第３３卷第６期 ２０１０年１１月２０日 电力机车与城轨车辆 ｆｅｃｔｒｉｃ Ｌｏｃｏｍｏｔｗｅｓ＆Ｍａｓｓ Ｔｒａｎｓｉｔ Ｖｅｈｉｃｌｅｓ ＶｏＩ．３３ Ｎｏ．６ Ｎｏｖ．２０ｔｈ，２０１０ ＨＸＤ １ Ｂ型机车转向架驱动系统 周建斌１，陈清明・，王德新一，晋军辉－，高彬 ，熊霞 （１．南车株洲电力机车有限公司，湖南株洲摘４１２００１；２．湖南生物机电职业技术学院，湖南长沙４１００２６） 要：介绍了ＨＸｏＩＢ型９ ６００ ｋＷ大功率交流传动重载电力机车转向架驱动系统的技术原理、结构特点及性能，有 助于对该型机车转向架驱动系统的了解，对机车车辆转向架系统的研发也提供了较好的借鉴作用。 关键词：ＨＸｏ１Ｂ型机车；驱动系统；原理；结构特点 中图分类号：Ｕ２６０．３３２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２一ｌ１８７（２０１０）０６—０００５—０３ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ０ｆ ｔｙｐｅ ＨＸＤ１Ｂ ｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅ ｂｏｇｉｅ ＺＨＯＵ Ｊｉａｎ—ｂｉｎ ，ＣＨＥＮ Ｑｉｎｇ—ｍｉｎｇ ，ＷＡＮＧ Ｄｅ—ｘｉｎ ，ＪＩＮ Ｊｕｎ—ｈｕｉ ，ＧＡＯ Ｂｉｎ ，ＸＩＯＮＧ Ｘｉａ２ （１．ＣＳＲ Ｚｈｕｚｈｏｕ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅ Ｃｏ．，Ｄｄ．，Ｚｈｕｚｈｏｕ ４１２００１，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｈｕｎａｎ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００２６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ａｎｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｔｙｐｅ ＨＸ０１ Ｂ ｈｉｉｇｈ ｐｏｗｅｒ ＡＣ ｅｌｅｃｔｉｃ ｌｏｃｏｍｏｔｒｉｖｅ ｗｈｉｃｈ ｐｏｗｅｒ ｉｓ ９ ６００ ｋＷ．Ｉｔ ｉｓ ｈｄｐｆｕｌ ｔｏ ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄ ｔｈｉｓ ｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅ ａｂｏｕｔ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄ ａｆｆｏｒｄｓ ｌｅｓｓｏｎｓ ｏＲ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅ ａｎｄ ｖｅｈｉｃｌｅ ｂｏｇｉｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｙｐｅ ＨＸＤ１Ｂ ｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅ；ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ；ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ；ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ＨＸＤ１Ｂ型机车是我国新一代六轴大功率交流传动货 运干线电力机车，机车牵引功率高达９ ６００ ｋＷ，是目前已 知的国际上牵引功率最大的电力机车，其实际运行速度 可达１２０ ｋｍ／ｈ，机车采用了目前国际最先进的转向架抱 膜式柔性联轴器与小齿轮联接，联轴器有足够的刚度，且 能实现各个方向的小位移并传递电机产生的驱动扭矩；大 轴驱动系统——齿轮箱电机一体化驱动系统，为我国铁 路高速重载发展提供了可靠的牵引动力保证。 口 １驱动系统结构及原理 ＨＸＤ１Ｂ型机车齿轮箱电机一体化驱动系统是一种新 型机车转向架抱轴悬挂式齿轮箱电机驱动装置，有别于 传统机车抱轴式电机齿轮箱驱动系统，结构新颖、合理紧 凑。由牵引电机、大齿轮箱、小齿轮箱、大小齿轮、柔性联 轴器、传动轴承、单侧抱轴箱及密封件组成一个整体化结 构，如图１、图２所示。 图１齿轮箱电机一体化驱动系统 该驱动系统采用一级减速齿轮传动结构。齿轮箱为 承载式齿轮箱，采用垂直分箱，分为小齿轮箱和大齿轮 箱，通过螺栓联接分箱面，小齿轮箱体同时还起着电机输 出端端盖的作用；小齿轮两端通过圆柱滚子轴承支承在 小齿轮箱上，小齿轮的最外端还安装有一个球轴承，承受 小齿轮的轴向载荷；牵引电机枢轴传动端无需轴承，通过 收稿日期：２０１０—０６—０３ 图２齿轮箱电机一体化驱动系统外形图 作者简介：周建斌，教授级高级工程师，１９９３年毕业于兰州铁道学院铁道车辆专业，现从事转向架研发工作。 －５－ 电力机车与城轨车辆．２０ｌ０年第６期 。 齿轮通过齿轮毂安装在车轴上；大齿轮箱环抱安装在大齿 轮毂上的圆柱滚子轴承外圈；齿轮箱内齿轮及各传动轴承 都采用齿轮润滑油（稀油）油浴及飞溅润滑；牵引电机与小 轮箱，其形状根据齿轮的形状及驱动系统的结构决定。箱 体材料采用ＥＮ １ ５６３标准球墨铸铁，这种材料具有较好 组织致密性及抗震减磨性能，适合用于做承载式箱体结 构。大、小齿轮箱均设有合理的回油通道以回流润滑油。 齿轮箱刚性成一个整体，从而牵引电机传动端直接通过齿 轮箱滚动轴承与车轴环抱，另一端（非传动端）则通过带 深沟球轴承的单侧抱轴箱环抱在车轴上。 大齿轮箱（见图３）底部设计为宽大的油腔，便于存储 润滑油及最大限度降低齿轮箱内的负压，箱体底部侧面 设有磁吸放油堵，可以吸附润滑油中的金属碎屑；箱体上 还设有加油孑Ｌ、油位观察玻璃以及起吊螺孔等。由于驱动 ２主要技术参数 环境温度／℃ 轨距Ａｍ ＿４０～５０ １ ４３５ 系统特殊的润滑密封结构，齿轮箱并未设有传统齿轮箱 所必须的呼吸器结构。 轴式 Ｃ０一Ｃ０ 轴重，ｔ ２５ 轮径Ａｍ １ ２５０（新轮）／１ １５０（磨耗） 电机悬挂方式 抱轴式半悬挂 交流牵引电机功率／ｋｗ（每轴） １ ６００ 最大运营速度／ｋｍ・ｈ １２０ 齿轮传动比 ６．２９４（１０７／１７） 齿轮螺旋角，（。） ４ 驱动装置质量／ｌ【ｇ 约３ ８５０ 车轮全磨耗状态下齿轮箱距轨面高Ａｍ ７０ ３主要零部件介绍 ３．１齿轮 采用小螺旋角斜齿齿轮传动。齿轮传递功率较大（单 轴牵引电机功率高达１ ６０Ｏ ｋＷ），线速度也较高，大、小齿 轮均采用了ＥＮ ｌ００８４标准材料。这种材料用于齿轮，经 过热处理后，轮齿表面硬度高，耐磨性好，心部也有较好 的韧性，具有较强的抵御机车运行中产生冲击振动的能 力，完全能够适用于机车的高速、重载牵引。 为了改善传动齿轮的啮合性能，降低齿轮初始啮合 时动载荷及冲击，减小齿向偏载和噪声，并能抵御瞬时较 强冲击载荷，齿轮采取了啮合修型措施。此外，为了改善 和提高传动齿轮的承载能力和使用寿命，齿轮轮齿采用 了渗碳等强化工艺。 如图１所示，小齿轮通过端面齿与联轴器连接，传递 来自牵引电机的转矩。齿轮两端设有支承陶瓷绝缘圆柱 滚子轴承。外侧端部设有球轴承，可承受一定轴向力。大 齿轮由齿圈与齿轮毂通过螺栓整圈均布联接，这种结构 简单实用，降低了齿轮的制造难度，为今后运用检修维护 提供了极大的便利。齿轮毂采用了ＥＮ １００８３标准材料， 通过过盈配合套装于车轴齿轮座上，毂外侧座安装有短 圆柱滚子轴承，大齿轮箱环抱于轴承外圈。由于齿轮采用 齿圈及齿轮毂结构，通常情况下，齿轮毂无须退轴。 ３．２齿轮箱 齿轮箱为承载式、垂直分箱结构，分小齿轮箱和大齿 图３大齿轮箱 小齿轮箱作为小齿轮及轴承承载件的同时，还被用作 电机输出端端盖，是一个复杂结构铸件。如图４所示，它由 两部分组成，一部分作为小齿轮及轴承的腔室，另外一部 分是电机端盖——法兰，起着密封电机传动端的作用。 图４小齿轮箱 ３．３联轴器 该驱动系统采用了整体膜式柔性联轴器，用于牵引 电机枢轴与小齿轮之间的柔性连接，并传递扭矩、承受运 行中出现的附加载荷及各种偏移，是驱动系统的重要组 成部分。联轴器一端通过端面齿与小齿轮端面齿啮合、另 一端通过长锥面与牵引电机枢轴内锥面过盈配合，从而 能够传递牵引电机所产生的扭矩。这种结构牵引电机传 动端电机枢轴无需采用轴承支承，简化了牵引电机结构。 周建斌等・ＨＸＤ１Ｂ型机车转向架驱动系统・２０１０年第６期 也避免了传动端电机枢轴采用轴承支承方式在高速重载 下容易导致轴承损坏的问题。 整个系统的安全性、稳定性高，使用周期及寿命长，免维 护性能好。正常使用维护情况下，可保证一个大修期内无 修理运用。 联轴器采用中空结构，使得其本身具有合理的抗弯、 抗扭及轴向、径向刚度。此外，为了保证联轴器的性能，其 热处理也有特殊的要求。在重载情况下具有足够刚度的 同时具有一定的微小变形，可改善重载情况下小齿轮的 偏载及大、小齿轮的啮合状况。 ３．４抱轴箱 ２）优异的高速重载性能。用于２５ ｔ轴重货运机车，正 常运营速度为１２０ ｋｍ／ｈ。系统整体技术先进，驱动系统各 相关零部件的选材性能好，大小齿轮、齿轮毂、联轴器等 均采用性能优异的高强度合金钢；承载式大、小齿轮箱采 用的是可抗震减磨的高强度球磨铸铁。 ３）整体式柔性联轴器技术。这是国内首次在干线电 牵引电机传动端与齿轮箱刚性联接，通过齿轮箱环 抱安装于车轴的大齿轮毂上的短圆柱滚子上。如图１所 力机车抱轴悬挂驱动技术中采用联轴器技术。适宜机车 示，牵引电机非传动端则通过螺栓与环抱于车轴上的单 侧抱轴箱联接成一体（谓之单侧抱轴箱，是与两端抱轴的 传统抱轴箱结构区别）。从而使得齿轮箱电机一体化驱动 系统与轮对成为一个稳定结构。抱轴箱由抱轴承盖、抱轴 承座、深沟球轴承、轴领及密封环等组成，轴承采用性能 优异的润滑脂润滑。 ３．５密封与润滑 密封与润滑结构是驱动系统非常重要的一部分，它 直接影响乃至决定整个驱动系统的使用性能。驱动系统 采用了油浴飞溅润滑结构。由图１可知，大齿轮毂上的轴 承是直接通过润滑油飞溅及滑落来进行润滑的，箱体轴 承安装座部位设有一个储油小槽，以防止驱动系统再次 启动初始阶段轴承无油干磨旋转。小齿轮及小齿轮支承 轴承的润滑也是润滑油的飞溅及滑落来润滑的。为避免 再次启动初始阶段小齿轮及轴承缺油，小齿轮箱体也设 有一油池，驱动系统启动时，小齿轮可直接将油带起并润 滑附近各轴承。 大齿轮箱两侧均采用了动密封结构。根据驱动系统 的结构特点，通过密封环之间及密封环与齿轮毂之间形 成迷宫式动密封，减弱润滑油的外泄能力，直至完全密 封。小齿轮箱外侧采用了静密封，可以确保不泄露；内侧 由于做为电机的端盖，用螺栓紧固在电机的机壳上。在电 机枢轴外设有一迷宫密封环形成动密封，这种驱动系统 的密封与润滑，确保了整个驱动系统的良’好润滑而不发 生泄漏。 抱轴箱轴承则采用润滑脂润滑，抱轴箱设有注油孔， 便于加注润滑脂。 ４驱动系统的特点 ＨＸｎ１Ｂ型机车转向架齿轮箱电机一体化驱动系统是 国内一种新型机车转向架抱轴驱动技术，具有如下主要 特点： １）先进的系统集成技术。相对于传统抱轴悬挂驱动 系统来讲，采用了齿轮箱电机一体化驱动系统集成技术， 各相关零部件有机镶嵌组合，结构紧凑合理、技术先进。 重载情况下降低齿轮的冲击振动和减少齿轮偏载现象， 从而使得驱动系统有更高的可靠性和安全性，也延长了 驱动系统的免维护运用周期。 ４）良好的润滑密封性能。根据系统结构需要，该齿轮 驱动系统采用了稀油油浴飞溅润滑，有较多的密封环件， 借助相关密封环件形成了整个驱动系统独特的润滑密封 结构，可确保机车长期运用不泄漏。 ５）单侧抱轴箱技术。相对于传统的机车抱轴悬挂驱 动系统抱轴箱结构，该驱动系统的抱轴箱仅包含一个抱 轴承结构，整体结构简单，质量仅为传统抱轴箱结构的三 分之一左右，对簧下重量贡献较小。 ６）结构复杂、整体质量较大。当然，这也是该驱动系 统的一个特点，鉴于系统集成需要，除了齿轮、齿轮箱等 主体大部件外，还有功能各异的多套传动轴承以及较多 的密封件及其它相关零部件等，使得该驱动系统结构相 对复杂且整体质量比较大，这就对零部件的制造成型及 系统集成提出了较高的要求，也是保障驱动系统高可靠 性、安全性及延长驱动系统免维护运用周期所必需的。 ５结束语 ＨＸｏｌＢ型机车采用的齿轮箱电机一体化抱轴驱动系 统是一种成功的、新型的机车转向架驱动系统，该技术第 一次用于国内干线机车，填补了国内空白。它的成功运 用，提升了国内机车整体技术水平，也成功打造了行业驱 动系统的设计、制造、系统集成平台，对于今后的铁路高 速重载技术发展将起到积极的作用。 参考文献： ｔ［１】周建斌，陈国胜，晋军辉，等．ＨＸｔ，１型机车转向架轮对驱动系统【Ｊ】． 电力机车与城轨车辆，２００８，３ｌ（１）：９—１３． 【２】陈国胜，周建斌．和谐ＨＸｔ，Ｉ型大功率交流电力机车转向架叨．电力 机车与城轨车辆，２００７，３０（１）：２９—３２． 【３】余卫斌．韶山９型电力机车【Ｍ】．北京：中国铁道出版社，２００５． ［４】黄勇明．重载牵引机车转向架技术特点【Ｊ】．电力机车与城轨车辆， ２００６，２９（５）：４—６． 【５】刘友梅．韶山４Ｂ型电力机车【Ｍ】．北京：中国铁道出版社，１９９９． 一７一