1、28610 10.1 概述10.1.1 转向架的作用现代机车一般都采用转向架的结构形式。转向架在机车上相当于人体的两条腿，所以又称它为机车的走行部。转向架是机车不可缺少的重要组成部分，它所承担的任务和应发挥的功能有以下几点： 牵引功能在给定的粘着重量下，机车转向架应能良好地把轮轨接触处产生的轮周牵引力传递给车架、车钩，牵引其后面的车列前进。牵引功能是机车转向架最重要的功能，也是机车转向架与车辆转向架最主要的差异所在。 支承和传递功能转向架不单在垂直方向承受机车车架及以上部分的重量，并将它们均匀地传递给各轮对的车轮，还要在纵向和横向承受各轮轨间产生的牵引力、制动力和横向力。 直线和曲线导向功能在
2、轨道上行驶的机车，司机不能控制其运行方向上的变化，而是靠机车走行部本身所具有的自动导向的功能来适应运行方向的变化，所以就把机车走行部称为转向架。机车转向架要通过结构设计参数选择和合理匹配，才具有良好的直线和曲线运行的导向功能。 隔振和缓冲功能铁路线路总会存在一定的不平顺，必然会使行驶中的机车产生冲击和振动，机车转向架必须具有缓和冲击、衰减和隔离振动的功能，以保证机车具有较好的运行平稳性和稳定性。对于速度较高的机车，冲击和振动将会加剧，必须采取更多的技术措施来实现转向架的这一功能。 制动功能转 向 架HXN528710 转 向 架机车转向架一般都设有机车的基础制动装置，它是一个由机车空气制动系统
3、的压缩空气产生制动力的执行机构，以便实现机车在规定的制动距离内停车的功能。当机车速度提高、机车总的重量增大后，完成转向架制动功能的技术难度增大。10.1.2 转向架的组成机车转向架一般由下列主要部分组成。 构架构架是连接转向架各部件的骨架，它要承受和传递垂向力及水平力（纵向力和横向力）。 轮对机车最终是靠轮对的旋转来实现在钢轨上的运行的。因此，轮对直接向钢轨传递机车重量，还要承受和传递轮轨间粘着产生的牵引力和制动力。 轴箱轴箱是连接构架和轮对的活动关节，它的定位装置将保证轮对相对于构架处在设定的正常位置，还使轮对能适应线路和其它条件的变化，作相对于构架的上、下、左、右和前后的活动。轴箱内设有轴
4、承来保证轮对的旋转。现代机车转向架的轴箱轴承，一般都采用滚动轴承。 弹簧悬挂装置弹簧悬挂装置用来保证设定的轴重均匀分配，缓和和衰减线路不平顺对机车的冲击和振动。针对不同用途的机车，转向架弹簧悬挂装置可设计成一系悬挂（轴箱与构架之间）和二系悬挂（构架与车体之间），并应有适当的静挠度，以保证机车的平稳性和减小机车对线路的动作用力。 转向架与车体连接装置转向架与车体连接装置，用以传递车体与转向架间的垂向力和水平力（水平力包括牵引力或制动力这种纵向力，以及通过曲线时车体未平衡的离心力等横向力），并在机车通过曲线时使转向架能相对于车体回转。在较高速度的机车上，车体与转向架应是呈横向弹性联结，以提高机车在
5、水平方向的运行平稳性。转向架与车体的连接装置主要由转向架的牵引装置、横动装置、二系弹簧悬挂装置（也称为旁承）等组成。 驱动机构驱动机构将机车动力装置的功率最终传递给轮对，使机车运行并产生牵引力。作为电传动机车，转向架的驱动机构由牵引电动机及其吊挂装置、减速齿轮副（也称为牵引齿轮副）及齿轮箱（罩）和相应的驱动元件组成。由于牵引电动机吊挂结构的不同，可派生出许多不同结构型式的驱动机构。 基础制动装置HXN5 288和 谐 5 型 内 燃 机 车转向架上的基础制动装置是机车整个制动系统的执行机构。由压缩空气经制动缸产生的力经放大后传给闸瓦（或闸片），使其压紧在车轮（或制动盘）上对机车进行制动，使机车
6、在规定的距离内停车。根据结构布置的不同，基础制动装置可分为杠杆式、独立单元制动式；根据摩擦副的不同，又可分为踏面制动、轮盘制动、轴盘制动等多种型式。10.1.3 HXN5 型机车转向架概述HXN5 型内燃机车转向架是在 2006 年从美国 GE 公司进口用于青藏铁路的 NJ2型内燃机车转向架基础上改进的，为单独驱动的三根动轴、传统导框式轴箱定位、焊接构架、浮动中心销牵引的无摇枕转向架，其结构如图 10.1、图 10.2 所示。图 10.1 HXN5 型机车转向架（3D）主要部件有构架、轴箱及其定位结构、弹簧悬挂及减振器、轮对电机驱动装置、牵引装置、基础制动装置、附件（轮缘润滑装置、排障器、清扫
7、器、撒砂装置）等组成。HXN5 型内燃机车转向架的特点有： 转向架的设计满足在环境温度-40C+45 C 下的运用要求。 采用两台 25t 轴重三轴高粘着转向架。 轴箱定位方式：导框式轴箱定位结构。HXN528910 转 向 架 轮对由牵引电动机驱动。牵引电动机顺置排列。 牵引电动机悬挂方式：滚动轴承抱轴悬挂。图 10.2 转向架（2D） 采用中心销牵引方式。 三个橡胶堆式旁承承受着垂向负荷并允许转向架与车体之间可以相对自由横向运动和摇头运动。在转向架构架顶面与车体底部用一个横向液压减振器来衰减两者之间的相对横向振动。 六个空气驱动的单元制动器，制动时通过闸瓦作用在车轮踏面上，分别对转向架六个
8、车轮提供制动。单元制动器具有闸瓦间隙自动调整功能，以补偿闸瓦的磨耗。 每台转向架有两只单元制动器具有停放制动功能。 每台转向架的中间轴位有一只轴箱上（非齿侧）装有机车速度传感器。HXN5 290和 谐 5 型 内 燃 机 车 在转向架构架的两端装有一个高度可调的支架，支架上装有撒砂喷嘴。支架高度可以提升以补偿车轮磨耗。 转向架具备整体起吊功能。10.1.4 力的传递机车在运行时，转向架承受三个方向的载荷，即垂向载荷、横向载荷和纵向载荷。垂向载荷是由机车上部重量所产生的静载荷和垂向振动引起的附加载荷所组成。横向载荷主要是由机车通过曲线时产生的导向力及轨道横向不平顺引起的附加横向载荷所组成。纵向载
9、荷主要是当机车发挥牵引功能或制动功能时所产生的牵引力和制动力。HXN5 型机车转向架所受各种力的传递路线如下：1. 垂向力车体及其上设备的重力传递路线：车体旁承构架轴箱弹簧轴箱及轴承车轴轴颈车轮钢轨。钢轨不平顺导致的作用于车轮的垂向冲击力与上述重力的传递方向相反，经弹簧及减振器缓冲后再传递到车体。2. 横向力横向轮轨力传递路线：钢轨轮对轴箱轴承导框构架牵引销车体。3. 纵向力牵引力和制动力牵引力或制动力传递路线：钢轨轮对轴箱轴承导框构架牵引销车体。10.1.5 主要技术参数表 10.1 主要技术参数项 目 规格或性能轨距 1435 mm限界 GB146.11983标准轨距机车车辆限界(车限1A
10、，车限1B)轴式 oo轮径（新） 1050 mm轴距 21850 mm轴重 25 t两转向架中心距 12879 mm转向架自重 21.8 t每轴簧下重量 4.35 t牵引齿轮传动比 85/16一系悬挂垂向刚度（每个弹簧） （43020）N/mmHXN529110 转 向 架项 目 规格或性能二系悬挂垂向刚度侧承载垫（每只） （1630）kN/mm中间承载垫（每只） （2130）kN/mm牵引点距轨面高度 600 mm通过最小曲线半径 145 m机车最大速度 120 km/h(动轮全磨耗)机车持续速度（AAR 标准条件下） 25 km/h (动轮半磨耗)机车牵引力最大起动牵引力（按计算轮径） 6
11、20 kNAAR 标准条件下的持续牵引力 565 kN制动缸压力 440460 kPa制动倍率 3.45制动效率 0.95710.2 构架10.2.1 作用构架（图 10.3）是连接转向架各组成部分的骨架。它不仅承受机车上部所有装备的重量，而且承受和传递机车在运行中由于线路不平顺引起的各向冲击载荷。因此构架是一个受力复杂的结构部件。为了保证轮对、轴箱、牵引电动机悬挂装置、牵引装置及基础制动装置等部件可靠的工作，要求构架不仅有足够的强度和刚度，同时应具有足够的相互尺寸精度要求。10.2.2 组成构架采用低温综合性能良好的钢板及铸钢件（只有导框为铸钢件）焊接结构。主要受力结构的钢板材料符合澳大利亚
12、标准“AS 3678 400L5”要求，其关键特性之一是，在-45下的“V”形冲击功不低于 27J。铸钢材料符合“AS 2074 - L1A”要求，其关键特性之一是，在-40下的“V”形冲击功不低于 25J。构架由左右两根对称布置的侧梁、牵引梁、横梁、后端梁及各支座组成。侧梁底面焊有导框、制动座、轮缘润滑装置安装座；外侧面焊有一系垂向减振器座；顶面焊有抗蛇行减振器座和纵向止挡座。牵引梁、横梁和后端梁上均有电机吊座。牵引梁上有牵引HXN5 292和 谐 5 型 内 燃 机 车装置安装接口。左、右两侧梁和横梁上各有一个承载垫（也称为“旁承”）安装面。另外，构架上还焊有撒砂装置等转向架附件的安装支座
13、。构架自重约 3.42t。图 10.3 构架1-侧梁；2-牵引梁；3-纵向止挡；4-牵引装置安装接口；5-横梁；6-承载垫安装面；7-后端梁；8-电机吊座；9-撒砂管安装座（封闭端）；10-导框；11-一系垂向减振器座；12-抗蛇行减振器座；13-横向减振器座；14-制动座；15-轮轨润滑安装座； 16-撒砂管安装座（开口端）。10.2.3 检修10.2.3.1 几何形状检查几何形状检查的目的是确认构架没有产生严重的变形，即，六组导框相对位置没有显著的变化。按下列程序对构架进行检查和修复。 用吊车把转向架构架上下颠倒放在测量平台上。 参考图 10.4，测量各组对角线的长度。其中， “1”和“2
14、”、“3”和“4”对角线长度相差不超过 3mm（短对角线）；“5”和“6” 对角线长度相差不超过5mm（长对角线）。 如果某对对角线长度超差，应找出不对中的导框并分别在横向（T 方向）和纵向（L 方向）重新定位。HXN529310 转 向 架图 10.4 几何形状检查HXN5 294和 谐 5 型 内 燃 机 车图 10.5 关键探伤区域10.2.3.2 结构完好性检查对构架进行目测检查和磁粉探伤检查，确保构架钢板、各支座及各焊缝无缺陷。导框及其与构架的联接焊缝、电机吊座、牵引装置接口区域等部位（如图 10.5 所示），由于载荷较大，应加强这些部位的探伤。10.2.3.3 构架的焊修构架焊补之
15、前，须彻底消除裂纹以及关键区域的缺陷。焊补须由具有资格的专业人员来完成。构架修理后应进行尺寸检查，以确认符合相关文件要求。10.2.4 构架强度试验规范10.2.4.1 试验依据UIC 615-4动力转向架构架结构强度试验10.2.4.2 试验项目1超常载荷试验根据 UIC 615-4 第 3 章，超常载荷试验工况列于表 10.2。表 10.2 超常载荷试验工况组成工 况 载荷大小计算垂向 按 UIC 615-4 第 3 章垂向横向 按 UIC 615-4 第 3 章垂向一个车轮 100卸载 按 UIC 615-4 第 3 章2. 主要运营载荷试验根据 UIC 615-4 第 4 章，主要运营
16、载荷试验共由 13 种工况组成，各工况的载荷大小列于表 10.3。表中，F 1R、F 1L、F 2、F Y、F TWIST 分别表示右侧承载垫垂向载荷、左侧承载垫垂向载荷、中间承载垫垂向载荷、转向架横向载荷、轨道 5扭曲载荷。表 10.3 主要运营载荷工况组成及载荷大小 单位：kN工况 F1R F1L F2 FY FTWIST1 149.40 149.40 243.62 0.00 02 136.47 102.57 194.90 0.00 03 136.47 102.57 194.90 189.26 04 196.24 162.33 292.35 0.00 05 196.24 162.33 29
17、2.35 189.26 0HXN529510 转 向 架工况 F1R F1L F2 FY FTWIST6 102.57 136.47 194.90 0.00 07 102.57 136.47 194.90 -189.26 08 162.33 196.24 292.35 0.00 09 162.33 196.24 292.35 -189.26 010 136.47 102.57 194.90 189.26 14.03 11 196.24 162.33 292.35 189.26 14.03 12 102.57 136.47 194.90 -189.26 14.03 13 162.33 196.2
18、4 292.35 -189.26 14.03 3. 特殊载荷试验参考 UIC 615-4，考虑的特殊载荷种类及计算方法与评定标准列于表 10.4。表 10.4 特殊载荷工况组成及评定标准项 目 载荷大小计算方法 评定标准车轮纵向蠕滑力 按 UIC 615-4 第 5.1.6 部份 疲劳强度牵引/制动纵向力 按 UIC 615-4 第 5 章 屈服强度牵引电动机安装座载荷 335.20kN 屈服强度减振器座载荷 按 UIC 615-4 第 5.1.4 部份 屈服强度踏面制动载荷 紧急制动，过载系数 1.3 屈服强度4. 疲劳试验根据 UIC 615-4 第 6 章的规定，疲劳试验分 3 个阶段。
19、各阶段在主要运营载荷名义值（见表 10.3 工况 1）的基础上叠加的各种载荷变化范围及循环次数列于表 10.5。表 10.5 疲劳试验各阶段载荷振范围及循环次数阶段 1 阶段 2 阶段 3模 式 载荷表示振幅/kN 循环(千次) 振幅/kN 循环(千次) 振幅/kN 循环(千次)侧承载垫 59.64 6000 71.93 2000 83.92 2000浮沉 3中间承载垫 97.08 6000 116.50 2000 135.91 2000侧滚 3 侧承载垫 33.90 150 40.68 50 47.46 50振幅“+” 94.63 6000 113.56 2000 132.48 2000横向 4高频 振幅“-” 94.63 6000 113.56 2000 132.48 2000振幅“+” 94.63 150 113.56 50 132.48 50横向 4低频 振幅“-” 94.63 150 113.56 50 132.48 50扭曲 1 作用于对角车轮 14.03 600 16.84 200 19.64 200注： 1）载荷作用于车轮2）载荷作用于轴箱3）载荷作用于二系承载垫（旁承）
