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1、第11期(总第417期)内燃机车2008年11月八轴机车轴箱三维结构设计及强度计算吴敏,黄志辉(西南交通大学牵引动力国家重点实验室,四川成都610031)摘要:轴式为C0-C0的DF4、DF8和DF11系列内燃机车已不适应于牵引5000t重载列车,开发大功率的八轴内燃机车是一种较好的技术措施。采用B0-B0+B0-B0轴式的八轴机车的动力学性能,尤其是曲线通过性能较好。但这种结构由于增加了两个动力轮对和两个过渡构架及三系悬挂,增加了车体的长度和机车总体高度,为了满足机车限界要求,给轴箱设计带来了很大困难,因而轴箱结构型式与常用的转臂式轴箱不同。强度计算表明,八轴机车
2、轴箱新型结构型式满足强度要求。关键词:八轴机车;轴箱;三维结构;设计;强度中图分类号:U260.3文献标识码:B文章编号:1003-1820(2008)11-0015-03轴重已达25t。但由于线路、桥梁条件的限制,轴1引言重继续提高面临诸多困难。按照铁路跨越式发展思路,货运单列运载重量要达到5000t。近几年虽然我国铁路经过6次提速和大力推牵引5000t重载列车,对电力机车而言已不是广重载列车技术,但仍然不能满足运输需求。因问题。我国已研制成功轴式为B0-B0和C0-C0的此,中国铁路的跨越式发展,应同时包括提速和重大功率电力机车系列。作为牵引重载5000t列车载
3、两个方面。从铁路目前的现状和发展趋势来看,的机车,电力机车用两节四轴机车重联来牵引,如提速和重载也注定将同步前进,这样才能充分发挥京沪、京广、京哈、大秦、京秦、丰沙大、神朔石等主铁路主动脉的运输作用。要干线的重载运输就采取了这种措施。但对于未目前,《铁路中长期规划》得到全面实行,客运实现或没有条件实现电力牵引的线路,要依靠内燃专线和城际铁路的建设已大面积铺开,客运的提速机车来牵引重载列车就出现了问题。问题正在着力解决。但货物运输的能力与需求之我国内燃机车型谱不够完善,没有四轴机车,间的矛盾仍非常突出。据统计:中国铁路用6%的只能依靠六轴机车来牵引。长期以来,我国六轴
4、内世界铁路网资源完成世界铁路运量的24%,运输效燃机车都是采用C0-C0轴式。无论是DF4、DF8系率居全世界首位。这在让人感到自豪的同时,也从列,还是DF11系列,牵引5000t列车单节机车功率另一方面向人们明确地提示:中国铁路靠挖潜提效和黏着重量都不够,两节重联又嫌浪费。更主要的解决运能紧张的空间已不大,重载运输能解决部分是,由于C0-C0轴式的六轴机车本身结构特点,使问题。得通过曲线半径小、弯道多的线路时,机车与线路对于货物运输的主角铁路货车,重载成为之间的轮、轨磨耗问题严重。货车现代化的必然重点。中国目前通用货车的轴我国铁路的现状是三分之一的铁路处于山区,重
5、为21t,正积极向23t过渡。大秦线的专用货车线路条件差,曲线半径小,同时坡度较大。一般山区铁路现在还没有条件改造成电气化线路,而C0-收修回稿日期:2008-06-30基金项目:长江学者和创新团队发展计划资助(IRT0452)C0轴式内燃机车又不能适应线路条件。作者简介:吴敏(1984—),女,四川成都人,硕士研究八轴内燃机车采用B0-B0+B0-B0轴式[又生。简记为2(B0-B0)轴式],其动力学性能,尤其是曲16内燃机车2008年线通过性能较好,又能满足5000t重载牵引的要簧。两组一系簧分别位于轴箱轴承两侧,且这两组求,是我们研究发展重载运输的方向。一系簧
6、的簧条直径、弹簧中径、工作圈数、自由高及工作高均不相同,以承担不同的载荷。轴箱结构及2转向架结构决定了轴箱的结构型式三维有限元模型见图1。八轴机车的研制难度在于转向架的设计。因为八轴机车与普通机车一样都需要满足各自国家的限界要求,机车总体尺寸(长×宽×高)受到限制。八轴内燃机车采用B0-B0+B0-B0轴式,比普通机车多了两个动力轮对、两个中间过渡构架及三系悬挂,这既增加了零部件重量和制造成本,又增加了在有限空间布置这些零部件的难度。宽度方向:即使在限界范围内用足尺寸,二轴转向架要在宽度方向上再增加过渡构架的两个侧图1轴箱结构及三维有限元模型梁并留足运动间隙也是非常
7、困难的。因此,中间过渡构架及二轴构架只能在高度方向上重叠,以保证宽度尺寸满足限界的要求。高度方向:正因为中间构架及二轴构架只能在高度方向上重叠,使得机车整体高度尺寸增加不少。为了满足高度尺寸的限界,机车的各部件在高度方向上都要严格控制。在满足强度要求的前提下,一系、三系弹簧要尽量伸到二轴构架和车体底架内,以降低高度尺寸,这也极大地限制了轴箱的结构形式。长度方向:由六轴机车到八轴机车,多了两个动力轮对,同时为了发挥机车大功率的牵引作用,图2轴箱受力简图车体底架下油箱长度不能小于4m,加之要留够各种运动间隙和牵引结构的空间,使得车体底架下部3.2轴箱载荷的确定长度空
