單節(jié)8軸機(jī)車用B0＋B04軸轉(zhuǎn)向架的研制

謝 青，張紅軍，計(jì) 強(qiáng)，江太宏

（1 南車資陽(yáng)機(jī)車有限公司，四川資陽(yáng)641301；2 西南交通大學(xué)牽引動(dòng)力國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都610031）

綜合技術(shù)研究

單節(jié)8軸機(jī)車用B0＋B04軸轉(zhuǎn)向架的研制

謝 青1，張紅軍2，計(jì) 強(qiáng)1，江太宏1

（1 南車資陽(yáng)機(jī)車有限公司，四川資陽(yáng)641301；2 西南交通大學(xué)牽引動(dòng)力國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都610031）

文章詳細(xì)介紹了單節(jié)8軸機(jī)車選擇B0＋B04軸轉(zhuǎn)向架的原因、B0＋B04軸轉(zhuǎn)向架的總體布置、主要參數(shù)以及主要部件組成等；裝用B0＋B04軸轉(zhuǎn)向架的機(jī)車具有很好的牽引性能、動(dòng)力學(xué)性能和經(jīng)濟(jì)性。B0＋B04軸轉(zhuǎn)向架的研制成功填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)機(jī)車無(wú)4軸轉(zhuǎn)向架的空白，有助于開(kāi)發(fā)滿足國(guó)內(nèi)線路和重載運(yùn)輸要求的8軸準(zhǔn)軌機(jī)車。

B0＋B0；4軸轉(zhuǎn)向架；機(jī)車；總體布置；性能參數(shù)；強(qiáng)度；運(yùn)用

2010年7月南車資陽(yáng)機(jī)車有限公司通過(guò)北京北大方正進(jìn)出口有限公司簽訂商務(wù)合同，向?yàn)跗潉e克斯坦新安格連火電廠提供2臺(tái)內(nèi)燃機(jī)車，技術(shù)規(guī)范中非常重要的一條是機(jī)車為單節(jié)8軸內(nèi)燃機(jī)車，由車體、電氣系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、柴油機(jī)以及轉(zhuǎn)向架等組成。根據(jù)機(jī)車技術(shù)規(guī)范，機(jī)車電氣系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)和柴油機(jī)基本上可以借用比較成熟的同功率6軸交直流機(jī)車，但由于國(guó)內(nèi)以前從未研發(fā)和制造過(guò)單節(jié)8軸機(jī)車，所以轉(zhuǎn)向架是該機(jī)車的最大技術(shù)難點(diǎn)。

1 轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)形式選擇

8軸機(jī)車軸式基本可分為3類：D0－D0、B0－B0－B0－B0（即4B0）和B0＋B0－B0＋B0軸式。D0－D0軸式由于轉(zhuǎn)向架固定軸距長(zhǎng)，曲線通過(guò)性能差，實(shí)際上這種軸式已被棄用。B0－B0－B0－B0軸式其實(shí)是B0－B0－B0（即3B0）軸式的延伸，由于2臺(tái)中間轉(zhuǎn)向架與車體的橫向連接必須設(shè)置足夠大的自由橫動(dòng)量，以便機(jī)車過(guò)曲線。而當(dāng)機(jī)車過(guò)曲線時(shí)，機(jī)車上部裝置所產(chǎn)生的未平衡離心力只有通過(guò)兩端轉(zhuǎn)向架承受，致使兩端轉(zhuǎn)向架的輪緣力較大，輪緣磨耗大，脫軌系數(shù)大。還有兩臺(tái)中間轉(zhuǎn)向架受的約束小，容易失穩(wěn)。所以B0－B0－B0－B0軸式由于存在上述缺點(diǎn)也不被采用。

對(duì)于B0＋B0－B0＋B0軸式，由于轉(zhuǎn)向架采用B0＋B0軸式，4軸轉(zhuǎn)向架由2臺(tái)2軸轉(zhuǎn)向架通過(guò)中間構(gòu)架相連而成，中間構(gòu)架與車體連接。當(dāng)機(jī)車過(guò)曲線時(shí)，機(jī)車上部裝置所產(chǎn)生的未平衡離心力通過(guò)4臺(tái)B0轉(zhuǎn)向架承擔(dān)，反映在輪軌上則是橫向力較B0－B0－B0－B0軸式明顯減小，減少了輪緣和軌側(cè)磨耗，具有2軸轉(zhuǎn)向架易于通過(guò)曲線的優(yōu)點(diǎn)。因此，單節(jié)8軸機(jī)車4軸轉(zhuǎn)向架采用B0＋B0軸式。

2 轉(zhuǎn)向架總體布置

轉(zhuǎn)向架采用B0＋B0軸式，在2個(gè)B0轉(zhuǎn)向架構(gòu)架和車體之間設(shè)置一個(gè)中間構(gòu)架，構(gòu)架與中間構(gòu)架之間由橡膠堆旁承連接，中間構(gòu)架與車體之間設(shè)置高圓螺旋彈簧。

一系懸掛采用螺旋鋼圓彈簧＋垂向液壓減振器結(jié)構(gòu)，輪對(duì)采用轉(zhuǎn)臂式軸箱定位，車輪為分體輪；二系懸掛為橡膠堆旁承；三系懸掛為高圓螺旋彈簧＋垂向、橫向液壓減振器結(jié)構(gòu)；牽引裝置采用斜牽引桿低位牽引；電機(jī)懸掛方式為滑動(dòng)抱軸結(jié)構(gòu)；每轉(zhuǎn)向架設(shè)置8個(gè)單元制動(dòng)器，其中4個(gè)單元制動(dòng)器帶儲(chǔ)能制動(dòng)功能；在機(jī)車第1、4、5、8軸設(shè)置沙箱，由于結(jié)構(gòu)限制，沙箱設(shè)置在車體上。

B0＋B04軸轉(zhuǎn)向架總體布置見(jiàn)圖1。

3 主要技術(shù)參數(shù)

圖1 B0＋B04軸轉(zhuǎn)向架總體布置

4 轉(zhuǎn)向架主要部件

4.1 構(gòu)架

構(gòu)架（圖2）采用鋼板焊接的箱型結(jié)構(gòu)，由兩根側(cè)梁、一根牽引端梁和一根中間橫梁構(gòu)成，鋼板材料為Q345C。為了給二系橡膠堆留出安裝空間，構(gòu)架的側(cè)梁下凹208 mm，以降低整個(gè)機(jī)車的高度。構(gòu)架上設(shè)置了牽引座、拉桿座、制動(dòng)器安裝板、橫向止檔座等部件。

4.2 輪對(duì)軸箱

輪對(duì)軸箱（圖3）由輪芯、輪箍、車軸、帶轉(zhuǎn)臂的鑄鋼軸箱體、軸承單元、軸箱彈簧、垂向液壓減振器等零部件組成。輪對(duì)采用轉(zhuǎn)臂式定位，一系懸掛由兩個(gè)螺旋鋼圓簧、一個(gè)橡膠關(guān)節(jié)及一個(gè)垂向液壓減振器組成。螺旋鋼彈簧安裝在軸箱兩側(cè)，垂向液壓減振器安裝在大圓彈簧側(cè)。

4.3 二、三系懸掛裝置

二系懸掛裝置采用橡膠堆連接，位于構(gòu)架與中間構(gòu)架之間，在每個(gè)構(gòu)架側(cè)梁中部布置兩個(gè)橡膠堆，另外，在構(gòu)架上設(shè)置了中間構(gòu)架的搖頭止檔。

圖2 構(gòu)架

圖3 輪對(duì)軸箱

圖4 二、三系懸掛裝置

三系懸掛裝置由高圓螺旋彈簧、垂向及橫向液壓減振器組成。中間構(gòu)架側(cè)梁中部每側(cè)布置4組高圓螺旋彈簧，彈簧的上、下各布置了一個(gè)環(huán)形橡膠墊，側(cè)梁中央各布置一個(gè)垂向和一個(gè)橫向液壓減振器。車體與中間構(gòu)架之間還布置了橫向、垂向和搖頭止擋。二、三系懸掛裝置見(jiàn)圖4。

4.4 牽引裝置

牽引裝置（圖5）采用推挽式牽引桿，與構(gòu)架牽引端梁相連的一端裝有橡膠關(guān)節(jié)，在有效傳遞牽引力和制動(dòng)力的同時(shí)能較好地適應(yīng)車體與構(gòu)架之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。牽引桿的另一端通過(guò)關(guān)節(jié)軸承與連接在車體上的牽引座相連。

圖5 牽引裝置

4.5 基礎(chǔ)制動(dòng)裝置

基礎(chǔ)制動(dòng)裝置是機(jī)車整個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)的主要組成部分，是制動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，滿足機(jī)車緊急制動(dòng)距離要求和確保機(jī)車行車安全的重要裝置。它采用踏面單側(cè)制動(dòng)方式，每臺(tái)轉(zhuǎn)向架有8套，其中在第1、4位輪對(duì)裝有DZD－1D踏面制動(dòng)單元（圖6），第2、3位輪對(duì)裝有帶儲(chǔ)能制動(dòng)裝置的DZD－2D踏面制動(dòng)單元（圖7）。

4.6 電機(jī)懸掛裝置

電機(jī)懸掛裝置（圖8）主要由主動(dòng)齒輪、牽引電動(dòng)機(jī)、橡膠墊、風(fēng)道裝配、齒輪罩裝配等部件組成。牽引電機(jī)的懸掛方式為滑動(dòng)抱軸結(jié)構(gòu)。電機(jī)與構(gòu)架的連接采用橡膠墊加壓板的方式，橡膠墊有衰減電機(jī)垂向、橫向振動(dòng)的作用。

4.7 沙箱總裝配

沙箱（圖9）用于儲(chǔ)存沙子。當(dāng)機(jī)車緊急制動(dòng)，車輪空轉(zhuǎn)或滑行時(shí)通過(guò)控制系統(tǒng)作用使沙箱內(nèi)的沙子撒在鋼軌表面，防止車輪空轉(zhuǎn)或滑行擦傷踏面。沙箱布置在車架上，由沙箱體、撒沙閥和撒沙管等組成。

4.8 附件裝配

附件裝配（圖10）主要由掃石器裝配和干式輪緣潤(rùn)滑裝置組成。

4.9 中間構(gòu)架

中間構(gòu)架（圖11）呈H形，為鋼板焊接結(jié)構(gòu)，由左、右側(cè)梁、兩根橫梁組成，中間構(gòu)架的側(cè)梁上布置了彈簧座、橫向止檔座、搖頭止檔座等部件。

圖6 DZD－1D踏面制動(dòng)單元

圖7 DZD－2D踏面制動(dòng)單元

5 機(jī)車的動(dòng)力學(xué)性能計(jì)算

機(jī)車上部與傳統(tǒng)6軸調(diào)車機(jī)車布置基本相同，最大的區(qū)別就是機(jī)車走行部采用了兩臺(tái)B0＋B04軸轉(zhuǎn)向架。

根據(jù)機(jī)車和轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)參數(shù)，委托西南交通大學(xué)牽引動(dòng)力國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室對(duì)機(jī)車的動(dòng)力學(xué)性能進(jìn)行了計(jì)算分析，計(jì)算內(nèi)容主要包括機(jī)車的軸重轉(zhuǎn)移，線性與非線性臨界速度，剛體固有振動(dòng)頻率分析，垂向、橫向平穩(wěn)性，準(zhǔn)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)曲線通過(guò)性能計(jì)算分析。特別是跟機(jī)車曲線通過(guò)性能有關(guān)的第1輪對(duì)的脫軌系數(shù)和第1輪對(duì)導(dǎo)向車輪輪緣磨耗因子計(jì)算結(jié)果如下：

圖8 電機(jī)懸掛裝置

圖9 沙箱總裝配

機(jī)車以不同速度通過(guò)具有5級(jí)線路不平順、120 mm外軌超高的400～1 000 m半徑圓曲線時(shí)，第1輪對(duì)脫軌系數(shù)的均值見(jiàn)表1，第1輪對(duì)脫軌系數(shù)的統(tǒng)計(jì)最大值見(jiàn)表2；機(jī)車以不同速度通過(guò)具有5級(jí)線路不平順、120 mm外軌超高的400～1 000 m半徑圓曲線時(shí)，第1輪對(duì)導(dǎo)向車輪輪緣磨耗因子的均值見(jiàn)表3，第1輪對(duì)導(dǎo)向車輪輪緣磨耗因子的統(tǒng)計(jì)最大值見(jiàn)表4。

機(jī)車動(dòng)力學(xué)性能計(jì)算主要結(jié)論如下：

（1）轉(zhuǎn)向架采用斜牽引桿低位牽引，牽引桿與水平面的夾角為7°，名義牽引點(diǎn)距軌面高度為150 mm，黏著利用率為87.8%。

（2）機(jī)車的非線性臨界速度達(dá)到190 km/h。

（3）機(jī)車車體自振頻率：縱向6.77 Hz、橫向0.42 Hz、垂向1.16 Hz、側(cè)滾1.20 Hz、點(diǎn)頭1.12 Hz、搖頭0.57 Hz；構(gòu)架自振頻率：縱向4.65 Hz、橫向3.00 Hz、垂向21.06 Hz、側(cè)滾26.7 Hz、點(diǎn)頭39.50 Hz、搖頭6.04 Hz；中間構(gòu)架自振頻率：縱向23.26 Hz、橫向14.85 Hz、垂向33.03 Hz、側(cè)滾33.59 Hz、點(diǎn)頭33.70 Hz。

（4）在4級(jí)線路上，當(dāng)運(yùn)行速度小于70 km/h，機(jī)車的垂向平穩(wěn)性指標(biāo)達(dá)到優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)行速度80 km/h、90 km/h時(shí)達(dá)到良好標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)行速度100～120 km/h時(shí)達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)；在5級(jí)線路上，當(dāng)運(yùn)行速度小于100 km/h，機(jī)車的垂向平穩(wěn)性指標(biāo)達(dá)到優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)行速度100～120 km/h時(shí)達(dá)到良好標(biāo)準(zhǔn)；在6級(jí)線路上，機(jī)車的垂向平穩(wěn)性指標(biāo)，在所有計(jì)算速度下均達(dá)到優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)。

（5）機(jī)車具有優(yōu)良的橫向平穩(wěn)性能，在4、5、6級(jí)線路上的橫向平穩(wěn)性指標(biāo)均達(dá)到優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)。

（6）機(jī)車具有優(yōu)良的曲線通過(guò)性能，導(dǎo)向力和輪對(duì)橫向力較低，輪緣磨耗因子較小，相當(dāng)于裝B0轉(zhuǎn)向架的4軸機(jī)車輪緣磨耗水平。

圖10 附件裝配

圖11 中間構(gòu)架

表1 機(jī)車通過(guò)圓曲線時(shí)第1輪對(duì)脫軌系數(shù)的均值

表2 機(jī)車通過(guò)圓曲線時(shí)第1輪對(duì)的脫軌系數(shù)的統(tǒng)計(jì)最大值

表3 機(jī)車通過(guò)圓曲線時(shí)第1輪對(duì)導(dǎo)向車輪輪緣磨耗因子的均值 k N·deg

表4 機(jī)車通過(guò)圓曲線時(shí)第1輪對(duì)導(dǎo)向車輪輪緣磨耗因子的統(tǒng)計(jì)最大值 k N·deg

6 重要承載零部件的強(qiáng)度計(jì)算

根據(jù)機(jī)車的運(yùn)用工況，對(duì)轉(zhuǎn)向架重要承載零部件進(jìn)行了強(qiáng)度分析計(jì)算。按UIC 615－4《動(dòng)力轉(zhuǎn)向架構(gòu)架強(qiáng)度試驗(yàn)》標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的計(jì)算載荷和載荷工況對(duì)構(gòu)架和中間構(gòu)架進(jìn)行了疲勞強(qiáng)度計(jì)算；對(duì)牽引座、牽引銷、牽引套筒、拉桿、軸箱體等重要承載零部件進(jìn)行了靜強(qiáng)度計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明，上述重要零部件的靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。構(gòu)架和中間構(gòu)架在最大載荷工況下的應(yīng)力云圖如圖12、圖13所示。

圖12 最大載荷工況構(gòu)架Top面von Mises應(yīng)力值

由于機(jī)車交貨期緊張，同時(shí)考慮到構(gòu)架、中間構(gòu)架、牽引座、牽引銷、牽引套筒、拉桿、軸箱體等零部件的理論計(jì)算強(qiáng)度具有足夠的安全系數(shù)，因此未再做靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)。

圖13 最大載荷工況中間構(gòu)架Top面von Mises應(yīng)力值

7 結(jié)束語(yǔ)

裝用B0＋B04軸轉(zhuǎn)向架的兩臺(tái)單節(jié)8軸機(jī)車于2012年1月初到達(dá)烏茲別克斯坦塔什干新安格連車站，并交付用戶投入使用。由于機(jī)車采用了B0＋B04軸轉(zhuǎn)向架，機(jī)車曲線通過(guò)性能非常好，輪緣磨耗非常小，而且與同功率、同軸重的6軸機(jī)車相比，機(jī)車牽引力提高近三分之一。經(jīng)過(guò)18個(gè)月的運(yùn)用驗(yàn)證，機(jī)車目前狀態(tài)良好，轉(zhuǎn)向架的構(gòu)架、中間構(gòu)架、牽引座、牽引銷、牽引套筒、拉桿、軸箱體從未發(fā)生屈服變形、裂紋、斷裂等強(qiáng)度不足的質(zhì)量問(wèn)題，機(jī)車具有很好的牽引性能、動(dòng)力學(xué)性能、經(jīng)濟(jì)性和可靠性。

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的快速發(fā)展，目前鐵路運(yùn)輸成為制約國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸，尤其是鐵路貨運(yùn)能力嚴(yán)重不足，而在現(xiàn)有線路條件下，采用單節(jié)8軸機(jī)車是有效和經(jīng)濟(jì)的選擇。因此，隨著B(niǎo)0＋B04軸轉(zhuǎn)向架的研制成功，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)機(jī)車無(wú)4軸轉(zhuǎn)向架的空白，有利于開(kāi)發(fā)適應(yīng)國(guó)內(nèi)準(zhǔn)軌線路的單節(jié)8軸機(jī)車。

［1］ 巴利斯·魯科夫.俄羅斯新型機(jī)車的設(shè)計(jì)和研制［J］.中國(guó)鐵路，2007，（1）：67-69.

［2］ 謝 青.面向市場(chǎng) 積極開(kāi)發(fā)八軸內(nèi)燃機(jī)車［Z］.資廠科技，1997.

［3］ 孫竹生，鮑維千.內(nèi)燃機(jī)車總體及走行部［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，1995.

［4］ 西南交通大學(xué)機(jī)車車輛研究所.國(guó)外8軸機(jī)車資料匯編［Z］.2006.

Development of B0＋B0Four-axle Bogie for Single Eight-axle Locomotive

XIE Qing1，ZHANG Hongjun2，JI Qiang1，JIANG Taihong1
（1 CSR Ziyang Co.，Ltd.，Ziyang 641301 Sichuan，China；2 Nationgal Key Laboratory of Traction Power，Southwest Jiaotong University，Chengdu 610031 Sichuan，China）

This paper gives a detailed introduction on the reason why a single eight-axle locomotive selects B0＋B0four-axle bogie；the general layout of B0＋B0four-axle bogie，main parameters and main components.The locomotive equipped with B0＋B0four-axle bogie has high tractive performance，dynamics performance and economy.The successful development of B0＋B0four-axle bogie fills the gap that there is no locomotive with four-axle bogie in domestic，and contributes to develop standard-gauge locomotive with eight axles that meets the requirement of domestic railway line and heavy haul traffic.

B0＋B0；four-axle；bogie；locomotive；general layout；performance parameter；strength；application

U260.331

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2014.01.01

1008－7842（2014）01－0001－07

?）男，教授級(jí)高級(jí)工程師（

2013－09－08）