1帶獨立制動軸A-1-A高速轉向架方案可行性研究指導教師：--答辯人：YY2課題背景

京滬、武廣等高速鐵路客運專線大量建成通車高速客專加入既有路網是大勢所趨高速鐵路并網后的長大跨線運輸市場對牽引機車需求大現有機車、動車對于長大跨線運輸而言存在諸多不足帶獨立制動軸A-1-A高速轉向架可行性研究第1頁3課題意義為我國長大跨線運輸機車車輛選型提供參考為我國長大跨線牽引機車轉向架提供解決方案在國內率先開展關于獨立制動軸驅動裝置的研究帶獨立制動軸A-1-A高速轉向架可行性研究第2頁4論文研究目標論證并提出長達跨線運輸機車車輛需滿足的技術要求結合所提要求尋找最佳機車轉向架解決方案對轉向架方案牽引、制動性能計算驗證其可行性對所提方案中關鍵部分——獨立制動軸驅動系統進行詳細設計計算及性能驗證帶獨立制動軸A-1-A高速轉向架可行性研究第3頁5·論文結構帶獨立制動軸A-1-A高速轉向架可行性研究第4頁

第一章緒論

第二章轉向架總體結構方案

第三章轉向架牽引能力計算分析

第四章驅動系統齒輪參數分析第五章驅動系統傳動軸和軸承的計算分析第六章驅動系統獨立制動軸聯軸器第七章驅動系統獨立制動軸連接參數優化帶獨立制動軸A-1-A高速轉向架可行性研究機車車輛選型提出解決方案方案可行性驗證獨立制動軸系統詳細設計6·論文各章節陳述帶獨立制動軸A-1-A高速轉向架可行性研究第5頁第三章轉向架牽引能力計算分析第七章驅動系統獨立制動軸連接參數優化

第二章轉向架總體結構方案

第四章驅動系統齒輪參數分析第五章驅動系統傳動軸和軸承的計算分析第六章驅動系統獨立制動軸聯軸器

第一章緒論結論與展望7運用要求帶獨立制動軸A-1-A高速轉向架可行性研究技術性能要求經濟性能要求高速客運專線技術要求垂向動力學性能要求軸重：小于17t速度：大于200km/h簧下質量盡可能小機車牽引模式動力分散動車組牽引模式動力集中動車組牽引模式第6頁·第一章緒論8

長大跨線運輸機車車輛需滿足的技術要求總結如下：帶獨立制動軸A-1-A高速轉向架可行性研究1、軸重17t以下并且盡可能低的一系簧下質量。

2、最高設計速度275km/h，安全運營速度250km/h。

3、采用動力集中的動車組牽引模式。

第7頁·第一章緒論9國內高速車輛帶獨立制動軸A-1-A高速轉向架可行性研究現有CRH系列動力分散動車組新型高速大功率交流機車國產交流傳動動車組不滿足要求3不滿足要求1不滿足要求1由此可見國內尚無滿足要求機車車輛第8頁·第一章緒論10國外動車組技術帶獨立制動軸A-1-A高速轉向架可行性研究日本新干線技術德國ICE技術擺式列車技術不滿足要求3基本滿足要求，但跟我國技術傳統不同不滿足要求1、3法國TGV技術不滿足要求1第9頁·第一章緒論國外技術同樣不能完全適用于我國長達跨線運輸11帶獨立制動軸A-1-A高速轉向架可行性研究綜合考慮完全引進外國技術需要大量費用，而技術消化吸收費時費力，并且跟我國現有主要技術沒有延續性我國機車轉向架普遍采用輪對空心軸電機架懸驅動裝置，而自主開發研制的輪對空心軸式電機架懸雙級六連桿驅動技術，發揮了無可替代的作用，積累了豐富的檢修維護經驗在輪對空心軸技術基礎上結合國外最新技術，設計符合運用要求且具有我國特色的高速動力車轉向架第10頁開發思路·第一章緒論12·論文各章節陳述帶獨立制動軸A-1-A高速轉向架可行性研究第11頁第三章轉向架牽引能力計算分析第七章驅動系統獨立制動軸連接參數優化

第一章緒論第二章轉向架總體結構方案

第四章驅動系統齒輪參數分析第五章驅動系統傳動軸和軸承的計算分析

第六章驅動系統獨立制動軸聯軸器結論與展望13㈠軸式的確定帶獨立制動軸A-1-A高速轉向架可行性研究我國機車軸重：21t左右同樣采用連桿空心軸技術的德國ICE軸重19.5t在ICE技術上完全自主研發的“中華之星”的軸重也為19.5t而此處設計動力車所需功率比以上機車車輛都大，軸功率大于1600kw，電氣設備重量相應增加。綜上：確定轉向架軸式為A-1-A第12頁·第二章轉向架總體結構方案傳統機車軸式B0-B0,C0-C0無法實現17t軸重。14㈡A-1-A軸式實現17t軸重可行性驗證帶獨立制動軸A-1-A高速轉向架可行性研究方法：（1）轉向架質量：質量分配表綜上：軸式A-1-A轉向架可實現軸重17t質量參數：轉向架總質量：22514kg

一系簧下質量：2083（驅動）/2353（中間）kg

整車二系簧上質量：50t

（奧地利B0-B0軸式Rh1116型機車

，軸功率：1600kW）

距17t軸重余量：17*6-50-22.514*2=6.972t第13頁·第二章轉向架總體結構方案（2）二系簧上質量：同功率容量機車二系簧上質量15㈢驅動系統的確定帶獨立制動軸A-1-A高速轉向架可行性研究延續發展我國連桿空心軸技術傳統結合空心軸最新技術——第二代輪對空心軸技術有良好的技術經濟性能確定驅動系統基本原則：第14頁·第二章轉向架總體結構方案結構優勢：最小一系簧下質量高效制動，性能穩定方便檢修維護可采用小輪徑車輪16（四）輪徑的確定帶獨立制動軸A-1-A高速轉向架可行性研究（五）其余結構參考課題組為大連廠設計200km/h機車轉向架方案第15頁實現進一步降低簧下質量滿足限界要求經優化計算，1050mm不符下部限界，1150mm滿足國外已有1150mm輪徑機車運用（奧地利Rh1116型機車

）·第二章轉向架總體結構方案17（六）轉向架總體布置方案圖帶獨立制動軸A-1-A高速轉向架可行性研究第16頁·第二章轉向架總體結構方案18·論文各章節陳述帶獨立制動軸A-1-A高速轉向架可行性研究第17頁第三章轉向架牽引能力計算分析第七章驅動系統獨立制動軸連接參數優化

第一章緒論第二章轉向架總體結構方案

第四章驅動系統齒輪參數分析第五章驅動系統傳動軸和軸承的計算分析第六章驅動系統獨立制動軸聯軸器結論與展望19（一）牽引性能帶獨立制動軸A-1-A高速轉向架可行性研究最佳編組模式：M-14T-M第18頁按阻力值處于中間值的TGV阻力公式計算·第三章轉向架牽引能力計算分析速度/（km/h）200250275剩余加速度/（m/s2）0.050.050.02牽引質量812t（14輛客車）所需功率/kW100921279911885牽引質量870t（15輛客車）所需功率/kW106681353012563電機功率1632kW按M-T-M編組形式，雙節機車總功率12795kW20（二）加速時間、加速距離帶獨立制動軸A-1-A高速轉向架可行性研究第19頁按最佳編組M-14T-M計算·第三章轉向架牽引能力計算分析最終速度100km/h150km/h200km/h250km/h加速時間(s)89.034141.9873220.9577372.9725加速距離(m)1291.3343142.2597030.31716676.02按阻力值處于中間值的TGV阻力公式計算21（三）坡道啟動能力帶獨立制動軸A-1-A高速轉向架可行性研究第20頁按12‰，20‰兩種坡道計算·第三章轉向架牽引能力計算分析牽引力按總牽引力的75%計算速度均衡速度10km/h60km/h（km/h）12‰坡道剩余加速度(牽規)/(m/s2)0.14890.108317612‰坡道剩余加速度(TGV-A)/(m/s2)0.15480.1152192.512‰坡道剩余加速度(ICE)/(m/s2)0.15060.1131193.520‰坡道剩余加速度(牽規)/(m/s2)0.07480.034213120‰坡道剩余加速度(TGV-A)/(m/s2)0.08070.041214120‰坡道剩余加速度(ICE)/(m/s2)0.07660.039114122·論文各章節陳述帶獨立制動軸A-1-A高速轉向架可行性研究第21頁第三章轉向架牽引能力計算分析第七章驅動系統獨立制動軸連接參數優化

第一章緒論第二章轉向架總體結構方案

第四章驅動系統齒輪參數分析第五章驅動系統傳動軸和軸承的計算分析第六章驅動系統獨立制動軸聯軸器結論與展望23（一）獨立制動軸驅動系統布置方案圖帶獨立制動軸A-1-A高速轉向架可行性研究第22頁·第四章驅動系統齒輪參數分析24（二）制動齒輪傳動比帶獨立制動軸A-1-A高速轉向架可行性研究第23頁采用優化計算的方法以制動盤摩擦半徑，制動齒輪傳動比，制動缸所需最大壓力作為設計變量以制動盤轉動慣量，制動齒輪傳動比，動力輪對制動力與中間輪對制動力差值，上述三者均方根值最小作為目標函數

·第四章驅動系統齒輪參數分析以單一機車緊急制動計算25（二）制動齒輪傳動比帶獨立制動軸A-1-A高速轉向架可行性研究優化結果：動力輪對制動盤摩擦半徑：0.1950

（m）制動齒輪傳動比：86/31=2.7742

制動缸所需最大壓力：450000（pa）制動減速度：0.9770

（m/s2）制動距離：2641.8（m）≤2700（m）最大瞬時制動功率：315280

（w）動力車總制動力：99649（N）制動軸制動力：18160（N）≤40977.8(N)（最小粘著）中間軸制動力：11181(N)≤40977.8(N)（最小粘著）

第24頁·第四章驅動系統齒輪參數分析26（三）制動盤強度檢驗帶獨立制動軸A-1-A高速轉向架可行性研究第25頁最大熱應力311MPa，同樣低于制動盤屈服極限840MPa

·第四章驅動系統齒輪參數分析最高溫度620k（347℃），低于制動盤材料的耐溫極限630℃27·論文各章節陳述帶獨立制動軸A-1-A高速轉向架可行性研究第26頁第三章轉向架牽引能力計算分析第七章驅動系統獨立制動軸連接參數優化

第一章緒論第二章轉向架總體結構方案

第四章驅動系統齒輪參數分析第五章驅動系統傳動軸和軸承的計算分析第六章驅動系統獨立制動軸聯軸器結論與展望28（一）各軸危險截面直徑最小值帶獨立制動軸A-1-A高速轉向架可行性研究第27頁驅動空心軸：d≥113.17制動齒輪軸d≥70.608獨立制動軸d≥74.8377·第五章驅動系統傳動軸和軸承的計算分析主動小齒輪軸：d≥108.14（二）獨立制動軸彎曲剛度撓度:0.24501×10-3m聯軸器端偏轉角:1.9591×10-4rad

軸承端偏轉角:5.5316×10-4rad

29（三）軸承選用及壽命帶獨立制動軸A-1-A高速轉向架可行性研究第28頁·第五章驅動系統傳動軸和軸承的計算分析位置類型基本額定壽命/(h）軸承1QJ28302軸承2NU--軸承3NU115700軸承4NJ129990軸承5NU--軸承6NJ74324軸承7NU--軸承8調心球41245鐵路車輛齒輪箱應用場合下球軸承的推薦額定壽命為14000到46000小時（h）30·論文各章節陳述帶獨立制動軸A-1-A高速轉向架可行性研究第29頁第三章轉向架牽引能力計算分析第七章驅動系統獨立制動軸連接參數優化

第一章緒論第二章轉向架總體結構方案

第四章驅動系統齒輪參數分析第五章驅動系統傳動軸和軸承的計算分析第六章驅動系統獨立制動軸聯軸器結論與展望31（一）獨立制動軸連接方案帶獨立制動軸A-1-A高速轉向架可行性研究第30頁非輸出端（A端）采用調心球軸承支撐在托架上·第六章驅動系統獨立制動軸聯軸器輸出端采用橡膠球關節六連桿聯軸器支撐獨立制動軸支撐方案圖32（二）六連桿機構徑向剛度帶獨立制動軸A-1-A高速轉向架可行性研究第31頁采用matlab數值計算·第六章驅動系統獨立制動軸聯軸器通過徑向剛度公式推導β0102030405060K73.47573.47873.48673.49673.50773.51573.51770809010011012073.51573.50773.49673.48673.47873.475βK（單位：KN/mm）33（三）六連桿機構徑向剛度動態特性帶獨立制動軸A-1-A高速轉向架可行性研究第32頁兩個相互垂直方向的徑向剛度間的周期波動關系存在30°的相位差

·第六章驅動系統獨立制動軸聯軸器周期波動性，波動周期角度60度，連桿長度能降低波動單位長連桿徑向剛度兩倍長連桿徑向剛度34·論文各章節陳述帶獨立制動軸A-1-A高速轉向架可行性研究第33頁第三章轉向架牽引能力計算分析第七章驅動系統獨立制動軸連接參數優化

第一章緒論第二章轉向架總體結構方案

第四章驅動系統齒輪參數分析第五章驅動系統傳動軸和軸承的計算分析第六章驅動系統獨立制動軸聯軸器結論與展望35（一）模型及各參數影響帶獨立制動軸A-1-A高速轉向架可行性研究第34頁·第七章驅動系統獨立制動軸連接參數優化在ADAMS中建模優化，模型如圖各參數影響如下表：位置徑向剛度/(N/mm)徑向阻尼/(N?s/mm)扭轉剛度/(N?mm/deg)扭轉阻尼/(N?s/deg)制動齒輪軸側Min1×107Min10選大值選大值獨立制動軸側選大值選大值選小值選小值橡膠球Min58600影響很大影響較大Min46000影響最大以獨立制動軸聯軸器側中心點的x向加速度均方根值作為振動程度評判標準36（二）參數優化后結果帶獨立制動軸A-1-A高速轉向架可行性研究第35頁·第七章驅動系統獨立制動軸連接參數優化位置徑向剛度/(N/mm)徑向阻尼/(N?s/mm)扭轉剛度/(N?mm/deg)扭轉阻尼/(N?s/deg)制動齒輪軸側1×107105×10152×105獨立制動軸側5×10610005×101110橡膠球585591004600713X向位移X向加速度最大偏心位移為0.009mm，最大振幅為0.002mm，最大振動加速度為0.35g

37·論文各章節陳述帶獨立制動軸A-1-A高速轉向架可行性研究第36頁第三章轉向架牽引能力計算分析第七章驅動系統獨立制動軸連接參數優化

第一章緒論第二章轉向架總體結構方案

第四章驅動系統齒輪參數分析第五章驅動系統傳動軸和軸承的計算分析第六章驅動系統獨立制動軸聯軸器結論與展望381）提出了一種采用A-1-A軸式，應用于長大跨線運輸、最高速度為250km/h的高速動力車轉向架方案；帶獨立制動軸A-1-A高速轉向架可行性研究第37頁本文創新點

3）通過采用A-1-A軸式轉向架，驗證了動力車軸重降到17t以下的可行性，并在國內首次將獨立制動軸大功率驅動裝置應用到A-1-A軸式轉向架的設計研究中，詳細計算分析了編組模式，牽引能力，緊急制動能力。體現在本文第3、4章節。2）論文在國內首次對帶獨立制動軸的大功率轉向架驅動裝置進行了設計研究，包括其結構方案設計、重