快速货运电力机车转向架技术探讨

快速货运电力机车转向架技术探讨

李吉宁

中国铁路呼和浩特局集团有限公司呼和浩特机务段集宁检修车间

内蒙古自治区乌兰察布市012000

摘要：随着我国经济快速发展、产业结构优化升级以及人民生活水平的提高，网络技术的发展，以网络购物为代表的新型商务模式兴起，家电、农副产品、鲜活易腐货物、精密仪器、医疗卫生用品等高附加值产品的运输需求迅猛增长。以价值高、批量小、时间紧、个性化为特征的快捷货物运输产品具有存储时间短、小批量、多批次等特点，对运输的便捷性、时效性、安全性、经济性等要求越来越高。因此提升铁路货运速度，开发我国快速货运铁路运输用机车车辆具有重要的现实意义。

关键词：货运；机车；转向架 

一、快速货运电力机车转向架的要求

1、运行速度比较高。由于当前的货运机车具有牵引速度较慢、运输效率不高以及周期较长等问题，而利用快速货运电力机车可以将这些问题合理的解决。因此，在未来的发展过程中，相关研究人员应该研制出运行速度在 120~160 km/h区间的快速货运电力机车转向架，确保在激烈的市场竞争当中可以脱颖而出。

2、选择合适的轴重。对于快速货运电力机车转向架来说，其作用就是要达到快速货运的标准。因此，在进行设计轴重参数的过程中，设计人员需要考虑轴重的快速运输以及轴重的运输重量，为用户节约一定经济成本的同时也提高企业的经济效益，促进企业的良好发展。通常情况下，轴重在21~23 t是最完美的选 择，与普通的货运机车相比，快速货运电力机车的轴重比较轻并且速度也非常快。

3、应用大功率交流传动牵引电机。由于交流传动技术发展趋势上升速度较快，使得大功率交流传动牵引电机技术得到了广泛的应用。与直流传动牵引电机不同的是，交流电机在运行过程中可以获得较大的牵引功率以及较轻的体积质量。除此之外，由于新工艺技术的不断发展，在机车转向架设计的过程当中，牵引电机的选型也越来越多样化，让电机功率以及安装空间都可以有很大的提高。在快速货运电力机车的未来发展过程中，一定要采用大功率的传动牵引电机，这样可以很大程度上满足牵引功率的要求，保证运输的安全性以及稳定性。

二、快速货运电力机车转向架技术结构特点

 快速货运电力机车转向架结构，根据当前一般货运机车功率及牵引吨数，我国快速货运电力机车转向架拟采用三轴全悬挂结构，如图。

1、驱动装置弹性架悬。对于快捷货运机车而言，为减少簧下质量，获得较好的动力学性能，牵引电机应采用全悬挂的方式，即架悬。架悬一般分为刚性架悬和弹性架悬。传统客运机车牵引电机一般采用刚性架悬方式，如 DF11、SS8、SS9 等。有别于传统的刚性架悬结构，弹性架悬是指牵引电机一侧设置电机悬挂臂，通过橡胶关节安装在构架横梁上；另一侧通过悬挂梁和齿轮箱体上分别安装的带有橡胶关节的长吊杆悬挂于构架端梁或横梁。由于长吊杆的存在，整个驱动单元相对于构架可以实现横向运动。为衰减驱动单元相对于构架的横向振动，在悬挂梁和构架间设置耦合减振器。

2、承载齿轮箱及传动轴承油润滑。快速货运转向架传动机构宜采用成熟的齿轮空心轴六连杆机构，一般主要由齿轮箱、齿轮、轴承、空心轴等组成。为满足机车快速、长交线路运用工况条件，传动轴承适宜采用齿轮箱油进行润滑，即齿轮转动带来的润滑油通过齿轮箱内集油槽流入轴承内部，给予润滑。相比油脂润滑的轴承，油润滑的轴承工作范围更广，可在温升 80 K 以下正常工作，从而可以满足我国快捷货运对跨区域、气候的应用要求。

3、构架。构架采用三轴转向架构架传统的“目”字形焊接钢结构，由两根侧梁、两根横梁和两根端梁构成，各梁均为薄板焊接成的箱型梁。侧梁采用直梁结构，并设置轴箱拉杆座、各油压减振器座和各止挡座等部件。构架是转向架各部件的安装基础，承受并传递各种载荷，强度设计和刚度设计是构架设计的重点，应尽量使结构重量和受力分布比较均匀， 并在保证构架强度和刚度的前提下减重。

4、轮轴。车轮采用符合 EN 13262 标准的 ER9（或 ER8）材质的整体辗钢车轮，车轮踏面采用 TB 449标准中规定的 JM3 型踏面。新轮踏面滚动圆直径为1250 mm，磨耗到限为 1150 mm。为满足制动盘的安装并考虑六连杆机构的布置空间，车轮两侧腹板内凹，并降低了车轮质量。车轮优化设计后，并进行了有限元疲劳强度计算，按照 UIC 510-5 疲劳评定，车轮上辐板最大动应力为 147.4 MPa，所有节点的动应力小于允许动应力 [Δσ]=360 MPa，车轮辐板疲劳强度满足要求。车轴采用 35CrMoA 或其他符合合同要求的锻造车轴，结构采用 Φ160 mm 轴颈、Φ80 mm 空心的车轴（轴重大于 22.5 t 时推荐实心车轴）。空心车轴的设计是为了满足机车簧下重量轻量化要求进行的，并按 EN 13104 进行校核，车轴强度符合要求。轮对组装由整体车轮、制动盘及锻造车轴组成，轮对内侧距为 1 353 mm。车轮与车轴的组装采用过盈配合：注油压装时，过盈量为0.27~0.32 mm。

5、齿轮箱优化设计。齿轮传动系统由承载式齿轮箱、齿轮和轴承等组成。快速货运电力机车转向架齿轮箱为承载式齿轮箱，即轴承载荷通过轴承座作用在齿轮箱上，承担轴承载荷及驱动装置的结构载荷。为减少转向架簧间质量，齿轮箱采用铸铝结构，并对齿轮箱进行了强度分析计算，各工况最大应力位于电机吊杆处，为190 MPa，小于抗拉强度 270 MPa，满足设计要求。

6、悬挂系统。机车转向架悬挂系统是保证机车安全运行的关键结构参数，它是由一二系弹簧、减振器及轴箱定位、安全止挡等组成。快捷货运电力机车转向架悬挂结构既应适应货运线路的复杂性，同时要保证机车快速运行时具有良好的动力学性能。因此，转向架一、二系悬挂装置应具备以下技术特点：一个特点是二系采用高扰弹簧；第二个特点是一系采用钢弹簧，轴箱采用单侧轴箱拉杆定位，轴箱拉杆两端采用球形橡胶关节；第三个特点是采用了抗蛇行减振器，以满足高速运行要求。

7、基础制动在线诊断技术。根据国内外交流传动电力机车的制动情况可以看出，一般采用轮盘制动，其最大的运行速度都高于120km/h。快速货运电力机车的基础制动采用轮盘制动技术，不仅具有散热快以及对车轮踏面没有任何损伤的优点，还在每个转向架处设置停放制动单元，从而确保快速货运电力机车可以安全、可靠的停放在规定坡道。转向架主要采用在线监控诊断系统。这一系统对轴箱轴承、齿轮箱以及车轮踏面等都可以进行在线的故障诊断以及检测，可以很大程度上确保快速货运电力机车安全、稳定的运行。

快速货运电力机车转向架技术的应用越来越广泛，也越来越简化。但是由于运行线路的不同，对快速货运电力机车也提出了更高的要求，为研究快速货运载荷工况对零部件的安全性以及可靠性造成了一定影响。因此，在未来的发展过程中，相关人员应该对这一技术进行不断的改进和创新。

参考文献：

［1］ 邹文辉，陈喜红，李冠军．窄轨货运电力机车转向架的研制［J］． 电力机 车 与 城 轨 车辆，2018.24．

［2］ 王建，李传龙，杜静远．高速动车组总体及转向架［M］． 成都: 西南交通大学出版社，2018．