南非运煤专线26t轴重电力机车转向架研制_邹文辉

2017年第24卷第4期

南非运煤专线26t 轴重电力机车转向架研制

邹文辉1，李冠军1，陈喜红1，刘晖霞1

，陈

康

2

(1．大功率交流传动电力机车系统集成国家重点实验室，湖南株洲412001;

2．西南交通大学机车车辆研究所，四川成都610031)

摘

要：详细介绍了南非运煤专线26t 轴重电力机车转向架的主要技术参数和主要结构特点，

对驱动单元、轮对轴箱组装、构架、悬挂装置及牵引装置等关键零部件的结构进行说明和分析计算。并重点介绍了南非窄轨重载货运电力机车动力学仿真计算及线路试验情况。结果表明，南非运煤专线26t 轴重电力机车转向架技术先进，性能可靠，完全满足南非业主的要求，并为研制其他窄轨机车转向架提供了宝贵的参考。关键词：运煤专线;货运机车;转向架;驱动系统;动力学

Bogie development of SA narrow-gauge electric locomotive

with 26t axle load for coal line

ZOU Wenhui 1，LI Guanjun 1，CHEN Xihong 1，LIU Huixia 1，CHEN Kang 2

（1．The State Key Laboratory of Heavy Duty AC Drive Electric Locomotive System Integration ，Zhuzhou 412001，China ；

2．Institute of Ｒail Vehicles ，Southwest Jiaotong University ，Chengdu 610031，China ）Abstract ：This paper has detailedly introduced the technology parameters and the structure characteristics of the bogie for SA nar-row-gauge locomotive with 26tons ，and expounded the structure of the key subsystem such as drive unit ，wheel-set axle box as-sembly ，bogie frame ，suspension device and traction device．In the later ，the dynamic simulation and line test have been ex-plained emphatically．It is shown that the bogie for SA narrow-gauge locomotive is designed reasonably and reliably and meet the

requirements of SA customers and offers an excellent reference for developing other kind of narrow gauges bogie．key words ：coal line ；freight locomotive ；bogie ；drive unit ；dynamics doi ：10．3969/j．issn．1006－8554．2017．04．0030

引言

2014年3月17日，中车株机公司与南非Transnet SOC Limited 公司签订100台26t 轴重四轴货运电力机车增购合同。

该转向架是中车株洲电力机车有限公司根据南非运煤专线的窄轨线路、重载运输及线路条件差的特点，并满足南非Ermelo 至Ｒichards Bay 煤炭运输需求而研制的一款新型窄轨重载交

流传动货运电力机车转向架。1转向架主要结构特点

该转向架主要由轮对轴箱组装、驱动单元、构架、一二系悬挂装置、电机悬挂装置、牵引装置、轴温报警装置、轮缘润滑装置、脱轨保护装置及附属装置等组成。具体结构见图1。并具有以下特点

。

图1转向架总装图

Vol．24，No．4，2017

1）转向架为Bo-Bo轴式，以改善机车的曲线通过性能，减小车轮与钢轨之间的冲角，从而延长车轮和钢轨的使用寿命。

2）牵引电机采用滚动抱轴悬挂方式，一端通过抱轴承支承在车轴上，另一端通过吊杆弹性吊挂在构架横梁上，吊杆两端的橡胶关节可使驱动单元适应轮对与构架之间的相对运行，提高机车的横向稳定性。

3）驱动齿轮箱采用多点支撑方式，通过螺栓和调节套筒安装在电机和抱轴箱上，并采用法兰式合箱结构，有效解决了传统插口式齿轮箱密封性能欠佳而带来的合箱面漏油问题。

4）构架采用传统“日”字形焊接结构，各梁体均采用箱形梁结构，以提高构架的强度和刚度。

5）一系悬挂装置由螺旋钢弹簧、橡胶垫、一系垂向减震器和轴箱三角拉杆结构组成。采用轴箱三角拉杆定位方式，实现了一系悬挂参数的良好匹配，即较佳的横向刚度和较小的垂向刚度，能有效改善转向架的动力学性能，降低轮轨之间的作用力，延长车轮和钢轨的使用寿命，从而节省大量的维护成本。

6）牵引装置采用中央低位双牵引杆推挽式结构，以满足机车小半径通过性能，同时实现牵引点低，提高机车的黏着利用率等。

2转向架主要技术参数

轴式Bo-Bo

轮径（新轮/磨耗轮）1220mm/1140mm 轴距2700mm

轮对内侧距987mm

通过最小曲线半径（正线/站场线）85m

机车最高运营速度100km/h

齿轮传动比6．0588

齿轮模数9mm

齿轮传动形式一级直齿传动

最大轴重≤26t

转向架自重约17000kg

机车启动牵引力380kN

机车持续牵引力311kN

转向架相对车体最大回转角4．2ʎ

3转向架主要部件设计

3．1驱动装置设计

驱动装置由牵引电动机、齿轮箱组装、抱轴箱组装、传动齿轮副以及轮对等主要部件组成，具体结构见图2。牵引电动机为交流异步电动机，额定功率750kW。

齿轮箱为钢板焊接结构，分上下两部分并通过螺栓连接，齿轮箱合口面采用法兰式结构，以增加齿轮箱的强度和刚度，并通过多点支撑方式安装在电机与抱轴箱体上，从而减小齿轮箱变形，避免齿轮箱合口面漏油及齿轮箱安装座的故障等。

抱轴箱组装由抱轴箱体、前后油封、挡环、抱轴承组成；抱轴箱和后油封材料为铸件，材质为符合AAＲM201标准的C级钢。抱轴箱体两端设置了润滑抱轴承的储脂槽。抱轴承采用大功率和谐机车使用过的成熟产品；抱轴承润滑脂为SHC220。

传动齿轮副为刚性直齿1级减速传动，主动齿轮为齿轮和轴一体结构，并通过内锥过盈配合方式与电机轴相连；从动齿轮采用分体式结构，由齿圈和齿轮毂组成，齿轮设计标准采用ISO6336标准。传动齿轮副采用润滑油进行润滑。牌号为SHC80W－140

。

图2驱动单元结构图

3．2轮对轴箱设计

轮对组装由锻造车轴和整体碾钢车轮组成。车轴材质为符合EN13261标准的EA4T，车轴总长为1954mm，轴颈中心距为1744mm、轴身直径为220mm、轮座直径为252mm。为防止轮座部位拉伤并有效降低车轴轮座部位的微动磨损，在车轴轮座进行喷钼处理；车轴具有良好的几何表面形状，足够的刚度和抗疲劳的能力。

车轮材质符合AAＲ107标准中的C级钢。轮辋部位的抗拉强度为1050MPa，辐板处的屈服强度为800 1000MPa，辐板及轮辋处的延伸率为8%。车轮踏面符合合同要求。车轮在使用限度内，不会出现断裂、掉块、剥离等现象。

根据EN13979标准要求，采用WOＲKBENCH强度分析软件对车轮的强度进行分析计算，计算模型见图3，计算出直线、曲线和岔道等三种工况下最大von Mises应力值分别为275．993MPa、303．729MPa和280．05MPa，最大应力值出现在轮毂与车轴的配合区域，最大应力小于幅板处的最小许用应力［σ］=450MPa，静强度满足要求。同时对车轮进行疲劳强度计算，幅板上的应力点均位于疲劳曲线以内，车轮疲劳强度满足设计要求，结果请见图4所示

。

图3车轮计算模型

轮对组装采用注油压装方式以降低组装时拉伤车轴的风险。轴箱采用无导框独立悬挂结构，轴箱体前后端具有良好的密封性能。轴箱轴承为整体密封式轴承，无污染，免维护周期长，轴