机车转向架重载转向机结构设计开题报告

 2020-02-10 11:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)


一、目的及意义

根据发改委印发《铁路“十三五”发展规划》提出,我国到2020年,铁路运营里程将达到15万千米[1],而动车组列车非常繁忙,良好的运行更离不开高效率、高质量的检查维修。因此,铁道部在北京、上海、广州、武汉建设了4大动车组检修基地[2],机车转向架转向机为机车检修车间重要的设备之一,相比而言,在换向工位使用转盘类设备进行换向要比吊车吊运更加安全经济,效率更高,工艺也更加顺畅。在机车停车修理时可用作机车转向架或转向架轮对的换向作业,也可以完成机车车辆转向架、轮对检修或制造时在车库内外的迁移换向工作,使机车转向架或轮对能在不同向的交叉轨道间进行高效率地转换,是动车检修工作的关键性辅助设备。由于目前现有的机车转向架质量很大并且转向机的工况为低速重载,转向架能否在转向机的运转下精确地在各轨道上顺利对轨换向,决定了检修基地对于机车整车的检修效率,一旦发生转向定位不准错位导致转向架或轮对脱轨,很难将其复位,检修流水线也会因此出现“卡壳”现象,影响列车正常检修及运行。此次设计的转向架转向机主要用于动车基地的各和谐型大功率六轴交流传动电力机车转向架[3]的换向作业,同时在各和谐型大功率六轴交流传动电力机车整车经过转向机时,转向机可以保证承受足够的载荷,从而保证转向机既作为车间整车轨道的一部分,也能进行转向架的换向作业,对于提高动车组检修基地作业效率,确保动车组良好的运行具有重要工程意义。

二、国内外研究现状

转向架重载转向机的适用性和先进程度[4]决定了制造、检修机车转向架的效率。要求转向架转向机的在完成转向功能的基础上,在固定位置满足机车等大型设备通过。所以转盘在旋转完成后能否保持转盘轨顶与车间轨顶保持过渡平滑,承载拖轮承载力均匀,整体结构的承载强度和刚度、过轨的偏载强度和抗冲击强度,远程遥控能力等问题,因此,对转向机的转盘装置、定位装置、旋转机构等设备有很高的要求。

(一)转盘国内外研究现状

转盘结构是现有各型转向机共有结构,其上导轨也是直接与机车转向架接触的架构之一,转盘整体结构应具有足够的承载强度和抗冲击能力,才能保证旋转作业无扇形摆动和轴间晃动。我国早期的机务段大多设有转向机,转盘结构简单,没有足够的可靠性。在 70年代,第二设计院[5]以及铁道部第三设计院[6]设计的转向架电动转向机[7]转盘连接方式采用铆接,连接不可靠,长时间作业容易产生松动;在80代,济南车辆段制造的风动转向机[8],其转盘结构与旋转机构的连接处采取滚轮的方式连接,这样虽然增加了转盘的可靠性,但大大降低了对轨的精确度。为了解决以上问题,在90年代,龚有才等设计的承重14吨的气垫式转盘[9],该转向机转盘在原有的基础上增加了转盘基座,极大地提高了转盘的可靠度,但此种方案只用于载荷小于15T的工况,无法满足重载工况下的工作。并且装置中配备供气设备从而保证气囊内气压在工作时恒定,供气设备溢流阀在气体排出时会产生噪音。随着我国科技的进步对转向机的结构、制造及零部件的选用方面都进行了很大的改进。例如,北京铁道工程机电技术研究所设计制造的ZP 系列转向架转盘,将梁结构有早期的铆接改为焊接、改善转向机工作时的受力情况、中心旋转有滑动改为滚动,提高了转盘的可靠度以及对轨精确度。在2011年,来自沈阳鼓风机集团自动控制系统工程有限公司的付丽、张宾,研究制造的重载人力轨道车转向机[10],该转向机转盘分别安装内车滚轮以及外车滚轮,能够给转盘提供足够的支撑,保证转盘能够承受足够载荷,保证了转盘梁上的轨道与周围转盘墙上的固定轨道能够在高度上、水平上、以及相互之间的平面关系上在转盘转到每个定位位置都得到精确满足[11]。近年来采用以上方式固定转盘的设计日益成熟,在2017年由中车哈尔滨有限公司设计的铁路货车转向架转向盘[12],转盘架下部靠近外围均布焊接四组支承轮座,支承轮座下部通过螺栓连接四组支承轮组成,已经具备了很好的稳定性和可靠度。

(二)定位装置研究现状

定位装置包括两部分,一为转向机或轮对行至转盘轨道上后,对其进行固定以防止在转向作业时发生摆动导致脱轨,二是当机车整车通过转向机时,将转盘锁定不能发生转动,保证机车顺利安全通过。为了解决这一问题,法国的高速电力机车[13]检修流水线采取降低拉杆橡胶元件的硬度、减小橡胶衬套的挤压率和增加拉杆长度以降低轮对垂向定位刚度,但又会降低其横向刚度。为了满足转向架转向稳定性,株洲电力机车研究所的黄光珀研究发现同一机车的构架力与其轮对横向定位刚度的平方根成正比[14], 采用了轴箱拉杆装有橡胶弹性元件的构件,拉杆橡胶件材料的物理性能(尤其是硬度) 对轮对定位刚度的影响很大, 为确保运行安全和达到最佳的设计效果 , 应严格按技术要求保证橡胶件的硬度和质量。由于使用拉杆橡胶材料计算过于复杂,付丽、张宾设计制造的定位器[10],转盘旋转至钢轨对接后,用定位器锁固,使转盘不再转动,保证重力车安全通过。操作时用脚踢定位锁块,使其转动,使定位器进入凹槽中,但是这种定位器需要人工操作,在检修流水线等自动化程度相对较高的车间并不适用,济南铁路经营集团有限公司的黄伟设计制造的气动定位元件,前轮对进入到转向轨道碰撞活动橡胶缓冲止挡块触动检测开关,气缸活塞伸出,定位杠杆露出轨面,并将转向架定位。

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