HXD3型电力机车转向架解析

HXD3型电力机车转向架甄东生HXD3型电力机车转向架概述转向架是机车的走行部分，除了支承车体上部的重量和传递牵引力、制动力外，它对机车动力学性能、牵引性能和安全性能起着重要的作用。保证轮轨间必要的粘着，使轮轨接触处产生必要的轮轨力保证机车正常的牵引和制动。缓和线路对机车的冲击，保证机车运行的平稳性和稳定性。保证机车顺利通过曲线和侧线。本车作为重载货运牵引的电力机车，转向架设计在满足各项基本性能要求前提下，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。本车的前、后两个三轴转向架的结构相同。转向架主要由构架、轮对装配、轴箱、电动机悬挂装置、基础制动装置、支承装配、牵引装置和附件装配等组成（见下图）。关于转向架的受力及传递转向架在运行中主要承受三种力:纵向力,横向力和垂向力。纵向力主要是机车的牵引力和制动力,其传递途径为：钢轨和车轮相互作用产生→车轴→轴箱→轴箱拉杆→构架→牵引杆→车体→车钩→列车横向力主要是通过曲线时的离心力和横向震动引起的附加力，横向力传递途径为：车体→横向和摇头止挡→构架→轴箱止挡→轴箱→轴承→车轴→车轮→钢轨垂向力是机车自身的重力和机车运行时的垂向震动引起的附加载荷，其传递途径为：车体→二系弹簧→构架→轴箱弹簧→轴箱体→轴承→车轴→车轮→钢轨这三个力是转向架设计和日常维修及故障查找检查的依据和指导性线索。转向架主要技术参数机车轴式C0—C0机车轴重23+2t构造速度120km/h轨距1435mm轴距2250mm＋2000mm转向架总重30.1t每轴簧下重量5.3t轮径1250mm（新造轮径）1200mm（计算轮径）1150mm（到限轮径）通过最小几何曲线半径125m（机车速度≤5km/h）二系支承横向中心距2050mm牵引点距轨面高度240mm牵引电机悬挂方式滚动抱轴式半悬挂传动比101/21=4.8095齿轮模数9弹簧悬挂装置总静挠度142.1mm（轴重23t）162.1mm（轴重25t）一系静挠度49.0mm（轴重23t时）54.7mm（轴重25t时）二系静挠度93.1mm（轴重23t时）107.4mm（轴重25t时）转向架相对车体横动量（自由+弹性）（20+5）mm（单边）构架相对轴箱横动量±10－±10－±10轮对相对轴箱横动量0－±15－0基础制动方式轮盘制动机车空气制动率：25.38%（23t轴重）停放制动：满足30‰坡道停车要求（23t轴重)制动倍率：3.23（1、6轴）2（2、3、4、5轴）转向架运用的注意事项转向架做为影响行车安全的重要部件在检修和运用中有两项千万要注意的:第一是水，第二是电。严禁用高压水枪直接冲洗转向架,特别是对着轴箱、滚动抱轴箱冲洗。严禁在构架和车体上随意动用电焊，如果确实需要焊接零件一定要就近搭接地线。构架构架是转向架的重大部件之一，是转向架众多部件联结的机体。构架也是承载和传力的基体，通过它与轴箱拉杆和一系悬挂与传动装置相连，传递车体的垂直载荷和承受轮对上传来的作用力。机车以各种工况运行时，它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。因而它必须具有足够的强度和刚度。构架是由左右侧梁、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。构架的检修及维护构架做为一个关键部件，经历了严格的试验和检测，保证了日常免于维护，仅仅在日常辅修时进行常规检测，大修和中修进行焊逢的探伤检测。在检修时按照每个构架的基准进行检测。轮对及驱动装置轮对及驱动装置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。轮对及驱动装置由车轴、车轮装配、主从动齿轮、滚动抱轴箱装配和齿轮箱装配组成。车轮装配包括整体车轮和摩擦盘组装。整体车轮采用进口德国波鸿车轮；摩擦盘采用进口KNORR公司标准铸铁盘。铸铁摩擦盘固定螺栓的力矩是60N.M。机车车轮采用JM3磨耗型踏面车轮及齿轮等都是采用注油压装的方法车轴材料是JZ50钢,按照国内成熟的设计和加工方法进行生产。驱动装置该车的驱动装置采用了德国VOITH公司设计生产的装置，主要包括齿轮箱、大小齿轮、抱轴箱等。其中齿轮箱体、抱轴箱体及拆卸小齿轮的压盖等由我公司按照德国的标准生产，前提是经过德国VOITH检测合格取得生产许可后进行。驱动装置的主要技术参数齿轮传动比101/21=4.81模数:9.0螺旋角:8度压力角:20度齿轮油牌号Mobil-MobilubeSHC75W90LS齿轮材料18CrNiMo7-6最大输入速度2,665min-1最大启动扭矩12,127Nm最大制动扭矩10,000Nm短路时齿轮箱最大输入扭矩（每年最多发生2次）48,508Nm大端抱轴承型号M249747-M249710小端抱轴承型号M349547-M349510抱轴箱尺寸：长度938mm直径282mm抱轴箱体材料EN-GJS-500-7U轴承计算平均速度80km/h轴承计算平均扭矩8,000Nm轴承计算寿命300万公里齿轮箱重量（包括齿轮箱，抱轴箱，不包括电机，车轴，齿轮油）1,720kg大修期2,000,000km最大加速度XYZ20g15g50g手动油压泵为油压增效器，可以用来进行组装和拆装，例如对轴的摩擦连接。活塞泵在管路和设备上的油压为450巴。手动油压泵可以将油压最大增加到3000巴，并将其传送到加工件上。驱动装置的维护首次投入运用的一个月或7500公里进行齿轮油更换。每个月检查一次泄漏和螺钉联接。每运行15万公里或每年更换一次齿轮油和补充一次润滑油脂。检查抱轴箱内的水凝结，清洁通气器。每200万公里或12年进行一次大修。轴箱装配轴箱装配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。轴箱采用独立悬挂，轴箱相对构架的上、下和横向移动，靠轴箱弹簧、橡胶元件的弹性变形来获得。轴箱装配主要由前后端盖、轴箱体、吊钩、整体轴承、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。轴箱装配采用单拉杆与构架相连。一系弹簧及其橡胶减振垫，配合一系垂向减振器构成了一系悬挂系统。两个端轴的轮对相对轴箱没有自由横动量，中间轴的自由横动量为±15mm。这些横动量完全是由轴箱内的轴箱轴承提供的。该机车端轴轴箱选用了FAG801804轴承，中间轴箱选用了FAG804116，轴箱轴承经过计算都有近300万公里的寿命。需要注意的是FAG804116因为横动量大需要在机车每运行二十万公里进行150克的油脂补充。油脂型号：FAGL222加脂方式：通过外径上的三个加脂口均匀加脂。所有轴箱轴承运行80万公里或运行5年后，轴承应解体清洗、检查，并重新加脂，加脂量为360～400克。更换润滑脂时，FAG中国有限公司将推荐性能等同的油脂牌号。轴箱检查和拆卸注意事项在进行轴箱拆卸时要注意千万要把轴箱相对构架和机车的相对位置记录清楚。再次组装不要搞错。千万要把弹簧下面的调整垫片的位置数量记录清楚,再次组装不要搞错。最好在机车没有解体前就把轴箱的吊钩螺栓拆卸下来。轴箱拉杆的螺栓一定要用力矩紧固。司乘人员日常检查也要对该部位进行重点检查。电动机悬挂装置电动机悬挂方式为滚动抱轴式半悬挂。牵引电机一端通过滚动抱轴箱装配支承在车轴上，另一端通过一根两端带橡胶关节的吊杆弹性悬挂在构架的横梁和后端梁上。电动机悬挂装置的吊杆一方面承受牵引电机的静载荷，另一方面承受牵引电机工作时产生的反力，同时在牵引电机工作过程中，它可以随电机纵向和横向自由摆动，并且橡胶关节可以衰减牵引电机传给构架的振动。电动机悬挂装置是由牵引电机、吊杆等组成。基础制动装置基础制动装置是执行对运行中的机车减速和停车的一种装置。本车采用的是轮盘制动方式，每个车轮安装一套独立的单元制动器，其中每个转向架有二套单元制动器带有弹簧停车储能制动，安装在第一轴车轮上。当机车制动时，制动单元得到压缩空气，通过制动缸鞲鞴推动卡钳，通过闸瓦，压力作用到安装在车轮辐板的摩擦盘上，使闸瓦与摩擦盘间产生摩擦，消耗功率，将动能转变为热能散发掉，从而使机车达到减速或停车的目的。进行制动时，制动缸被充气，同时闸瓦（闸片支架和闸片）被推到制动盘上。随着闸片的推动，制动力逐渐增加。排空制动缸，释放闸片。制动缸中的返回的弹簧将闸板杠杆推致释放位置。排空弹簧制动器，使用停车制动。弹簧制动器弹簧的力将闸瓦推到制动盘上。空气充满弹簧制动器（释放压力），释放停车制动。执行器的弹簧拉紧时，制动杠杆达到释放位置。没有释放压力时，停车闸可以通过机械的紧急释放齿轮手动释放（例，在不发动车辆的情况下拖车）。支承装置支承装置又称二系悬挂系统。本车的支承装置是由高圆弹簧与二系垂向减振器和横向布置的抗蛇行减振器组成。每个转向架上有两组高圆簧(每组三个)布置在左右侧架中央部分。两个垂向减振器和两个抗蛇行减振器，布置如下图。高圆弹簧支承着机车上部结构重量，并均匀地分配到转向架构架上。当机车通过曲线时，它可在车体与转向架之间产生相对位移，使机车顺利通过曲线；当机车通过曲线后，它可使转向架与车体之间快速恢复原来的平衡状态。垂向和抗蛇行减振器的设置可以使机车获得良好的运行品质。牵引装置牵引装置是连接机车车体与转向架的重要组成部分，其主要作用是传递机车的牵引力或制动力。机车运行时要求其不应该存在着对运动的约束，且能适应机车车体与转向架之间的各种相对运动，其中包括：转向架相对于车体的横动、在水平面内的回转，转向架相对车体的浮沉振动、点头振动及侧滚振动。控制牵引点高度，与一、二系悬挂系统相配合，使牵引时机车的轴重转移最小，提高机车的粘着重量利用率。本车的牵引装置结构形式为推挽式中央平拉杆。主要部件包括：牵引销座、牵引橡胶关节、托板、牵引杆等（见下图）。附属装置HXD3机车转向架的附属装置包括：转向架的配属管路、轮缘润滑器、踏面清扫器、扫石器及撒砂装置等部分。转向架的配属管路又包括空气管路和电器管路两个部分。空气管路对单元制动器、停车制动器、踏面清扫器和撒砂装置提供必要的空气压力。需要指出的是因为KNORR制动系统提供的防滑控制，因此每个轮对的空气管路都是单独控制。转向架设备电器管路为信号和砂箱加热提供电力轮缘润滑装置按照铁道部的标书要求，车轮轮缘每万公里磨耗量少于0.3毫米。为了达到要求,我们安装了济南三新公司的干式轮缘润滑器。它具有结构简单，安装方便，易于维护等特点。踏面清扫器PX6此部件包括一个单向作用的压缩空气缸和活塞和一个专门设计用来将车轮踏面弄粗糙的支持闸瓦的闸瓦托。当压缩空气充入后，闸瓦在活塞(l)作用下与车轮接触，产生出必要的摩擦力。闸瓦及车轮磨损是通过调节活塞运动修正的，使得摩擦力为常压下的恒力。当气缸排气时，压缩弹簧(i)将活塞牵引到其起始位置(释放位置)。下图是踏面清扫器构造的一个示意图。扫石器为保证行车安全，按照中国铁路机车设计惯例，我们在每个转向架机车前进方向安装有扫石器撒砂装置铁路机车上的撒砂用于在启动和制动时增加轮子与轨道间的摩擦系数。KNORR撒砂装置是一种在一定压力范围下工作的气动传送装置。撒砂装置具有以下设计特点：—快速简单地整体替换撒砂装置。—部件能够简单集成为一个工作装置—装置构造简单，降低了维护和彻底检修的费用。下图是砂箱的工作原理图和实际样图撒砂管加热器SHR…V/30W撒砂管加热器是用于铁路机车的撒砂轮的一部分。当温度在冰点以下时，加热器能够防止稍高出铁轨的撒砂管结冰。让雪和结冰的水飞溅出来，否则会阻塞管并使撒砂轮失效。撒