高速轉(zhuǎn)向架輪對(duì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

管林挺

(吉林鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林 吉林 132200)

0 前言

眾所周知，車輛運(yùn)行速度越高，其各部件的工作環(huán)境就越惡化，對(duì)其安全性和可靠性的要求就越高[1]。在整個(gè)車輛系統(tǒng)中，輪對(duì)在通過(guò)接觸輪軌直接傳遞作用力方面起著十分重要的作用。車輛在軌道上高速運(yùn)行中其全部重量均由輪對(duì)肩負(fù)著，并承擔(dān)著非常復(fù)雜的載荷，其中主要是由其下接觸鋼軌、其上的車體各種動(dòng)、靜作用力傳遞過(guò)來(lái)。所以，輪對(duì)應(yīng)該具有優(yōu)良的結(jié)構(gòu)和足夠的強(qiáng)度，從而來(lái)保證列車運(yùn)行的安全性和可靠性。本文從上述存在的問(wèn)題出發(fā)，參照我國(guó)現(xiàn)運(yùn)行的幾種型號(hào)動(dòng)車組的動(dòng)力輪對(duì)進(jìn)行高速轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

1 高速轉(zhuǎn)向架輪對(duì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 車軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1.1 車軸材料

本文所設(shè)計(jì)的車軸材料選用S38C。

1.1.2 軸重確定

軸重也叫軸荷，軸重指的是每根車軸允許分?jǐn)偟淖畲笳囍亓?。?jīng)資料查得，CRH1動(dòng)車組的軸重為16t；CRH2動(dòng)車組的軸重為14t；CRH3動(dòng)車組的軸重為17t；CRH5動(dòng)車組的軸重為17t。通過(guò)與以上4種動(dòng)車組進(jìn)行比較分析后，將所設(shè)計(jì)車軸的軸重定為15t。

1.1.3 軸身內(nèi)、外徑，過(guò)渡圓弧半徑的確定

經(jīng)過(guò)與國(guó)內(nèi)外其它型號(hào)動(dòng)車組車軸尺寸比較分析，將軸身外徑定為182mm，軸頸外徑定為130mm，車軸內(nèi)孔徑定為60mm。

在軸頸部位，軸頸和密封環(huán)座間的過(guò)渡圓弧為R40mm。密封環(huán)座和輪座之間的過(guò)渡區(qū)域可由幾個(gè)R25mm的圓弧半徑構(gòu)成。據(jù)國(guó)內(nèi)外實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果知，要使車軸壓配合部位的疲勞極限進(jìn)一步提升，可以進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，改變車軸的外形尺寸。車軸輪座直徑(D=201mm)與車軸直徑(d=182mm)之比為1.1，屬最佳直徑比范圍；為實(shí)現(xiàn)在軸身和車輪座、齒輪座間的過(guò)渡區(qū)域結(jié)構(gòu)具有最小的應(yīng)力集中，特別是在靠近軸身的端面，輪轂的長(zhǎng)度要在靠近軸身處設(shè)計(jì)一個(gè)半徑為R75mm的過(guò)渡圓弧。車軸結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 車軸結(jié)構(gòu)

1.2 車輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.2.1 車輪踏面外形

各國(guó)采用的車輪踏面種類多樣，各有特點(diǎn)，分析知均滿足以下條件：通過(guò)曲線軌道時(shí)要容易；輪軌間的磨損小，在產(chǎn)生磨損之后，幾何外形變化量?。粚?duì)車輪旋修時(shí)，要消耗無(wú)益的少，去掉質(zhì)量的切削變化要??；要有較好地防止輪軌脫軌的安全性以及要有較小的輪軌間接觸應(yīng)力等。本文所設(shè)計(jì)的車輪踏面采用LMA磨耗型踏面。

1.2.2 車輪結(jié)構(gòu)

本文所設(shè)計(jì)車輪(圖2)為：

(1)制動(dòng)盤(pán)厚度大小為133mm、外徑尺寸為725mm(有效外徑720mm)，采用一體鍛鋼式制動(dòng)盤(pán)，安裝在在車輪上。

(2)制造車輪采用SSW-Q3R材質(zhì)，其寬度大小為135mm，直徑尺寸為860 mm。

(3)采用具有優(yōu)良的防噪聲性能和較好彈性的碳素鋼整體碾壓直輻板車輪。

(4)應(yīng)用LMA磨耗型車輪踏面，磨耗半徑最大可能為35mm，輪緣高度為28 mm。

圖2 車輪結(jié)構(gòu)

2 輪對(duì)加工工藝分析

2.1 車軸加工工藝

空心車軸毛坯進(jìn)廠后，機(jī)械加工的主要工藝過(guò)程如下：

(1)毛坯以外圓定位，在雙面銑床上粗銑兩端面。(2)在空心車軸的兩側(cè)堵頭上找到中心進(jìn)行定位，在車軸仿形車床上對(duì)軸身、輪座、半精車軸頸、制動(dòng)盤(pán)座和防塵板座進(jìn)行確定。(3)以輪座面定位，精銑兩端面，保證2298mm尺寸。(4)修研中心孔，以中心孔定位，精車軸頸、制動(dòng)盤(pán)座、輪座、防塵板座及軸肩圓弧。(5)磨輪座、制動(dòng)盤(pán)座。(6)滾壓輪座、制動(dòng)盤(pán)座、軸身及R75mm圓弧。(7)精磨防塵座、軸頸。(8)交驗(yàn)。

2.2 輪對(duì)壓裝工藝

進(jìn)行輪對(duì)壓裝時(shí)，要保持以下油壓機(jī)活塞、車軸以及車輪這三者在縱向中心上一致。在壓裝力的作用下，使車軸輪座沿著輪轂孔慢慢移動(dòng)。在壓裝配合表面上發(fā)生彈塑性變形，因?yàn)橛袎毫Ξa(chǎn)生作用而產(chǎn)生摩擦力時(shí)，使壓裝力克服配合面。此時(shí)，輪轂孔表面和車軸輪座形成相對(duì)移動(dòng)，達(dá)到輪軸壓裝的效果。在相同溫度下，進(jìn)行壓裝各個(gè)零部件，通常在室溫的環(huán)境下，將部件放置8h以上才進(jìn)行壓裝。由于各部件摩擦過(guò)程、壓裝質(zhì)量等都會(huì)受到溫度的影響。

輪對(duì)壓裝的一般工藝流程為：

(1)吊裝：首先，準(zhǔn)備方木，在車軸支架上吊上車軸，同時(shí)車軸上已安裝好輪箱，并用方木把輪箱墊高，車軸的縱向中心線保持水平。

(2)套車輪：用吊車把車輪套在車軸上，車輪縱向中心線與車軸縱向中心線重合，然后進(jìn)行預(yù)壓裝。

(3)壓車輪：在臥式輪軸壓樁機(jī)上吊入車輪，同時(shí)將已完成預(yù)壓裝的車輪緩慢吊入。第一步，壓裝前準(zhǔn)備，進(jìn)行水平定位，利用水平儀將壓力機(jī)活塞、車軸以及車輪3個(gè)部件保持中心線一致。第二步，壓裝，設(shè)定準(zhǔn)確的虎口行走距離在壓裝機(jī)上，在車輪上逐步增加壓裝力，這一步通過(guò)虎口來(lái)實(shí)現(xiàn)。同時(shí)關(guān)注自動(dòng)記錄器記錄的壓力曲線，并讀取壓力機(jī)上壓力表壓力數(shù)值。最后，明確壓裝的具體位置，利用定規(guī)來(lái)完成，保存填寫(xiě)壓裝曲線圖，實(shí)現(xiàn)圖紙要求的位置。

(4)反壓實(shí)驗(yàn)：在輪對(duì)壓裝完成后的48h后進(jìn)行反壓實(shí)驗(yàn)，將磁座百分表放在輪轂的端面上，車軸在承受80t水平力后，輪軸不發(fā)生相對(duì)位移。