电力机车转向架组装台车动力改造设计方案

电力机车转向架组装台车动力改造设计方案

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：随着我国铁路的大规模建设，客户对机车车辆产品的需求量不断增加，这给机车车辆制造企业提供了巨大的市场机遇，但同时也带来了巨大的挑战，突出表现为产品研制周期的缩短、产品价格的降低和产品质量要求的提高。电力机车转向架组装台车是转向架装配的重要工具，传统的转向架组装台车是通过人工推动移动至不同车间工位进行电力机车转向架组装工序，存在工作效率低的问题，严重制约生产进度。

关键词：电力机车；转向架；组装台车  

转向架作为电力机车的核心部件之一，结构比较复杂，技术含量高，对机车运行的平稳性与安全性有着很大的影响，为此，需要对转向架进行日常及周期性的检修与维护。转向架的结构复杂，检修工序多，对检修维护人员的技术水平提出了更高的要求，培养一名技能高超的转向架检修人员既要有转向架构造、维修技术等理论知识的培训，又要有检修实操技能训练，两者缺一不可。为了适应电力机车安全运营管理的要求，保证培训的质量和效率，亟需研究新的培训模式，当前虚拟现实技术大量应用于培训领域，具有 360°立体展现内外结构、动态模拟拆装过程、高度还原现实场景，能够集成所有优秀专家的经验、培训内容统一，占地小、受训人数多、不受时空限制、可反复学习演练，操作安全，无工件辅材损耗等优点。转向架是机车车辆的关键部件，按照传统设计方法，转向架新产品的研制从开始方案设计到完成运用考核一般需要5—6年时间，研制周期影响了市场需求。

一、电力机车转向架的发展历程

电力机车从 1958 年开始已陆续开发了 SS1、SS3、SS3B、SS6、SS6B 型客货两用电力机车以及SS3B 重联、SS4、SS4 改、SS4B、SS4C、HXD1、HXD1B 和 HXD1C型货运电力机车，1992年开始已陆续开发了 SS7 型客货两用电力机车以及 SS7B、HXD2、HXD2B型货运电力机车，2005 年开始已陆续开发了 HXD3、HXD3B 型货运电力机车。SS1、SS3、SS3B、SS6、SS6B和HXD1B、HXD1C、HXD2B、HXD3、HXD3B型机车为 C0- C0轴式，采用了 C0 转向架；SS4、SS4改、SS4B、SS4C、HXD1、HXD2 型机车为 2（B0- B0）轴式，采用 B0 转向架；SS7、SS7B型机车为 B0- B0- B0轴式，也采用 B0转向架。SS3、SS3B、SS3B 重联、SS6、SS6B 型机车转向架结构基本相同，只是牵引装置、电机和驱动装置含车轴、齿轮传动装置、抱轴方式和结构有些不同：SS3 型机车采用中心销式牵引装置，SS3B、SS3B重联、SS6、SS6B 型机车采用两侧平行拉杆牵引装置；SS3、SS3B、SS3B 重联机车采用滑动轴承抱轴结构，SS6、SS6B 型机车采用滚动轴承抱轴结构。HXD1B、HXD1C和 HXD3 型机车转向架的结构基本类似，主要区别是 HXD1B 和 HXD1C型机车采用布置在机车两端的低位倾斜双节牵引杆结构形式的牵引装置，HXD3 型机车采用布置在机车两端的低位水平单牵引杆结构形式的牵引装置。SS4、SS4 改、SS4B、SS4C型机车转向架主体结构基本相同，主要区别也在牵引装置、电机和驱动装置上：SS4 型机车采用两侧平行拉杆牵引装置，SS4 改、SS4B、SS4C型机车采用布置在机车两端的倾斜单杆推挽式牵引装置；SS4、SS4 改、SS4C 型机车采用滑动轴承抱轴结构，SS4B 型机车采用滚动轴承抱轴结构。SS1、SS3、SS3B、SS3B 重联、SS4、SS4 改、SS4B、SS4C、SS6、SS6B、SS7、SS7B 型机车统称为原 SS 系列电力机车，HXD1、HXD2、HXD3、HXD1B、HXD1C、HXD2B、HXD3B 统 称 为 HXD系列电力机车。

二、电力机车转向架技术特点

转向架是列车最关键部件之一，对于确保运行安全、改善走行品质、降低轮轨动力作用、提高舒适度、减轻对环境的污染等有着极为重要的作用。由于机车承担牵引任务，其转向架结构复杂、支撑的质量大、要求的功能多，其研制比一般转向架难度大。从技术上讲，世界各国采用的机车转向架结构型式不相同。各国在机车转向架研制过程中采用的技术路线也不尽相同，技术线路的选取，大致依赖于三个方面的条件，即研究习惯、工业基础及技术传统、各国铁路的运行状况及运行条件。(1)转向架结构简单，维修性好。设计采用的标准全面，主要以UIC和EN标准为主，主要部件都有标准可依，针对重载货运的技术，采用了一系“软”二系”硬”的悬挂方式；(2)主动齿轮采用简支梁安装方式，这种结构不同于既有机车的悬臂式结构，它改善了主动齿轮及电机轴承的工作条件，也改善了齿轮的啮合性能和齿轮传动的平稳性，延长了齿轮的使用寿命；(3)齿端抱轴箱轴承和电机齿端轴承通过齿轮油进行润滑，不同于既有直流机车的脂润滑；(4)材料要求高：主要受力部件材料满足在一40℃时的冲击要求，提高了产品的可靠性，安全性；齿轮箱、抱轴箱采用球墨铸铁材料，金相组织性能好，强度高；构架钢板采用细晶粒高强度的S500MC钢板材料；(5)车轮采用了适合于踏面制动的R7T材料，提高了抗剥离性能；(6)牵引装置采用了推挽式水平短牵引杆技术，有效减少了轴重转移，且结构简单，工作可靠；(7)采用了600 A大额定电流的接地装置，保证机车在满功率运行工况下，避免轴承被电蚀，提高了轴承可靠性，保证了机车安全运行；(8)轮缘润滑采用已在国外高速机车应用的油气混合式轮缘润滑技术，大大减少了车轮轮缘磨损；(9)转向架落成后进行称重试验，使转向架具备了可互换性。

三、转向架组装台车动力改造设计

转向架车间建设转向架组装精益生产过程中，需将转向架组装台车从驱动单元摆放工位发运至转向架落成工位，以及转向架落成后发送下工位，提出了转向架组装台车动力的需求，将现有转向架组装台车通过增加电机、齿轮、蓄电池等部件达到可自动移动的功能。

1、改造内容。改造方案为：增加电机、减速器、主动链轮、从动链轮等部件，使用链传动，采用蓄电池供电，工装更改具体如图 2、图 3 所示。

2、改造指标。通过现场调研及计算，确定改造的各项指标：①转向架组装台车的行进速度：0.2m/s；②转向架组装台车的牵引力：500kg（通过拉力计测量为 270kg）；③动力轮安置在中间轴右侧位置；④蓄电池尽量安置在车架内部，避免安全隐患，容量至少满足使用两周（使用时间：2min/次×2.5 次/天 ×14 天 =72min（1.2h））；⑤电机应该带有制动功能，同时在不供电的情况下，电机可以自由旋转，不得应外部旋转指标：转向架组装台车行进所需牵引力 500kg。根据组装台车前进的需求，可计算所需电机的功率：

（1）减速机及链轮计算指标：①电机转速：1500 转/min；②组装台车行进速度：0.2m/s；③组装台车主动轮直径：300mm。可算得传动比：

采用两级减速，一级有减速器完成，一级有链轮传动完成。根据机械设计手册链轮传动设计计算推荐选择主动链轮齿数 Z1=17、从动链轮齿数 Z2=34、传动比 i=2、链号选择 16A，链轮中心距 350mm、链条进行链轮安全校核。已知 16A 链号极限拉伸载荷 Qmin=55.6kN、节距 P=25.4mm、电机效率=0.8。

采用两级减速，一级有减速器完成，一级有链轮传动完成。根据机械设计手册链轮传动设计计算推荐选择主动链轮齿数 Z1=17、从动链轮齿数 Z2=34、传动比 i=2、链号选择 16A，链轮中心距 350mm、链条进行链轮安全校核。已知 16A 链号极限拉伸载荷 Qmin=55.6kN、节距 P=25.4mm、电机效率=0.8。

结果满足要求，链条能够安全使用主动链轮与减速机用 M12×40 螺栓紧固；从动链轮与车轮用 M12×60 螺栓紧固。

（2）蓄电池计算指标：①电机电压 48V；②至少能够使用两周（使用时间：2min/次×2.5 次/天×14 天=72min（1.2h））。电池组的理论电瓶容量为 1500W ×1.2h =1800W·h=1800VAh电池组的理论额定电量为 1800VAh/48V =37.5Ah电池组的实际额定电量为 37.5Ah×1.5=56.5Ah

（3）制动指标：转向架组装台车应有制动系统。制动装置安置在转向架组装台车一、三轴左右两侧位置。

综上所述，经改造后转向架组装台车满足工位之间的自动移动功能，与改造前的组装台车相比，节约了大量的时间和劳动力，极大提高了生产效率，且工装在原有基础上进行改造。

参考文献：

[1]李继山，李和平，林枯亭.高速列车制动盘裂纹现状调查分析[J]．铁道机车车辆，2019，25(6)：3—5．

[2]李继山．高速列车合金锻钢制动盘寿命评估研究[D]．北京：铁道科学研究院，2019．

[3]黄志辉，吕换小．高速动力车制动盘、制动闸片结构设计及材料选择[J]．内燃机车，2020，(8)：15—19．