双源制电力调车机车转向架结构设计分析

通过以上2 种方案机车的动力学性能对比分析，结 合双源制调车机车主要以低速、曲线运行为主的特点， 选 择 了 方 案 一 的 转 向 架 结 构 ，同 时 ，其 一 系 采 用 高 挠 度螺旋弹簧加双轴箱拉杆定位的结构，二系采用刚度 较大的橡胶堆结构，详见图 5。
图 5 双源制调车机车转向架总图
2.2 二系弹簧布置方式的选择分析
的速度在AAR5 直线轨道上模拟运行时，前后司机室横
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向平稳性指标见图 1 ，垂
向平稳性指标见图 2 ，机
车各轴轮轴横向力见图 3，
机车各轴轮轨垂向力见
图4。
计算结果表明就直线
运行性能来说，2 个方案
的动力学性能指标都能 满足TB/T 2360 的要求。但
图 1 方案一、方案二直线 运行横向平稳性指标
80 km/h（惰行100 km/h）
单轴启动牵引力
75 kN
通过最小曲线半径
100 m
机车在启动工况下的轴重转移
≤10%
2 转向架及其各主要部件的设计分析
根据电力蓄电池双源制调车机车对转向架的具体
要 求 ，本 项 目 转 向 架 牵 引 电 机 采 用 滚 动 抱 轴 驱 动 ，两
系悬挂系统。本文主要针对转向架是采用一系软二系
硬二系软的结构（以下简称方案二），例如SS7、SS8、SS9、 HXD1 系列、HXD3 系列等机车转向架。这2 种转向架的 结构型式对机车性能到底有什么影响，哪种结构型式
更好更合理，应该针对具体机车进行具体分析。
2.1.1 线性临界速度及非线性临界速度的对比分析
方案一的线性临界速度为260 km/h，非线性临界速
Keywords: shunting locomotive; bogie; structure design; primary suspension; secondary suspension; traction devices; dynamics; dual-source
0 引言
调车机车是专门用于编组站或调车场进行列车编 组 、解 体 作 业 的 机 车 ，其 要 求 是 需 有 较 大 的 启 动 牵 引 力 ，小 半 径 曲 线 通 过 能 力 强 ，司 机 室 的 设 置 便 于 反 复 换 向 等 。目 前 干 线 调 车 机 车 基 本 是 内 燃 机 车 ，但 在 地 铁线路以及电气化编组场、电气化铁路干线等应该有 条件采用电力调车机车。为了防止电气化线路短时停 电而导致电力调车机车不可用，可采用电力蓄电池双
方案一的横向平稳性明 显优于方案二，垂向平稳 性稍差于方案二；方案 一的最大轮轴横向力比 方案二小；方案一的轮 轨垂向动作用力明显小 于 方 案 二 。综 合 来 看 在 100 km/h 速度范围内，方 案一的直线运行性能优 于方案二。
图 2 方案一、方案二直线 运行垂向平稳性指标
图 3 方案一、方案二直线运行轮轴横向力
2014 年第 3 期 2014 年 5 月 10 日
机车电传动 ELECTRIC DRIVE FOR LOCOMOTIVES
№ 3, 2014 May 10, 2014
研
双源制电力调车机车转向架
究
结构设计分析
开
李冠军 1 ，杨伟东 1 ，陈喜红 1 ，黄勇明 1 ，张红军 2
发
（1. 南车株洲电力机车有限公司 技术中心，湖南 株洲 412001； 2. 西南交通大学 牵引动力国家实验室，四川 成都 610031）
130
320
130
100 AAR5
— 22 —
第3期
李冠军，杨伟东，陈喜红，黄勇明，张红军：双源制电力调车机车转向架结构设计分析
表 2 各工况轮轨力计算结果
轮轴横向 工 力 / kN
脱轨系数
轮重 车轮导向 摇头角/ 减载率 力 /kN deg
磨耗因子/ kN·deg
况 方案 方案 方案 方案 方案 方案 方案 方案 方案 方案 方案 方案
双源制调车机车转向架二系采用4 个橡胶堆弹簧， 每侧2 个。每侧橡胶堆有2 种布置方式：纵向布置和横 向布置。传统的直流机车及内燃机车都采用纵向布置， 而HXD1 交流传动电力机车都采用横向布置。就这2 种 布置方式对双源制调车机车的影响进行了对比分析， 具体分析结果见表 3，其中纵向布置的橡胶堆间距 560 mm、横向布置的橡胶堆间距300 mm。从表3来看二系弹 簧横向布置有如下优点：二系弹簧的横向变形量小、 有利于改善二系簧的受力状态；转向架回转阻力小， 有利于机车通过曲线；粘着利用率高，适合重载牵引。 根据以上分析，双源制调车机车二系弹簧采用了横向 布置（见图 5）。
一二一二一二一二一二一二
一 52.08 49.43 0.63 0.57 0.31 0.57 80.18 79.29 0.75 0.74 60.1 58.7
二 45.30 46.35 0.59 0.56 0.30 0.52 84 78.83 0.48 0.56 40.3 44.1
三 40.11 54.61 0.51 0.51 0.30 0.54 71.69 78.33 0.37 0.35 26.5 27.4
图 4 方案一、方案二直线运行轮轨垂向力
2.1.3 曲线通过性能对比分析
对装用方案一和方案二转向架的机车在给定的曲
线半径条件下（见表 1 ）的轮轨作用力进行了对比计
算，计算结果见表2。从表2 可以看出，2 种方案的机车 曲线通过性能都符合TB/T 2360的要求，机车可以安全
通过曲线工况。2 种方案机车的轮轴横向力、脱轨系 数 、车 轮 导 向 力 、轮 对 摇 头 角 以 及 轮 缘 磨 耗 因 子 都 相
Abstract: Dual-source electric shunting locomotive has two bogie schemes: one with soft primary suspension and hard secondary suspension, another one with hard primary suspension and soft secondary suspension. Through dynamics performance comparison analysis of the two schemes, and considering operation condition, bogie scheme with soft primary suspension and hard secondary suspension was decided. Through the analysis of the influence of secondary spring lateral and longitudinal arrangement on bogie performance, lateral arrangement secondary spring was selected. Finally, the adaptability of a variety of traction devices in the dual-source shunting locomotive was analyzed, and the tilted traction rod mounted on the end of the bogie frame was adopted.
硬的结构还是采用一系硬二系软的结构、牵引装置的
选型、二系悬挂布置方式的选择等方面展开分析研究。
2.1 转向架结构分析
根据以往的经验，对于速度小于或等于100 km/h的 机车转向架一般采用一系软二系硬的结构（以下简称
方案一），例如 SS1、SS3、SS4、SS6 型电力机车转向架。而 对于速度大于100 km/h 的机车转向架则一般采用一系
表 3 二系弹簧布置方式对双源制调车机车性能的影响
二系簧 布置 方式
R100 m 曲线通 过时橡胶堆的
变形量 /mm
纵向布置
91.4
横向布置
88.5
R100 m 曲线通 过时转向架的 回转阻力 /kN
38.4
21.8
机车启动时的 粘着利用 率 /% 88.23
92.75
2.3 牵引装置结构型式的选择分析 双源制调车机车牵引电机采用了现有成熟的牵引
关键词：调车机车；转向架；结构设计；一系悬挂；二系悬挂；牵引装置；动力学；双源制 中图分类号：U260.9+3；U267.1 文献标识码 ：A 文章编号：1000-128X(2014)03-0021-03
作者简介：李冠军（1972-） 男，硕士，高级工程师（教 授 级 ）， 现 从 事 转 向 架 研 发 工作。
电机，该电机最大直径为 750 mm，电机中心线与车轴
中心线处于同一水平高度，这样在新轮时牵引电机下 表面到轨面的距离仅为250 mm。由于牵引装置为一系 簧 上 部 件 ，考 虑 到 转 向 架 下 部 限 界 的 要 求 ，双 源 制 调 车机车转向架不能选用 SS4B、SS8 或者HXD3 等机车的 中央低位推挽式结构牵引装置。
差不明显，但方案一的轮重减载率明显小于方案二。
表 1 曲线通过计算工况
工 圆曲线 缓和曲线 圆曲线 外轨超 通过速度 / 线 路
况 半径 / m 长度 / m 长度 / m 高 / mm km·h-1 级 别
一 300
080
200
120
060
较差
二 500
100
260
120
080 AAR5
三 800
收稿日期：20 13 - 1 2 - 0 3 基金项目：中国南车股份有限公司科技研发项目(2010NCK025)
源制调车机车。随着油价走高以及对环保的日益重视， 采用电力蓄电池双源制调车机车的前景应该很广阔。