时速160km交流传动内燃客运机车底架设计

2016-02-04116000中车大连机车车辆有限公司辽宁大连柴学彬

中国机械 2016年6期

116000 中车大连机车车辆有限公司辽宁大连|柴学彬

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摘要：时速160km交流传动内燃客运机车由两节机车组成，单节车体为内走廊式单司机室整体承载焊接结构，机车采用整体式燃油箱、减振式独立司机室。本文主要介绍了机车底架的结构设计，以及静强度计算。关键词：底架；轻量化

时速160km交流传动内燃客运机车由A、B两节机车组成，两节机车通过半永久式车钩及连挂风挡通过台连接，单节车体采用内走廊单司机室整体承载焊接结构，主要由司机室、左右侧墙、底架、隔墙及顶盖等大部件组成整体结构，燃油箱为与底架一体的整体式油箱，司机室为减振式独立司机室。机车机械间由前至后分别为电气室、通风室、动力室、冷却室和制动室，侧墙及各室之间的隔墙均与底架焊接，各机械间采用铝合金材质顶盖，顶盖可拆卸，以便于车内设备吊装，密封结构可多次重复使用并保持其密封性能。

车体底架结构

a概述

时速160km交流传动内燃客运机车为整体承载结构，柴油机与底架安装座间采用钢性联接，没有橡胶减震。在机车运行过程中，柴油机对底架产生的冲击振动要比弹性联接方式更大，因此对底架的强度、抗振能力等提出了更高的要求。同时由于准高速客运机车对轴重的限制，所以在进行机车底架的设计时，除了要保证其有足够的强度、刚度，同时还要注重轻量化设计。本车底架设计根据机车的整体强度，重量等方面的要求，除了采用了整体燃油箱增加强度节省重量外，还大面积采用Q460E高强度合金钢作为主要材料，这样可以采用更薄的钢板来满足强度需求。

b底架结构

车体底架主要有I端装配、II端装配、燃油箱装配和底架附件等几大部分组成；由于司机室为减振式独立司机室，采用4点与底架弹性连接，因此为满足司机室防撞标准要求在底架I端上部设有防撞墙；同时因为机车设计时速160km，底架I端有流线型前围板。底架结构主要采用薄板及压型梁进行拼接，通过有限元分析计算，对结构强度进行校核，并根据计算结果进行优化。同时采用EN15085等标准对制造工艺提出更高的要求。

①底架I端装配

底架I端装配由I端端部、旁承座梁、边梁及盖板等部分组成。端部及边梁的主要作用是传递机车的纵向力及纵向冲击载荷，车钩力由中间牵引梁和斜撑传递到边梁及两个中间槽钢梁上，旁承座的作用是与转向架高圆簧连接支撑整个机车结构。机车I端牵引缓冲装置采用15号车钩及HN-1型胶泥缓冲器组成，因此I端端部结构采用传统中间牵引梁加斜撑的结构。

② 底架II端装配

底架II端装配主体结构与I端一样，同样由II端端部、旁承座梁、边梁及盖板等部分组成。但由于机车A、B节车体是通过半永久式车钩及连挂风挡和通过台相互连接的，因此在II端端面及中间牵引梁位置的结构有一定区别。由于半永久式车钩的缓冲器和压溃装置没有放置在中间牵引梁内部，而是在两个车钩连接部位，因此II端中间牵引梁端面向后移动，同时为A、B节机车之间的管路、线路连接留出空间。

③燃油箱装配

本车整体式燃油箱容积达9000L，有效容积7500L，燃油箱除了储存燃油的功用之外，同时与作为底架的一部分与I端装配和II端装配联接成一体，起着承载柴油发电机组的重量以及冲击振动载荷，同时传递纵向牵引力与制动力。

燃油箱结构

燃油箱结构由左、中、右三部分组成，各部分采用纵向压型槽钢梁与横向隔板交错形成的网格结构，大大提高了燃油箱部分的刚度，使得底架中部挠度接近于零。箱体内部的横向纵向隔板上开孔具有扰流的作用，以减小机车运行过程中由于燃油惯性流动产生的对箱体结构的冲击力。燃油箱结构上面布置了六个柴油发电机组安装座。与传统燃油箱结构不同的是本车没有采用蓄电池箱与燃油箱一体的结构，而是在燃油箱两侧分别设有6个吊耳结构，用来悬挂蓄电池箱，这样的设计对箱体焊缝的疲劳寿命更有利。

燃油箱附件

箱体内部装有吸油管、回油管、排气机构、液位仪吹气管等。在油箱的四角设有砂箱结构，油箱底部两端设有排油口，油箱中部两侧各装有一个加油口。数字显示油位仪安装在油箱上方侧墙处，同时司机室内操纵台显示屏可显示油箱油位，精度小于1%，反应时间不大于2min。

轻量化设计

车体的轻量化设计离不开计算分析的支持，由于机车为内走廊整体承载结构，因此本车所有计算分析均基于车体钢结构整体进行。按照EN12663：2010标准和机车设计任务书、机车技术条件等技术文档中的具体要求，对车体模型的强度、疲劳、模态、防撞等20多个工况进行计算分析。根据计算分析结果，首先针对底架部分应力集中的部位进行结构优化，如机车入口门处边梁结构、防撞墙、中间牵引梁、I 端II端与燃油箱过渡处；其次遵循“等强度车体”的设计理念，对底架结构进行轻量化优化，对非应力集中部位结构采取如降低板材厚度、在板材及压型梁上设计减重孔等手段，在不破坏整体结构强度的前提下，降低1.2t重量。