弹性悬挂，轮轨相互动态作用力因此而显著降低。二系高圆簧形式支 承，使车体与转向架尽可能解耦，并尽可能降低中心销牵引点高度，以改善粘 着利用。 1 9 9 4 年一a e g 公司1 2 x 机车( 1 2 8 系，g e a l a i f 传动装置结构) 该机车的转向架设计也是以1 2 0 系机车为基础，但又与$ 2 5 2 机车有所不同 6 5 瑚1 。轴距较1 2 0 机车进一步减小为2 6 0 0 m m ，转向架上采用了所谓g e a l a i f 传 动装置 7 0 , 7 1 1 。与$ 2 5 2 机车转向架一样，驱动装置的一端通过橡胶关节支承在转 向架的端梁上，另一端则通过两根吊杆吊挂于中间横梁。 机车基本配置下，持续轴功率1 6 0 0 k w ，轴重2 1 t ，转向架中心距1 1 4 0 0 m m ， 最大运用速度2 2 0 k m h ，构造速度2 5 0 k m h 。 1 9 9 6 年德国铁路1 0 1 系机车( i g a 传动装置结构) 转向架轴距2 6 5 0 m m ，定距1 0 9 5 0 m m ，轴重2 1 t ，持续轴功率1 6 0 0 k w 。转 向架的传动装置在1 2 0 系机车基础上作了进一步改进，它的改进与$ 2 5 2 不同， 而是参照了i c e 1 的双空心轴技术，属于半体悬，但又与i c e 一1 不同，形成了 所谓i g a 传动装置。可以说这种机车的转向架是i c e 1 转向架和1 2 0 转向架的 一个混合体【7 2 7 ”。 1 9 9 7 年希腊第一台电力机车h e l l a s s p r i n t e r ( h 5 6 0 系) 1 9 9 6 年1 月，西门子公司经过激烈的竞争得到了为希腊国家铁路提供6 台 大功率电力机车的订单，1 9 9 7 年底又获得了追加2 4 台同型号机车的订单。 西南交通大学博士研究生学位论文第7 页 该机车属于e u r o s p r i n t e r 族系，最大运用速度2 0 0 k m h ，持续轴功率1 2 5 0 k w ， 轴重仅2 0 t ，是目前世界上同功率等级最轻的机车【7 5 1 。转向架与$ 2 5 2 一样。 1 9 9 8 年新的制动盘全悬挂方案( h a b 传动装置结构) 西门子公司的h a b 传动装置结构方案通过增加一根制动轴( 注意不是制动 空- i i , 轴) 彻底解决了踏面制动、轮盘制动、i c e 1 的双空心轴制动以及1 0 1 机 车i g a 传动方案的不足之处，适应了高速客运的要求。在e u r o s p r i n t e r ( 1 2 70 0 1 号车) 机车上进行了考核试验 7 2 , 7 6 1 ，决定在7 5 台s g p 公司的1 0 1 6 和1 1 1 6 电 力机车上首先采用这种方案。 1 9 9 9 年奥地利铁路欧陶努斯机车( 1 0 1 6 1 1 1 6 系机车) 这种机车源自e r u o s p r i n t e r 族系，转向架按2 3 0 k m h 最大运用速度设计，试 验运行中达到3 1 0 k n g h 速度也不成问题。这两种机车是一个类型，用1 0 1 6 型号 代表单电流制机车，用1 1 1 6 型号代表双流制机车，而通过更换和增加电气部件， 可以将1 0 1 6 型机车升级为1 1 1 6 型机车。 机车的持续轴功率1 6 0 0 k w ，轴距3 0 0 0 m m ，转向架中心距9 9 0 0 m m ，b o b 0 轴式。该机车转向架采用了h a b 传动装置，它的一端通过橡胶关节与构架横梁 相连，靠近制动轴的另一端则通过两根吊杆吊挂在转向架的端梁上，整个装置 相对构架具有横向运动自由度，装置与构架问布置有横向减振器以抑制它的过 份摆动i ，7 1 。 这一族系转向架的二系弹簧都很低，均采用中心销牵引装置，可以说这也 是西门子通用机车转向架的一个特点。 2 0 0 0 年德国区间快车1 4 6 系机车 1 4 6 系客运机车实际上源于1 4 5 系货运机车。1 4 5 系机车持续功率4 2 0 0 k w ， 最大运用速度1 4 0 k m h ，传动装置采用轴悬形式。1 4 6 机车采用弹性架悬g e a l a i f 传动方式，即与1 2 x 机车同属一种类型。这一族系转向架的侧面有点象i c e l ， 均采用推挽牵引杆、单轴箱拉杆的形式。 2 0 0 0 年美国a l p 4 6 客运机车 2 0 0 0 年初美国新泽西快运公司向a d t r a n z ( 现属庞巴迪) 订购2 4 台机车， 型号为a l p 4 6 【7 ”，它基本上是美国版1 0 1 系机车，采用了i g a 传动方式。该车 的最大轴功率1 3 2 5 k w ，轴距2 6 5 0 m m ，转向架中心距1 0 9 5 0 m m ，最大运用速 度1 6 1 k m h ，轴重2 3 5 t 。 第8 页西南交通大学博士研究生学位论文 此外，l o k2 0 0 0 机车家族中的瑞士联邦铁路( s b b ) 的4 6 0 型机车、瑞士 伯尔尼勒奇具格辛普龙铁路( b l s ) 的4 6 5 型机车、芬兰国家铁路的 s r 2 型机车、挪威国家铁路的e l l 8 型机车是首批使用s l m 径向转向架的机车 盯。s l m 为最高速度达2 3 0 k m h 的高速应用开发了一种新的传动装置：驱动装 置和齿轮传动部件沿横向不再是固定在转向架构架上，而是用三根吊杆悬挂在 构架上( 其中一根在端梁上、两根在横梁上) ，同时采用横向耦合连杆、纵向控 制导杆固定在车体上【8 0 l 。利用这种驱动装置的悬挂，虽然径向调节需用柔软的 轮对导向，但是即使在很差的线路上也能保证最高速度时的走行稳定性。 1 2 4 国外2 0 0 k m h 等级机车现状 表1 - i 国外2 0