曲云飛 吳化敏 秦美超

(中車(chē)大連機(jī)車(chē)車(chē)輛有限公司技術(shù)開(kāi)發(fā)部 遼寧 大連 116022)

HXN3B型交流傳動(dòng)調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)是中車(chē)大連機(jī)車(chē)車(chē)輛有限公司以成熟的HXN3型內(nèi)燃機(jī)車(chē)為平臺(tái)，自主研發(fā)的新產(chǎn)品，也是目前國(guó)內(nèi)功率最大的調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)。為了適應(yīng)HXN3B型大功率調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)的動(dòng)力學(xué)要求，一系懸掛裝置應(yīng)采用軸箱拉桿、一系彈簧和減振墊來(lái)提供合適的定位剛度。為便于機(jī)車(chē)運(yùn)用過(guò)程中的維護(hù)及提供合適的橫動(dòng)量，采用100萬(wàn)km免維護(hù)型軸箱軸承。

1 HXN3B型機(jī)車(chē)一系懸掛裝置的結(jié)構(gòu)

HXN3B型機(jī)車(chē)一系懸掛裝置主要由軸箱拉桿、軸箱底蓋、軸箱體、一系垂向減振器、構(gòu)架、雙圓簧、橡膠墊等組成(見(jiàn)圖1)。軸箱中安裝有圓柱滾子軸承、防塵圈、接地裝置及速度傳感器等。

圖1 一系懸掛裝置示意圖

2 HXN3B型機(jī)車(chē)一系懸掛裝置的特點(diǎn)

(1)采用彈簧與垂向減振器的組合，緩和及衰減機(jī)車(chē)運(yùn)行在有缺陷的軌道時(shí)產(chǎn)生的沖擊振動(dòng)。

(2)軸箱采用單拉桿定位方式，軸箱拉桿兩端采用球型橡膠關(guān)節(jié)，一端連接在軸箱上，另一端連接在構(gòu)架上，軸箱縱向定位剛度主要由軸箱拉桿提供，橫向剛度主要由一系彈簧提供，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，定位剛度值準(zhǔn)確、穩(wěn)定、可靠。軸箱拉桿基本無(wú)垂向附加剛度，滿(mǎn)足機(jī)車(chē)的剛度要求。

(3)總體結(jié)構(gòu)緊湊，簧下加調(diào)整墊容易，便于調(diào)節(jié)軸重分配。

(4)為改善機(jī)車(chē)的運(yùn)行品質(zhì)及順利通過(guò)小曲線(xiàn)，同時(shí)適應(yīng)軌道的要求，輪對(duì)需要有一定的橫動(dòng)量。HXN3B型機(jī)車(chē)軸箱軸承采用圓錐滾子軸承，自密封、自潤(rùn)滑，由軸承內(nèi)外圈相對(duì)橫動(dòng)量來(lái)控制軸箱對(duì)車(chē)軸的橫動(dòng)量。其中，中間軸軸箱需要的橫動(dòng)量較大，端軸需要的橫動(dòng)量較小。

3 主要零部件的設(shè)計(jì)

(1)軸箱拉桿

軸箱拉桿主要作用為定位軸箱體，傳遞牽引力和制動(dòng)力。為保證機(jī)車(chē)順利通過(guò)曲線(xiàn)，軸箱需要一定的橫動(dòng)量。這樣在設(shè)計(jì)軸箱拉桿時(shí)必須考慮其與軸箱和構(gòu)架為彈性連接，同時(shí)要保證軸箱拉桿體的強(qiáng)度。軸箱拉桿由拉桿關(guān)節(jié)及拉桿體組成，如圖2所示。

為提供軸箱合適的定位剛度，軸箱拉桿關(guān)節(jié)采用球型橡膠節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)由芯軸、橡膠、外套組成。

圖2 軸箱拉桿示意圖

拉桿體材料為42CrMo，拉桿體毛坯由模具一次鍛造而成，其表面缺陷應(yīng)不超過(guò)GB/T 12362—2003《鋼質(zhì)模鍛件 公差及機(jī)械加工余量》標(biāo)準(zhǔn)的要求。拉桿體主要受拉壓應(yīng)力的作用，以機(jī)車(chē)單軸最大牽引力93 kN計(jì)算，校核拉桿體的強(qiáng)度如下，軸箱拉桿的危險(xiǎn)截面最大拉應(yīng)力為:

σ=單軸箱拉桿所受牽引力/軸向拉桿最小橫截面積=46.5/0.0024=19.4 MPa[1]。

該應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于材料42CrMo的屈服強(qiáng)度930 MPa。同時(shí)用ANSYS有限元計(jì)算程序分析軸箱拉桿的靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度都能滿(mǎn)足運(yùn)用要求。

(2)彈簧裝置與減振器

彈簧裝置結(jié)構(gòu)如圖3所示，其作用為：當(dāng)機(jī)車(chē)車(chē)輛行經(jīng)線(xiàn)路不平順處或因輪對(duì)缺陷而發(fā)生振動(dòng)和沖擊時(shí)，可以緩和沖擊，衰減振動(dòng)；使同一轉(zhuǎn)向架各輪對(duì)之間的重量分配適當(dāng)[2]。為了增大彈簧軸向和橫向的柔性，提高機(jī)車(chē)的走行質(zhì)量，彈簧下端加裝減振墊。

圖3 彈簧裝置

彈簧的材料為高強(qiáng)度彈簧鋼52CrMoV4，具有淬透性高，熱處理工藝性能好的特點(diǎn)，其材料化學(xué)成分符合GB/T 1222—1984標(biāo)準(zhǔn)要求。材料強(qiáng)度極限為：(1.55～1.65) kN/mm2，彈簧鋼絲應(yīng)進(jìn)行剝皮,兩端磨削加工,卷簧前要求磁粉探傷,不得有任何缺陷。按照TB/T 1758—1986標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行噴丸處理，彈簧須以一定載荷進(jìn)行3次壓并負(fù)荷壓縮試驗(yàn)，無(wú)永久變形。

減振墊由橡膠及上、下黏結(jié)板經(jīng)硫化處理而成，符合TB/T 2843—2007《機(jī)車(chē)車(chē)輛橡膠彈性元件通用技術(shù)條件》標(biāo)準(zhǔn)的要求。材料為橡膠Z-NR4，使用溫度為-40 ℃～50 ℃，橡膠不得有氣孔、裂紋和夾層。其測(cè)量方法符合GB/T 11211—2009《硫化橡膠或熱塑性橡膠與金屬黏合強(qiáng)度的測(cè)定 二板法》標(biāo)準(zhǔn)的要求。

減振器用來(lái)抑制彈簧吸振后反彈時(shí)的振蕩及來(lái)自軌面的沖擊，安裝在一系懸掛裝置上的減振器稱(chēng)為一系垂向減振器，用于減小軸箱與轉(zhuǎn)向架之間的垂向振動(dòng)，特別是衰減轉(zhuǎn)向架相對(duì)于輪對(duì)的點(diǎn)頭振動(dòng)，該減振器為液壓減振器，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 減振器簡(jiǎn)圖

減振器工作時(shí)，活塞桿相對(duì)于儲(chǔ)油缸作拉伸與壓縮運(yùn)動(dòng)，內(nèi)部的油液通過(guò)阻尼調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生減振阻力，將振動(dòng)機(jī)械能量轉(zhuǎn)化為油液的熱量散到空氣中。

當(dāng)減振器拉伸時(shí)，活塞單向閥關(guān)閉，底閥單向閥開(kāi)啟，活塞上部的油液經(jīng)阻尼調(diào)節(jié)閥流到儲(chǔ)油缸，同時(shí)，儲(chǔ)油缸中的油液經(jīng)底閥單向閥流到活塞下部的油缸中。

當(dāng)減振器壓縮時(shí)，底閥單向閥關(guān)閉，活塞單向閥開(kāi)啟，活塞下部的油液經(jīng)活塞單向閥流到活塞上部，同時(shí)，活塞上部的油液經(jīng)阻尼調(diào)節(jié)閥流到儲(chǔ)油缸中。

(3)軸箱體裝配

軸箱體裝配在車(chē)軸兩端軸頸上，用來(lái)將包括鉛垂方向的動(dòng)載荷在內(nèi)的全部簧上載荷傳給車(chē)軸，并將輪對(duì)的牽引力或制動(dòng)力傳到構(gòu)架上去，此外還傳遞輪對(duì)與構(gòu)架間的橫向和縱向作用力，要求有足夠的強(qiáng)度。

該軸箱體裝配為兩體式軸箱體設(shè)計(jì)，由軸箱體和軸箱底蓋組成(見(jiàn)圖5)。軸箱體提供軸承安裝界面，傳遞垂向和縱向載荷。軸箱底蓋起到起吊輪對(duì)以及加強(qiáng)軸箱裝配強(qiáng)度的作用。

圖5 軸箱體裝配示意圖

兩體式軸箱裝配的優(yōu)點(diǎn)為：兩體式軸箱裝配大大簡(jiǎn)化了零件更換工作， 輪對(duì)裝配從整車(chē)上的拆卸

變得很容易，落輪時(shí)僅需拆軸箱下箱體(底蓋)、電機(jī)大線(xiàn)，將電機(jī)與電機(jī)吊桿分開(kāi)即可。同時(shí)，落輪時(shí)減振器、彈簧和牽引拉桿仍可保留在構(gòu)架裝配上，簡(jiǎn)化了拆裝工序。兩體式軸箱也有益于提高可靠性，由于減振器和牽引拉桿仍可保留在構(gòu)架裝配上，不需要拆下零件的緊固件，因此，螺栓松動(dòng)的危險(xiǎn)性大大降低。同時(shí)，在更換輪對(duì)的過(guò)程中，不接觸或打開(kāi)軸承，不存在軸承和潤(rùn)滑脂污染的危險(xiǎn)。

該軸箱體結(jié)構(gòu)緊湊，強(qiáng)度高，其材料為ZG230-450鋼，整體外形通過(guò)一次性鑄造而成，鑄件符合TB/T 2942—1999《鐵道用鑄鋼件采購(gòu)與驗(yàn)收技術(shù)條件》，鑄造公差符合GB/T 6414—1999《鑄件 尺寸公差與機(jī)械加工余量》的規(guī)定，鑄件沒(méi)有夾砂、縮孔等鑄造缺陷。

4 結(jié)束語(yǔ)

HXN3B型交流傳動(dòng)調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)的一系懸掛設(shè)計(jì)滿(mǎn)足了機(jī)車(chē)的整體性能參數(shù)要求，依托于目前成熟可靠的技術(shù)平臺(tái)，經(jīng)過(guò)一系列計(jì)算和機(jī)車(chē)的運(yùn)用考核表明，一系懸掛設(shè)計(jì)具有良好的可靠性和疲勞性能，保證了機(jī)車(chē)的平穩(wěn)運(yùn)行，為今后調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)的平臺(tái)化設(shè)計(jì)提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

[1]濮良貴.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2]鮑維千.機(jī)車(chē)總體及轉(zhuǎn)向架[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2010.□