120km-h軌道工程車輛用電傳動動力轉(zhuǎn)向架設(shè)計

1、    120km/h軌道工程車輛用電傳動動力轉(zhuǎn)向架設(shè)計    李田 曹莉姣 馬超 穆青【摘  要】主要對寶雞中車時代工程機(jī)械有限公司研制的120km/h電傳動軌道工程車輛動力轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)、功能及其重要構(gòu)成系統(tǒng)做簡單介紹，對其相關(guān)計算驗證進(jìn)行簡要說明?！娟P(guān)鍵詞】軌道工程車輛;電傳動;動力轉(zhuǎn)向架引言隨著我國鐵路事業(yè)的高速發(fā)展，為鐵路配套的軌道工程車輛的技術(shù)運用及運行速度也逐步提升。同時，隨著國家對于環(huán)保問題的日益重視，各種環(huán)保方面的法律、法規(guī)逐漸出臺，傳統(tǒng)機(jī)械傳動和液力傳動的軌道工程車輛轉(zhuǎn)向架已不能很好地滿足軌道工程車輛運用要求。因此，為滿足我國

2、鐵路事業(yè)的高速發(fā)展需求，并結(jié)合公司未來發(fā)展需求，寶雞中車時代工程機(jī)械有限公司設(shè)計研發(fā)了一款120km/h速度等級軌道工程車輛用電傳動動力轉(zhuǎn)向架。1.轉(zhuǎn)向架主要技術(shù)參數(shù)該轉(zhuǎn)向架主要技術(shù)參數(shù)如表1所示：2.轉(zhuǎn)向架概述該轉(zhuǎn)向架如圖1所示，主要有構(gòu)架、輪對軸箱、二系旁承懸掛裝置、牽引裝置、牽引電機(jī)、車軸齒輪箱、基礎(chǔ)制動裝置及其他附件組成。1.構(gòu)架 2.動力輪對軸箱裝置 3.二系旁承懸掛裝置 4.牽引裝置 5.牽引電機(jī)6.基礎(chǔ)制動裝置 7.附件組成3.轉(zhuǎn)向架主要組成部分介紹（1）構(gòu)架。該轉(zhuǎn)向架構(gòu)架主體為由兩根側(cè)梁和一個橫梁組成的全鋼板焊接“h”型結(jié)構(gòu)，其上設(shè)有各種附件安裝座，具有強(qiáng)度大、剛性好、質(zhì)量輕、

3、焊接工藝性好等優(yōu)點。構(gòu)架在焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計時，完全遵循en150853：鐵路應(yīng)用鐵道車輛及部件的焊接第3部分：設(shè)計要求。設(shè)計中對構(gòu)架整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，避免了構(gòu)架拼焊后局部出現(xiàn)較大應(yīng)力集中問題。構(gòu)架設(shè)計強(qiáng)度符合tb/t 3549.1機(jī)車車輛強(qiáng)度設(shè)計及試驗鑒定規(guī)范 轉(zhuǎn)向架 第一部分：轉(zhuǎn)向架構(gòu)架中規(guī)定。構(gòu)架組焊完成后，進(jìn)行退火處理，消除構(gòu)架內(nèi)部殘余焊接應(yīng)力。構(gòu)架組焊后整采用整體機(jī)加工，可保證構(gòu)架上安裝各部件尺寸定位精度要求。（2）動力輪對軸箱裝置。該轉(zhuǎn)向架輪對軸箱裝置采用雙拉桿式定位方式。每個軸箱有兩組完全相同的內(nèi)、外簧彈簧組，并在軸箱體和構(gòu)架之間設(shè)有垂向油壓減振器。輪對采用注油壓裝方式，符合tb/t

4、1463機(jī)車輪對組裝技術(shù)條件規(guī)定。車輪為輪徑915mm的hfs型車輪，設(shè)計符合tb/t 2817鐵道車輛用輾鋼整體車輪技術(shù)條件，踏面型式采用lm磨耗型踏面。車軸軸型符合tb/t 2624重型軌道車車軸型式及基本尺寸，材質(zhì)為lz50，生產(chǎn)制造符合tb/t 2945鐵道車輛用lz50車軸及鋼坯技術(shù)條件。該轉(zhuǎn)向架電機(jī)輸出端與齒輪箱輸入端由聯(lián)軸節(jié)過渡，電機(jī)輸出的扭矩通過聯(lián)軸節(jié)傳遞到齒輪箱，齒輪箱的從動端與車軸過盈連接，通過從動端帶動車輪轉(zhuǎn)動，從而驅(qū)動整車運動。（3）二系懸掛裝置。該轉(zhuǎn)向架二系懸掛裝置采用橡膠堆配合橫向油壓減振器和側(cè)擋型式。每轉(zhuǎn)向架配置四個橡膠堆，一個橫向油壓減振器，兩個側(cè)擋裝置。此二系

5、懸掛裝置性能穩(wěn)定，使用維護(hù)保養(yǎng)簡單，能夠適應(yīng)車輛通過較小曲線半徑，還可以衰減車輛橫向振動，限制車體與轉(zhuǎn)向架之間的橫向位移。（4）牽引裝置。該轉(zhuǎn)向架牽引裝置采用低位連桿牽引裝置，結(jié)構(gòu)簡單靈活、重量輕、連接部位潤滑好、維修保養(yǎng)簡單方便。（5）牽引電機(jī)。該轉(zhuǎn)向架牽引電機(jī)額定功率為250 kw，額定轉(zhuǎn)速為750r/min，電機(jī)冷卻方式為強(qiáng)迫風(fēng)冷，采用架懸方式安裝。（6）基礎(chǔ)制動裝置。該轉(zhuǎn)向架基礎(chǔ)制動裝置采用單元制動器單側(cè)踏面制動型式，閘瓦采用高摩合成閘瓦。每個轉(zhuǎn)向架設(shè)置有四個外置安裝帶駐車停放功能的單元制動器，能在車輛停車或無風(fēng)狀態(tài)下利用蓄能的彈簧實現(xiàn)車輛停車制動功能。同時，還具有閘瓦間隙自動調(diào)節(jié)功能

6、，保證閘瓦與車輪踏面間隙8mm12mm。（7）其他附件組成。該轉(zhuǎn)向架根據(jù)車輛運用工況要求，設(shè)置了撒砂裝置、一二系鎖定裝置、接地裝置、軸溫報警裝置等附件組成。4.設(shè)計計算（1）構(gòu)架強(qiáng)度計算。為保證車輛運用安全，依據(jù)tb/t1335鐵道車輛強(qiáng)度設(shè)計及試驗鑒定規(guī)范及tb/t2368動力轉(zhuǎn)向架構(gòu)架強(qiáng)度試驗方法，采用pro/e三維建模軟件及ansys workbench有限元分析軟件，對轉(zhuǎn)向架構(gòu)架按照23t軸重施加載荷，進(jìn)行了靜強(qiáng)度計算及疲勞強(qiáng)度評價。靜強(qiáng)度計算。經(jīng)過對構(gòu)架模型進(jìn)行處理和單元離散，構(gòu)架形成366500個單元，691423個測點，構(gòu)架網(wǎng)格質(zhì)量達(dá)到74%，符合進(jìn)行加載計算要求。通過經(jīng)計算分析

7、，各工況下構(gòu)架最大等效應(yīng)力均小于對應(yīng)材料的應(yīng)力評定標(biāo)準(zhǔn)。構(gòu)架應(yīng)力最大部位出現(xiàn)在超常載荷工況4下側(cè)梁內(nèi)肋板處（彈簧座對應(yīng)位置），如圖2所示，應(yīng)力值為243.8mpa，小于355mpa，故構(gòu)架滿足靜強(qiáng)度要求。疲勞強(qiáng)度分析。選取構(gòu)架主要測點模擬運營載荷工況進(jìn)行疲勞強(qiáng)度評定，各測點疲勞強(qiáng)度采用goodman圖進(jìn)行疲勞強(qiáng)度評價，評定結(jié)果見圖3 。結(jié)果表明構(gòu)架各測點的疲勞強(qiáng)度均沒有超過母材的疲勞極限也沒有超過焊縫區(qū)的疲勞極限，故運營載荷各工況下構(gòu)架疲勞強(qiáng)度滿足疲勞強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)。（2）動力學(xué)計算驗證。為驗證該軌道工程車轉(zhuǎn)向架動力學(xué)性能，依據(jù)軌道車設(shè)計結(jié)構(gòu)和計算參數(shù)，采用多體動力學(xué)分析simpack軟件建立非線性

8、動力學(xué)分析模型，計算分析車輛系統(tǒng)的失穩(wěn)臨界速度、運行安全性和運行平穩(wěn)性，綜合評估車輛動力學(xué)性能。因該轉(zhuǎn)向架主要用于軌道工程車輛車輛中的重型軌道車，不是作為載人客車。因此，其動力學(xué)性能考核評價主要依據(jù)gb/t 17426-1998鐵道特種車輛和軌行機(jī)械動力學(xué)性能評定和試驗方法。通過對多種工況的計算分析，并結(jié)合特種車輛動力學(xué)性能評價標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行仿真評估分析，得到以下幾點結(jié)論：軌道車線性失穩(wěn)臨界速度隨車輪踏面等效踏面錐度增大而減小，非線性臨界速度在新輪狀態(tài)下為238km/h，能夠滿足該車輛120km/h運用速度和132km/h最高試驗速度的要求。經(jīng)計算分析軌道車通過多種典型曲線工況的結(jié)果，各項運行安全性

9、指標(biāo)參數(shù)均在標(biāo)準(zhǔn)要求安全限度值以內(nèi)，可滿足車輛通過100m曲線安全運行要求。軌道車直線運行時，20km/h132km/h速度范圍內(nèi)，車體垂向和橫向振動加速度均滿足限度值要求;20km/h120km/h速度范圍內(nèi)垂向平穩(wěn)性指標(biāo)均為優(yōu)等級，132km/h速度級垂向平穩(wěn)性指標(biāo)為良好等級;各速度級橫向平穩(wěn)性指標(biāo)均為優(yōu)等級。軌道車側(cè)向通過9號和12號道岔時，不同速度級下脫軌系數(shù)、輪重減載率和輪軸橫向力等指標(biāo)均具有一定安全裕量。綜上，根據(jù)仿真計算的分析結(jié)果，軌道車運行安全性和平穩(wěn)性各項參數(shù)能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)gb/t 17426-1998鐵道特種車輛和軌行機(jī)械動力學(xué)性能評定和試驗方法的要求，滿足整車運行的動力學(xué)性

10、能要求。（3）緊急制動計算驗證。軌道車制動距離是衡量制動性能的一個重要參數(shù)，因此應(yīng)通過計算來校核車輛在緊急制動情況下制動距離是否滿足gb/t 10082重型軌道車技術(shù)條件所規(guī)定的軌道車在平直線路上，單機(jī)以120km/h時自行速度運行，緊急制動距離不大于800米的要求及是否滿足滑行條件。根據(jù)tb/1407列車牽引計算規(guī)程計算整車緊急制動距離計算，計算得知：在平直道上，單機(jī)以120km/h時自行速度運行，緊急制動距離為655.5m，滿足緊急緊急制動距離不大于800米的要求。且對其滑行條件及整車坡道駐車能力計算校核均滿足整車設(shè)計要求。5.結(jié)語該轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)介紹及相應(yīng)計算結(jié)果表明：該轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)設(shè)計緊湊合理，能滿足動力學(xué)性能、限界及強(qiáng)度的要求;同時，滿足最大運用速度為120km/h的要求和初速度為120km/h時整車緊急制動距離小于800 m的要求。因此該轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)設(shè)計、懸掛參數(shù)的匹配是合理的，設(shè)計是成功的，能夠滿足整車轉(zhuǎn)向架運用需求。參考文獻(xiàn)1鮑維千.內(nèi)