曲云飛 吳化敏 秦美超

(中車大連機車車輛有限公司技術開發(fā)部 遼寧 大連 116022)

HXN3B型交流傳動調車機車是中車大連機車車輛有限公司以成熟的HXN3型內燃機車為平臺，自主研發(fā)的新產(chǎn)品，也是目前國內功率最大的調車機車。為了適應HXN3B型大功率調車機車的動力學要求，一系懸掛裝置應采用軸箱拉桿、一系彈簧和減振墊來提供合適的定位剛度。為便于機車運用過程中的維護及提供合適的橫動量，采用100萬km免維護型軸箱軸承。

1 HXN3B型機車一系懸掛裝置的結構

HXN3B型機車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、構架、雙圓簧、橡膠墊等組成(見圖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型機車一系懸掛裝置的特點

(1)采用彈簧與垂向減振器的組合，緩和及衰減機車運行在有缺陷的軌道時產(chǎn)生的沖擊振動。

(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節(jié)，一端連接在軸箱上，另一端連接在構架上，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，結構簡單，定位剛度值準確、穩(wěn)定、可靠。軸箱拉桿基本無垂向附加剛度，滿足機車的剛度要求。

(3)總體結構緊湊，簧下加調整墊容易，便于調節(jié)軸重分配。

(4)為改善機車的運行品質及順利通過小曲線，同時適應軌道的要求，輪對需要有一定的橫動量。HXN3B型機車軸箱軸承采用圓錐滾子軸承，自密封、自潤滑，由軸承內外圈相對橫動量來控制軸箱對車軸的橫動量。其中，中間軸軸箱需要的橫動量較大，端軸需要的橫動量較小。

3 主要零部件的設計

(1)軸箱拉桿

軸箱拉桿主要作用為定位軸箱體，傳遞牽引力和制動力。為保證機車順利通過曲線，軸箱需要一定的橫動量。這樣在設計軸箱拉桿時必須考慮其與軸箱和構架為彈性連接，同時要保證軸箱拉桿體的強度。軸箱拉桿由拉桿關節(jié)及拉桿體組成，如圖2所示。

為提供軸箱合適的定位剛度，軸箱拉桿關節(jié)采用球型橡膠節(jié)點，該節(jié)點由芯軸、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，其表面缺陷應不超過GB/T 12362—2003《鋼質模鍛件 公差及機械加工余量》標準的要求。拉桿體主要受拉壓應力的作用，以機車單軸最大牽引力93 kN計算，校核拉桿體的強度如下，軸箱拉桿的危險截面最大拉應力為:

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]。

該應力遠遠小于材料42CrMo的屈服強度930 MPa。同時用ANSYS有限元計算程序分析軸箱拉桿的靜強度和疲勞強度都能滿足運用要求。

(2)彈簧裝置與減振器

彈簧裝置結構如圖3所示，其作用為：當機車車輛行經(jīng)線路不平順處或因輪對缺陷而發(fā)生振動和沖擊時，可以緩和沖擊，衰減振動；使同一轉向架各輪對之間的重量分配適當[2]。為了增大彈簧軸向和橫向的柔性，提高機車的走行質量，彈簧下端加裝減振墊。

圖3 彈簧裝置

彈簧的材料為高強度彈簧鋼52CrMoV4，具有淬透性高，熱處理工藝性能好的特點，其材料化學成分符合GB/T 1222—1984標準要求。材料強度極限為：(1.55～1.65) kN/mm2，彈簧鋼絲應進行剝皮,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標準進行噴丸處理，彈簧須以一定載荷進行3次壓并負荷壓縮試驗，無永久變形。

減振墊由橡膠及上、下黏結板經(jīng)硫化處理而成，符合TB/T 2843—2007《機車車輛橡膠彈性元件通用技術條件》標準的要求。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度的測定 二板法》標準的要求。

減振器用來抑制彈簧吸振后反彈時的振蕩及來自軌面的沖擊，安裝在一系懸掛裝置上的減振器稱為一系垂向減振器，用于減小軸箱與轉向架之間的垂向振動，特別是衰減轉向架相對于輪對的點頭振動，該減振器為液壓減振器，其結構如圖4所示。

圖4 減振器簡圖

減振器工作時，活塞桿相對于儲油缸作拉伸與壓縮運動，內部的油液通過阻尼調節(jié)閥產(chǎn)生減振阻力，將振動機械能量轉化為油液的熱量散到空氣中。

當減振器拉伸時，活塞單向閥關閉，底閥單向閥開啟，活塞上部的油液經(jīng)阻尼調節(jié)閥流到儲油缸，同時，儲油缸中的油液經(jīng)底閥單向閥流到活塞下部的油缸中。

當減振器壓縮時，底閥單向閥關閉，活塞單向閥開啟，活塞下部的油液經(jīng)活塞單向閥流到活塞上部，同時，活塞上部的油液經(jīng)阻尼調節(jié)閥流到儲油缸中。

(3)軸箱體裝配

軸箱體裝配在車軸兩端軸頸上，用來將包括鉛垂方向的動載荷在內的全部簧上載荷傳給車軸，并將輪對的牽引力或制動力傳到構架上去，此外還傳遞輪對與構架間的橫向和縱向作用力，要求有足夠的強度。

該軸箱體裝配為兩體式軸箱體設計，由軸箱體和軸箱底蓋組成(見圖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以及加強軸箱裝配強度的作用。

圖5 軸箱體裝配示意圖

兩體式軸箱裝配的優(yōu)點為：兩體式軸箱裝配大大簡化了零件更換工作， 輪對裝配從整車上的拆卸

變得很容易，落輪時僅需拆軸箱下箱體(底蓋)、電機大線，將電機與電機吊桿分開即可。同時，落輪時減振器、彈簧和牽引拉桿仍可保留在構架裝配上，簡化了拆裝工序。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架裝配上，不需要拆下零件的緊固件，因此，螺栓松動的危險性大大降低。同時，在更換輪對的過程中，不接觸或打開軸承，不存在軸承和潤滑脂污染的危險。

該軸箱體結構緊湊，強度高，其材料為ZG230-450鋼，整體外形通過一次性鑄造而成，鑄件符合TB/T 2942—1999《鐵道用鑄鋼件采購與驗收技術條件》，鑄造公差符合GB/T 6414—1999《鑄件 尺寸公差與機械加工余量》的規(guī)定，鑄件沒有夾砂、縮孔等鑄造缺陷。

4 結束語

HXN3B型交流傳動調車機車的一系懸掛設計滿足了機車的整體性能參數(shù)要求，依托于目前成熟可靠的技術平臺，經(jīng)過一系列計算和機車的運用考核表明，一系懸掛設計具有良好的可靠性和疲勞性能，保證了機車的平穩(wěn)運行，為今后調車機車的平臺化設計提供了寶貴經(jīng)驗。

[1]濮良貴.機械設計[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2]鮑維千.機車總體及轉向架[M].北京：中國鐵道出版社，2010.□