大功率内燃机车落车时的称重调簧技术研究

第一篇：大功率内燃机车落车时的称重调簧技术研究

大功率内燃机车落车时的称重调簧技术研究

单艳芬

（常州铁道高等职业技术学校机械工程系江苏 常州213011）

摘要大功率内燃机车已经成为现在和将来我国铁路运输工具的首要选择，对机车的运行的平稳性要求也越来越高。本研究是在机车落车时采用对各轮（轴）称重调簧的方法，来保证机车运行的平稳性。对机车称重调簧原因进行分析，发现机车在设计、制造、组装过程中存在误差，造成轮（轴）重受力不均衡；对机车落车时进行受力分析，建立力学方程，求解各旁承处的受力大小。在此基础上，提出落车时称重调簧装置的构造和称重调簧的原理流程。

关键词车体调平称重调簧HXN5型内燃机车

近几年来，国家大力规划化和发展铁路交通和全球金融的到来，国家拉动内需、大力发展基础建设的政策，为我国铁路建设发展提供了契机。过去，机车处于低速和相对轻载运行状况，机车落车时采用车体调平技术基本上能够满足要求。随着现代铁路技术的发展，特别是大功率内燃机车的出现（本文以HXN5型内燃机车为研究对象），对落车时和落车后的平衡要求越来越高，需要采用称重调簧技术。

1.机车称重调簧的原因分析

机车落车后，机车轮（轴）对轨道的作用力不均衡, 影响牵引粘着力的充分发挥，还容易引起车轮的多边形和轨道的波浪形磨损机车，进而影响机车使用寿命，对行车安全会产生不良影响［1］。

引起机车轮（轴）重不均衡的主要原因有三个方面：

（1）设计方面的不足。机车在设计时，各个零部件在转向架和车体上的分布，理论上应该是对称布置的。但是，在实际的设计过程中，由于机车结构、重量的限制，实际重心位置不在其纵向和横向对称面内，与机车形心

不重合。

（2）制造方面的不足［2］。机车在零部件加工过程没有或不能严格按照设计要求。如各构架上各弹簧座高度(距导轨面)与设计值存在过大的偏差，引起弹簧压缩量不相同；各轮对滚动圆半径不一致；各弹簧特性不相同；机车重心偏差等。

（3）组装工艺不当。机车在整个组装过程中存在误差。同时，在车体落车时调平过程中的人为测量误差。这些组装工艺都会造成轮（轴）重不均衡。

2.车体调平技术的理论分析

长期以来，我国机车在落车时采用车体调平技术，以减少机车轮（轴）重的不均衡对轨道的影响。车体调平技术是以测量旁承座铅垂方向的尺寸差，以水平台位为基准，用高度尺(或水准仪)测量平台到车架旁承座顶面的高度，并计算各个旁承座的高度差，根据高度差确定加垫片的厚度来进行调平。

车体调平技术可以使机车的各个旁承座处于同一水平，使得机车运行性能得到了一定的提高。实际上，机车在设计和制造时，车体上各部分的重量分配不均匀，就会导致机车车架结构变形的。所以，我们在操作时即使旁承座完全调平，各个旁承的受力也不一样。由于机车的速度和承载能力都得到较大提高，车体调平技术不能满足这种要求。特别对HXN5型内燃机车更不能满足要求。

3.HXN5型内燃机车落车时的称重调簧技术的研究

HXN5型内燃机车以最先进的交流传动AC6000型机车为原型车，是引进

美国GE公司的技术，具有较高速度和大功率，要求具有较高的运行平稳性、抗蛇形能力等性能。HXN5型内燃机车与国内其它类型机车相比较，结构不同，各旁承的受力情况不同，工艺要求也不同。传统机车调平技术不能适应这种新的车型，必须采用新型的机车称重装置、新方法、新工艺。这里我们介绍落车时的机车称重调簧技术。对于HXN5型内燃机车来说，称重调簧技术就是要求机车在落车时和落车后，能够根据各轮（轴）的承载力大小，调整各轮（轴）在规定的技术要求范围内。由于落车时的平衡性好坏，直接会影响到落车后的平衡性，所以，我们在这里只研究机车在落车时的称重调簧技术。3.1 机车落车时的受力分析

机车落车时是指机车车身与转向架组装完成的时刻。传统上，机车在落车后通过车体调平技术，使得机车车体处于同一水平状态。但是，HXN5型内燃机车的承载功率大（额定功率达到4400kW），这种满足几何特性，而不能满足力学性能。这就需要采用机车称重调簧的方法来满足力学要求。

图1HXN5型内燃机车落车时的受力图

图1中，F1、F2、F3、F4、F5、F6表示旁承弹簧的所受力，P0表示机车车身重量； F1与F2、F5与F6分别关于横向中心线对称，F1与 F5、F2与 F6、F3与F4分别关于纵向中心线对称；各力到坐标轴的距离如图。对图1的受力情况进行分析：

Z方向的合力为零，Fz0，即FjP0，F1+F2+F3+F4+F5+F6 =P0

12j

1(1)

X方向的合力矩为零，Mx0，即d（F1+F5）+(2e-d)(F2+F6)+e(F3+F4）=(e+y0)P0(2)

Y方向的合力矩为零，My0，即

F1+F2)+bF3+(2c-b)F4+(2c-a)(F5+F6)=(c+x0)P0(3)

设6个旁承弹簧的原始高度分别为h1、h2、h3、h4、h5、h6，变化量分别为Δh1、Δh2、Δh3、Δh4、Δh5、Δh6。根据胡克定律Fj=kj〃zj得，zj=Fj〃cj（cj=1/ kj），根据旁承处共线、共面条件，可以得到3个变形协调方程：1、2、5、6共面：

c1F1+c2F2+c5F5+c6F7=(h1+Δh1)+(h2+Δh2)+(h5+Δ5)+(h6+Δh6)(4)

1、5共线：c1F1+c5F5=(h1+Δh1)+(h5+Δh5)(5)

3、4共线：c3F3+c4F4=(h3+Δh3)+(h4+

Δh4)(6)

建立矩阵A〃F=B，从而可以求得支承反力F=A-1〃B

3.2 称重调簧技术研究

落车时的称重试验装置应由机械系统、液压控制系统、检测调簧系统三大部分组成。

图2HXN5型内燃机车落车时的称重调簧原理

机械系统包括吊车、架车装置、测量装置等。液压控制系统包括泵源、比例阀、作动器和油管等。检测调簧系统包括信号检测及数据处理子系统、计算机称重调簧优化系统等［3］。

HXN5型内燃机车在落车时的称重调簧的原理如图2。操作人员通过吊车将车身放在称重试验台的架车装置上。架车装置上与车身接触部分由传感器通过液压控制装置将信号传入控制台。控制台显示出各旁承的受力大小，通过计算机专用系统来计算显示出各旁承的加垫量。加垫后，需要进一步的称重，看ΔF=F0j（max）-F0j（min）小于等于规定的误差值ε。如果否，需要再次进行加垫调整，直至各旁承中ΔF小于规定的误差值ε，称重调簧过程才完成。

4结论

机车在落车后的称重技术，在国内机车应用的较少。HXN5型内燃机车是

国内首次引入美国GE公司的大功率机车，对其各项技术性能要求较高。该型机车在落车后如果使用车体调平技术，将在一定程度上影响其使用寿命，同时也会影响其安全性能。本文通过对HXN5型内燃机车的受力研究，从而为以后能将整车称重调簧技术能够应用到实际生产上去，提供了理论基础，也为研制整体称重试验台提供了帮助。

参考文献

［1］韩为民，马睿，朱善，钱利民.机车称重调簧算法的研究及应[J]内燃机车,2008(1).［2］兰雄，雷刚.称重调簧工艺在大功率机车转向架制造中的应用[J]电力机车与城轨车辆2007(11).［3］楼强天，顾亚红.机车总组装称重装置的设计与应用[J].内燃机车,2009(5).