第九章转向架

第九章转向架第一节概述转向架是保障机车安全运行的最关键部件之一，它对机车的安全性、舒适性、可靠运行及减少对轨道的动作用力、减轻对环境的污染等有着极为重要的作用。

它承受车体传来的各种静、动载荷，并传递牵引力、制动力，因此转向架必须有足够的强度，小的轮轨作用力，好的平稳性、稳定性和曲线通过性能，高的粘着利用率，可靠的牵引制动性能，并尽可能满足标准化，简统化的要求。

大秦线货运提速和重载货运交流传动电力机车转向架就是以满足上述要求为目标开展的。

“和谐2” 电力机车转向架是：基于法国标准的PRIMA货运机车转向架（22.5吨轴重）设计；按合同要求以满足轴重、轮径、车轮内侧距和环境等使用要求进行设计；“和谐2” 电力机车轴重要求是23t/25t, 转向架按25吨轴重设计。

转向架设计、制造采用的标准以EN、UIC和ISO等国际标准为主，同时也符合GB 146.1－83“机车车辆限界”对机车下部限界的要求。

转向架主要特性参数：转向架质量18690kg最高运行速度120km/h轴距2600 mm轮径（新轮）1250 mm电机采用抱轴式悬挂方式牵引电机功率1250kW齿轮箱底面距轨面高度≥120mm单个低位牵引杆踏面制动，每转向架有4个制动器，其中1个带停放制动其它结构特性：•设有轮缘润滑装置•设有撒砂和安全装置•齿轮箱上设速度探测器•设有接地回流装置转向架主要由如下部分构成：轮对、驱动装置、弹簧悬挂装置、牵引装置、基础制动装置、构架、轮缘润滑装置、转向架管路和附属装置等。

图9-1 PRIMA 机车转向架图9-2 HXD2 转向架三维模型HXD2转向架具有下述特点：(1)充分满足客户的使用要求，比如针对客户要求在零下40℃机车能够使用的条件和机车实际运营线路情况，提出原材料在零下40℃的低温冲击要求和轴承满足该线路机车振动条件的要求等；(2)设计过程是在既有成熟产品和技术标准基础上开展，引用的技术标准比较先进、全面。

HXD2机车转向架设计是在PRIMA原型车基础上进行适应改进设计，引用的技术标准主要以UIC和EN为主，主要部件都有标准可依，如车轮、车轴、弹簧、橡胶件、轴承、减振器和原材料等都有较详细的标准；产品设计以标准为基础但不局限于满足标准要求，针对客户特殊要求提出高于标准的要求。

(3)制造过程中必要的试验验证为机车可靠运行提供保障，零部件主要性能都进行型式试验验证。

第二节构架1构架的作用构架是转向架的主体,是连接转向架其它组成部分的骨架。

它不仅承受机车上部所有设备的重量，而且承受和传递机车在运行中产生的各种不同方向和随机运行中经常变化的动作用力。

因此，构架是一个受力复杂的结构部件。

为了保证轮对、牵引装置、悬挂装置及制动装置可靠的工作，要求构架不仅有足够的强度和刚度，同时应具有较高的位置精度要求，以保证转向架其它组成部分在其上的正确安装。

2构架的组成：构架按25 t轴重负荷设计，并且符合UIC 615的要求。

该转向架构架是一整体结构框架，其包括以下部分:两组焊接结构相同的下凹鱼腹形侧梁,为满足强度要求内设各种筋板。

两组端梁，分别焊接在每组侧梁端部，其中一组端梁联接牵引杆。

用螺栓安装在构架中间的横梁。

该构架装配有焊接座(钢板、铸件或锻件)用于安装转向架附件，还配有加工基准点用于测量转向架使用过程中构架轮距和弯曲程度。

转向架构架配有提升设施可用于维修或搬运。

2.1侧梁构架的侧梁一般在条件允许的情况下均采用等强度梁，其截面则根据不同位置的具体受力情况设计为变截面梁体，使梁体各处截面上的应力基本一致。

等强度梁虽然形状复杂，对制作工艺要求较高，但它具有受力合理、材料利用率高、重量轻等突出优点，因此得到了广泛应用。

该侧梁为下凹鱼腹形箱型梁体，其上盖板上有二系簧座、吊座、摇头止挡座等，下盖板上有一系簧座、拉杆座（一）、拉杆座（二）、一系止挡座等，侧梁内侧有横梁止挡座、制动器安装座等。

侧梁上盖板厚为16mm，下盖板厚为20mm，内、外立板厚为12mm，在梁体内的适当部位设置厚度为12mm的钢板作为内部筋板。

梁体截面尺寸为：中部高度为451mm，端部高度为248mm，梁体主宽为301mm，总长为4655mm。

2.2端梁端梁选用箱型梁体，上盖板厚均为16mm，下盖板厚为20m。

为了便于实现低位牵引的布置，由于牵引端端梁与牵引装置相连而采取了补强措施，牵引端梁选用鱼腹形箱型梁体，并且上盖板厚为20mm，下盖板厚为20mm，端梁和牵引端梁内外立板均为14mm，内部设置厚度为14mm的筋板，以提高梁体的抗扭刚度。

2.3横梁构架横梁具有增强构架的整体性，提高构架的整体抗变形能力和抗扭刚度等重要作用。

构架横梁采用变截面箱形结构，其上设有电机支座、安全止挡座，横向减振器座。

下方两端与侧梁用螺栓相连，上方两端起横向止挡作用。

上、下盖板厚12mm，内外立板厚为12mm，内部筋板厚为12mm。

梁体高为564mm，中部宽为201mm，长为1844mm。

图9-3 构架3材料：该构架采用S500MC钢板和铸钢件，以便优化构架结构。

对这些零件原材料的基本通用要求是碳当量和在零下40℃时按照欧洲标准试验的低温冲击要求，以保证获得最佳的焊接质量和满足低温使用要求。

S500MC是高屈服强度钢板，钢板采用四辊轧制机热轧制。

3.1主要化学成分（铸造）钢板的碳当量必须≤0.40。

3.2机械性能（纵向）要在交付状态下，对钢板进行如下实验：钢板必须在交付状态下进行夏比V形槽冲击试验4主要技术参数外形尺寸 4655mm×2826mm×930mm二系圆弹簧中心距 2020 mm轴距 2600 mm构架总重 3170kg5构架试验为了验证转向架构架设计进行试验台试验，静态和动态试验主要基于UIC 515-4 和615-4中推荐的试验条件，静态超常载荷下的试验是为了检验车辆在最大超常载荷累积作用下该结构不会产生永久变形（屈服）。

工作载荷下的动态试验是为了检验该结构能满足30年寿命的设计标准。

如在UIC标准中推荐的，车辆运行时，在典型载荷叠加工况下的疲劳应力必须符合母材和焊接接头处所用材料的许用应力。

试验按照UIC 515-4 和615-4中定义的步骤进行。

6主要技术特点在构架的设计方面，主体结构采用了高强度钢板焊接结构，钢板和铸件充分考虑了焊接工艺方面的要求。

采用有限元法进行计算分析，确保构架在正常荷载下不会出现永久变形，使构架满足UIC 615-4的要求。

在构架的制造方面，主要焊缝采用机械手进行焊接，在构架组焊完成后，对构架各梁体对接焊缝进行无损检测。

构架焊接后根据标准NF F01-810进行应力消除退火，退火温度为590°C。

焊接构架在精加工作业之后进行抛丸处理，然后采用双涂层系统用醇酸树脂漆进行防腐保护。

第三节悬挂装置转向架悬挂装置根据所处位置的不同分为一系悬挂装置与二系悬挂装置。

在轴箱与构架之间设置的为一系悬挂装置，在车体与转向架之间设置的为二系悬挂装置。

转向架悬挂装置的性能决定着机车如下的动力学性能：✓运行稳定性；✓舒适性；✓走行安全性；✓曲线通过性能。

1一系悬挂装置1.1结构一系悬挂装置采用独立的轴箱弹簧悬挂结构，每个轴箱有两个螺旋弹簧承载，在每组弹簧的上方置有绝缘垫，轴箱两侧还各安装有一个在三向不同刚度的轴箱拉杆定位装置，机车运行时，轴箱拉杆起到传递牵引力、制动力和横向力的作用，另外为了达到衰减振动和吸收振动能量的目的，配置了一系垂向减振器，见图9.3.1。

在轴箱处设有垂向限位装置。

垂向运动被限制在两止挡之间。

HXD2电力机车轴重要求是23t/25t，23t/25t转向架在一系悬挂装置的区别是有无轴重调整垫，通过改变轴重调整垫而适应不同的轴重的要求。

图9-4 一系悬挂装置三维示意图（含轴箱体部分）1.2 各部件性能及作用1.2.1 一系悬挂弹簧一系悬挂弹簧是符合欧洲标准EN 13298 中B 类弹簧，末端的定义方式为ISO 2162-2标准中的D 型，具体见图9-5。

卷制弹簧所用的钢材等级符合EN 10089的规定。

硬度、拉伸载荷以及冲击韧性等机械性能符合EN 13298标准中的规定。

用于制造弹簧的圆钢应进行加工，绕制前圆钢表面的粗糙度Ra 不得大于1.6µm。

弹簧采用一次加热成型，从而获得较小的脱碳层，来提高其疲劳强度。

弹簧组装高度的调整：弹簧带有一个调整垫片，可调整总高度，来保证在额定载荷F A 作用下其高度为275 1 mm 。

每个弹簧均与相应的调整垫配对。

一系悬挂弹簧的性能及各项指标：(1) 轴向刚度7.847×105 N/m (2) 弹簧自由高度325mm ， (3) 弹簧压并高度227mm ， (4) 弹簧在FA 下的高度 270mm 。

为获得好的动力学性能，在弹簧制造时应标明横向自由偏移方向，保证在组装弹簧时能按图纸的要求进行。

一系悬挂横向自由偏移方向的标明方法：在弹簧一系悬挂弹簧与构架之间的间隙为拉杆组件绝缘垫下方第一个有效圈上绕上两圈电气类型的胶带，来标明横向自由偏移方向。

为保证良好的动力学性能在安装时应保证弹簧的横向自由偏移方向符合图纸的要求。

图9-5 一系悬挂弹簧三维图1.2.2一系垂向减振器一系垂向减振器是符合欧洲标准EN 13802，具体见图9-6。

一系垂向减振器及其吊耳的设置均按照运用条件与运用周期进行了设置，各项试验均按照实际测得的线路情况而进行。

一系垂向减振器的性能及各项指标：图9-6 一系垂向减振器三维图(1)减振器运用环境要求—最高温度 +70℃—最低温度 -40℃(2)公称载荷和速度—公称速度0.3 m/s—公称载荷7500 N(3)最大载荷和速度—最大速度 1 m/s—最大载荷18000 N(4)公称F-v特性见图9-7。

吊耳性能及各项指标：(1)静态刚度：—轴向：4.2 kN/mm。

(2)最大载荷和变形：—最大轴向载荷：18000N；—最大偏转角：2°。

(3)使用的所有材料应满足法国标准NF F 16 101的B类和NF F 16 102中所提出的要求。

图9-7 一系垂向减振器公称F-v特性1.2.3轴箱拉杆轴箱拉杆由轴箱拉杆体与通过一定的预压力压装在端部的两个轴箱拉杆橡胶关节构成。

见图9-8。

轴箱拉杆橡胶关节是由配方橡胶经一定工艺硫化在芯轴上，其试验方法、内容等符合欧洲标准EN 13913。

轴箱拉杆橡胶关节的各项性能指标是在装有该类型一系悬挂装置的机车上进行在线测量数据进行分析得出的，具体如下：(1)径向静刚度：径向静刚度： 164.5 kN/mm，轴箱拉杆体轴箱拉杆橡胶关节(2)轴向静刚度：轴向静刚度： 57 kN/mm。

对于轴箱拉杆橡胶关节使用的所有材料应满足法国标准NF F 16 101的B 类和NF F 16 102中所提出的要求。