南非窄轨机车转向架

南非窄轨机车转向架学号：631224120114 姓名：吴熙猴一、概述南非窄轨机车是为满足南非铁路一般货物运输需求而研制的首款新型双流制窄轨交流传动货运电力机车，该机车转向架试用的线路为窄轨、弯道多、曲线半径小，该机车采用了转向架抱轴驱动系统，通过对结构的优化和创新，使该驱动系统满足了窄轨线路的要求，并且规避了南非现有机车驱动系统的诸多故障问题。

二、转向架总体结构1.组成该转向架由轮对轴箱组装、驱动单元、构架、牵引电机、电机悬挂装置、轴温报警装置、脱轨保护装置、牵引装置等组成，具体结构见图1。

图1 转向架总装图2.主要技术参数如下，三、主要部件设计1.轮对轴箱设计轮对组装由锻造车轴和整体碾钢车轮组成，轮对三维结构见图2。

图2 轮对结构车轴材质为符合EN 13261标准的EA4T，为防止轮座部位拉伤并有效降低车轴轮作部位的微动磨损，在车轴轮座进行喷钼处理；车轮材质符合AAR107标准中的C级钢。

轴箱体采用铸钢结构，轴箱体上设置有一系弹簧安装座，轴箱轴承为整体密封式轴承，免维护周期长。

2.构架设计转向架构架是转向架各零部件的安装基础和平台，承受并传递来自车体和轮对的各种载荷和冲击，构架结构见图3。

图3 构架构架整体为传统焊接结构，由前后端梁、侧梁和牵引梁组成，各梁均采用钢板焊接而成的箱型结构。

侧梁为中部凹陷的鱼腹梁结构，其上设置有一二系弹簧座、轴箱拉杆座、一二系垂向减震器座、整体起吊座、制动器安装座以及脱轨保护装置安装座等，承受机车的牵引和制动力。

前后端梁上均设置有二系横向减震器安装座，其中前端梁上还有三角撑杆安装座。

3.悬挂系统设计一系悬挂装置由三角轴箱拉杆、一系弹簧垫、一系钢弹簧以及一系垂向油压减震器等组成。

一系钢弹簧安装在轴箱和构架之间，每个轴箱上安装2个钢弹簧。

每转向架设有4个一系垂向减震器，该减震器安装在车轴中心线上，两端分别连接轴箱和构架。

轴箱三角拉杆两端安装有球形橡胶关节，和一系弹簧一起实现轴箱定位。

垂向刚度主要由一系弹簧提供，横向刚度由一系弹簧和三角拉杆共同提供，纵向刚度主要由三角拉杆提供。

二系悬挂装置由橡胶垫、二系钢弹簧以及垂向、横向减震器等组成。

转向架通过二系钢弹簧与车体连接，二系钢弹簧横向布置在构架横梁上，共有4组。

每个弹簧下部安装有橡胶垫，上部有用于调整轴重的调整垫，每转向架有两个垂向减震器和2个横向减震器，连接在车体和转向架之间，垂向减震器对称布置在构架的两侧，横向减震器斜对称布置在构架的两端，同时起到抗蛇行减震器的作用。

四、驱动系统结构设计1.组成由牵引电机、抱轴箱组装、齿轮罩组装、大小齿轮、齿轮毂、抱轴承及各类密封件组成。

结构如图4。

图4 驱动系统该驱动系统采用一级减速齿轮传动机构，小齿轮轴和电机轴采用内锥式过盈连接传递电机扭矩，即带锥度的小齿轮插入带锥度的电机轴孔中，然后推进一定的压入量而产生过盈连接。

和小齿轮啮合的大齿轮通过一圈螺栓紧固在齿轮毂上，齿轮毂通过过盈连接固定在车轴上。

抱轴箱通过两端的滚动抱轴承固定在车轴上，两端设置了密封油脂的各类密封件。

电机通过安装定位面和抱轴箱连接，另一端通过弹性橡胶关节吊挂在构架上。

齿轮罩是非承载式齿轮箱，采用水平分箱，通过螺栓连接分箱面，罩内润滑油通过飞溅润滑方式润滑齿轮。

整个齿轮罩的固定采用六点安装固定，其中4个点和电机相连，两点和抱轴箱相连，齿轮罩安装侧密封采用静密封结构，车轮侧密封采用动密封结构。

2.主要零部件（1）齿轮副采用直齿轮传动，齿轮传递的载荷较大，线速度也较高，属于高速重载传动。

大、小齿轮采用符合EN 10084标准的合金钢材料18CrNiMo7-6。

该材料经热处理后，具有表面硬度高、耐磨、心部韧性大、抗冲击性好等特点，广泛应用于各型机车。

为了提高齿轮的啮合性能，减小啮合应力对驱动传动系统的影响，采用齿向和齿形修正措施。

此外，为了提高传动齿轮的承载能力和使用寿命，齿轮轮齿采用了喷丸强化工艺。

小齿轮采用齿轮轴结构，齿轮轴与电机轴孔采用内锥式配合结构，如图5所示。

图5 小齿轮和电机轴的连接和密封大齿轮与轮毂通过50颗螺栓连接，该结构降低了齿轮成本和制造难度，且便于后续的检修维护。

齿轮毂和车轴采用过盈配合。

（2）齿轮罩及密封整个齿轮罩的固定采用六点安装固定，其中4个点和电机相连，两点和抱轴箱相连，采用水平分箱，减小了原韶山系列机车插口式焊接齿轮箱存在的合口面漏油现象。

齿轮罩的密封对驱动系统的安全运行及其重要。

齿轮罩的密封采用动静结合的密封方式，车轮侧采用具有双向密封作用的非接触式动密封。

非车轮侧采用O型橡胶圈静密封，另为防止齿轮油进入电机轴承，电机的电机轴处设置了迷宫式动密封结构，如图6所示。

图6 齿轮罩密封（3）抱轴箱组装抱轴箱组装由抱轴箱体、抱轴承、密封环（N）、密封环（D）、轴领、调整垫、油脂等组成，是驱动系统中的关键部件，也是电机抱轴式悬挂结构的安装点，如图7所示。

图7 抱轴箱抱轴箱组装属于簧下质量，和轮对一起承受轨道的冲击和振动，其受力情况复杂，对抱轴箱体和抱轴承强度要求较高。

为能抵御来自轨道的冲击，抱轴箱体材料采用符合AAR M-201标准的C级钢材料。

五、牵引系统设计采用中央低位推挽式双牵引杆牵引方式，牵引杆（一）水平通过第一位电机下方，一端通过销轴与构架牵引座相连，另一端通过销轴与三角撑杆相连，三角撑杆通过两支架与构架端梁相连，另一端与牵引杆（二）相连，牵引杆（二）一端通过销和三角撑杆相连，另一端和车体牵引座相连，为了降低牵引点高度，车体牵引座安装点高于构架牵引座安装点，使牵引杆产生一定的倾角。

牵引杆（二）两端安装有橡胶关节，能适应转向架与车体间的相对运动，有效传递牵引力和制动力，并承受一定的冲击，改牵引方式形成较低的牵引点，机车的黏着利用率可达92%。

牵引装置具有良好的防松、防脱落措施，确保机车运行安全，紧固件采用螺栓、锁紧垫片及螺纹紧固胶配套使用，同时采用安全钢丝绳，防止螺栓失效或两牵引杆的意外断裂后脱落到轨面上，牵引销头部采用开槽螺母加开口销方式进行紧固，以防牵引销脱落。

70%低地板与100%低地板有轨电车的比较一、概述低地板有轨电车是指地板面距轨面高度一般在350～400mm以下的轨道交通车辆。

这种车辆的进口高度很低，上下车十分方便，尤其是对老人、儿童以及残疾人。

低地板有轨电车不需设置高站台，轨道可直接展设在路面上；车辆能够通过半径很小的曲线，适应于城市地面路况，可明显降低线路的造价。

一般低地板有轨电车编组2～3节，总长度20～35m，具有中等运能。

70%低地板车辆与100%低地板车辆相比，具有如下优点:①采用常规的动力转向架，结构简单，技术成熟；②中间非动力转向架采用独立车轮或小轮径转向架，结构相对简单；③车门开在低地板部位，乘客上下车同样方便，高地板集中在车内两端，对乘客带来的麻烦不大；④常规动力转向架可装较大功率的牵引电机，每轴功率为100～150kW；而作驱动的独立车轮转向架，因受空间限制，2个独立车轮的牵引电机功率一般不超过70～90kW。

二、100%低地板有轨电车1.采用小轮径刚性轮对图1给出了国外采用小轮径刚性轮对的低地板有轨电车的两种典型型式。

两种型式的转向架结构基本相同，所不同的是车体编组形式。

型式1采用了三车体方案:中间车体B支承在两个小轮径的拖动转向架上而成为静定结构，端部两个车体A、C则一端支承在动力转向架上，另一端通过铰接结构与中间车体B相连。

型式2采用了两车体方案:车体A支承在动力、拖动转向架上而静定，车体B则依靠动力转向架以及车体间的铰接结构而静定。

图1 小轮径低地板有轨电车动力转向架采用刚性轮对两轴转向架。

当电机纵向布置时需要设置大心盘以便通过小半径曲线；当电机横向布置时则需要采用摇枕结构。

拖动转向架采用小轮径刚性轮对转向架。

车轮的直径在375～410mm之间。

小轮径满足了低地板的要求；刚性轮对的优点是具有自导向能力，抗脱轨能力也较好。

小轮径转向架的结构尺寸和悬挂元件都比常规的转向架小，通常只设置中心悬挂系统。

小轮径车轮转向架的缺点是:由于轮径小，对线路的不平顺较敏感，而且转向架通常只有中心悬挂系统，这造成车辆的平稳性较差；小轮径的车轮踏面轻易擦伤，踏面擦伤后也不轻易复圆；轮轨接触应力较高，踏面的磨耗快，车轮更换的周期较短。

2.采用独立车轮最简单的独立旋转车轮就是将刚性轮对的左右车轮解耦，使它们各自独立地绕车轴旋转。

由于车轴不再需要旋转，因而独立车轮轮对的车轴可以做成曲轴外形，甚至取消车轴，以满足低地板车辆的需要。

使用独立车轮的好处在于其转向架结构与刚性转向架类似，可以使用相同的零部件，简化了结构。

如图2.图2 独立车轮常规转向架的低地板车辆形式采用独立车轮转向架的关键技术在于车轮的导向问题和磨耗问题。

（1）耦合转向架独立车轮耦合转向架是一种具有径向性能的新型转向架，其结构原理如图3所示。

将前后车体相邻的两个独立车轮单轴转向架用耦合弹性元件连接起来，通过选择耦合弹簧的摇头刚度，单轴转向架就能在二系悬挂弹簧和耦合弹簧的作用下自动调节轮对趋于径向位置，实现了轮对的径向导向。

由于受悬挂元件弹性径向变形的制约，耦合转向架通过小半径曲线时其径向导向能力将受到一定限制。

一般地，它在50m半径以上的曲线能较好地发挥径向功能。

图3 采用独立车轮耦合转向架的低地板车辆型式（2）迫导向转向架迫导向转向架如图4所示。

其径向原理是借助一套杠杆机构，利用相邻车体转角迫使单轴转向架在通过曲线时趋向径向位置。

图4 独立车轮迫导向转向架（3）轮缘磨耗独立车轮转向架是实现低地板面轻轨车辆的关键。

但是，独立车轮的轮缘磨耗要比传统刚性轮对大得多。

这是由于独立车轮没有纵向蠕滑力矩，只能依靠重力复原力进行导向。

这造成独立车轮在曲线上的冲角较大，轮轨横向作用力大，在直道上运行时轮缘轻易贴靠钢轨。

因此，独立车轮的轮缘磨耗较大，并且轻易脱轨。

解决独立车轮轮缘磨耗题目的主要措施有以下几种:①设计公道的踏面，避免轮缘在直线上与钢轨接触。

独立车轮依靠重力复原力进行导向，而重力复原力取决于左、右车轮的接触角差，因此独立车轮的踏面设计中需要尽量地增加左、右车轮的接触角差。

采用接触角踏面反推法设计独立车轮踏面是一种有效的方法。

②进行轮缘润滑，并在小半径区段敷设护轨，利用轮背来导向。

③采用具有径向功能的转向架，以减小轮对在曲线上的冲角。

另外，独立车轮转向架的左、右侧轴距差也需要重点控制，一般来讲，对两轴转向架其左、右侧轴距差需控制在1mm 之内。

3. 模块化车体型式克服双铰三车体缺点的方法是采用五车体型，如图5所示。

将三车体型式中的长车体改为两个短车体；两端部的短车体A、F下面设置动力转向架，中间的浮动车体B、D通过连接铰与端部车体和中间车体C连接。

显然，五车体型式通过曲线时车体的横移量大大减小，车体端部基本上不用削尖。