旅游仿古小火车动力转向架工艺改进

李伟

(株州九方装备股份有限公司,湖南株州412001)

1 引言

动力转向架是该设备关键部件之一,现行产品采用齿轮传动,较以前的链条传动更平稳、安全。但在工艺、生产上提出了更高的要求,需要在工艺方案上进行考虑,以保证使用要求。根据现场检修发现动力转向架的直连式悬挂方式导致配件损坏过快,不利于顺利过弯道,需对悬挂杆部分结构进行改进。

旅游小火车为3节固定编组,分为头车、煤水车、车辆3部分。整车运行轨道为两平行钢轨,轨距为762mm。允许最小转弯半径为30m,最大运行速度为10km/h。其中头车、煤水车配置动力转向架。单个动力转向架共2组轮对,分别用2台减速电机驱动,两台电机的速度由同一台变频器控制。在设计环节从制造周期、维修方便、成本因素3方面考虑确定采用标准三合一减速电机,但局限于空间尺寸,没能选到可以安装整轴的齿轮箱,因此采用的是两侧半轴结构,动力转向架如图1所示。

图1 动力转向架

2 仿古小火车动力转向架工艺改进技术

2.1 改进前结构分析

(1)减速机两侧为半轴结构,当使用时在轴上会产生弯矩。整轴结构能很好地承受弯矩,但半轴结构必须在结构上进行改进。仅靠空心轴套和齿轮箱壳体法兰面是不能满足使用要求的。故在设计时增加了一个机座,安装时机座罩在减速机上,半轴结构在机座两侧安装,减速机并没有与半轴结构直接紧固,仅是在顶部与机座有螺栓连接。保证在使用中让机座承受弯矩,半轴只传递扭矩。但机座两侧同轴法兰面和顶部安装面同时与减速机安装时就存在过定位的现象,其孔轴线与顶部平面的距离其实就是减速电机安装时的中心高,图样公差为±0.046,这是两半轴结构同轴的保证。顶部安装面属半封闭的状态,这就带来很大的加工难度。若先加工再焊接则不能杜绝焊接变形,同样不能达到精度要求。若两半轴安装后与减速机孔不同轴,在使用过程中就会出现轴承磨损急剧、发热,直至破坏。严重影响行车安全。

(2)半轴上轴承定位的方式不利于调隙。轮对上所用的轴承均为圆锥滚子轴承,此类轴承均需在组装时调整内、外圈之间的间隙,达到较好的运转精度。半轴结构上没有有效定位及调隙的结构。轴与轮子之间利用轮子、轴承座及各挡圈的厚度尺寸形成了一个尺寸链,最后一环用端盖封闭,锁紧轴承座的同时又要保证轴承的间隙。这在实际组装过程中几乎不可能实现。导致组件中的轴承不是过紧,就是过松,两种情况都不利于运行。

(3)在机座上与构架之间相连处有一直销,用于悬挂减速电机。此装置上有一弹性套,橡胶允许有一定的摆动量。但在过弯道时不能有效吸收转向架的左右偏转,出现严重挤裂现象(图2)。

2.2 解决方案

(1)为达到使用要求,将机座的侧板加高约5mm,在顶部设计过渡套,当机座两侧的半轴安装完毕后手动盘车,若能灵活转动则表明安装正确,再将过渡套通过螺栓与减速机相连。拧紧保证套下端面与减速机箱很好贴合。最后将过渡套外围与机座配焊,这样既保证了两侧轮对轴线的同轴度,又消除了过定位造成的影响,还使机加工易于实现。

(2)将原来的轴承定位方式改为圆螺母锁紧结构,这样轴承间隙不受制于配件制作精度,通过圆螺母的调整可以达到预定的间隙,并分左、右设置左旋、右旋螺母固定。使安装简单可靠,保证组装后的精度(图3)。

图2 原直销连接方式

(3)悬挂杆结构要考虑转向架能顺利过弯,需先对弯道处外侧轨道进行超高计算。魏稚伦根据机车、车辆动力学中轮轨间相互作用的蠕滑理论及轮轨接触几何学问题,推导了计入蠕滑力的超高公式为：

V均一般取最高值的0.8。根据产品的参数,可以计算出h实=10.4×82/30=22.2。由于欠超高所产生的未被平衡离心力将迫使转向架的后轴甩向外侧,从而减少了导向轮的轮缘与外轨间的冲角值。同时,冲角的减少将使轮缘接触点的超高值减小,将相应减少了接触点到瞬时转动中心间的相对滑动以及摩擦功,这对于减缓外轨的侧磨将是有利的。故实际使用时采用欠超高,根据公式：

图3 改造后的机座安装及轴承定位

图4 悬挂杆结构及欠超高时的偏转角度

3 结语

通过对转向架部分的改进可以使传动系统组装方式更简单,受力更合理,提高了设备的安全性能。