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HX


第 34 卷 第 6 期 2011 年 11 月 20 日


电力机车与城轨车辆 Electric Locomotives & Mass Transit Vehicles

Vol. 34 No. 6 Nov. 20th, 2011

研究开发



HXD1C 型

大功率交流传动电力机车转向架 *
周建斌,陈清明,王平华
(南车株洲电力机车有限公司 技术中心,湖南 株洲 摘

412001)

要: 文章主要从转向架的技术参数、结构方面探讨 HXD1C 型机车转向架的技术特点。 文献标识码: A 文章编号: 1672-1187 (2011)06-0007-03

关键词: HXD1C 型机车; 转向架; 特点 中图分类号: U260.331

Bogie for type HXD1C high-power AC drive electric locomotive
ZHOU Jian-bin ,CHEN Qing-ming ,WANG Ping-hua
(R&D Center ,CSR Zhuzhou Electric Locomotive Co. ,Ltd. ,Zhuzhou 412001 ,China )

Abstract :This paper mainly discusses the characteristics of the bogie for type HX D1C high -power AC drive electric locomotive from the aspects as structure and technical parameter. Key words : type HXD1C locomotive ; bogie ; characteristic

0

引言
HX D1C 型机车转 向 架 采 用 了 成 熟 而 先 进 的 技 术 ,

电机功率 /kW 牵引点距轨面高度 /mm 最大启动牵引力(每轴)/kN 传动方式 齿轮传动比 轮径 /mm 最大运用速度 / (km h ) ·
-1

1 225 240 95 (25 t 轴重)
交流电机、滚动抱轴承

如轮盘制动、带陶瓷绝缘滚动抱轴承传动、二系高挠钢 弹簧、单轴箱拉杆轮对定位、整体免维护轴箱轴承、低 位推挽式牵引装置等,此外,机车具有较好的动力学性 能和安全性能, 保证了机车在重载牵引条件下以较高 的速度运行。 HXD1C 型机车转向架通过加减一系弹簧 调整实现机车 23 t 和 25 t 轴重的转换。

106/17 1 250 120 39.5 (25 t 轴重) 43.57 (23 t 轴重)
钢弹簧 + 单轴箱拉杆 + 垂向减振器

一系悬挂方式

一系弹簧静扰度 /mm 二系悬挂方式

1 HXD1C 型机车转向架主要技术参数
轴重 /t 转向架总质量 /kg 单轴簧下质量 /kg 牵引电机悬挂方式 轴距 /mm 轨距 /mm 转向架中心距 /mm 轮对左右轴箱中心线间距 /mm 二系支承点横向间离 /mm 牵引方式
收稿日期: 2011-03-23 作者简介: 周建斌,教授级高级工程师,1993 年毕业于兰州铁道学院车辆专业,现从事转向架研发工作。 基金项目: 铁道部科技研究开发计划(2009J006-A )

钢弹簧 + 垂向减振器 + 水平减振器

23+2 29 800 45 720
抱轴悬挂

二系弹簧静扰度 /mm 基础制动方式 限界

121.6 (25 t 轴重) 137.84 (23 t 轴重)
轮盘制动单元(部分带蓄能) 满足 GB146.1-83-1B

2 250+2 000 1 435 11 760 2 100 2 100
中间斜拉杆推挽式

2

主要结构特点
HXD1C 型机车转向架主要组成如图 1 所示。

2.1

牵引装置

HXD1C 型机车为重载货运电力机车, 牵引装置是
该机车转向架关键部件之一。 牵引装置的强度和刚度

-7-

电力机车与城轨车辆 2011 年第 6 期 ·

1 —牵引装置;2 —构架;3 —一位轮 对驱 动装 置;4 —一 系悬 挂装 置;5 —轮缘润 滑装 置;6 —铭牌 ;7 —二系 悬挂 装置 ;8 —基 础制动 装置 ;9 —二 位轮
对驱动装置;10 —转向架空气管路;11 —三位轮对驱动装置;12 —整体起吊装置;13 —电机悬挂装置;14 —砂箱装置;15 —附属装置。

图1

HXD1C 型机车转向架总体结构

考虑 5 倍转向架质量惯性力的冲击载荷; 同时为了减 少轴重转移,牵引点距离轨面的距离尽可能低;为了保 证转向架与车体的相对运动, 牵引装置采用了橡胶关 节 和 销 套 结 构 ;为 了 有 效 传 递 牵 引 制 动 力 ,牵 引 装 置 纵向刚度要尽量大(达到 50 MN/m )。 牵引装置结构如 图 2 所示,牵引杆(一)和牵引杆(二)为焊接结构,两者 之间的连接采用销套结构,连杆为铸造结构,连杆与牵 引杆之间采用橡胶关节, 牵引杆与构架和车体之间采 用橡胶关节连接。

法》施加载荷,进行疲劳计算,结果表明构架满足

TB/T 2368 —2005 的要求。
按 TB/T 2368 — 2005 的规定,进行了 1 000 万次 疲 劳试验,并按 TB/T 2368 — 2005 的要求进行了探伤,未 发现裂纹,符合 TB/T 2368 — 2005 的要求。

2.3 2.3.1

轮对驱动装置 轮对轴箱

HXD1C 型机车转向架采用整体碾钢车轮, 材料为 ER8,并满足 EN 13262 标准要求 ;在 车 轮 两 侧 装 有 制
动盘,制动盘与车轮之间通过螺栓连接;车轮踏面采用 符合 TB/T 449 的 JM3 磨耗型踏面。 车轴轴颈直径 160 mm ,轮座直径 252 mm ,轴身直 径 240 mm 设 计 满 足 EN 13104 标 准 ; 其 材 料 采 用

图2

牵引装置结构

35CrMoA ,并满足 TB/T 3093 — 2004 标准的要求。
轮对组装满足 EN 13260 和 TB/T 1463 的相关要求。

2.2

构架 构架为目字型,由侧梁、牵引梁、中间横梁、前端梁

HXD1C 型机车转向架端轴轴箱采用整体式自密封
圆锥滚子轴承,能较好地承受机车轴向力;中间轴轴箱 采用整体式自密封圆柱滚子轴承, 横动量为 ±10 mm , 能适应我国复杂的线路运营要求。 整体式自密封轴承 安装拆卸方便,免维护周期长。轴箱根据运用要求安装 有接地装置、速度传感器等(见图 3 )。

和后端梁组成,除个别安装座以外,结构基本上是对称 的。 构架焊接后变形小,残余应力分布均匀;各零部件 的应力水平比较低,且应力变化趋势平稳;各安装座结 构简单。 构 架 本 体 材 料 采 用 16MnDR 钢 板 , 焊 接 采 用

2.3.2

驱动系统

EN 15085 标准体系:优先选用对接焊缝,单边 V 形 焊
缝和 K 形焊缝,尽可能不用不开坡口的角焊缝;使焊缝 位于低应力区;避免焊缝位于同一截面上;对于不同板 厚的焊接,在厚板对接处设置斜坡 ,使两板厚一致;对 接焊缝预留间隙,以便焊透,对接焊缝的余高尽量小。 按 TB/T 2368 — 2005 《动力转向架构架强度试验方
-8-

HXD1C 型机车转向架采用抱轴驱动,主要由电机、
抱轴箱、传动齿轮箱等组成;滚动抱轴承采用陶瓷绝缘 圆锥滚子轴承。

HXD1C 型机车牵引齿轮传递功率大 (电机功率可
达 1 225 kW ),线 速 度 高 ,因 此 齿 轮 为 高 速 重 载 传 动 , 并能抵御瞬时 5~6 倍的冲击载荷。 其主要参数如下:

* 周建斌 等 HXD1C 型大功率交流传动电力机车转向架 · · 2011 年第 6 期

2.4

一、二系悬挂装置 重载牵引机车转向架悬挂系统是保证机车安全运

行的关键结构,它是由一、二系弹簧,减振器及轴箱定 位组成。

HXD1C 型机车转向架悬挂系统借鉴了高速动力转
向架的悬挂结构, 它的第一个特点是二系采用高扰弹 簧,第二个特点是轴箱采用单侧轴箱拉杆定位。轴箱拉 杆两端采用球形橡胶关节,由于橡胶关节径向刚度大,
(a )带速度传感器 (b )带接地装置

图3

轴箱组装

回转刚度小,因而使轴箱纵向具有较大的定位刚度,并 可使轴箱相对构架能自由地沉浮及绕本身轴线回转。

螺旋角 传动比 齿轮模数 齿轮材料 大小齿轮中心距 /mm 轮齿质量(精度)等级

4° 6.235 (106/17 ) 9 18CrNiMo7-6 555 DIN 3990 六级

该结构的特点是:结构简单,可实现一系纵向、横向弹 性参数相对独立;并且一系纵向刚度大、横向刚度小, 有利于提高临界速度,保持驱动系统稳定,提高黏着利 用率及改善曲线通过性能。 通过调整一、 二系弹簧调整垫可实现 机车从 23 t 轴重到 25 t 轴重的转换。 圆柱螺旋钢弹簧设计满足 EN 13906-1 标准,材料 满 足 EN 10089 标 准 , 制 造 满 足 UIC 822 V 以 及 DIN

小齿轮与电机轴的配合采用了内锥式的独特结 构,锥度为 1∶20 ,压入量 4.4 mm (见图 4 )。

2096 标准。
电机一端采用抱轴悬挂, 另一端采用摆杆弹性悬 挂在构架上(见图 6 )。 该结构满足了传动系统的运动 关系,另外也可以改善动力学性能。

图4

小齿轮与电机的连接

齿轮箱密封结构(见图 5 )自具特点:车轮侧的迷宫 密封与箱体做成一体, 电机侧的迷宫密封采用球墨铸 件,其结构既保证齿轮箱的密封,又保证齿轮润滑油不 进入抱轴箱; 箱体两边的迷宫密封均设置了合理的回 油孔,实现了润滑油的合理回流,并实现电机传动端轴 承的油润滑。 齿轮及电机传动端轴承采用 SHC80W图6 电机悬挂装置

2.5

轮缘润滑及撒砂装置

HXD1C 型 机 车 转 向 架 上 装 有 2 种 轮 缘 润 滑 装 置 :
前 400 台机车装有机械式干式轮缘润滑装置, 结构简 单,维护方便,但在曲线多的线路上轮缘润滑效果不明 显;之后新造机车都装有喷脂式轮缘润滑装置,位于转 向架的 1 、6 位,该润滑装置采用脂润滑,其额定工作气 压 700 kPa , 最大工作气压 1 000 kPa , 额定工作电压

140 润滑油润滑; 滚动抱轴承采用 SHC220 合成润滑
脂润滑。

DC 110 V (波动范围:88~121 V)。 转向架上安装 4 套砂
箱,位于构架端部,每砂箱容积约为 0.1 m3。 喷脂式轮 缘润滑装置和砂箱装置结构见图 7 。
图5 齿轮箱密封装置

砂箱装有加热及计量装置 (见图 8 ), 额定撒砂量 (风量为 4.5 kPa 时)(750±50 )g/30 s ; 加热电压 220 V , 功率 100 W 。 (下转第 14 页)

齿轮箱体采用铝合金材料,其牌号为 ALSI7MGWA 铸造铝合金,铝合金的采用大大减小了传动装置的质量。

-9-

电力机车与城轨车辆 2011 年第 6 期 ·

2.1.6

自动过分相控制

故障诊断建立故障日志,自动存储带有时间、公里数和 相关运行数据的故障信息。 故障诊断信息可以通过以 太网接口,从诊断系统记忆存储器中读出相关信息,方 便机车检修人员对机车发生的故障进行深入分析。

机车具有自动通过分相区的功能: 当机车通过分 相区时,系统根据当时机车的速度 、位置,自动平滑卸 载和分断主断路器; 通过分相区后, 自动闭合主断路 器、控制牵引电流平滑上升,从而实现机车通过分相区 时操作的自动化,大大地减轻了乘务员的工作强度。在 自动过分相装置故障时, 可采用手动或半自动方式通 过分相区。

3

结束语
HXD1C 型机车首次采用我国自主研制的牵引变流

器、辅助变流器、网络控制系统等重要部件,承担干线 重载货运列车的牵引任务。 其网络控制系统性能稳定 可靠、 能够满足机车的控制要求。 HXD1C 型机车的成 功研制标志我国建立了具有完全自主知识产权、 适合 我国铁路运用特点的机车网络控制技术体系和产品平 台。

2.1.7

无人警惕控制

当机车速度 ≥3 km/h 并且司机控制器的方向手柄 不在零位,启动无人警惕控制功能。 间隔 60 s ,无人警 惕控制装置开始启动声音报警, 并且在微机状态显示 屏显示提 示信息,如果 10 s 后 无 操 作 ,无 人 警 惕 装 置 实施常用最大减压量制动。

2.1.8

其它控制功能

HXD1C 型机车还具有紧急运行、自动换端、微机复
位、库内动车、辅机测试等功能。

参考文献:
[1] IEC 61375-1/2007 , 列车通信网络 [S]. [2] 陈翰芹,史卫军. DJ1 型交流传动电力机车[J]. 机车电传动,2001(3). [3]
温中建, 颜 罡 . 和谐 HXD1 型大功率交 流电 力机 车网络 和控 制系 统 [J]. 电力机车与城轨车辆,2007 (1 ).

2.2

机车故障诊断、显示及保护功能 机车网络控制系统能够对机车重要功能部件进行

故障诊断及触发相应保护功能, 诊断信息经系统评估 后, 按严重程度划分为 A 级、B 级、C 级并在司机台的
[4]

李 群 锋 ,樊 运 新 ,彭 新 平 . HXD1B 型 大 功 率 交 流 传 动 电 力 机 车 概 述

[J]. 电力机车与与城轨车辆,2011 (1 ). [5]
廖 洪 涛 . 和 谐 HXD1 型 大 功 率 交 流 电 力 机 车 概 述 [J]. 电 力 机 车 与 城 轨车辆,2007 (1 ).

IDU 显示。 车载诊断系统是机车网络控制系统的重要
组成部分,可分为列车级、车辆级及部件级故障诊断。

≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥
(上接第 9 页)

3

结束语
HXD1C 型机车转向架从设计、结构、材料、试验、制

造工艺等方面消化吸收了大功率交流传动机车转向架 的先进技术,提升了我国重载牵引机车转向架的设计、 制造水平。

参考文献:
图7 砂箱及轮缘润滑装置
[1] 陈国胜 ,周建 斌 . 和 谐 HXD1 型大 功率 交流 电力 机车转 向 架 [J]. 电 力
机车与城轨车辆,2007 (1 ).

[2] 陈喜红 ,陈又 专,黄 勇明,等 . 国内 货运 电力 机 车 转 向 架 的 发 展 历 程
和最新技术展望 [J]. 电力机车与城轨车辆,2010 (5 ).

[3] 陈清明 ,陈喜 红,周 建斌,等 . HXD1B 型大 功率 交 流 传 动 电 力 机 车 转
向架 [J]. 电力机车与城轨车辆,2011 (4 ).

[4] 张曙光. HXD1 型电力机车[M]. 北京:中国铁道出版社,2009. [5] 陈清明,陈喜红,钟 源. 我国货运电力机车转向架轮对驱动系统[J]. 电

图8

砂箱加热及计量装置

力机车与城轨车辆,2010(3).

-14-


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