HXD2转向架三维设计

1、精选优质文档-倾情为你奉上精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业专心-专注-专业精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业HXD2转向架三维设计 绪论 课题背景自2006年以来，和谐大功率交流传动机车诞生及大批量投入运用，标志着我国铁路机车行业成功实现了由直流传动向交流传动的转化，机车技术平台达到世界先进水平，机车装备现代化和机车装备制造现代化发展迈入了新的历史阶段。和谐大功率交流传动机车具有牵引性能优越、功率大、黏着利用率高、启动加速性能好、可靠性高、节能减排好等特点，代表了世界先进铁路机车发展方向。以和谐型大功率交流传动机车为亮点的铁路重载货物运输，显著地释放了运输能力，在既有繁忙干线

2、实现了单机牵引5 500至6 000吨重载列车，在大同到秦皇岛煤炭运输专用线上实现了单机牵引1万吨、双机牵引2万吨重载列车，有力地促进了国民经济的发展。在铁道部提出“快速扩充铁路运输能力，快速提升技术装备水平，加快实现铁路现代化”的发展思路和“先进、成熟、经济、适用、可靠”的方针的指引下，我国铁路机车制造业开发研制了和谐型系列大功率交流传动电力机车和内燃机车，其中包括单轴功率1 200千瓦的六轴、八轴货运电力机车和单轴功率1 600千瓦的六轴货运电力机车，以及6 000马力、低排放内燃机车。和谐型大功率交流传动电力机车和内燃机车在系统集成技术、交流传动技术、网络控制技术、重载车体与转向架技术、

3、重载制动技术、人机工程技术、节能环保技术以及大功率电喷控制柴油机技术等方面达到了世界先进水平。 铁路重载货物运输发展概况重载运输的定义：1 986年国际重载协会年会制定的标准：列车重量至少达到5 000 t，轴重2l t及以上，单线年运量2 000万t及以上。1 994年，国际重载协会年会修订的标准：列车重量至少达到5 000 t，轴重达到或超过25 t，在至少150 km的线路区段上单线年运量至少达到2 000万t 。2005年国际重载协会巴西年会上又修订标准(适用于新申请入会会员)：列车重量至少达到8 000 t，轴重(计划轴重)在27 t及以上，在至少l 50 km线路区段上单线年运量超

4、过4 000万t。重载运输主要模式：单元列车：列车固定编组，货物品种单一，运量大而集中，在装卸地之间循环往返运行，以北美铁路为代表。组合列车：两列或两列以上普通列车连挂合并，使几列普通列车的运行时间间隔压缩为零，以俄罗斯为代表。整列重载列车：单机或多机重联牵引，由不同型式和载重的货车混合编组，我国多开行这种重载列车。 世界铁路重载货物运输发展概况世界铁路在“货运重载、客运高速”的主题下得到了快速发展，重载运输技术已被国际公认是铁路货运发展的方向。从1978年第1届国际重载大会的召开到现在的23年中，重载运输从概念的提出到蓬勃发展经历了一个技术不断进步的过程。在美国、澳大利亚、巴西、瑞典等推行重

5、载运输的国家，铁路劳动生产率得到极大的提高，目前采用重载运输的国家已遍布世界上几乎所有的铁路大国，开启了重载货运的新时代。北美是铁路重载运输发展最早的地区。由于大力发展重载运输技术，1999年北美一级铁路生产率(即每一美元运营成本所获得的吨公里周转量)提高了171(与1 980年指数为100 相比)，货车平均容量提高15.1 ，事故率降低了64 ，运行成本(10亿吨公里的支出)下降了65，在北美货运市场的占有份额从1 980年的37.5增加到l 999年的403 。目前北美一级铁路的货运收入已经达到历史上的最高水平。澳大利亚全境有l6个私有铁路公司，4个国有铁路公司。重载运输产值占全澳GDP的

6、1.7，年运输产值70亿美元，煤炭运量占铁路货运总量37，矿石运量占39 ，年货运量5.45亿t。重载运输货运量占澳货运市场的40，有潜力发展为50。年增长率达4.5左右(2000年前为3.3)东澳昆士兰铁路：窄轨1万km铁路，其中煤运线2 028 km，2008年煤运量为3.0 Lt年，年收入36亿澳元。西澳铁矿铁路：准轨，1.4亿l年。BHP纽曼线427 krn，BHP金子线205 km，哈默斯列线386 km，罗比河线203 km，西澳铁路平均轴重35 t，正向40 t发展，平均运行速度75 kmh。BHP纽曼重载线：平均牵引质量45 000 t(300336辆编组)，周转时间28 h，

7、劳动生产率6 000万tkin人，居世界铁路之首位。BHP公司1980年开行重载列车，2 00O年：油耗下降43，劳动生产率提高5倍，机车利用率提高36，车轮、钢轨寿命提高35倍，利润500亿澳元。每年出口铁矿石8060万t1亿t，23%运往中国。澳大利亚新建南北向单线重载干线爱列斯一达尔文港，投资13亿澳元，3年建成，2004年1月开通，全长1 420 km，最大坡度12，最高速度1 15 kmh。瑞典北部的挪威一瑞典单线矿山铁路(LKAB)1 997年前开行25 t轴重、52辆编组、全列车重量5 200t的重载列车；1 997年开始提高轴重到30 t：2000年购置了Adtranz公司的轴

8、重35 t、功率5 400kW 三轴径向转向架交流传动电力机车及南非制造的轴重30 t新型矿石敞车，并开始开行轴重30 t，全长740 m，68辆编组，8 500 t牵引重量的重载列车运输成本降低35，年运量从2 000万 t/年提高到3 000万 t/年。巴西主要重载铁路南CVRD公司经营，包括：拉齐斯铁矿重载线892 km，宽轨(1 600 mm)单线，最大列车编组330辆，长3.2 km，轴重30 t，牵引质量39 000 t以上，是南美洲甚至全美洲最重的重载列车。2009年前购买13 263辆货车，平均速度80 km/h，出口铁矿2亿t/年，周转时间58 h。米纳斯重载铁路905 ki

9、n(单线359 km，复线546 km)，窄轨(1 000 mm)，年运量9 800万t/年，平均速度70 km/h，圣路易斯港吞吐量5 000万t/年，周转时间47 h。ALL洛基斯蒂卡重载铁路：7 228 km，其中复线231 krn(窄轨l 000 mm及准轨)，现有l8 314辆货车。年货运量：2004年粮食9 472万t/年，其他5 307万t/年，2009年计划购买5 000辆货车。瑞典LKAB矿山铁路：瑞典一挪威线l888年建成，轴重ll t。2 002年开行8 000 t重载列车，轴重30 t，收人提高30。采用50 kg轨，对所有混凝土桥梁进行检测，均可用于30 t轴重重载列

10、车运营。LKAB公司每年出口2 000万t铁矿石。俄罗斯铁路货运量年增长率8l1，周转量达到18 530 Ltkm，占国内货运市场80份额，485 电气化率，发展30 t轴重(TT30型货车)，全国列车平均牵引质量3 608 t，2006年上半年利润88亿卢布。印度全国铁路63 122 km，国家GDP年增长率78，铁路货运年运量64 Lt，货运年增长率6.5。2010年前铁路投资55亿美元，正在建筑几条新的重载线路。2 008年运煤3.69亿t。德里一加尔各答一孟买黄金通道上已开行重载列车，最高速度1O0 km/h，年货运周转量将达1 249亿tkm。加拿大铁路越5.7万km，有CN、CP两

11、大铁路公司，共4万多员工，采用重载运输后铁路占货运市场份额达30，占全部出运量的40，2 O02年营业收入61亿加元。加拿大典型单元重载列车：34 400 HP交流传动内燃机车124辆，轴重33 t货车，牵引质量16 000 t，平均速度70 km/h，最高速度85 km/h。加拿大典型集装箱重载列车：24 400 HP交流传动内燃机车,9 000 t列车，50是双层集装箱平车，货运成本1.6美分/tkm，平均速度75 km/h，最高速度100 km/h。重载运输代表了铁路货运领域的先进生产力，已成为许多国家追求的目标。 我国铁路重载货物运输发展概况我国重载列车主要分为三种类型：单元式、整列式

12、及组合式 。单元式重载列车主要在重载专用运煤铁路(大秦线、朔黄线等)上开行，牵引重量一般为6 000 t及10 000t两种，牵引动力主要为SSa型(4 800 kW )、SS4型(6 400 kW )电力机车。整列式重载列车目前在繁忙干线上已普遍开行，尤其在1997年第一次大提速以来，京沪、京广、京哈等繁忙干线上由于快速旅客列车的大量开行，为了不降低运输能力及通过能力已普遍开行5 000 t整列式重载列车，取得了显著的经济效益与社会效益 整列式重载列车的牵引动力主要有：SS4型(6 400 kW ), SS7型(4 800 kW )，SSa型(4 800kw)电力机车，DF8型(2 720

13、kW)，DF4DH型(2 425kw)，DF4c型(2 165 kw )内燃机车等。1 992年国内开通了首条电气化重载运输专线大秦线。随着国民经济的迅速发展，大秦线的原设计能力已远远不能满足运量增长的需求，铁道部决定通过开行2万t重载列车，大幅度提高大秦线运输能力。原有的机车车辆装备已不能满足日益增长的铁路运输的需要，为此，2 004年1月，国务院批准了中国铁路中长期铁路网规划，明确了到2 020年，铁路繁忙干线营业里程10万km，复线和电气化率达到50%，并将建成十大煤炭基地，运能达到20亿t，主要技术装备达到或接近国际领先水平。南车株洲电力机车有限公司从1 958年开始已陆续开发了SS1

14、、SS3、SS3B、SS6、SS6B型客货两用电力机车以及SS3B重联、SS4、SS4改、SS4B、SS4C、HXD1、HXD1B和HXD1C型货运电力机车，北车大同电力机车有限责任公司从1 992年开始已陆续开发了SS7型客货两用电力机车以及SS7B、HXD2、HXD2B型货运电力机车，北车大连机车车辆有限公司从2005年开始已陆续开发了HXD3、HXD3B型货运电力机车。SS1、SS3、SS3B、SS6、SS6B和HXD1B、HXD1C、HXD2B、HXD3、HXD3B型机车为C0- C0。轴式，采用了C0转向架；SS4、SS4改、SS4B、SS4C、HXD1、HXD2型机车为2(B0-B

15、0)轴式，采用B0转向架；SS7、SS7B型机车为B0-B0 -B0轴式，也采用B0转向架。SS3、SS3B、SS3B重联、SS6、SS6B型机车转向架结构基本相同，只是牵引装置、电机和驱动装置(含车轴、齿轮传动装置、抱轴方式和结构)有些不同：SS3型机车采用中心销式牵引装置，SS3B、SS3B重联、SS6、SS6B型机车采用两侧平行拉杆牵引装置；SS3、SS3B、SS3B重联机车采用滑动轴承抱轴结构，SS6、SS6B型机车采用滚动轴承抱轴结构。HXD1B、HXD1C和HXD3型机车转向架的结构基本类似，主要区别是HXD1B和HXD1C型机车采用布置在机车两端的低位倾斜双节牵引杆结构形式的牵引

16、装置，HXD3型机车采用布置在机车两端的低位水平单牵引杆结构形式的牵引装置。SS4、SS4改、SS4B、SS4C型机车转向架主体结构基本相同，主要区别也在牵引装置、电机和驱动装置上：SS4型机车采用两侧平行拉杆牵引装置，SS4改、SS4B、SS4C型机车采用布置在机车两端的倾斜单杆推挽式牵引装置；SS4改、SS4B、SS4C型机车采用滑动轴承抱轴结构，SS4B型机车采用滚动轴承抱轴结构。SS1、SS3、SS3B、SS3B重联、SS4、SS4改、SS4B、SS4、SS6、SS6B、SS7、SS7B型机车统称为原SS系列电力机车，HXD1、HXD2、HXD3、HXD1B、HXD1C、HXD2B、H

17、XD3B统称为HXD系列电力机车。 和谐型大功率交流传动机车概述和谐型大功率交流传动机车分别是株洲电力机车有限公司生产的HXD1型和HXD1B型电力机车、大同电力机车有限责任公司生产的HXD2型和HXD2B型电力机车、大连机车车辆有限公司生产的HXD3B型电力机车和HXN3型内燃机车，以及戚墅堰机车有限公司生产的HXN5型内燃机车。其中，HXD1型和HXD2型为轴功率1 200千瓦等级的八轴电力机车；HXD3型为轴功率1 200千瓦等级的六轴电力机车；HXD1B型、HXD2B型和HXD3B型为轴功率为1 600千瓦等级的六轴电力机车；HXN3型和HXN5型同为6 000马力等级的内燃机车。和谐

18、型大功率交流传动电力机车和内燃机车牵引系统采用大功率交直交传动方式，牵引电机为交流异步电机，具有功率大、重量轻、可靠性高、维护工作量小等特点；牵引变流器采用世界最为先进的大功率IGBT部分，具有开关频率高、控制性能优良、可靠性高的优点；采用先进的车载计算机网络控制系统，数据传输量大、牵引及制动控制性能优良、设备状态监测与系统自诊断功能完善；重载车体、转向架、车钩与缓冲器、轮轴驱动系统以及计算机控制的制动系统充分满足牵引重载列车的需要；司机室按照人机工程学理论设计，人机界面和设备设施实现简统化，功能齐全、工作环境舒适；轮轨关系、车网关系、车载通信信号等系统技术与我国铁路几乎设施具有良好的匹配性；

19、电力机车功率因数大于0.98，谐波含量大幅降低，减少了对电网及周围环境的污染；电力机车传动效率大于0.85，同时采用制动能量反馈电网的再生制动方式，节能效果显著；内燃机车采用4 660千瓦电喷控制柴油机，排放指标达到美国环保署最新执行的EPA Tier2标准要求，有效油耗每千瓦小时仅为200克，是世界最大功率等级的经济、环保型柴油机。 HXD1型大功率交流传动电力机车概述 HXD1型电力机车概述为了解决大秦线运输的压力，进一步提高大秦运煤专线的运能，同时也为促进铁路机车装备的现代化，急需标准化、系列化、模块化、信息化的机车车辆装备，以满足日益增长的铁路运输市场要求，株洲电力机车有限公司开发研制

20、了HXD1型交流传动电力机车。该机型是在先进的大功率交流机车技术平台上，并充分考虑到大秦运煤专线的特殊环境，采用了先进、成熟、可靠的实际设计开发的一款适用于中国干线铁路重载货运的新型大功率交流传动电力机车，能满足长距离区间、长大坡道上牵引重载长大编组货运列车运行的运输需要。HXD1型电力机车为8轴、双节重联、功率为9 600 kw 、轴式为2（B0 B0）的新型重载电力机车。在其标准配置中，机车整备重量为184 t 。加上押车铁后轴重可以增加到25 t 。这能使机车发挥最高的牵引性能，每节车有1个车司机室。机车实际在交流25 kV/50 Hz 的电压下运行，最高实验速度132 km/h，运营速

21、度120 km/hHXD1型电力机车项目从2004年开始启动，2007年完成型式实验，并交付使用和实现了大批量生产。首台HXD1型机车于2006年11月8日在中国南车集团株洲电力机车有限公司竣工下线。该车型将担当大秦运煤专线2万t列车的牵引任务。该车型的批量生产和投入使用，为中国干线重载货运交流传动电力机车设计提供了一个基本平台。截至2008年11月，株洲电力机车有限公司已累计批量生产180台机车病全部交付机务段，总运行公里数约2 452万km，现已担任大秦线的货运任务，运行状况良好。实现了大秦线开行双机2万t重载货物列车的目标，为大秦线实现35万t运量乃至更高运量打下了坚实的技术基础，并进一

22、步验证2万t重载组合列车的可行性和适应性，使国内运营线路大幅提高运力成为可能。 HXD1型电力机车先进性设计HXD1型电力机车采用系统化、模块化、高可靠性设计理念，成功运用先进的交流欢动技术、微机控制技术、故障诊断技术、TCN网络技术、电空控制技术、无线重联技术等设计：（1）先进的交流传动技术采用国际先进的水冷IGBT变流器，矢量控制技术，大功率三相异步电动机；（2）微机控制技术采用国际领先的SIBAS微机控制系统，具有先进的故障诊断和记录功能；（3）TCN网络技术采用符合 IEC 61375标准的TNC网络控制系统，满足多台机车重联编组要求；（4）电空制动技术采用国际领先的CCB电空制动机；

23、（5）无线重联技术采用国际领先的LOCOTROL远程无线式控制系统。 HXD1型电力机车重载运输适应性设计结合重载运输的特点，HXD11型电力机车进行了以下适应性设计：（1）为适应重载货运需要，机车采用双节固定重联形式，并可两台重联控制或多台车通过无线远程控制系统同步控制，轴重加重至25t ，以提高机车和车列牵引力；（2）为适应重载运输牵引/电制动力的要求，提高轮周功率到1 200 kW，机车总功率9 600 kW；（3）为适合重载牵引车体采用整体承载结构，并以中央贯通梁为主要传递牵引力构件；（4）重载牵引的转向架，采用低位牵引杆，构架强度高，结构合理，基础制动采用轮盘制动；（5）为适合重载列

24、车制动采用先进的CCB电空制动系统；（6）为满足 20 000 t 重载列车运输要求，机车装有分布式 LOCOTORL远程重联控制系统；（7）为适应重载铁路线路污染严重的环境状况，机车机械间和司机室设计成微正压环境，设备安装屏柜防护等级设计成 IP54 级，部分关键设备如司机操作指令扳键开关触头采用IP54 封装，有效消除煤尘对电气部件功能的影响，减少机车故障发生率；（8）为适应重载线路长交路运用要求，HXD1型电力机车增加了床、卫生间、微波炉、冰箱等生活设施，以改善司乘人员操作环境，提高司乘舒适性。 HXD1型电力机车使用环境条件机车在下列使用环境条件下应能按机车额定功率正常工作：海拔不超过

25、2500环境温度（遮荫处）-25+40（增加防寒措施-40+40）最大相对湿度90（该月平均最低温度不低于25） 能承受风、沙、雨、雪、煤尘和偶有沙尘暴。HXD1型电力机车主要技术参数用途 货运电流制 单相交流 工作电压 25 kW额定电压 最高值 25 kW最低值 17.5 kW轴式 2（B0 B0） 电传动方式 交直交电传动机车轮周功率（持续制） 9 600 kW机车持续牵引力 23t轴重时 494 kN 25t轴重时 532 kN机车起动牵引力 23t轴重时 700 kN 25t轴重时 760 kN 机车持续额定速度 23t轴重时 70 km/h 25t轴重时 65 km/h机车最高运行

26、速度 120 km/h机车最高速度 120 km/h（新轮）牵引特性恒功率速度范围23t轴重时 70120 km/h 25t轴重时 65120 km/h功率因数 当机车功率大于10%额定功率时，0.97机车总效率（额定工况） 0.85机车电制动方式 再生制动机车轮周电制动功率（持续制） 9 600 kW最大电制动力 461 kW机车安全通过的最小半径 R=125 m(5 km/h)传动方式 单边斜齿轮传动传动比 106/17=6.235 3空气制动机形式 CCB机车电空制动机每节机车总风缸容积 1 000L空气压缩机能力 不小于 2 400L/min2轨距 1 435 mm车钩中心线距轨面高度

27、（新轮） 880 mm，允差10 mm机车前后车钩中心距 35222 mm机车车体宽度 3094 mm机车车体宽度（扶手杆处） 3320 mm机车车顶距轨面高度 4 020 mm机车转向架中心距（单节车） 9 000 mm受电弓滑板距轨面工作高度 5 200-6 5000 mm车体转向架固定轴距 2 800 mm车轮直径 1 250 mm(新轮)，1 150 mm（全磨耗）沙箱总容量 0.1 m316齿轮箱底面距轨面高度 不小于120 mm(新轮)机车排障器距轨面高度 110 mm，允差10 mm电传动系统 水冷变流器每节车4个四象限整流器，两个中间直流电压环节，2个脉宽调制（PWM）逆变器；

28、每个脉宽调制（PWM）逆变器向同一个转向架下的2台三相异步电动机供电（架控）、电机为滚动轴承抱轴悬挂控制设备 SIBAS 32中央控制单元，SIBAS32牵引控制单元每个司机室安装彩色显示屏、中央诊断器、记录器、电气空转/滑行保护制动设备 列车无线电系统将再生制动作为首选常用制动电空制动作为第二常用制动，作用在轮盘制动器上 空气制动机与MVB总线连接辅助供电 二台全冗余辅助逆变器供电，采用低噪声节能的风机控制系统HXD1型电力机车转向架引言为了实现铁路跨越式发展，满足我国铁路高速、重载运输需要，我国在铁路高速、重载技术方面决定走消化、吸收、再创新的道路。HXD1型电力机车是引进德国西门子技术，

29、由中国南车集团株洲电力机车有限公司制造的新一代交流传动重载货运电力机车，该机车的转向架采用了德国成熟而比较先进的技术，如轮盘制动、滚动抱轴承传动、二系高挠钢弹簧、单轴箱拉杆轮对定位、整体免维护轴箱轴承、砂箱加热及计量等，这些先进技术的采用保证了机车在重载牵引条件下以较高的速度运行。动力学计算表明，23t 和25t 轴重HXD1型电力机车理论上的准线性和非线性临界速度大于200 km/h ；级车的平稳性要视实际线路的的情况而定，25t 轴重机车的车体平稳性优于23t 轴重机车；机车可以安全地通过大、中、小半径困难条件的曲线，具有良好的曲线通过性能；机车的黏着利用率为91.86。 HXD1电力机车

30、转向架总体结构如图2.1所示：图2.1 HXD1电力机车转向架总体结构针对HXD1型电力机车的结构设计特点进行理论分析，可以提升我国重载牵引机车转向架的设计思路。HXD1型机车转向架通过技术引进和消化吸收，从第一台车开始就实现了构架、轮对、牵引装置、电机悬挂及转向架总组装的国产化；而驱动装置、轴箱组装和悬挂装置等正在进行国产化工作。目前，我们正从设计、结构、材料、试验、制造工艺等方面认真消化吸收大功率交流传动机车转向架的先进技术，以提升我国重载牵引机车转向架的设计、制造水平。 转向架的作用与要求 支撑车体、传递载荷转向架承受车辆自重和载重，使轴重均匀分配，传给钢轨，并传递从车体至轮对之间或轮轨

31、至车体之间的各种载荷及作用力。机车车辆重量通过空气弹簧传给转向架构架，然后通过一系悬挂均匀的分配到各个轴箱上，最后经轮对作用于钢轨。 使车辆顺利通过曲线转向架可以相对于车体回转，能灵活的沿着直线线路运行或顺利地通过曲线，减少运行阻力与噪声，提高运行速度，保证车辆安全运行。列车通过曲线时，钢轨与轮对之间作用一横向力，使转向架相对于车体产生偏转， 使轮轨作用力与转向架运动方向基本垂直，减少了轮轨作用力对转向架运动的阻碍。结合曲线轨道超高，还可以减少轮缘与钢轨的接触，减少轮缘磨耗，提高列车运行速度。 传递牵引力和制动力转向架充分利用轮轨之间的粘着，根据工况通过轴承装置使车轮沿钢轨的滚动和车体沿线路运

32、行的平动相互转化，传递牵引力（动车）和制动力。（1）在牵引时，牵引电机产生转矩通过齿轮传动装置使轮对沿钢轨滚动，轮对与钢轨之间的粘着作用使车轮滚动力矩转化为向前的轮周牵引力，牵引力由轴箱经构架传给牵引拉杆、中心销套、中心销、车体底架牵引梁，使车辆沿轨道平动。（2）制动时，电机或单元制动器给轮对作用一个与轮对转动方向相反的力矩，轮对与钢轨之间的粘着作用使该力矩转化为向后的制动力。制动力与牵引力传递过程相同，方向相反，使列车具有良好的制动效果，以保证列车能在规定的距离内停车。（3）纵向牵引力传递过程：牵引电机联轴节齿轮箱轮对轴箱一系簧构架牵引拉杆中心销套中心销车体，电制动力与牵引力传递过程相同，力

33、的方向相反。制动力的传递过程：轮对轴箱一系簧构架牵引拉杆中心销套中心销车体。缓和振动和冲击转向架的结构要便于弹簧减振装置的安装，使之具有良好的减振特性，以缓和车辆和线路之间的相互作用，减少振动和冲击，减少动应力，提高车辆运行平稳性和安全性；铁路轨道是不可能绝对平直和刚性的，轨道上存在着各种各样的不平顺，实际上车轮也不是理想的几何圆形，踏面擦伤，轨道接头、变形、局部不平顺，以及道岔、弯道等因素都会使轮对产生振动，振动通过转向架传给车体，使车辆部件和线路容易损坏。所以转向架应该具有缓和冲击、减振功能。主要技术参数HXD1型电力机车转向架主要技术参数如下：轴重 /t 25转向架总重 /kg 20 0

34、60电机质量 /kg 2 450牵引电机悬挂方式 /mm 2 800轨距 /mm 1 435转向架心距 /mm 8 900轮对左右轴箱中心线间距 /mm 2 100二系支承点横向间距 /mm 2 100牵引方式 中间斜拉杆推挽式电机功率 /kw 1 225牵引点距轨面高度 /mm 240单轴最大起动牵引力 /kN 95传动方式 交流电机、滚动抱轴承齿轮传动比 106/17轮径 /mm 1250最大运用速度 /kmh -1 120一系悬挂方式 钢弹簧+单轴箱拉杆+垂向减振器一系弹簧静挠度 /mm 38二系悬挂方式 钢弹簧+垂向减振器+水平减振器二系弹簧静挠度 /mm 103基础制动方式 轮盘制动

35、单元(带蓄能)限界要求满足 GB1461-83-1B轴箱横向自由间隙 /mm 02-05一系横向止挡间隙 /mm 10一系垂向止挡间隙 /mm 25二系横向止挡自由间隙 /mm 35二系垂向止挡间隙 /mm 30二系横向止挡弹性间隙 /mm 5主要结构特点HXD1型电力机车主要由轮对、传动装置、轴箱、构架、悬挂装置、牵引装置、撒沙装置、轮缘润滑装置、弹性止挡、整体起吊、空气管路以及辅助装置组成。其中转向架结构设计上的显著特点有：二系悬挂横向布置、二系横向减振器安装在构架端梁上， 采用双牵引杆端梁辅助吊挂牵引等。驱动系统HXD1型电力机车转向架轮对驱动系统由交流牵引电机、齿轮、齿轮箱、抱轴箱、密

36、封环等零部件组成。采用直径为1 250 mm的大轮径整体辗钢车轮，单边小螺旋角斜齿轮刚性传动，轴重达25 t，适用于标准轨距干线货运。型电力机车转向架驱动系统与我国的SS4B型货运直流传动电力机车结构基本相同，采用了目前运用最广的牵引电机抱轴式半悬挂驱动结构，由于其本身所具有的技术特点和细节设计，使得这种抱轴式半悬挂驱动结构仍不失为目前技术最先进的一种机车转向架电机抱轴悬挂驱动技术，结构如图2.2所示。牵引电机与抱轴箱合口面由圆柱销定位，并通过8个M30螺栓刚性连接，为便于拆卸，抱轴箱设计有工艺螺栓孔结构；抱轴箱两端通过带绝缘的圆锥滚子轴承环抱于车轴上；齿轮箱车轮侧大领圈环抱于从动齿轮轮毂上，

37、并与从动齿轮轮毂形成润滑动密封结构；电机侧大领圈与抱轴箱合抱形成静密封结构；主动齿轮部位齿轮箱侧面与牵引电机端面设计为平面密封并涂抹密封胶贴合，通过螺栓紧固。这样使牵引电机及齿轮箱结构形成抱轴式悬挂。采用牵引电机抱轴式半悬挂，电机另一端通过牵引电机吊杆弹性悬挂在构架上，结构如图2.3所示，这种悬挂系统可满足抱轴式驱动系统的运动关系，此外也可改善转向架系统的动力学性能。 1-主动齿轮；2-从动齿轮；3-齿轮箱；4-抱轴箱结构；5-圆柱销；6-工艺螺栓；7-连接螺栓；8-密封胶；9-牵引电机；图2.2 HXD1电力机车轮对驱动系统结构 图2.3 牵引电机抱轴悬挂驱动单元结构 齿轮 图2.4 小齿轮

38、与电机的连结 图2.5 从动齿轮结构HXD1型电力机车驱动单元采用一级减速齿轮传动，牵引齿轮传递功率大(电机功率可达1 225 kW)，齿轮线速度高(最大可达26 ms)。因此齿轮为高速重载传动，并能抵御瞬时5-6倍的冲击载荷，齿轮设计满足在16倍最大启动扭矩时的疲劳强度要求，齿轮具有较高的弯曲强度、接触强度及较好抗胶合性能。其主要参数为：螺旋/() 4传动比 6235(10617)齿轮轮模数/mm 9齿轮材料 18CrNiMo76(EN1OO84)大小齿轮中心距/mm 555主动齿轮由于结构强度限制，其与电机轴的配合采用了内锥式过盈配合的独特结构，锥度为1：20，采用液压技术，利于安装拆卸，

39、如图2.4所示。从动齿轮由齿圈与齿轮毂通过50颗螺栓整圈均布联接，这种结构简单实用，降低了齿轮的制造难度，对于齿圈今后运用检修维护提供了极大的便利，齿轮毂通常情况无需退轴。主动齿轮和从动齿轮齿圈均采用高强度合金钢材料17CrNiMo6，结构如图2.5所示。齿轮毂与车轴毂座过盈连接。为改善传动齿轮的啮合性能，降低初始啮合时的动载荷和冲击，减小齿向偏载和噪声，并能抵御瞬时冲击载荷，牵引齿轮设计时采取了啮合修形措施。为改善和提高传动齿轮的承载能力和使用寿命，牵引齿轮轮齿采用渗碳及喷丸强化工艺。 齿轮箱图2.6 齿轮箱大端侧面连接 图2.7 齿轮箱小齿轮端的挡油板和集油槽HXD1型机车齿轮箱为非承载式

40、，采用上、下箱合箱结构，齿轮箱体采用了铝合金材料，其牌号为符合欧洲标准EN 1706的AISi7MgWA铸造铝合金，铝合金的采用大大减轻了传动装置的重量。 槽齿轮及电机驱动端轴承采用稀油润滑，并通过齿轮箱油槽浸润从动齿轮。齿轮箱电机侧(内侧)与抱轴箱之间采用静密封结构，通过0形圈形成接触面的静密封；为防止齿轮润滑油溅入抱轴箱轴承，靠电机侧齿轮毂设计为与齿轮箱侧密封环成多重迷宫动密封并带有两层台阶甩油环槽。齿轮箱侧密封环设计有长臂回油通道，可以使飞溅的润滑油回流到齿轮箱内，通道底部可以沉淀油泥，油泥可从底部螺堵处去除；车轮侧(外侧)齿轮毂设计为四层台阶甩油环槽结构与齿轮箱迷宫式台阶领圈形成相应的

41、动密封，齿轮箱的领圈下部凹槽处也设计有回油通道，通道底部可以沉淀油泥，油泥可从底部螺堵处去除。这种借助齿轮箱与齿轮(毂)本身合理设计动密封技术的结构极为紧凑，设计理念非常先进，减少了零部件的数量，并使驱动单元系统润滑具有非常好的密封效果，基本可以保证机车运行一个中修期不会有漏油情况，结构如图2.6、图2.7所示。 抱轴箱抱轴箱主要由抱轴箱体、圆锥滚子轴承以及轴承间隙调整垫、非传动端密封环及轴领等组成，是驱动单元的一个关键部件，也是牵引电机抱轴式悬挂驱动的悬挂点所在抱轴箱。轴箱是一个复杂的受力体，作为簧下重量的重要组成部分，和轮对一起直接承受来自轨道的冲击和振动，因此对抱轴箱体及抱轴承的强度有很

42、高的要求。抱轴箱体采用球墨铸铁材料(GGG40-3)。这种材料具有良好的组织致密性、抗磨减振性能，从而可改善整个驱动系统的受力状况。承采用带有陶瓷绝缘性能的圆锥滚子轴承，应用高性能合成润滑脂进行润滑。带有绝缘陶瓷是目前世界上最新的轴承技术，也是国内机车行业首次采用轴承本身绝缘技术，它能够防止轴承产生电腐蚀，确保轴承的安全运用，延长轴承的维护使用周期，从而提高轮对驱动系统的可靠性。 轮对轴箱 轮对轮对是由一根车轴和两个相同的车轮组成，在轮轴结合部采用过盈配合，采用冷压或者热套的方法，使两者牢固地结合在一起，为保证安全，绝不允许有任何松脱现象发生。轮对性能好坏直接影响到车辆的运行品质。对车辆轮对的

43、要求是：（1）在保证足够强度和一定使用寿命的前提下，使其重量最小，并具有一定弹性，以减少轮轨之间的作用力；（2）应具备运行阻力小，耐磨性好的优点；（3）应能适应车辆直线运行，又能顺利通过曲线，还应具备必要的抵抗脱轨的安全性。HXD1型机车转向架轮对组装满足EN13260的要求，为了便于装卸，结构如图2.8、图2.9所示，防止车轴轮座的拉伤以及减少车轴轮座的微动磨损，提高车轴轮座的疲劳强度，车轴轮座采用了喷钼处理技术，这种车轴轮座喷钼处理技术填补了国内机车车辆行业的空白。机车转向架基础制动方式采用了轮盘制动方式，可以有效消除轮对采用踏面制动可能引起的对踏面的热负荷影响，极大地延长车轮的使用寿命，

44、提高轮对的可靠性。图2,8 轮对轴箱结构 图2.9 轮对驱动系统 车轴车轴的作用是连接车轮和转向架构架；支撑转向架和车体；传递牵引力；传递制动力；承受车体重量。车轴各部位受力状态不同及装配的需要，其直径也不大一样，各部位名称和作用如下：（1）轴颈：用以安装滚动轴承，负担着车辆重量，并传递各方向的静动载荷；（2）轮座：是车轴与车轮配合的部位。轮座直径向外侧逐渐减少，成为锥体；（3）防尘挡板座：为车轴与防尘挡板座配合部位，其直径比轴颈直径大，比轮座直径小，位置介于两者之间，是轴颈与轮座的过度部分，以减少应力集中；（4）齿轮座、齿轮箱轴承座：动车车轴的一端有齿轮座、齿轮箱轴承座；（5）轴身：是车轴中

45、央部分，该部位受力最小。 HXD1型机车转向架车轴采用高强度合金钢材料EA4T(25CrMo4V)，车轴结构如图2.10所示，该车轴技术属于国际先进水平，为国内行业首次采用。车轴轴颈直径160 mm，轮座直径252 mm，轴身直径240 mm，设计满足EN13104标准；满足EN13261标准的要求；车轴轮座采用喷钼处理。 图 2.10 车轴结构 车轮车轮包括踏面、轮缘、轮辋、辐板和轮毂等部分，车轮与钢轨的接触面为踏面。踏面一侧突出的圆弧部分称为轮缘，轮缘是保持车辆沿钢轨运行，防止脱轨的重要部分。轮辋是踏面下，车轮最外的一圈。轮毂是轮与轴相互配合的部分。辐板是联接轮辋和轮毂的部分。车轮踏面需要

46、做成一定的斜度，其作用是：（1）便于通过曲线，车辆在曲线上运行，由于离心力作用，轮对偏向外轨，外轨上滚动的车轮滚动圆直径较大，而沿内轨滚动的车轮滚动圆直径较小，这正好和曲线区间线路外轨长，内轨短相适应，减少外轨车轮在钢轨的滑行；（2）可自动调中，车轮在直线线路上运行时，如果车辆中心线与轨道中心线不一致，轮对在滚动过程中能自动纠正偏离位置；（3）由于踏面与钢轨接触面可以不断变化，使踏面磨耗沿宽度方向比较均匀。HXD1型机车转向架车轮采用进口整体辗钢车轮，通过冷压的方式压装到车轴上，从而保证轮轴之间有足够的压紧力，又不致于轮轴接触部位应力过大，影响轮对使用寿命。需要换轮时，采用液压工具将旧轮从车轴

47、上退下。车轮材料采用ER8(符合EN13262标准)，与钢轨具有较好的匹配性能，具有较好的重载适应性能。在车轮两侧装有制动盘，制动盘与车轮之间通过螺栓连接；车轮踏面采用符合TBfr449的JM3磨耗型踏面。车轮结构如图2.11、图2.12所示： 图2.11 车轮结构 图2.12 车轮结构 轴箱轴箱主要组成有轴箱体、轴箱轴承、轴箱盖、防尘档圈等，轴箱装置的作用是：（1）连接轮对与转向架构架，支撑金属橡胶弹簧的底部、支撑转向架构架；（2）承受和传递轮对与转向架之间的各种载荷，承受车体重力，传递牵引力、制动力；（3）给轴承内外圈定位，保持轴颈和轴承的正常位置，并从而保证车轴正常安装位置；（4）使轮对

48、沿钢轨的滚动转化为车体沿线路的平动；（5）轴箱采用滚柱轴承，在提高承载能力的同时，降低了轴箱磨擦系数，减少了车辆起动和运行的阻力，以适应地铁车辆高速运行、起动频繁、行车密度大的要求；（6）轴箱采用迷宫式密封，有良好的密封性以防止雨水、尘土等杂物侵入，并有良好的润滑性能。（a）带速度传感器（b）带接地装置和防滑速度传感器1-轴圈；2-内端盖；3-轴箱体；4-轴承；5-轴端压盖；6-外端盖；7-速速传感器；8-接地装置。2.13 轴箱结构轴箱与一系悬挂装置轴箱装置横向力传递顺序：右端：车轴防尘挡圈轴承内圈滚子轴承外圈轴箱体构架车体；左端：车轴螺栓内圈压板轴承内圈滚子轴承外圈轴箱后盖螺栓轴箱体构架车

49、体。结构如图2.13、图2.14所示：轴承径向游隙对轴承工作性能有着重要的影响，每一种轴承在一定的作用条件下，都有最佳的径向游隙，使轴承寿命高，摩擦阻力小，磨损小。游隙过小，会使轴承工作温度升高，不利于润滑，影响力的正常传递，甚至会使滚子卡死；游隙过大，使轴承压力面积减少，压强增大，使轴承寿命减少，振动与噪声增大。所以，选择合适的径向游隙是重要的。轴承轴向游隙：在允许条件下，轴向游隙越小，转向架性能越佳。HXD1型机车轴箱采用的是整体式圆锥滚动轴承。它便于控制轴箱横动量和保证轴承油脂不泄露，可实现120万km免维护；轴箱安装有接地装置、速度传感器、防滑速度传感器。轴箱的横动量为020050 m

50、m，轴箱轴承采用的是自密封整体式圆锥滚子轴承，它便于控制轴箱横动量，有利于机车在高速重载运用情况下稳定运行；另外，自密封可保证轴承油脂不泄漏，实现机车运行120万km免维护。为了防止轴箱轴承的电腐蚀，提高轴箱的安全性和可靠性，每轴各有一轴箱端部装有接地线装置。此外有的轴箱端部还装有速度传感器、防滑速度传感器。轴箱动密封采用了迷宫式密封结构，可有效防止雨水及灰尘的进入，确保轴箱的长期安全稳定运行。轴箱体为中空、两翼基本对称承载一系弹簧结构。采用高强度C级钢铸件，低温冲击韧性好。HXD1型机车轴箱采用独立悬挂弹性定位单拉杆结构，主要由轴箱体、轴承、接地装置、速度传感器、轴端压盖、内外端盖等组成。构

51、架构架是转向架的重要承载部件， 是转向架其他零部件的安装基础， 构架设计的安全性、可靠性必须满足要求， 以确保机车的安全性。HXD1型电力机车的转向架是南车株洲电力机车有限公司引进西门子公司的技术， 用于1 2 0 k m /h 速度级重载货运电力机车的转向架，由于机车的牵引力大， 所以对转向架构架的设计也提出了更高的要求，构架结构如图2.15所示。2.15 构架结构 构架结构及作用HXD1型机车转向架构架采用二轴转向架构架传统的“ 日” 字形焊接钢结构， 由前端梁、后端梁、牵引梁和2 根鱼腹形侧梁组成，所有梁体都是箱形梁焊接结构， 除个别安装座外， 基本上是对称结构。该构架焊接后，构架变形小

52、，残余应力分布均匀，因此机加工后不需要退火；构架采用等刚度设计，构架的各个零部件的应力水平比较低，且应力变化趋势平稳；安装座结构简单。构架的侧梁与横梁、侧梁与端梁通过上下盖板对接， 对接处不在同一截面内。构架焊接采用德国的DIN6700标准：优先选用对接焊缝，单边V形焊缝和K形焊缝，尽可能不用不开坡口的角焊缝；使焊缝位于低应力区；避免焊缝位于同一截面上；不同板厚的焊接，应该在厚板对接处设置斜坡，使两板厚一致；对接焊缝应预留间隙，以便焊透，对接焊缝的余高应尽量小。构架把转向架各零部件组合成一个总体，是转向架的承受作用力的部分。它有以下功能：（1）部分尺寸精度要求较高，使各部件安装具有较高的定位精

53、度，使转向架达到较高的运行性能；（2）便于各部件及附加装置的安装，包括轮对安装、传动齿轮装置的悬挂、牵引电机的安装、制动系统的安装；（3）结构经过科学设计，具有足够高的强度，承受并传递牵引力、制动力及车体重量以及各种冲击、振动，保证列车运行安全。 侧梁构架侧梁设计为等强度梁，即根据各个截面的受力情况设计成尺寸不等的变截面梁体， 使梁体各处截面上的应力接近。侧梁为下凹鱼腹形箱形梁体， 侧梁上设有二系簧座、拉杆座、一系簧座、一二系垂向减振器座、制动器安装座、一系止挡等部件； 侧梁内布置了筋板。中间上盖板厚为20 mm，端部上盖板厚为12 mm，下盖板厚为20 mm，内外立板厚为14 mm，内部筋板

54、厚为8 mm。梁体截面尺寸为中部高530 mm，宽300 mm。 牵引梁牵引梁为平直梁，电机吊挂座横穿过牵引梁，增加梁体的抗扭刚度。牵引座在牵引梁下方，以实现低位牵引。牵引梁上还设有横向止挡。牵引梁的上盖板厚20 mm，下盖板厚16 mm，立板厚16 mm，内部筋板厚8 mm。梁体高526 mm，宽350 mm。 前、后端梁前、后端梁上有横向减振器座、牵引杆吊挂座、扫石器安装座、制动器安装座、起吊座、防碰撞装置等部件。上、下盖板厚12 mm，立板厚8 mm。 弹性悬挂装置 悬挂弹性装置构成和作用弹性悬挂装置的主要功能是：缓和和衰减车辆振动和冲击，使车辆运行平稳。弹性悬挂装置主要组成：一系悬挂装

55、置和二系悬挂装置。弹簧装置的作用主要体现在两方面：一是使车辆质量及载荷比较平均的传递给各轮轴；二是缓和因线路的不平顺、轨缝、道岔、钢轨磨耗或沉降不均匀，以及车轮擦伤、车轮不圆、轴颈偏心等原因引起的车辆振动和冲击，悬挂装置结构如图2.16所示。图2.16 悬挂装置结构 一系悬挂装置2.17 轴箱定位拉杆结构 2.18 一系悬挂装置 车体不是刚性的坐落在转向架上，而是通过弹簧装置悬挂起来，并通过减振装置衰减车体振动，整个车辆就是一个多刚体、多自由度的振动系统，也被称为车辆悬挂系统。一系弹簧位于轮对与构架之间，来自轨道的各种冲击和振动首先通过一系弹簧缓冲后传给构架和车体。一系弹簧有以下功能：（1）支

56、撑轮对以上的车辆重量，传递牵引力和制动力，缓和来自轨道的各种冲击和振动；（2）给轴箱提供定位，保证车辆良好的运行品质；（3）保证动车转向架轮对与构架定位，使电机联轴节齿轮箱轮对这个动力传递关系在各部件允许偏移范围内正常牵引、传动。约束轮对与构架之间的相对运动的机构成为轴箱定位装置，由于轴箱相对于轮对左右前后的间隙很小，故轴箱定位也是约束同一转向架两轮对相对运动的轮对定位。对于轴箱定位的基本要求是：应该在纵向和横向具有适宜的弹性定位刚度值；结构形式应简单可靠，性能稳定，无磨耗或少磨耗，检修方便，重量轻。适宜的轴箱定位，不仅可以避免车辆在一定运行速度范围内发生蛇行运动失稳，还能保证车辆在曲线上运行

57、具有良好的导向性，从而减少轮对与钢轨之间的冲击和侧压力，减轻车轮轮缘与钢轨的磨耗，确保车辆运行的安全性和平稳性。HXD1型机车一系悬挂采用钢弹簧+单侧轴箱拉杆定位结构，如图2.17、图2.18所示。轴箱拉杆两端采用球形橡胶关节。由于橡胶关节径向刚度大，回转刚度小，因而使轴箱纵向具有较大的定位刚度，并可使轴箱相对构架能自由的沉浮及绕本身轴线回转。该种结构的特点是结构简单，且可实现一系纵向、横向及垂向刚度参数相对独立，这样动力学计算比较准确，并有利于一系纵、横及垂向刚度的优化。二系悬挂装置机车二系悬挂每转向架6组，每侧3组沿转向架中问横梁横向布置。然二系悬挂横向布置和纵向布置对机车动力学性能影响非

58、常微小，但横向布置可以减小二系弹簧最大变形量，结构如图2.19、图2.20所示。图2.19 二系悬挂装置弹簧结构 图2.20 横向减振器结构牵引装置中心销及中心销套有以下功能：（1）联接车体与转向架，传递牵引及制动力；（2）提供定位，保证转向架能够相对于车体转动，安全通过曲线；（3）车体被抬起时，力的传递：中心销-中心销套-保护螺栓-构架-转向架，使转向架也能抬起。中心销出厂时由制造厂压装到中心销导板内，形成一个单元，所有的维修、调整、置换及安装任务都在都把该单元作为一整体，检修时不用拆下。中心销导板通过六个螺钉嵌于车体底架下，在安装座底部可加垫片调整车体底架水平。牵引杆在车体与转向架构造之间

59、起着传递牵引力和制动力的作用，同时通过橡胶联接套缓和并减轻传递中的振动和冲击，使力传递平稳。由于HXD1型机车为重载货运电力机车，因此牵引装置是该机车转向架关键部件之一。牵引装置的强度和刚度必须考虑5倍转向架质量惯性力的冲击载荷；同时为了减少轴重转移，牵引点距离轨面的距离需尽可能低；为了保证转向架与车体的相对运动，牵引装置采用了橡胶关节和销套结构；为了有效传递牵引制动力，牵引装置纵向刚度要尽量大。HXD1型机车转向架牵引装置由牵引杆(一)、牵引杆(二)、连杆、销套及橡胶关节组成。牵引杆(一)和牵引杆(二)为焊接结构，连杆为铸造结构，牵引杆(一)和牵引杆(二)之间的连接采用销套结构，连杆与牵引杆

60、之间采用橡胶关节，牵引杆与构架和车体之间采用橡胶关节连接，牵引系统结构如图2.21、图2.22所示。图2.21 牵引系统结构 图2.22 牵引系统结构电机悬挂装置电机一端采用抱轴悬挂，另一端采用摆杆弹性悬挂在构架上。该结构满足了传动系统的运动关系，另外也可以改善动力学性能，电机悬挂装置如图2.23、图2.24所示。 1-电机吊杆（带橡胶关节）；2-紧固螺栓；3-安全托及销轴。 图2.23 电机悬挂装置 图2.24 电机悬挂装置 HXD1型机车转向架上装有2套轮缘润滑装置，分别位于转向架的1、4位。该润滑装置采用脂润滑，其额定工作气压700 kPa，最大工作气压1 000 kPa，额定工作电压D