曲云飞 吴化敏 秦美超

(中车大连机车车辆有限公司技术开发部 辽宁 大连 116022)

HXN3B型交流传动调车机车是中车大连机车车辆有限公司以成熟的HXN3型内燃机车为平台，自主研发的新产品，也是目前国内功率最大的调车机车。为了适应HXN3B型大功率调车机车的动力学要求，一系悬挂装置应采用轴箱拉杆、一系弹簧和减振垫来提供合适的定位刚度。为便于机车运用过程中的维护及提供合适的横动量，采用100万km免维护型轴箱轴承。

1 HXN3B型机车一系悬挂装置的结构

HXN3B型机车一系悬挂装置主要由轴箱拉杆、轴箱底盖、轴箱体、一系垂向减振器、构架、双圆簧、橡胶垫等组成(见图1)。轴箱中安装有圆柱滚子轴承、防尘圈、接地装置及速度传感器等。

图1 一系悬挂装置示意图

2 HXN3B型机车一系悬挂装置的特点

(1)采用弹簧与垂向减振器的组合，缓和及衰减机车运行在有缺陷的轨道时产生的冲击振动。

(2)轴箱采用单拉杆定位方式，轴箱拉杆两端采用球型橡胶关节，一端连接在轴箱上，另一端连接在构架上，轴箱纵向定位刚度主要由轴箱拉杆提供，横向刚度主要由一系弹簧提供，结构简单，定位刚度值准确、稳定、可靠。轴箱拉杆基本无垂向附加刚度，满足机车的刚度要求。

(3)总体结构紧凑，簧下加调整垫容易，便于调节轴重分配。

(4)为改善机车的运行品质及顺利通过小曲线，同时适应轨道的要求，轮对需要有一定的横动量。HXN3B型机车轴箱轴承采用圆锥滚子轴承，自密封、自润滑，由轴承内外圈相对横动量来控制轴箱对车轴的横动量。其中，中间轴轴箱需要的横动量较大，端轴需要的横动量较小。

3 主要零部件的设计

(1)轴箱拉杆

轴箱拉杆主要作用为定位轴箱体，传递牵引力和制动力。为保证机车顺利通过曲线，轴箱需要一定的横动量。这样在设计轴箱拉杆时必须考虑其与轴箱和构架为弹性连接，同时要保证轴箱拉杆体的强度。轴箱拉杆由拉杆关节及拉杆体组成，如图2所示。

为提供轴箱合适的定位刚度，轴箱拉杆关节采用球型橡胶节点，该节点由芯轴、橡胶、外套组成。

图2 轴箱拉杆示意图

拉杆体材料为42CrMo，拉杆体毛坯由模具一次锻造而成，其表面缺陷应不超过GB/T 12362—2003《钢质模锻件 公差及机械加工余量》标准的要求。拉杆体主要受拉压应力的作用，以机车单轴最大牵引力93 kN计算，校核拉杆体的强度如下，轴箱拉杆的危险截面最大拉应力为:

σ=单轴箱拉杆所受牵引力/轴向拉杆最小横截面积=46.5/0.0024=19.4 MPa[1]。

该应力远远小于材料42CrMo的屈服强度930 MPa。同时用ANSYS有限元计算程序分析轴箱拉杆的静强度和疲劳强度都能满足运用要求。

(2)弹簧装置与减振器

弹簧装置结构如图3所示，其作用为：当机车车辆行经线路不平顺处或因轮对缺陷而发生振动和冲击时，可以缓和冲击，衰减振动；使同一转向架各轮对之间的重量分配适当[2]。为了增大弹簧轴向和横向的柔性，提高机车的走行质量，弹簧下端加装减振垫。

图3 弹簧装置

弹簧的材料为高强度弹簧钢52CrMoV4，具有淬透性高，热处理工艺性能好的特点，其材料化学成分符合GB/T 1222—1984标准要求。材料强度极限为：(1.55～1.65) kN/mm2，弹簧钢丝应进行剥皮,两端磨削加工,卷簧前要求磁粉探伤,不得有任何缺陷。按照TB/T 1758—1986标准进行喷丸处理，弹簧须以一定载荷进行3次压并负荷压缩试验，无永久变形。

减振垫由橡胶及上、下黏结板经硫化处理而成，符合TB/T 2843—2007《机车车辆橡胶弹性元件通用技术条件》标准的要求。材料为橡胶Z-NR4，使用温度为-40 ℃～50 ℃，橡胶不得有气孔、裂纹和夹层。其测量方法符合GB/T 11211—2009《硫化橡胶或热塑性橡胶与金属黏合强度的测定 二板法》标准的要求。

减振器用来抑制弹簧吸振后反弹时的振荡及来自轨面的冲击，安装在一系悬挂装置上的减振器称为一系垂向减振器，用于减小轴箱与转向架之间的垂向振动，特别是衰减转向架相对于轮对的点头振动，该减振器为液压减振器，其结构如图4所示。

图4 减振器简图

减振器工作时，活塞杆相对于储油缸作拉伸与压缩运动，内部的油液通过阻尼调节阀产生减振阻力，将振动机械能量转化为油液的热量散到空气中。

当减振器拉伸时，活塞单向阀关闭，底阀单向阀开启，活塞上部的油液经阻尼调节阀流到储油缸，同时，储油缸中的油液经底阀单向阀流到活塞下部的油缸中。

当减振器压缩时，底阀单向阀关闭，活塞单向阀开启，活塞下部的油液经活塞单向阀流到活塞上部，同时，活塞上部的油液经阻尼调节阀流到储油缸中。

(3)轴箱体装配

轴箱体装配在车轴两端轴颈上，用来将包括铅垂方向的动载荷在内的全部簧上载荷传给车轴，并将轮对的牵引力或制动力传到构架上去，此外还传递轮对与构架间的横向和纵向作用力，要求有足够的强度。

该轴箱体装配为两体式轴箱体设计，由轴箱体和轴箱底盖组成(见图5)。轴箱体提供轴承安装界面，传递垂向和纵向载荷。轴箱底盖起到起吊轮对以及加强轴箱装配强度的作用。

图5 轴箱体装配示意图

两体式轴箱装配的优点为：两体式轴箱装配大大简化了零件更换工作， 轮对装配从整车上的拆卸

变得很容易，落轮时仅需拆轴箱下箱体(底盖)、电机大线，将电机与电机吊杆分开即可。同时，落轮时减振器、弹簧和牵引拉杆仍可保留在构架装配上，简化了拆装工序。两体式轴箱也有益于提高可靠性，由于减振器和牵引拉杆仍可保留在构架装配上，不需要拆下零件的紧固件，因此，螺栓松动的危险性大大降低。同时，在更换轮对的过程中，不接触或打开轴承，不存在轴承和润滑脂污染的危险。

该轴箱体结构紧凑，强度高，其材料为ZG230-450钢，整体外形通过一次性铸造而成，铸件符合TB/T 2942—1999《铁道用铸钢件采购与验收技术条件》，铸造公差符合GB/T 6414—1999《铸件 尺寸公差与机械加工余量》的规定，铸件没有夹砂、缩孔等铸造缺陷。

4 结束语

HXN3B型交流传动调车机车的一系悬挂设计满足了机车的整体性能参数要求，依托于目前成熟可靠的技术平台，经过一系列计算和机车的运用考核表明，一系悬挂设计具有良好的可靠性和疲劳性能，保证了机车的平稳运行，为今后调车机车的平台化设计提供了宝贵经验。

[1]濮良贵.机械设计[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2]鲍维千.机车总体及转向架[M].北京：中国铁道出版社，2010.□