单节8轴机车用B0＋B04轴转向架的研制

谢 青，张红军，计 强，江太宏

（1 南车资阳机车有限公司，四川资阳641301；2 西南交通大学牵引动力国家重点实验室，四川成都610031）

综合技术研究

单节8轴机车用B0＋B04轴转向架的研制

谢 青1，张红军2，计 强1，江太宏1

（1 南车资阳机车有限公司，四川资阳641301；2 西南交通大学牵引动力国家重点实验室，四川成都610031）

文章详细介绍了单节8轴机车选择B0＋B04轴转向架的原因、B0＋B04轴转向架的总体布置、主要参数以及主要部件组成等；装用B0＋B04轴转向架的机车具有很好的牵引性能、动力学性能和经济性。B0＋B04轴转向架的研制成功填补了国内机车无4轴转向架的空白，有助于开发满足国内线路和重载运输要求的8轴准轨机车。

B0＋B0；4轴转向架；机车；总体布置；性能参数；强度；运用

2010年7月南车资阳机车有限公司通过北京北大方正进出口有限公司签订商务合同，向乌兹别克斯坦新安格连火电厂提供2台内燃机车，技术规范中非常重要的一条是机车为单节8轴内燃机车，由车体、电气系统、辅助系统、制动系统、柴油机以及转向架等组成。根据机车技术规范，机车电气系统、辅助系统、制动系统和柴油机基本上可以借用比较成熟的同功率6轴交直流机车，但由于国内以前从未研发和制造过单节8轴机车，所以转向架是该机车的最大技术难点。

1 转向架的结构形式选择

8轴机车轴式基本可分为3类：D0－D0、B0－B0－B0－B0（即4B0）和B0＋B0－B0＋B0轴式。D0－D0轴式由于转向架固定轴距长，曲线通过性能差，实际上这种轴式已被弃用。B0－B0－B0－B0轴式其实是B0－B0－B0（即3B0）轴式的延伸，由于2台中间转向架与车体的横向连接必须设置足够大的自由横动量，以便机车过曲线。而当机车过曲线时，机车上部装置所产生的未平衡离心力只有通过两端转向架承受，致使两端转向架的轮缘力较大，轮缘磨耗大，脱轨系数大。还有两台中间转向架受的约束小，容易失稳。所以B0－B0－B0－B0轴式由于存在上述缺点也不被采用。

对于B0＋B0－B0＋B0轴式，由于转向架采用B0＋B0轴式，4轴转向架由2台2轴转向架通过中间构架相连而成，中间构架与车体连接。当机车过曲线时，机车上部装置所产生的未平衡离心力通过4台B0转向架承担，反映在轮轨上则是横向力较B0－B0－B0－B0轴式明显减小，减少了轮缘和轨侧磨耗，具有2轴转向架易于通过曲线的优点。因此，单节8轴机车4轴转向架采用B0＋B0轴式。

2 转向架总体布置

转向架采用B0＋B0轴式，在2个B0转向架构架和车体之间设置一个中间构架，构架与中间构架之间由橡胶堆旁承连接，中间构架与车体之间设置高圆螺旋弹簧。

一系悬挂采用螺旋钢圆弹簧＋垂向液压减振器结构，轮对采用转臂式轴箱定位，车轮为分体轮；二系悬挂为橡胶堆旁承；三系悬挂为高圆螺旋弹簧＋垂向、横向液压减振器结构；牵引装置采用斜牵引杆低位牵引；电机悬挂方式为滑动抱轴结构；每转向架设置8个单元制动器，其中4个单元制动器带储能制动功能；在机车第1、4、5、8轴设置沙箱，由于结构限制，沙箱设置在车体上。

B0＋B04轴转向架总体布置见图1。

3 主要技术参数

图1 B0＋B04轴转向架总体布置

4 转向架主要部件

4.1 构架

构架（图2）采用钢板焊接的箱型结构，由两根侧梁、一根牵引端梁和一根中间横梁构成，钢板材料为Q345C。为了给二系橡胶堆留出安装空间，构架的侧梁下凹208 mm，以降低整个机车的高度。构架上设置了牵引座、拉杆座、制动器安装板、横向止档座等部件。

4.2 轮对轴箱

轮对轴箱（图3）由轮芯、轮箍、车轴、带转臂的铸钢轴箱体、轴承单元、轴箱弹簧、垂向液压减振器等零部件组成。轮对采用转臂式定位，一系悬挂由两个螺旋钢圆簧、一个橡胶关节及一个垂向液压减振器组成。螺旋钢弹簧安装在轴箱两侧，垂向液压减振器安装在大圆弹簧侧。

4.3 二、三系悬挂装置

二系悬挂装置采用橡胶堆连接，位于构架与中间构架之间，在每个构架侧梁中部布置两个橡胶堆，另外，在构架上设置了中间构架的摇头止档。

图2 构架

图3 轮对轴箱

图4 二、三系悬挂装置

三系悬挂装置由高圆螺旋弹簧、垂向及横向液压减振器组成。中间构架侧梁中部每侧布置4组高圆螺旋弹簧，弹簧的上、下各布置了一个环形橡胶垫，侧梁中央各布置一个垂向和一个横向液压减振器。车体与中间构架之间还布置了横向、垂向和摇头止挡。二、三系悬挂装置见图4。

4.4 牵引装置

牵引装置（图5）采用推挽式牵引杆，与构架牵引端梁相连的一端装有橡胶关节，在有效传递牵引力和制动力的同时能较好地适应车体与构架之间的相对运动。牵引杆的另一端通过关节轴承与连接在车体上的牵引座相连。

图5 牵引装置

4.5 基础制动装置

基础制动装置是机车整个制动系统的主要组成部分，是制动系统的执行机构，满足机车紧急制动距离要求和确保机车行车安全的重要装置。它采用踏面单侧制动方式，每台转向架有8套，其中在第1、4位轮对装有DZD－1D踏面制动单元（图6），第2、3位轮对装有带储能制动装置的DZD－2D踏面制动单元（图7）。

4.6 电机悬挂装置

电机悬挂装置（图8）主要由主动齿轮、牵引电动机、橡胶垫、风道装配、齿轮罩装配等部件组成。牵引电机的悬挂方式为滑动抱轴结构。电机与构架的连接采用橡胶垫加压板的方式，橡胶垫有衰减电机垂向、横向振动的作用。

4.7 沙箱总装配

沙箱（图9）用于储存沙子。当机车紧急制动，车轮空转或滑行时通过控制系统作用使沙箱内的沙子撒在钢轨表面，防止车轮空转或滑行擦伤踏面。沙箱布置在车架上，由沙箱体、撒沙阀和撒沙管等组成。

4.8 附件装配

附件装配（图10）主要由扫石器装配和干式轮缘润滑装置组成。

4.9 中间构架

中间构架（图11）呈H形，为钢板焊接结构，由左、右侧梁、两根横梁组成，中间构架的侧梁上布置了弹簧座、横向止档座、摇头止档座等部件。

图6 DZD－1D踏面制动单元

图7 DZD－2D踏面制动单元

5 机车的动力学性能计算

机车上部与传统6轴调车机车布置基本相同，最大的区别就是机车走行部采用了两台B0＋B04轴转向架。

根据机车和转向架的结构参数，委托西南交通大学牵引动力国家重点实验室对机车的动力学性能进行了计算分析，计算内容主要包括机车的轴重转移，线性与非线性临界速度，刚体固有振动频率分析，垂向、横向平稳性，准静态和动态曲线通过性能计算分析。特别是跟机车曲线通过性能有关的第1轮对的脱轨系数和第1轮对导向车轮轮缘磨耗因子计算结果如下：

图8 电机悬挂装置

图9 沙箱总装配

机车以不同速度通过具有5级线路不平顺、120 mm外轨超高的400～1 000 m半径圆曲线时，第1轮对脱轨系数的均值见表1，第1轮对脱轨系数的统计最大值见表2；机车以不同速度通过具有5级线路不平顺、120 mm外轨超高的400～1 000 m半径圆曲线时，第1轮对导向车轮轮缘磨耗因子的均值见表3，第1轮对导向车轮轮缘磨耗因子的统计最大值见表4。

机车动力学性能计算主要结论如下：

（1）转向架采用斜牵引杆低位牵引，牵引杆与水平面的夹角为7°，名义牵引点距轨面高度为150 mm，黏着利用率为87.8%。

（2）机车的非线性临界速度达到190 km/h。

（3）机车车体自振频率：纵向6.77 Hz、横向0.42 Hz、垂向1.16 Hz、侧滚1.20 Hz、点头1.12 Hz、摇头0.57 Hz；构架自振频率：纵向4.65 Hz、横向3.00 Hz、垂向21.06 Hz、侧滚26.7 Hz、点头39.50 Hz、摇头6.04 Hz；中间构架自振频率：纵向23.26 Hz、横向14.85 Hz、垂向33.03 Hz、侧滚33.59 Hz、点头33.70 Hz。

（4）在4级线路上，当运行速度小于70 km/h，机车的垂向平稳性指标达到优良标准，运行速度80 km/h、90 km/h时达到良好标准，运行速度100～120 km/h时达到合格标准；在5级线路上，当运行速度小于100 km/h，机车的垂向平稳性指标达到优良标准，运行速度100～120 km/h时达到良好标准；在6级线路上，机车的垂向平稳性指标，在所有计算速度下均达到优良标准。

（5）机车具有优良的横向平稳性能，在4、5、6级线路上的横向平稳性指标均达到优良标准。

（6）机车具有优良的曲线通过性能，导向力和轮对横向力较低，轮缘磨耗因子较小，相当于装B0转向架的4轴机车轮缘磨耗水平。

图10 附件装配

图11 中间构架

表1 机车通过圆曲线时第1轮对脱轨系数的均值

表2 机车通过圆曲线时第1轮对的脱轨系数的统计最大值

表3 机车通过圆曲线时第1轮对导向车轮轮缘磨耗因子的均值 k N·deg

表4 机车通过圆曲线时第1轮对导向车轮轮缘磨耗因子的统计最大值 k N·deg

6 重要承载零部件的强度计算

根据机车的运用工况，对转向架重要承载零部件进行了强度分析计算。按UIC 615－4《动力转向架构架强度试验》标准中规定的计算载荷和载荷工况对构架和中间构架进行了疲劳强度计算；对牵引座、牵引销、牵引套筒、拉杆、轴箱体等重要承载零部件进行了静强度计算。计算结果表明，上述重要零部件的静强度和疲劳强度满足设计要求。构架和中间构架在最大载荷工况下的应力云图如图12、图13所示。

图12 最大载荷工况构架Top面von Mises应力值

由于机车交货期紧张，同时考虑到构架、中间构架、牵引座、牵引销、牵引套筒、拉杆、轴箱体等零部件的理论计算强度具有足够的安全系数，因此未再做静强度和疲劳强度试验。

图13 最大载荷工况中间构架Top面von Mises应力值

7 结束语

装用B0＋B04轴转向架的两台单节8轴机车于2012年1月初到达乌兹别克斯坦塔什干新安格连车站，并交付用户投入使用。由于机车采用了B0＋B04轴转向架，机车曲线通过性能非常好，轮缘磨耗非常小，而且与同功率、同轴重的6轴机车相比，机车牵引力提高近三分之一。经过18个月的运用验证，机车目前状态良好，转向架的构架、中间构架、牵引座、牵引销、牵引套筒、拉杆、轴箱体从未发生屈服变形、裂纹、断裂等强度不足的质量问题，机车具有很好的牵引性能、动力学性能、经济性和可靠性。

随着中国经济和社会的快速发展，目前铁路运输成为制约国民经济发展的瓶颈，尤其是铁路货运能力严重不足，而在现有线路条件下，采用单节8轴机车是有效和经济的选择。因此，随着B0＋B04轴转向架的研制成功，填补了国内机车无4轴转向架的空白，有利于开发适应国内准轨线路的单节8轴机车。

［1］ 巴利斯·鲁科夫.俄罗斯新型机车的设计和研制［J］.中国铁路，2007，（1）：67-69.

［2］ 谢 青.面向市场 积极开发八轴内燃机车［Z］.资厂科技，1997.

［3］ 孙竹生，鲍维千.内燃机车总体及走行部［M］.北京：中国铁道出版社，1995.

［4］ 西南交通大学机车车辆研究所.国外8轴机车资料汇编［Z］.2006.

Development of B0＋B0Four-axle Bogie for Single Eight-axle Locomotive

XIE Qing1，ZHANG Hongjun2，JI Qiang1，JIANG Taihong1
（1 CSR Ziyang Co.，Ltd.，Ziyang 641301 Sichuan，China；2 Nationgal Key Laboratory of Traction Power，Southwest Jiaotong University，Chengdu 610031 Sichuan，China）

This paper gives a detailed introduction on the reason why a single eight-axle locomotive selects B0＋B0four-axle bogie；the general layout of B0＋B0four-axle bogie，main parameters and main components.The locomotive equipped with B0＋B0four-axle bogie has high tractive performance，dynamics performance and economy.The successful development of B0＋B0four-axle bogie fills the gap that there is no locomotive with four-axle bogie in domestic，and contributes to develop standard-gauge locomotive with eight axles that meets the requirement of domestic railway line and heavy haul traffic.

B0＋B0；four-axle；bogie；locomotive；general layout；performance parameter；strength；application

U260.331

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2014.01.01

1008－7842（2014）01－0001－07

�）男，教授级高级工程师（

2013－09－08）