第一节机车车体
一、车体的组成、作用及现代机车对它的要求机车车体是指机车转向架之上的车厢部分（也称上部结构）。它由司机室、车顶、侧壁、间壁、车架和排障器等部分组成。车体是机车的骨架。它既是各种设备，如柴油机、传动装置、大型电气设备和各种辅助机组的安装基础，又要传递各个方向的力：（1）将所承受的垂直载荷即各种设备的重力通过旁承传给转向架；（2）机车运行时通过车钩、缓冲装置传递机车与车辆之间的纵向力，例如牵引力、制动力和冲击力；（3）承受转向架传来的横向力。同时也起到保护机械、电气设备和乘务人员不受雨、雪、风、沙的侵袭和隔声、隔热的作用。现代干线机车向高速大功率方向发展，机车重量也相应增大而机车轴重却受线路条件的限制。因此，机车重量成为限制增大机车功率的主要因素。如何设法减轻机车各部件，特别是诸如车体等大部件的重量，是实现单节大功率机车重要措施之一。因此设计制造现代机车的车体时，应满足以下要求：（1）尽可能满足乘务人员的正常工作环境，如机车操纵，瞭望方便等。（2）保证有足够的强度、刚度和运行的安全可靠。（3）便于安装动力装置、辅助装置和缓冲装置。（4）在制造及修理时，结构上有较好的工艺性。（5）外形美观、流线化，具有良好的空气动力学性能，以减小空气阻力，满足高速的要求。（6）车体外形尺寸应符合国家规定的机车车辆限界。（7）尽可能减轻重量。二、车体的形式车体按外形，可分为两种，罩式（外走道式）车体，如ND5机车；棚式（内走道式）车体，如SS3B、DF4机车。车体按承受载荷方式，可分为车架承载式车体，如DF1、DF3机车；整体承载式车体，如SS3B机车。1车架承载式车体车架承载式车体，所有载荷均由车架承担，车体侧壁、车顶不参与承载。对于这种车体车底架上部的侧壁和顶盖不必进行特殊的设计，只要求能保证其自身工作所必需的强度和刚度即可。而车底架则要求设计得有较高的强度和刚度。我国早期生产的机车，曾采用这种形式的车体，因为那时机车功率小，对机车减重的要求并不突出。（1）车底架承载车体的形式a罩式车体罩式车体（如图1）外形矮小，走道在车罩外，车架承载。通常司机室布置在机车的一端或中部，高出并宽于车体的其他部分以便于司机瞭望。当乘务员检查机器设备时，必须打开车体侧面的门。图1罩式车体罩式车体结构简单紧凑、造价低，车体易于拆装，便于机组的安装和维修。一般多用于小功率机车，如调车机车、工矿机车，货运机车也有采用。例如我国的DF2型、DF5型机车及从美国进口的ND5型内燃机车的车体都属于这种类型。最近设计制造的和谐型HXN5型内燃机车也采用罩式车体。罩式车体只有车底架承载。b棚式车体棚式车体(如图2)外形高大，其内部除安装机械、电气设备外，还有可供乘务人员通行的走道，以便在运行过程中随时进行设备的检查和维修。图2棚式车体1-头灯；2-司机室；3-司机室侧门；4-空调换气百叶窗；5-冷却室百叶窗；6-通风机百叶窗；7-动力室小顶盖；8-空气滤清器；9-电阻制动通风百叶窗；10-司机室侧窗；11-牵引装置；12-排障器；13-司机室座椅；14-侧脚蹬；15-司机室侧扶手；16-牵引拉杆座车体内部根据安装设备的不同，用间壁分成若干个室，如动力室、电气室、冷却室、变压器室等。间壁上设有通道门，既便利通行又可将各室隔开。司机室布置在一端或两端，瞭望视线开阔，外形可设计成流线型。干线机车一般都采用这种类型的车体。车体由外皮和骨架组成。骨架一般用型钢或用3-4mm厚的钢板压制成的压型件。为便于机器设备的安装和维修，同时也为了车体制造的方便，车体可分成司机室、动力室、冷却室和电气室几部分分开制造，然后再相互组焊在车架上。为了吊装机器设备，在车顶上设有各种窗口和顶罩。车体骨架外面敷设2.5mm厚的钢板作为车体的外皮，司机室内壁的胶合板固结在骨架内的木结构上。在外皮与内壁之间，填充隔声、隔热材料。如果棚式车体的侧壁不参与承载，则车体就是车底架承载车体。一些老式机车就用这种车体，如东风型内燃机车。现在棚式车体的侧壁都和车底架一起参与承载，就成为整体车体。（2）承载车底架该载车架，一般为中梁承载式车架，（如图3），东风型内燃机车的车架就属于这种结构。图3DF型内燃机车车架1-前端梁；2-架车座；3-上心盘；4-下补强板；5-侧梁；6-上旁承座；7-车钩牵引箱；8-后端梁；9-蓄电池箱；10-上补强板；11-左右侧盖板；12-横梁；13-中梁；14-立板；15-上盖板；16-底板中梁承载式车架包括中梁、侧梁、立板、横梁、牵引箱、上心盘、架车座等部分，由钢板、型钢和铸钢件焊接而成。中梁是车架的主要受力部件，有两根45a号工字钢，上、下翼板分别用断面为340×20和340×16的盖板加强。下盖板与中梁等长，上盖板只占中梁的中间部分，两个中梁用中间立板连接。侧梁是16号槽钢，中梁与侧梁用横梁连接。侧梁的载荷经横梁传递给中梁。车架下面焊有两个心盘、八个旁承座和四个架车座。牵引箱焊接在前后端梁上。中梁承载式车架在设计时只考虑两根中梁承受全部载荷，而没有考虑车体承载的可能性，所以有车架粗大笨重、机车重心高的缺点。HXN5型内燃机车的车体也是车架承载式。车架的两根中梁为箱形结构，而且把吊车车架中部的燃油箱与车架合为一体，也参与承载。这增加了车架的强度与刚度，又减轻了重量。2整体承载式车体整体承载式车体，均为棚式车体。为近代干线客、货运机车普遍采用的车体。车体由司机室、车顶、侧壁、间壁和车架组焊成的一个整体，具有足够的强度和刚度能很好地承受各个方向的作用力。但车顶为了吊装设备方使要开出大孔，设计成可拆卸的顶盖；有的部分还要安装固定的百叶窗。车架地板不一定处于同一平面内，又开有许多冷却风道和安装设备所需的开口，使承载能力大为削弱。从受力角度看，间壁把左右侧壁和车架连成一个整体。这种形式车体的特点是侧壁和车架为主要受力部件。因此，整体承载式车体又称为侧壁承载式车体。整体承载式车体能充分利用材料和空间，与同样重量的车架承载式车体相比，其承载能力有很大的提高。或者在承受同样的载荷下其重量就可以大大减轻，而且提高了整个车体的强度和刚度，为发展单节大功率机车提供了有利的条件。整体承载式车体按侧壁结构的不同，又可分为桁架式侧壁承载车体和框架式侧壁承载车体两种。（1）桁架式侧壁承载车体桁架式侧壁承载车体(如图4)由车架、左右侧壁、车顶、间壁、司机室及覆盖在这些构件外面的蒙皮组成。图4桁架式侧壁承载车体结构示意图11，12-纵梁；13-车架1-司机室；2-车顶；3-侧壁桁架；4-上弦梁；5-斜撑；6-立柱；7-牵引梁；8-下弦梁；9，10-横梁；侧壁桁架由上弦梁、下弦梁(即车架的侧梁)、上下弦梁间用立柱和斜撑焊接组成。司机室坐落在车架的端部，与侧壁、车架和车顶焊接。桁架式侧壁承载车体的特点是由于侧壁桁架的斜撑存在，侧壁具有极好的稳定性，立柱、斜撑主要承受轴向力，使其截面受力均匀，从而充分利用了车体的材质。即使在侧壁上开孔也不至损坏车体整体刚度（蒙皮不参与承载）。但侧壁开孔的大小和位置受到限制，特别是给较大部件的更换带来一定的难度。我国生产的DF10型、DF11型以及DF8B型内燃机车均为桁架式侧壁结构。（2）框架式侧壁承载车体框架式侧壁承载车体（如图5），其侧壁框架由上、下弦梁、立柱、中间梁及覆盖在这些构件外面的蒙皮组成，共同承载。图5框架式侧壁承载车体结构示意图1-司机室骨架；2-车顶骨架；3-上弦梁；4-中间梁；5--立柱；6-下弦梁；7-侧壁；8-车顶；9-车体间壁框架侧壁承载车体其特点是车体侧壁开孔不受骨架限制，易于布置用于采光、通风、冷却的孔。由于框架结构更多依赖于侧壁的蒙皮，因此，过多或过大的开孔将使侧壁刚度受到一定的影响。该结构一般用于轴重不太紧张的机车上。在同样负荷下框架式结构的变形(受弯曲)比桁架要大。总之两种结构比较各有优缺点，桁架式车体更具减重优势，而在重量条件允许的情况下，从检修维护出发，应选择框架结构。我国生产的DF4型、DF6型内燃机车，SS系列电力机车，和谐型电力机车都采用框架式侧壁承载车体。（3）整体承载式车体的车架整体承载式车体的车架结构有两种，即有中梁和无中梁结构。国内过去通常采用的是无中梁结构形式。最近设计生产的和谐型电力机车，车体底架为有中梁结构，中梁为主要受力件。无论是桁架式还是框架式侧壁承载车体，其车架具有基本相同的结构。无中梁时，侧梁是主要受力件，因此要选用截面较大的构件。根据不同机车安装各设备的需要，再设置截面大小不同的横梁和长短不一的纵向辅助梁，通过横梁将左右两根侧梁连成一体。前后端则根据传递纵向力、冲击力的需要设置前后端梁、牵引梁和缓冲座。这样连成的车架，其整体刚度较差。但与侧壁组焊成一体后就能大大提高其刚度。车架各梁大都采用压型钢或各种厚度（3~6mm）的钢板组焊成箱形结构。在车架的两端下部设有下骨架及排障器。下骨架焊于车架下部，排障器用螺栓与下骨架相连。下骨架与排障器具有较强的强度和刚度，能有效地排除线路上的障碍物，保护机车走行部和防止机车发生脱轨颠覆。随着铁路向高速发展，对车体提出了更为苛刻的减重要求。车体的结构形式由原来的框架、桁架式结构向网架式结构发展。在原结构上加密横梁，梁的疏密间隔距离约为250~500mm，同时减小和变薄各梁本身的轮廓尺寸和厚度。这样布置的结果，使侧壁形成类似飞机机身的网架结构，类似有加强筋的薄壳结构，以实现现代机车车体具有较好的刚度和强度，以及较轻的重量。HXD3型电力机车车体侧壁朝此方向作了有益的探索。为了减轻重量，对于一些非承载部件，如车顶的活动顶盖、门、护板以及罩盖等均可采用铝合金制造，有些部件亦可采用玻璃纤维或碳纤维增强的塑料制造。三HXD1型电力机车车体1概述HXD1型电力机车为双节重联的八轴大功率交流传动电力机车，其重联的两节车体完全相同，单节车体为单端司机室的框架空间结构，它既是机车所有设备的载体，又是机车动力的传递载体，除走行部件外的其它机械、电器设备以及附属装备都安装在车体上，同时在机车运行过程中，车体不但要传递牵引力和制动力给车钩以及承受垂直载荷，还要承受水平方向的冲击载荷和侧向力的作用。作为电力机车的主要承载部件，车体采用整体式承载结构，以便具有足够的强度和刚度并适应两万吨重载牵引的要求。车体各部件主要由钢板和钢板压型件组成，其中司机室、底架、侧构、隔墙及后端墙等主要钢结构部件组焊成一个箱形壳体结构，顶盖设计成可拆卸的形式，以便于车内设备吊装。车体外形设计成粗犷有力的大棱角并有适度的圆角过渡，并设置有车钩缓冲装置、排障器、车体各室门和司机室侧窗等附属部件。HXD1机车单节车体的主要结构如图6所示。1钩缓装置2排障器3司机室4入口门图6HXD1型机车车体5底架6侧构7顶盖2主要结构参数及特点作为整体承载车型，HXD1机车车体将整体骨架设计为适当的箱形网状结构，使应力通过车体整体骨架均匀、有效地分布和传递。司机室结构充分考虑了人机工程学；侧窗外蒙皮采用细晶粒高强度结构钢以应对侧窗窗角的应力集中；底架采用了贯通式中央纵梁的框架结构；侧构设计成上倾斜的网架式结构；顶盖采用平板小顶盖结构；机械室采用中央走廊方式；钩缓系统选用了小间隙的13A型E级钢车钩和大容量的QKX100型弹性胶泥缓冲器，缓冲器后面设置了过载保护的变形吸能装置。具体结构参数如下：车体总宽度车体端面长度车钩中心距离车钩中心线距轨面高度顶盖距轨面高度底架地板上平面距轨面高度车体底架长度车体总重（组焊结构）3100mm17138mm17596mm880±10mm4003mm1498mm16835mm约23300kgHXD1型机车车体结构还具有以下综合特性：1）车体采用整体承载结构，沿车钩纵向水平中心线可承受2450kN的静压力和2450kN的静拉力而不会产生永久性变形。2）车体侧梁外侧设有4个检修作业用的吊销套，车体前后牵引梁两旁还分别设有救援用的4个吊销套。3）车体与转向架之间设有备用的连接装置，可将车体同转向架一并吊起。车体和转向架同时整体或一端吊起时，车体各部分不会产生永久性变形和其它损坏。4）每节车体侧下设有6个架车支承座和供检修用的六个支承点。5）车体内机械室设有中央直通式走廊，走廊宽度为600mm。6）司机室前上部设有宽敞明亮、视野开阔的前窗，前窗玻璃采用能自动除霜的电加热玻璃，司机室侧面设有两个带联动锁的入口门和能够上下启闭的活动侧窗。司机室后墙处设有通往机械室的门。两节机车连接处还设有带自动闭门器的门以及连通两节车体间的连挂风挡。7）机车的司机室前端两侧设有方便调车员调车作业的脚踏板，并有相应的扶手。8）9）04底架前端牵引梁下方装有排障器，其中央底部能承受137kN的静压力。车体组焊后要求侧构表面平面度在2000mm内不超过3mm，不允许有硬伤或局部凹凸不平现象；车体两侧倾斜度不大于5mm；两侧构组装时，与车体顶盖连接的安装孔距须控制在2310mm范围，而各连接横梁顶盖沿车体纵向安装的尺寸公差不超过±3mm。10）车体总成以及各部件的焊接应依据检测规范7352970进行试验和检查，各板搭接处应进行焊前预处理。11）焊接材料要求：16MnDR材料及其它碳钢之间，一般采用G2Si焊丝，部分采用ER5087和ER5183焊材；普通不锈钢之间采用ER308L焊材，而不锈钢与碳钢之间一般采用ER309L焊材。3底架HXD1型机车车体底架采用贯通式中央纵梁的框架结构，主要由前端牵引梁、后端牵引梁、侧梁、枕梁、变压器梁、中央纵梁、底架盖板、底架上焊接部件等组成，具体结构见图。底架材料主要为12mm、16mm、20mm、24mm低温容器板16MnDR，或压型或加工，以坡口焊接为主，并进行整体静调处理。各主要承载梁均采用钢板或钢板压形件组焊成箱形或类似结构，从整体上提高了车体的刚度和强度。各横向梁与侧梁联接均采用插入式焊接联接，而且插入处均采用了圆弧过渡，有效避免了联接部位截面变化引起刚度突变以至于应力集中。前端牵引梁和后端牵引梁是传递牵引力、承受制动力与冲击力的主要部件，由上盖板、前端板、后端板、加强撑板、中心纵梁、下盖板、车钩箱等组成空腹箱形结构，牵引梁前端焊有螺孔座，可以将安装车钩吊杆的冲击座用螺栓紧固其上；车钩箱直接焊装于前、后牵引梁的下盖板上，用于安装机车车钩、缓冲装置和变形吸能装置。车钩箱为厚板组焊的加强箱体，有足够强度满足车钩传递的牵引和冲击力，内部空间完全满足国产13号标准钩缓装置的安装和互换，与转向架相连的牵引拉杆座就直接用特殊螺栓安装在车钩箱的下部；另外，前端牵引梁上、下盖板之间还焊装有空调排气风道，两侧装有机车救援吊销孔，其下盖板上还焊有用于安装排障器的安装条。图7HXD1底架总图1后端牵引梁；2中央纵梁；3侧梁；4变压器梁；5底架盖板；6枕梁；7车钩箱；8前端牵引梁侧梁位于底架两侧，是底架主要承载及传力部件，由U形压型梁与内立板组焊而成，内立板上与枕梁、变压器梁连接处预留断口，以方便枕梁、变压器梁插入与压型梁直接连接，共同形成更加牢固的结构体。垂向减振器座与转向架整体起吊座设计成一体并焊接在侧梁下部，横向减振器座采用嵌入方式与侧梁焊接成一个整体结构，左右侧梁上各设有3个吊销套，靠中间的吊销套用于机车的整体起吊，靠后端的用于单端救援，侧梁每个吊销套位置的下翼板上焊装有架车垫板。枕梁主要承受车体和设备的重量载荷及其垂向冲击载荷，主要由压型横梁、内立板、中心纵梁、中心限位座等组成，枕梁的两端直接插入侧梁组焊；另外，变压器梁主要由倒T形纵横梁（由下翼板和立板组焊）和纵向U形中梁组焊成的框架梁，用于承载变压器的重量载荷及其冲击载荷，其倒T形横梁也直接插入侧梁组焊；中央纵梁为压型U形梁，宽度达600mm，完全贯穿于整个底架，并与各被贯穿梁焊接在一起，与侧梁同时起到主要传力路径的作用；在底架两牵引梁之间，焊装四大块10～12mm厚的盖板，主要用以直接装配机车设备或焊装装配机车设备的安装支架，各安装支架主要由压型梁与HALFEN安装导轨组焊而成，盖板也同时进一步加强了底架的刚度和强度。4司机室HXD1型机车司机室采用准流线型外形，增强了整体外观的视觉效果。司机室前部设有前窗，采用胶粘方式将复合的电加热玻璃两块分别与司机室钢结构粘接联结。司机室两侧面设有可上下开启的活动侧窗以及入口门。司机室后墙上设有走廊门，通向机械间中央走廊。司机室结构采用了骨架与蒙皮一起形成整体承载的钢结构形式，且采用左右侧墙、前墙及顶棚组成的模块化结构，因此蒙皮及骨架梁均由6mm低温容器板拼装或压型而成，不仅简化组装工艺，而且加强了司机室的承载能力。司机室前端两侧均设计成斜板箱体结构，从底部逐渐过渡到顶部，然后通过司机室侧墙上部梁自然过渡到侧构的上弦梁，这样就保证了车体拉伸、压缩工况下的力矩有效地通过司机室传递到侧构上弦梁，然后再通过侧构上弦梁传递到车体后端，同时也保证了车体整体一致的外观效果。为满足EN12663中关于司机室腰梁处应能承受300kN均布载荷的要求，司机室腰梁设计成较大的箱形结构，并设置加强隔板，该区域结构得以有效强化。为了应对司机室侧窗窗角结构性的应力集中，侧窗部位采用了6mm厚的HG785E细晶粒高强度结构钢板材。司机室入口门门角通常也是应力集中区，因此门角处设计成圆滑过渡结构，并避开了焊缝，保证了应力不会过度集中于门角或焊缝区域。司机室顶部焊有头灯安装箱及天线安装座，前下部左右两边对称焊有安装机车副头灯的安装法兰。在司机室前窗口边沿下及两侧大倒角处，焊有方便维护、清洁及调车用扶手杆。为保证司机室的防寒隔热，在司机室各主要骨架梁焊接前塞满防寒隔音材料。司机室钢结构见图。图8司机室钢结构5侧构及隔墙HXD1型机车车体侧构（如图9）采用了上倾斜网架式结构，根据设计计算分析结果，侧构骨架的设计和布置充分体现了强度和刚度强弱合理布置的原则。如布置于侧构上部的两根上弦梁均采用了6mm厚的板材，通过压型、焊接、设置加强隔板等方式，形成封闭的箱形结构，并且两上弦梁之间设置了较多、较强的联接梁，有效强化了侧构上弦梁部位的强度和刚度；而侧构下部骨架的立柱和横梁大都均设计成一边均匀断续开口的角梁结构，断续边与蒙皮焊接在一起，使断续边与蒙皮自然形成坡口，保证了其焊接可靠性，也降低了侧构平面的焊接变形，同时由于下料成型的均匀断续边，减少了人工控制断焊的不均匀性，提高了焊接质量。侧构上弦梁部位设置了多个通风口，用于安装单独通风冷却电气设备的通风过滤装置。侧构顶部焊接了HALFEN安装轨，用于安装车体顶盖。侧构除上弦梁外的其它纵、横梁均采用3mmQ345E钢板压型，蒙皮也采用3mmQ345E钢板。图9侧构结构HXD1型机车车体隔墙因不承受较大的载荷，其骨架厚度设计较薄。隔墙的司机室侧设置了隔音性能优良的减振复合隔音钢板，有效的隔离了机械间噪音对司机室的污染。后端墙不仅构成车体箱体结构的一个端面，还要考虑与另一节车相联，因此设计了后端墙门和通道。后端墙上还设置了尾照灯、联挂风挡等。隔墙及后端墙结构见示意图10。图10隔墙及后端墙组成图6顶盖HXD1型机车车体顶盖设计成四个可拆卸的框架式活动小顶盖，通过HALFEN螺栓与侧墙和顶盖联结横梁上的HALFEN安装轨相连，联结充分考虑了结构的防水性，设置了密封结构。中间的2、3号顶盖上焊有天线安装法兰，靠近后端墙的4号顶盖上焊有受电弓安装座、高压互感器安装座及上顶盖的天窗门等，各顶盖平面度要求每米不大于3mm，受电弓安装座之间的平行度不大于1mm。顶盖结构见示意图11。图11车体顶盖结构示意图四HXD2型电力机车车体HXD2型机车车体采用了由底架、司机室钢结构、侧墙、后端墙以及车顶连接横梁共同参与承载的整体承载式焊接结构。如图所示，底架以及焊接在底架各梁上用于安装设备的支架或支座位于车体下部，是整个车体的基础，也是主要的承载结构。车体两侧是波纹板侧墙结构，车体一端设司机室，另一端为车体后端墙，它们都焊接在底架上。车体组装时，用四根车顶连接横梁将两边侧墙连接起来。在车体顶部安装有3个可拆卸顶盖装置，以便车内设备的吊装。车钩缓冲装置设置在机车两端的标准高度上，机车通过该装置实现对列车的牵引和制动。机车前端外部前窗下部安装有采用大圆弧曲面过渡的玻璃钢导流罩，底架下部装有排障器，用于排除线路上的障碍物，保证机车安全运行。排障器及机车前端部设有脚踏板，便于前部设备的维护、前窗整洁及调车作业。作为重载机车，HXD2型机车将应用于我国大秦线，承担2万吨列车的牵引任务。按照HXD2型机车总体技术规范要求，机车车体纵向能够承受3600kN的压缩载荷和2500kN的拉伸载，这已经突破了我国目前机车车体设计规范规定的2000kN的要求，也比HXD1型机车和HXD3型机车车体拉压载荷均为2450kN值高，在目前国内所有引进的机车中为最高指标。车钩缓冲器是机车关键部件之一。为了满足重载列车的需求，HXD2型机车引进了由国外专业公司根据该车运行工况专门设计的高强度车钩及大容量缓冲器技术。车钩的主要部件抗破坏强度达到4000kN，缓冲器的最大容量达到100kJ以上。车体主要技术参数：车体宽度（侧墙外表面）车体高度（司机室顶部到轨面）车体底架长度车体底架宽度车体底架上平面距轨面高度两车钩中心线间距离车钩中心线距轨面高度（新轮）排障器距轨面高度（新轮）枕梁中心距车体牵引座间距车体牵引座距离轨面高度排障器总宽度2855mm3829mm17723mm2850mm1630mm19075mm880mm110mm10060mm3750mm803.5mm2050mm图12HXD2车体外形图1-前端踏板；2-玻璃钢导流罩；3-排障器；4-司机室；5-前窗；6-入口门及侧窗；7-过滤器；8-侧墙；9-顶盖；10-维修门；11-底架；12-侧窗；13-牵引装置；14-联挂风挡及过渡板1车体承载结构图为HXD2型机车车体的承载结构，由底架、司机室、侧墙、后端墙及车顶连接横梁等部分组成。另外，排障器作为机车前端的清障设备，也要进行强度考核。图13车体承载结构2底架如图14所示，HXD2型机车车体底架采用了模块化的设计方法，整个底架主要由底架前、后端装配、底架中部结构等三部分组成。它们沿机车纵向分段拼接，组成一个整体承载的框架式结构。其中前后端装配结构相同，主要包括端部牵引梁及枕梁等独立模块；中部结构包括边梁和变压器梁及台架纵梁等独立模块。台架纵梁与底架组成一体，前后分别与两端的枕梁连接在一起，同时也成为底架承载的一部分，使得整个底架结构更加紧凑。另外，为更好地传递纵向载荷，对应台架纵梁，在枕梁中部及枕梁和牵引梁之间，均设有两根纵向连接梁。它们和台架纵梁共同构成底架的中梁结构。图14底架1-牵引梁2-端部边梁3-枕梁4-中部边梁5-变压器梁6-台架纵梁7-冲击座为减少机车端部风阻和便于曲线通过，分别在底架前后端2870mm、2745mm长度处，底架两侧以2.2°向端部中心倾斜。底架全部采用S355J2G4钢板制造。3牵引梁牵引梁是直接传递机车的纵向牵引力和纵向冲击载荷的主要部件。如图15所示，它主要由12mm厚的前端板、后端板、侧立板、下盖板及8mm厚的上盖板、中立板组焊而成“L”形封闭箱体。其下部为车钩箱，用于安装车钩和缓冲装置。前后丛板座采用厚钢板焊接而成，其形位公差由专用焊接工装保证。车钩箱周围焊有磨耗板。牵引梁前端焊有冲击座，两侧设有机车救援用吊销孔。在牵引梁侧面利用箱体内部空间，设置了机车前后端砂箱。 图15牵引梁4枕梁枕梁主要承受垂向载荷，因此其结构相对较为简单。如图16所示，主要由2块20mm厚的上盖板和8mm厚的各种纵横筋板焊接而成。枕梁前后端是封闭的箱形端梁，内部焊有隔板，用于传递机车的纵向载荷。在枕梁下部，分别设有机车二系弹簧座，二系垂向减振器座，横向止挡座及机车整体起吊挂钩。其中减振器座和起吊挂钩为合金铸件。 图16枕梁5变压器梁底架共有两根完全相同的变压器梁，位于底架中部，两端与底架侧梁连接。变压器梁既要承受垂向载荷，又要承受由牵引杆带来的弯扭载荷，受力情况复杂，因此需要有较大的惯性矩和抗弯截面系数。如图17所示，变压器梁主要由上下盖板和两侧立板组成箱形主承载结构。侧立板和下盖板的厚度为12mm，上盖板的厚度为8mm，箱体高360mm，宽480mm。在梁的底部两侧设有变压器吊挂座，由于HXD2机车采用中心斜牵引杆推挽牵引方式，因此在变压器梁的底部中心焊有一块40mm厚的牵引销座板，中心为240mm×170mm×20mm的矩形沉孔，前后共有8个M24的螺纹孔，用于安装牵引销。变压器梁与边梁的底部的连接处，采用R100的圆弧过渡，减少了局部应力集中现象。
图17变压器梁6侧梁侧梁位于底架两侧，包括中部侧梁和端部侧梁，它是主要的承载和传力部件。由于HXD2型机车采用中间走廊，车内设备主要分布在机车中部两侧，因此中部侧梁设计成由一块12mm厚的“L”形压形板和一块8mm厚的近似“L”的压形板组焊成高度为520mm的狭长的封闭箱体，内部沿纵向分布有隔板。这样的封闭截面有着较大的抗弯扭刚度。端部侧梁由12mm厚的“L”形压形板和12mm厚的侧板及8mm厚的上盖板组焊而成，内部焊有压形槽钢筋板。侧梁在靠近牵引梁处向下延伸，与牵引梁高度相适应，避免截面突变引起的应力集中。在侧面设置了用于机车整体起吊的吊销孔和砂箱注砂孔。顶部有用于车内设备安装的定位销。6司机室钢结构司机室钢结构采用模块化设计，由前墙、左右侧墙及顶部结构四部分组焊而成。前墙上部向后倾斜30°，由四根封闭的梁柱组成前窗窗口，用来安装前窗玻璃，下部用一块8mm厚的整板压形蒙皮与前墙的5根立柱组焊成一体。左右侧墙的斜度与底架相同，其结构主要由门框立柱与连接司机室前墙的横、斜梁和4mm厚的侧板组成，两侧上弦梁后部设计成与侧墙上弦梁截面形状一致的箱形结构，保证组焊后与侧墙上弦梁完全衔接起来。其前部与司机室前窗上梁采用一块4mm厚的压型三维曲面板平滑过渡联接，在应力较高的门窗孔角处均焊有加强的圆弧板，保证了机车载受纵向压缩或拉伸时力流在整个车体内平稳传递，充分发挥整体承载作用。司机室结构如图18所示。司机室两侧的斜度与底架相同，其后部与底架宽度相同，为2850mm，前墙下部内侧与底架端部平齐，距离司机室后墙为2258mm，顶部距底架上平面2199mm。车体司机室结构强度符合UIC566标准要求，结构设计充分考虑安全性、可维修性及人机工程学，并加强了司机室的气密性设计，对主要的长大焊缝都有气密性要求。图18司机室钢结构7排障器为排除线路上的障碍物，在机车前端安装有排障碍。按照GB/T3317-2006《电力机车通用技术条件》及合同规定，排障器中央底部应能承受相当于140kN静压力的冲击力。排障器形状应利于排除轨道上障碍物。HXD2型机车排障器为板式焊接结构，如图所示。主体为8mm厚的“L”形压型弯板，中部焊有6mm厚的筋板，在筋板和弯板之间向后倾斜对称焊接两块6mm厚的三角形翼板。两边焊有工作人员调车用的脚踏板座，中部有各种管子卡座，后部为排障器安装座板。座板上开设能够调整排障器高度的长圆孔。排障器用8个M16的螺栓安装于底架牵引梁下部。按要求，机车落车后其高度需要调整为距轨面110±10mm。图19排障器8车顶盖装置HXD2型机车车顶盖装置是机车车体的重要组成部件，每台机车分为A、B两个单元，每个单元有三个顶盖。车顶盖装置包括位于车内机械间上的顶盖Ⅰ、顶盖Ⅱ和位于车尾端生活间上的顶盖Ⅲ、顶盖Ⅳ以及顶盖连接、密封装置，其主要作用是能够安全可靠地支撑车顶上安装的所有设备，确保车内设备安装方便，同时要满足车体密封并为车内设备提供清洁冷却空气的要求。顶盖的安装布置如图20所示。车顶盖装置主要特点：外形尺寸较长，顶盖Ⅰ、Ⅱ的长度分别为6217mm和6292mm，顶盖上平面为水平平面，在方便制造的同时，有利于机车顶部设备布置；采用单层大顶盖结构，主要材料为Q345高强度钢板材，有着较高的强度和刚度；顶盖下部四周镶嵌整体式中空橡胶密封条，保证了车体的密封性能。图20车顶盖1—顶盖Ⅰ2—顶盖Ⅱ3—顶盖Ⅲ4—顶盖Ⅳ第二节机车牵引缓冲装置
一、牵引缓冲装置的作用与组成牵引缓冲装置是机车的重要部件，它的用途是把机车与车辆连接或分离列车。在运行中传递牵引力或冲击力，缓和及衰减列车运行由于牵引力的变化和制动力前后不一致而引起的冲击和振动。因此.它具有连接、牵引和缓冲的作用。牵引缓冲装置的构造、性能及状态在很大程度上影响列车的运行平稳性。在运行中应经常检查车钩的状态，如发现重大的缺陷，应及时处理，否则将会引起列车的严重事故。牵引缓冲装置(如图21)由车钩、缓冲器及车钩复原装置三个部分组成。车钩及缓冲器设置在牵引梁内。钩尾销将车钩与钩尾框连成一体。在钩尾框内预先安装前从板及缓冲器，然后再装到牵引梁从板座内。钩尾框利用尾框磨耗板及尾框托板托住，托板固定在牵引梁上。钩体前部坐落在磨耗板及均衡梁上。组装后的牵引缓冲装置，允许车钩可以在人力作用下能上下、左右小幅摆动。图21机车牵引缓冲装置结构图1-钩锁链提杆装置；2-车钩；3-钩尾销；4、9-前后从板座；5-前从板；6-钩尾框；7-尾框托板；8-尾框磨耗板；10-缓冲器；11-吊杆；12-均衡梁；13-磨耗板力的传递：机车牵引时车钩缓冲装置处于受拉状态。牵引力经车架、牵引梁、前从板、缓冲器、钩尾框、钩尾销传至车钩，当机车受冲击时，装置处于受压状态，冲击力的传递方向与牵引时相反。二、牵引缓冲装置的检查与维修1检查提杆座、钩尾托板、钩门板支撑角钢、钩尾销等处的螺栓不得松动。2检查车钩、钩尾框、缓冲器状态是否正常。3车钩三态作用应良好，钩舌与钩腕内侧距离在闭锁位时为112~122mm，全开位时为220~235mm。4闭锁位置时，上锁销锁链应保持25~45mm的松余量。5检查车钩水平中心线距轨面高度，应在870~890mm的范围内。6车钩、钩尾框应严格按照图纸及《车钩、钩尾框技术条件》（TB456-1991）进行焊补和修理。三车钩车钩时牵引缓冲装置中的主要部件之一，起连挂车辆或其他机车的作用。现代各国普遍采用自动车钩，具有自动连接的性能。不同类型的车钩，其结构虽有些差异，但其作用原理是相同的。根据车钩开启方式，可将车钩分为上作用式和下作用式两种。由设在钩头上部提升机构开启的，叫上作用式；由设在钩头下部推顶机构开启的叫下作用式。前者开启比较轻便。（1）对车钩的基本要求车钩应具有足够的强度及疲劳寿命。设计车钩通常采用增强法，即对不同部位如钩舌、钩体和钩尾，应有不同的要求，车钩体和尾框的拉伸强度为钩舌的1.3倍左右。疲劳寿命应为160万公里，约10年左右。易于辨别是否完全连接，以免因误认而造成列车分离事故。车钩应有可靠的连接。不能因冲击、振动和跳动而自动解锁脱钩。构造简单，操纵、拆装和检修方便。不能因车钩各部分的正常磨耗而失去车钩的安全作用。（2）车钩构造车钩由钩体、钩舌、钩舌销、钩舌推铁、钩锁和锁提杆组等组成。车钩的材料，热处理工艺及其结构形式和尺寸，对车钩的强度、耐磨性、纵向自由间隙有很大的影响。车钩连接时，两车钩轮廓线间具有的纵向自由间隙（对重载列车由于车列长，此纵向自由间隙的积累也大）加上缓冲器的压缩量，使车辆具有较大的可移动量。这个移动量虽对机车起动有利（各辆车分别起动可减少起动阻力），但在重载列车中，此可移动量却会引起很高的车钩加速度（经测试可达50g）及很大的纵向冲击力。此外，对于旅客列车，它还降低了旅客的舒适度。我国机车现用车钩，已经部颁标准通用化，有TB1594-1985内燃、电力机车(上作用)和TB1595-1985内燃、电力机车(下作用)两种。可根据设计需要而选用。例如DF11型机车采用TB1594-1985上作用车钩；DF4D型机车、SS8型机车采用TB1595-1985下作用车钩。车钩的结构形式、尺寸大小，也与货车13号下作用车钩一致，不同点仅在车钩体尾部呈半径130mm的圆弧状。两种车钩的材质，除钩舌销、衬套外各零件均为ZG230~450铸造，其主要部件的最小破坏载荷为：钩舌2250kN，钩体2800kN，钩尾框2800kN。（3）车钩的三态作用车钩的三态即车钩工作时各零部件处于不同位置，起着不同的作用从而使车钩具有闭锁、开锁和全开三个工作状态，称为车钩的三态作用。闭锁位—为机车车辆连挂后的车钩位置。此时，两钩舌旋入互相抱合，钩锁因自重落下，卡在钩舌尾部与钩头空腔内壁之间，钩舌不得张开。开锁位—是一种闭而不锁的状态，为摘车时的位置此时钩舌虽未张开但钩锁已被人为操纵顶起一定高度，即解除了对钩舌的锁闭。只要机车稍稍移动，钩舌即可向外转开，使机车和车列分离。全开位—车钩钩舌完全张开准备挂钩时的位置。此时，钩锁坐落在钩舌尾部上方，不能落下。相互挂接的两个车钩，必须有一个处于全开位，另一个则处于什么位置都可以。（4）车钩复原装置列车曲线运行时，车钩中心线与车体中心线之间必将产生一个偏角，即车钩要产生左右摆动。为了使列车能顺利地通过曲线，以及在曲线半径R不小于250m的弯道处摘挂列车，除在牵引梁中间开有较宽的钩门；钩头肩部与冲击座留有80mm的距离；车钩尾部及与其接触的从板面上，加工成相应的圆弧形外，还在冲击座上安装了车钩复原装置，以增加车钩摆动的灵活性和复原能力。该复原装置由吊杆、均衡梁组成。钩体坐在均衡梁上，均衡梁两端悬挂在牵引梁的冲击座上，车钩向一侧偏倚时借车钩自身重量的水平分力，使车钩及均衡梁恢复到原来正常的位置。四缓冲器缓冲器用来减小列车在运行中由于牵引力的变化或在起动、制动及调车挂钩时机车车辆相互碰撞而引起的冲击和振动，从而减小机车车辆结构的破顶和货物的损伤，提高列车运行的平稳性。缓冲器的工作原理与减振器相同。它一方面借助弹性元件来缓和冲击作用力，另一方面在弹性元件变形过程中吸收冲击能量。目前我国机车上采用的缓冲器有二号缓冲器(全钢摩擦式)、MX-1型摩擦式橡胶缓冲器和MT3型缓冲器等。（1）缓冲器的分类缓冲器就其结构来说基本上可分为三类：弹簧摩擦式缓冲器：该缓冲器由弹簧和摩擦件组成，如二号，MT-3型缓冲器。橡胶摩擦式缓冲器：该缓冲器由橡胶元件和摩擦件组成.如MX-1型缓冲器。液压缓冲器：该缓冲器用液压系统吸收冲击能量，可以精确地进行控制，是一种新型缓冲器。其特点是容量大，但结构复杂，制造维修要求水平高。（2）缓冲器的性能参数图中所示是缓冲器的示功图。纵坐标是缓冲器的阻抗力，横坐标为行程。行程--缓冲器受力下产生的最大变形量，称为行程。此时，弹性元件处于压死状态，当继续增大外力时，变形量不再增加。最大阻抗力--缓冲器达到行程时的作用外力。缓冲器容量--缓冲器在受到冲击时，全压缩过程中所做的功称为缓冲器的容量，即图中的面积OACO。能量吸收率---缓冲器在压缩过程中.有一部分冲击能量被阻尼所消耗，即阴影面积OABO。其消耗部分能量与容量之比，称为能量吸收率的能力。吸收率越大，则反拨作用小，冲击过程停止得越快回弹能量--缓冲器在复原时所放出的能量，即面积OBCO。耐久性--缓冲器在运用中保持其容量的能力.称为耐久性。（3）对缓冲器的基本要求有足够的容量和较高的冲击能量吸收率(不小于75%)有足够的强度和耐久性。在小冲击力作用下动作灵敏。摩擦件应耐用、耐磨、磨耗均匀。（4）我国目前使用的缓冲器A二号缓冲器二号缓冲器结构见图23，是环弹簧靡擦缓冲器，它依靠环簧的变形及圆锥面上的摩擦力来缓冲和吸收冲击时的动能。为提高其灵敏度在前端设有几个开口的小环簧。缓冲器有3mm的预压量（15kN），以保证各环密贴，防止损失有效行程。其额定容量为30kJ左右，阻抗力为1275kN，行程为67.7mm。这种缓冲器性能较稳定，环簧受力也较合理，在运用中环簧易卡死，环簧工作面磨耗也较严重。DF4D型机车采用此缓冲器。图23二号缓冲器1-弹簧盒盖；2-弹簧盒；3-开口内环弹簧；4-外环弹簧（小）；5-外环弹簧（大）；6-内环弹簧；7-半面环弹簧；8-弹簧盒底板BMX-1型缓冲器MX-1型是摩擦式橡胶缓冲器，如图24所示。图24MX-1摩擦式橡胶缓冲器1-橡胶片组成；2-箱体；3-压块；4-楔块；5-预隔板；6-中隔板；7-底隔板；8-底板缓冲器的头部为摩擦部分，由三个形状相同带有倾角的楔块、压块、金属橡胶片、隔板和箱体组成。楔块介于箱体与压块之问，当缓冲器受压缩时产生摩擦，消耗冲击动能。后部为弹性部分，由九块金属橡胶片及隔板所组成。这部分除起弹性压缩和复原作用外，也能吸收一部分冲击动能。其额定容量为34kJ，阻抗力为1568kN，行程为65mm。该缓冲器的特点是能量吸收率较高，零件少，重量轻，结构简单维修量小，但性能不稳定，橡胶易老化、开裂箱体及底板等零部件易发生裂纹。DF11型机车、SS8型机车采用这种缓冲器。CMT-3型缓冲器MT-3型缓冲器如图25所示。缓冲器头部为摩擦部分，由两个形状相同带有倾角的楔块、斜板动板、内圆弹簧、外圆弹簧、角弹簧、复原弹簧、压头及箱体等组成。当缓冲器压缩时通过压头、斜板、楔块、动板及箱体之间产生的摩擦及内、外圆弹簧的弹性变形消耗冲击动能，并得到缓冲。其额定容量为≥45kJ，阻抗力为2000kN、行程为83mm。该缓冲器容量较大、维修量少外形尺寸可与其他类型缓冲器互换。DF8B型内燃机车采用这种缓冲器。随着铁路向高速、重载方向发展，上述缓冲器在容量与性能方面，仍需进一步提高与改善。图25MT-3型缓冲器1-箱体；2-压头3-缩短销；4-楔块；5-斜板；6-外固定板；7-动板；8-中心弹簧座；9-角弹簧座；10-内圈弹簧；11-外圈弹簧；12-角弹簧；13--复原弹簧五密接式车钩简介一般机车车辆的自动车钩连接后，存在纵向间隙数毫米至十几毫米不等，甚至更大，该纵向间隙使列车在起动及制动过程中产生纵向冲动。对于高速动车组和城市轨道车辆，由于列车起动加速度及制动减速度大，必须采用连接后无纵向间隙的密接式车钩，以减小列车起动加速及制动减速过程中列车的纵向冲动。密接式车钩连接后纵向间隙不大于0.5mm。密接式车钩分自动车钩、半自动车钩和半永久性牵引杆三种。密接式自动车钩置于列车端部。车辆的电气和空气管路连接装置都装在钩头上，当车辆连挂时，钩头能自动对中，车钩的机械、风路、电路系统都能自动连接。解钩时，可在司机室控制自动解钩也可用手动解钩。解钩后，车钩即处于待连接状态。电气连接器通过盖板自动关闭，以防止水和尘土进入；风管连接器也自动关闭，防止压缩空气泄漏。密接式半自动车钩用于两编组单元之间的车辆连挂。譬如说4辆车或3辆车为一个单元，再由数个单元编组成一列车。通常半自动车钩的钩头连接形式与自动车钩相同。两个相同的车钩，可以在低速情况下，在直线线路和曲线线路上自动联结。半自动车钩可以实现两组车的机械、气路的自动连接，电气连接只能由人工手动完成，解钩由人工手动完成。车组解钩后，风管自动关闭，车钩处于待连接状态。半永久性牵引杆用于同一编组单元内车辆之间的连接，几辆车编组成一个单元。编组单元在列车使用过程中一般不需要分解，通常只在车辆修理时才分解。车辆用半永久性牵引杆连接后形成刚性连接，其连接间隙最小。半永久性牵引杆是将两车的连接方式由车钩连接改为简单的牵引杆连接，牵引杆端部与缓冲器相连。半永久性牵引杆的机械、气路和电路的连接和分开都是人工手动完成的。六HXD1牵引缓冲装置HXD1型机车牵引缓冲装置（与HXD3型机车相同）主要包含小间隙的13A型E级钢车钩、钩尾框、车钩提杆和吊杆装置、大容量的QKX100型弹性胶泥缓冲器以及变形吸能单元。车钩组装后钩身可以在人力作用下作摆动，以便于在曲线半径不少于R250m弯道处摘挂。钩头肩部与冲击支座距离为：前端牵引梁处102mm，后端牵引梁处98mm。在冲击座上方安装吊杆装置以增加车钩摆动的灵活性和复原能力。车钩水平中心线距轨面高度为880±10mm，车钩高度的调整可由在钩尾框托板上加垫或改变冲击支座下方吊杆装置的均衡梁上的磨耗板厚度来进行调整，必要时吊杆头上的垫板也可稍稍改变厚度以调整车钩高度。车钩的三态作用应在车钩轴线呈水平的状态下，通过解钩提杆，严格检查车钩的三态作用是否良好。QKX100弹性胶泥缓冲器主要由弹性胶泥芯子、壳体、连接板和螺杆等组成。该型缓冲器还满足如下应用要求：用于总重100吨车辆的允许联挂速度不低于10km/h；1/3行程时的阻抗力不小于800kN；缓冲器的使用寿命不小于机车车辆的一个厂修周期。车钩间隙小和缓冲器大容量、高吸收率有效减少了机车纵向冲击，同时，满足传统标准化钩缓接口尺寸，也确保HXD1机车钩缓系统与既有机车的互换，提高使用效率，减少维护工作量。变形吸能单元是由特殊材料制成的薄壁筒形结构，具有高抗压强度和高延伸率特征，在紧急碰撞情况下，它能通过塑性变形使每组变形吸能单元（左、右各为一组）大量吸收碰撞动能，最大限度地保护了车体结构不受破坏以及司乘人员的安全。车钩提杆装置为锻造弯杆，由于车体司机室前端牵引梁有一定倾斜，所以前端车钩提杆与后端车钩提杆有些不同，但都是单边旋转提钩。牵引缓冲装置如图26所示。图26HXD1牵引缓冲装置示意图七HXD2车钩与缓冲器HXD2型机车分别采用了由大同法维莱车钩系统有限公司生产的DFC-E100型和LAF（LESAPPAREILSFERROVIAIRES）公司生产的LAF1870型两种钩缓装置（见图）。法维莱公司和LAF公司都是欧洲自动车钩的主要制造商，有数千种车钩在铁路、矿井、钢铁企业中使用。3
12图27钩缓装置1—车钩2—缓冲器3—解钩装置钩缓装置在HXD2型电力机车车体上的安装结构如图所示。图28车钩安装图1—钩缓装置2—副摩擦块3—托板车钩和缓冲器安装在底架端梁内，下部依靠副摩擦块和托板支撑。车钩水平中心线距轨面的高度为880±10mm，车钩高度可以在托板上或在副摩擦块中增加或减少进行调整。DFC-E100型和LAF1870型两种钩缓装置除缓冲器材料及内部结构尺寸有所差异外，安装尺寸及主要技术性能参数完全相同。但与我国现在通用的车钩和缓冲器在外形、结构、尺寸等方面均有所不同，不能实现与我国现在通用的车钩和缓冲器的互换。它们适合在重载货运机车或货车上使用。以下以LAF1870钩缓装置为例，介绍HXD2型机车的钩缓装置。1车钩车钩用来实现机车和车辆之间的连挂和传递牵引力和冲击力，并使机车和车辆保持一定的距离。车钩由钩体、钩舌、钩舌销、钩锁、钩舌推铁、下锁销装配组成。结构如图所示。
图29车钩1—钩体；2—钩舌；3—钩锁；4—钩舌推铁；5—钩舌销；6—下锁销装配车钩的主要技术参数：车钩开度：闭锁位置112～122mm全开位置220～235mm主要部件的最小破坏载荷：钩体4005kN钩舌3430KN钩尾框4005kN车钩的水平摆角：±19°（DFC-E100型为±12°）车钩的材料为E级钢。车钩执行的标准是AARM211，钩头是AAR标准的E型钩头，连接轮廓是10A轮廓。车钩的三态作用应在车钩轴线水平状态下，通过解钩装置，进行检查。全开位置：转动解钩装置中的提杆，钩舌必须达到全开位置。闭锁位置：在全开状态时，将钩舌向钩头里稳定地推动，钩舌必须转动到全闭状态，钩锁因重力作用顺利地落到锁定位置，锁定钩舌不能旋转。开锁位置：转动提杆，让钩锁上升离开钩舌尾部，钩舌不许转动。再回转提杆，钩锁落下，坐落在钩舌推铁的锁座前顶面上。此时用手扳动钩舌，钩舌必须能自由地转动到全开位置。车钩的闭锁位置和开锁位置的判断：依靠下锁销体的位置来判断。当下锁销体的防跳尖端在钩头内部时，车钩处于开锁位置；当下锁销体的防跳尖端在钩头外部时，车钩处于闭锁位置。2缓冲器HXD2型机车缓冲器由钩尾框、钩尾销、缓冲组件、止挡、柱塞等组成。缓冲组件的吸能材料为橡胶。结构所示。图30缓冲器1—钩尾框；2—缓冲组件；3－钩尾销；4—止挡销；5—止挡；6—柱塞缓冲器的拉伸结构和压缩压缩不同，导致缓冲器的容量与行程在拉伸和压缩时的值不同。缓冲器的工作原理：当车钩受到拉伸时,牵引力通过钩尾销从车钩传递到钩尾框，钩尾框向前运动，压缩缓冲组件的后板，压缩组件中的中间板与车体从板座接触，压缩组件的后部承受牵引力。如图所示。图31牵引状态1—缓冲组件；2—钩尾销；3—车体从板座；4—中间板；5—后板；6—钩尾框当车钩受到压缩时,冲击力通过钩尾销从车钩传递到钩尾框，钩尾框向后运动，压缩缓冲组件的前板，压缩组件中的后板与车体从板座接触，压缩组件整体承受冲击力。如图所示。图32压缩状态1—钩尾销；2—钩尾框；3—后板；4—车体从板座缓冲器与车钩连接部位的结构具有使车钩自动复位的功能。当列车在曲线上运行时，车钩中心线与车体纵向中心线之间将产生一偏角。如果车钩偏移后不能迅速地恢复到正常位置，会增加列车运行时的摆动量，而且还会造成列车解钩困难。因此在机车和车辆上均装有车钩复位装置。车钩和缓冲器自身具有车钩复位的功能，不必再安装其它的车钩复位装置。缓冲器内部前端四角分别安装一个柱塞。柱塞前端与车钩尾部的凸台接触，后端与缓冲组件中的前板接触。当车钩向一侧偏转时，缓冲器中只有此侧的柱塞压缩前板，按照反作用力原理，车钩尾部此侧受力，形成一个与车钩偏转方向相反的力偶，迫使车钩回复到中心位置。结构见下图所示。1-柱塞图33车钩复位3解钩装置解钩装置包括提杆、滑杆、左支座、右支座。解钩装置可以实现操作者在机车侧面对车钩的解锁。结构如下图所示。图34解钩装置1-提杆；2—滑杆；3—右支座；4—左支座思考：1.罩式车体的结构特点是什么?2.试述桁架式及框架式承载车体的优缺点？在大功率内燃机车上应该采用哪一种？3.什么叫车钩的三个工作状态？4.对缓冲器的基本要求是什么？5.缓冲器的结构有哪几种?第三节机车转向架
一机车转向架的任务、组成和主要技术要求1任务现代机车的走行部基本上都采用转向架的形式.转向架的任务是：（1）承受车架以上各部分的重量，包括车体、车架、动力装置以及辅助装置等。（2）保证必要的黏着，并把轮轨接触处产生的轮周牵引力传递给车架、车钩，牵引车列前进。（3）缓和线路不平顺对机车的冲击和保证机车具有较好的运行平稳性和稳定性。（4）保证机车顺利通过曲线。（5）产生必要的制动力，以便使机车在规定的制动距离内停车。2组成机车转向架由下列主要部分组成：（1）构架—是转向架的骨架，承受和传递垂向力及水平力。（2）弹簧装置—用来保证一定的轴重分配.缓和线路不平顺对机车的冲击并保证机车的运行平稳性。（3）车体与转向架的连接装置—用以传递车体与转向架间的垂向力及水平力(包括纵向力如牵引力或制动力、横向力如通过曲线时的横向作用力等)。使转向架在机车通过曲线时能相对于车体回转在较高速度的机车上，车体与转向架间还设置横动装置，使车体在水平横向成为相对于转向架的簧上重量，以提高机车在水平方向的运行平稳性。（4）轮对和轴箱一轮对直接向钢轨传递机车重量，通过轮轨间的黏着产生牵引力或制动力，并通过轮对的回转实现机车在钢轨上的运行。轴箱是联系构架和轮对的活动关节，它除了保证轮对进行回转运动外，还能使轮对适应线路等条件，相对于构架上下、左右和前后活动。（5）驱动机构—将机车动力装置的功率最后传递给轮对。电传动机车的驱动机构由减速齿轮箱等组成。（6）基础制动装置—由制动缸传来的力，经杠杆系统增大若干倍后传给闸瓦或闸片，使其压紧车轮或制动盘，对机车进行制动。3主要技术要求机车转向架是机车的主要组成部分之一。它用来传递各种载荷，并利用轮轨间的黏着保证牵引力的产生。转向架结构性能的好坏，直接影响机车的牵引能力运行品质、轮轨的磨耗和列车的安全。特别是机车向高速、大功率方向发展，对转向架的要求就更高了。根据现代机车的发展趋势，转向架应具有的技术要求是：（1）保证最佳的黏着条件保证最佳的黏着条件，轴重转移尽量小，以满足提高客、货运机车牵引力的要求(一般要求黏着重量利用率不低于90%)。（2）良好的动力学性能在直线或曲线区段运行时，具有良好的动力学性能，尽可能减小对线路的动作用力和减少轨道及车轮的应力与磨耗。因此，对客、货运机车的簧下重量应有不同的要求，客运机车每轴簧下重量应不大于30kN，高速机车的簧下重量应更小些；货运机车每轴簧下重量不大于40~50kN。干线机车应采用两系悬挂，并增大弹簧装置的静挠度，以适应高速运行的需要。一系悬挂只用于调车机车。（3）自重轻，工艺简易转向架构架在满足强度和刚度要求的前提下，尽可能减轻自重，制造工艺简易，各梁之间一般不允许用螺栓连接（4）良好的可接近性要求转向架各部分具有良好的可接近性，在保证运用可靠的前提下，结构简单，采用无磨耗及不需维修的结构形式，以减少维修工作量及延长两次维修间的走行公里数。（5）零部件材质统一设计转向架时，要求各零部件结构和材质尽可能统一化。二机车转向架分类机车转向架的形式很多，一般可按下列几种方法分类口1按轴数分类按轴数进行分类有两轴转向架、三轴转向架和四轴转向架。例如北京型内燃机车、SS8型电力机车均为两轴转向架，DF4型内燃机车为三轴转向架。为适应重载运输，国外在试用单节大功率的八轴内燃机车，即转向架为四轴。八轴机车的轴式基本上可分为D0-D0、B0-B0-B0-B0和B0+B0-B0+B0三类。D0-D0为转向架的四根动轴都固装在同一转向架构架内。由于其全轴距长，曲线通过性能差，现在已很少采用。B0-B0-B0-B0为机车走行部由四台两轴转向架组成。这种结构虽然简单，但由于机车通过曲线时，各转向架有受力不均的缺点，因此也很少采用。B0+B0-B0+B0由两台两轴转向架组合而成一台四轴转向架。2按机车速度分类按机车的速度进行分类，有高速转向架，车速在200km/h以上；快速转向架，车速140~200km/h及普通转向架。3按弹簧装置形式分类按弹簧装置的形式进行分类，有一系和两系悬挂转向架之分。前者适用于低速机车，后者适用于中高速机车.4按轴箱定位形式分类按轴箱定位形式分类，可分为有导框定位转向架和无导框定位转向架。我国除DF型内燃机车的转向架和HXN5型内燃机车的转向架采用导框定位外，其他国产机车都采用按轴箱定位转向架。5按车体与转向架的连接装置形式分类按车体与转向架的连接装置形式进行分类，可分为有心盘转向架和无心盘转向架两种。三转向架构架转向架构架是转向架的骨架，用以联系转向架各组成部分和传递各方向的力，并用来保持车轴在转向架内的位置(如车轴相互平行并垂直于构架纵轴线)。它一般由左、右两侧梁及一个或几个横梁组成，如图35所示。图35转向架构架示意图1-端梁；2-轮对；3-横梁4-心盘；5-侧梁；6-牵引电动机侧梁不仅是向轮对传递垂向力、纵向力和横向力的主要构件，还用来规定轮对的位置。横梁用来保证构架在水平面内的刚度，保待各轴的平行及承托牵引电动机。两端的横梁又称为端梁。具有端梁的呈矩形的构架，称为封闭式构架；只有一个或两个相邻的中部横梁而没有端梁的构架，称为开口式或H形构架。中部横梁通常用来安装心盘、旁承，以传递机车上部结构的重量和吊挂一部分基础制动装置。有的还在两横梁之上焊接一纵向牵引梁，以便在其上安装心盘。端梁用来保证构架的水平刚度，有时仅用来吊挂一部分基础制动装置。转向架构架的设计原则为：1构架是转向架的一个重要部件，它是转向架其他零部件的安装基础。因此，设计时必须全面考虑构架与各有关零部件的相互位置等问题。2构架各梁应尽可能设计成等强度梁，以保证能获得最大强度和最小自重。近代大功率高速机车，为了减轻轴重而对减轻构架的自重提出了更高的要求。3构架各梁的布置应尽可能对称，以简化设计和施工。如对称布置有困难，也应尽量减少非相同零件的数量。4各梁本身以及由各梁组成构架时，必须注意减少应力集中。因此，各梁相交处的过渡要平缓、圆滑，切口处要相应补强。5除了保证强度外，构架还要有足够的刚度，因为刚度不足会造成载荷分布不均匀或各梁本身产生自振等问题。6采用电焊结构时必须注意施工方便，具有足够的焊缝尺寸。焊缝应布置在应力较小处，并满足一般焊接结构的要求。焊缝还应便于检查和修理。焊接后应消除内应力。7在构架上需考虑设有机车出轨后使机车复位的支承部位。现代机车转向架构架有铸造和焊接两种形式。铸钢构架的特点：在铅垂和水平面内抗弯、抗扭强度和刚度都较大，机械加工量小，材料利用较好，可按受力大小设计铸件形状等优点，但有对铸造工艺要求较高，需要大型铸造设备；设计时必须符合铸钢件要求，壁厚至少20mm，不可能很轻。造价较高，加工往往要专门机床等缺点。我国机车转向架多采用焊接构架。焊接构架，特别是钢板压型焊接构架，与其他形式的构架相比，具有重量轻，使用材料经济，有足够强度和刚度等优点。四弹簧装置及减振器机车的弹簧装置由弹簧（圆弹簧、板弹簧及橡胶簧）和减振器组成。弹簧装置（一系悬挂）设置在转向架与轴箱之间。弹簧装置以上的重量，称为簧上重量；弹簧装置一下的重量，称为簧下重量（或称死重量）。在低速机车上，只在构架与轴箱之间设有弹簧装置，如DF型内燃机车的弹簧装置。这种弹簧装置的静挠度较小。随着机车速度的提高，除构架与轴箱间的第一系弹簧外，还在车体与转向架之间设置第二系弹簧。采用两系弹簧悬挂，可减小弹簧装置的合成刚度，增大它的总静挠度，以改善机车在垂直方向的运行平稳性和减小机车对线路的动作用力。DF8、DF11等内燃机车及和谐型机车都采用两系弹簧装置。弹簧装置有两个作用：第一作用是给机车各轴以一定的重量分配，并使所分配的重量在车轮行经不平线路时不致发生显著变化；第二个作用是当机车车轮行经线路不平顺处或因车轮不圆而发生冲击时，弹簧装置可缓和其对机车的冲击。五车体与转向架的连接装置车体与转向架的连接装置(例如心盘及旁承)的作用是：保证机车的重量、纵向力(牵引力及制动力)、横向力的正常传递，轴重的均匀分配和车体在转向架上的安定；容许转向架进出曲线时相对于车体进行回转运动。因此它既是承载装置，又是活动关节。机车速度的提高和功率的增大引起了人们对这种连接装置的构造和性能的重视。对于速度较高的机车，这种连接装置的性能好坏，直接影响机车的动力学性能，特别是横向动力学性能。例如要求车体与转向架之间成为横向弹性连接，以改善机车在横向的运行平稳性。此外，它还影响机车的黏着重量利用率（即牵引力作用下的轴重转移）。车体与转向架之间的连接装置有很多形式。下面介绍两类：一类是心盘(或牵引销)和旁承的结构，一般在这种形式的连接装置中，心盘（或牵引销）只传递纵向力和横向力，车体重量全部由旁承传递。旁承可以是弹性的，也可以是刚性的。根据设计要求的不同，一个转向架上可能是两个旁承，也可能设置四个旁承。如DF型内燃机车的连接装置由一个心盘和四个刚性旁承组成，ND4型内燃机车采用牵引销和四个橡胶旁承，HXN5型内燃机车采用中心销和三个橡胶堆支承垫。另一类是牵引杆装置和旁承的结构。为了传递牵引力、降低牵引点和使转向架能相对于车体转动和横动，以及在转向架中部空间被其他部件占用的时候，多采用杆件系统来取代心盘，现在电传动内燃机车及电力机车上，为布置方便也常采用这种结构。如DF4型内燃机车由两根牵引杆、两个拐臂和一根连接杆组成的牵引杆装置和平面摩擦式旁承结构。HXD1型电力机车的高圆弹簧弹性旁承装置，HXD2型电力机车的单牵引杆装置等。1心盘和旁承下图所示为DF型内燃机车的连接装置，由一个心盘及四个刚性旁承组成。心盘设置在转向架的几何中心上，四个旁承布置在与心盘同一圆心、直径为2730mm的圆周上；滚子轴线与半径间的夹角为5°。图36DF型机车心盘1-心盘；2、3衬套；4-下心盘图37DF型机车旁承布置示意图心盘由上心盘及下心盘组成。上心盘是铸钢体，焊接在车架的心盘横梁上。下心盘是转向架牵引梁上的中心圆孔，孔内镶焊45号钢制成的衬套。在上心盘体上焊有10mm厚的耐磨衬套，通过这个衬套与下心盘的接触，传递牵引力和横向力。上下心盘底部留有一定的间隙，保证心盘不传递垂向载荷。心盘装置用机油润滑。旁承由旁承滑块，上、下滑板，滚柱和旁承体等组成，旁承体用四个螺栓安装在转向架侧梁上。旁承滑块的顶面为凹状球面，与车架上的球头相接触。旁承滑块中央有油孔，底面有十字形油沟。旁承滑块放在上滑板上。上、下滑板之间有两个圆柱形滚柱，两个滚柱用滚柱套连在一起，使滚柱运动同步。上、下滑板与滚柱为斜面接触，斜面与水平面的夹角为2°。当转向架相对于车体绕心盘转动时，旁承内各组件的运动比较复杂。其中主要的运动有两个，即滚柱相对于上下滑板的滚动；旁承滑块相对于上滑板顶面的滑动(与滚柱运动方向垂直)。2高圆弹簧弹性旁承装置近年来，国外在速度较高的机车上广泛采用称为“挠性悬挂的高圆簧弹性旁承装置，如图所示。它取消摩擦旁承，采用高圆簧，以降低转向架的横向刚度。旁承布置在转向架两侧中央部分，每侧由三个或四个高圆簧组成（主要决定于垂向载荷的大小）。圆簧的上下两端固定，因此这种装置结构简单且无摩擦副。转向架相对于车体的横动运动和回转运动，都通过圆簧的横向弹性来获得，它的横向及回转刚度能和橡胶堆旁承同样地设计得比较小。同时用它还可以得到较大的垂向静挠度，而使用橡胶堆旁承是难以达到的。现代速度较高的机车取消摩擦旁承，广泛采用橡胶堆旁承或高四弹簧弹性旁承，以改善机车的曲线通过性能和轮轨的过早磨损；采用高圆弹簧悬挂装置可使转向架的横向振动更好地与车体隔开在弹簧悬挂装置中不仅在垂向和横向设置减振器，而且在纵向也设置具有恒量阻尼的纵向液压减振器，以控制转向架的蛇形振动，使机车具有良好的动力学性能。应当指出的是，由于高圆弹簧受力工况比较恶劣，为了保证高圆弹簧悬挂装置安全正常工作对弹簧的设计、材料的选取和制造工艺都提出了较高的要求。3单牵引杆装置单牵引杆装置是转向架与车体之间，在纵向用一根牵引杆连接，用来传递纵向牵引力/制动力。牵引杆的一端与转向架构架相连，另一端与车体底架相连(如图所示)单牵引杆装置在结构上必须容许机车运行中转向架与车体之间的各向相对位移，包括机车通过曲线时转向架相对车体回转的角度，机车运行中车体相对转向架的横动，车体的浮沉振动，转向架的摇头振动等等。为此，牵引销两端销孔必须设有橡胶关节，保证上述相对位移得以实现，不存在约束。该牵引装置设有防落机构，用钢丝吊绳实现牵引杆和车体底架间软性连接，防止牵引杆意外脱落造成事故。单牵引杆装置最大的优点是结构简单紧凑，易于布置。单牵杆装置在现代电力机车上得到广泛采用。我国最近设计生产的和谐型电力机车都采用单牵引杆装置。单牵引杆装置在设计上要注意三点：牵引杆传递纵向牵引力/制动力，两端像胶关节的纵向刚度要足够大，否则对轮轨间的黏着不利；牵引杆要足够长，若牵引杆过短，为适应转向架相对车体的各向位移，橡胶关节的变形增加，易于损坏；牵引杆与水平线的倾角尽可能小。此倾斜角使牵引杆在传递纵向牵引力/制动力的同时会产生一个附加垂向力，作用在转向架构上的垂向力会使转向架中各轴载荷发生变化。从这一观点来说，牵引杆最好设计成为水平。六轴箱和轮对轴箱装在车轴两端轴颈上，用来将全部簧上载荷包括铅垂方向的动载荷传给车轴，并将来自轮对的牵引力或制动力传到构架上去。此外，它还传递轮对与构架间的横向和纵向作用力。轴箱对构架是个活动关节。轴箱与构架的连接方式对机车的运行品质有很大影响，这一连接通常称为轴箱定位。轴箱定位应保证轴箱能够相对于转向架构架在弹簧振动时作垂向运动，在机车通过曲线时还能少量横移。轴箱定位分导框定位和无导框定位两种形式。拉杆定位属于无导框定位的形式，它具有提高机车运行稳定性、改善机车动力曲线通过和取消摩擦副等优点，目前已被广泛采用。轴箱有滚动轴承轴箱和滑动轴承轴箱之分。由于滚动轴承具有起动阻力小、游取小、维护方便、节油和节省有色金属等一系列优点所以现代机车上都采用滚动轴承轴箱在DF型及HXN5型内燃机车上采用有导框的滚动轴承轴箱；而DF4型、DF8型、DF11型内燃机车及和谐型电力机车都采用无导框的滚动轴承轴箱。1拉杆式定位轴箱DF型内燃机车的轴箱为拉杆式定位，其结构如图38所示DF型内燃机车轴箱主要由轴箱体、前端盖、后端盖、四列向心短圆柱轴承和缓冲支承装置等组成。轴箱体为铸钢件，在其两侧有两个拉杆座和两个弹簧座，其位置在轴箱体中心线上、下斜对称地方，轴箱顶部设有轴箱挡，用以限制轴箱的最大横动量不得超过8mm。由圆弹簧传来的垂向载荷经弹簧座、轴箱体传给滚动轴承和车轴。由轮对传来的牵引力和制动力，经过滚动轴承和箱体传至轴箱拉杆、构架。作用于第一、三位轮对的横向冲击力，经车轴端部、轴挡、橡胶支承、前端盖、轴箱拉杆传给转向架构架。机车上所使用的滚动轴承主要有三种形式球面滚柱式、圆锥滚往式和圆柱滚柱式等。理论上球面滚柱式最好，当车轴在垂向面内发生偏斜时仍能良好地传递力，但有加工困难、接触应力大和易磨耗等缺点。圆锥滚柱式能承受轴向力，不需要设置轴挡。圆住滚柱式构造简单、工作可靠，但为承受轴向力，需要设置轴挡。DF4型内燃机车采用972832QT型四列圆柱滚动轴承，轴承内圈宽度(220mm)大于外圈宽度(178mm)。内圈与车轴轴颈过盈配合，它与防尘圈都采用油预热套装。而轴承的外圈与箱体采用动配合，以防偏磨。图38DF4型内燃机车轴箱1-轴箱体；2-橡胶圈；3-四列向心短圆柱轴承；4-后端盖；5-防尘圈；6-轴箱挡；7-轴箱拉杆；8-轴档；9-前端盖；10-键；11-卡环；12-挡圈；13-套圈；14-支承座；15-橡胶锥；16-轴箱止推轴承；17-弹簧挡圈；18-传动销；19-减压减振器座轴箱密封是防止轴箱体内储存的润滑油向外泄漏和外面灰尘进人轴箱体内引起润滑油污染，以免滚动轴承过早损坏。在DF4型内燃机车上，轴箱前端用前端盖完全密封，后端盖在轴箱体内并装有防尘圈，其间填充软脂油，形成迷宫式油封，以防尘土侵入轴箱。装在轴箱内的圆柱轴承，仅能承受径向载荷，轴向载荷则由弹性轴挡来承受。为了控制轮对的蛇形便利机车通过曲线以及缓和机车过道岔、进人曲线时产生的轮对轨的横向冲击，在转向架前、后两端轴的轴箱中，在轴挡与外盖之间设有缓冲支承装置。该装置包括轴挡、支承座、橡胶锥、止推轴承等。轴挡与轴端用两根传动销连接，使缓冲支承装置随车轴转动。橡胶锥组装时，橡胶受到2mm的预压缩量，产生约2kN的预紧力。也就是说，只有作用在轴挡上的轴向力大于2kN时，橡胶才能继续压缩变形，在轮对与轴箱间产生相对位移。橡胶锥的最大压缩量为5mm。转向架中间轴箱不设橡胶支承，而在轴端与轴挡间留有12mm的间隙，使轮对相对于轴箱有12mm的自由横动量。DF型内燃机车轴箱采用双拉杆定位，如图39所示。图39轴箱拉杆定位示意图所谓双拉杆定位，是指轴箱用两很带有橡胶关节的轴箱拉杆(如下图)与构架连接。当轴箱上、下跳动时，两个轴箱拉杆分别以构架拉杆座的两个心轴为圆心作一定弧度的上、下摆动。如果拉杆为纯刚性的，则轴箱中心的运动轨迹为一条曲线，即一方面上、下跳动，一方面转动。但由于拉杆两端是橡胶关节，所以实际上轴箱中心运动的轨迹接近一条直线。DF4型内燃机车轴箱拉杆，如图40所示。图40DF4型内燃机车轴箱拉杆1-端盖；2-短芯轴；3-橡胶套；4-拉杆体；5-长芯轴；6-卡环；7-橡胶垫轴箱拉杆由拉杆体、长芯轴，短芯轴、橡胶套、橡胶垫、卡环及端盖组成。拉杆的两端通过长、短芯轴与轴箱拉杆座连接。芯轴两端与拉杆座的配合处制成梯形截面，具有1:10的斜度；拉杆座也相应地制成梯形槽。两者用螺栓紧固后，芯轴与梯形槽底面间留有1~4mm的间隙，以保证拉杆经过多次拆检后，1:10的斜面仍能很好地接触，而不致使螺栓受到剪切力。橡胶套压入拉杆体的端孔中，橡胶垫被端盖压装在拉杆体两端侧面，而端盖与芯轴又用卡环作径向定位。这样，由橡胶套、橡胶垫构成了拉杆两端的橡胶关节。由于采用这种带有橡胶关节的轴箱拉杆定位方式，轴箱可以依靠橡胶关节的径向、轴向及扭转弹性变形，实现各个方向的相对位移，使轮对与构架的联系成为弹性。适当选择它的横向刚度和纵向刚度，可以显著改善机车的运行稳定性。例如DF4型内燃机车轴箱拉杆的(2根拉杆)刚度(设计值)，横向为3.83kN/mm；纵向为25kN/mm；垂向为0.3~0.5kN/mm。这种无导框轴箱的优点是轴箱与构架间不需要润滑，也不存在磨损；轮对与构架的弹性连接具有缓和冲击和隔声的作用；轮缘磨耗比导框定位的小。因此，无导框轴箱已在我国新型机车上获得广泛采用应该指出，采用拉杆定位的轴箱，轴箱相对于构架的上、下位移，将受到拉杆橡胶套的约束，实际上就相当于在垂向加人了一个并联弹簧，因而使一系弹簧悬挂的刚度增大，通常每一轴箱两根拉杆的垂向刚度为0.3~0.5kN/mm，一系挠度因此约减小20%~30%，甚至更大。目前，SS3型、SS4型电力机车采用独立悬挂式弹性定位拉杆式结构，大功率交流传动和谐型电力机车，轴箱均采用单侧轴箱拉杆定位。HXD1型电力机车的轴箱单拉杆定位如图所示，轴箱拉杆两端采用球形橡胶关节。由于橡胶关节径向刚度大、回转刚度小，因而使轴箱纵向具有较大的定位刚度。这种轴箱定位结构的特点是结构简单，一系纵向刚度大、横向刚度小，有利于机车的动力学性能和轮轨黏着的利用。2导框式定位轴箱DF型内燃机车轴箱采用导框定位。导框是焊在构架侧梁上的一个铸钢件，轴箱上的导槽和构架上的导框相配合组成导框定位。轴箱导框如图9-4所示，轴箱在导框内可上、下移动，也可在规定的轴箱对构架的横动量范围内左、右移动。考虑到机车振动、轴重分配不均等引起的弹簧变形可能使轴箱碰到侧梁或轴箱托板，轴箱顶至侧梁底面的距离和轴箱底部至轴箱托板的距离应不小于50mm。为了便于修理，在轴箱导框与轴箱体相接触的摩擦面上，各装有耐磨的衬板。为了保证车轮经线路不平处时轴箱可作垂向运动而不被卡住，侧面衬板2的上、下部做成长度为50mm的1:50的倾斜面。乘务人员应定期向轴箱与导框之间浇注车用机油。DF型内燃机车的轴箱，其内部结构与DF4型内燃机车的轴箱及其各种力的传递均基本相同。HXN5型内燃机车转向架采用导框式定位轴箱。它与早些时候从美国GE公司购置的ND5型及NJ2型内燃机车转向架的导框定位结构基本相同。与国内广泛采用的轴箱拉杆定位方式相比，导框式轴箱定位方式由于有摩擦磨耗，需定期进行检测并更换摩擦副组件。图41DF型内燃机车轴箱与构架的连接1-正面衬板；2-侧面衬板；3-轴箱导框HXN5型内燃机车轴箱组装(图9-5)由轴箱体、轴箱轴承、轴箱弹簧、导枢衬垫、磨耗板、轮对托架、轴承保持座、上弹簧座，下弹簧座、调整垫、橡胶垫等组成。端轴轴箱与构架间配置有一系垂向减振器。图42HXN5型内燃机车导框定位轴箱组装1-轴箱体；2-轴箱弹簧；3-导框衬垫；4-主磨耗板；5-轮对托座；6-轴承保持座；7-调整垫；8-下弹簧座；9-橡胶垫；10-隔板；11-上弹簧座；12-轴箱轴承；13-顶面磨耗板轴箱体为铸钢件，为了避免构架导框及轴箱体的磨损，并方便维修时更换在轴箱体与构架导框之间配有主磨耗板和导框衬垫。主磨耗板为不锈钢板制作而成，焊装在轴箱体上。导框衬垫的材质为尼龙材料，截面设计为槽形。用它将构架导框工作面包裹住，从而避免构架导框的磨耗。导框衬垫安放在主磨耗板与构架导框之间。为了给轴箱弹簧的上、下两端定位、轴箱上设置有上、下弹簧座。上弹簧座通过两个定位销和两根螺栓安装在构架上。下弹簧座直接安放在轴箱体两侧的弹簧座面上。下弹簧座与轴箱弹簧之间，设置有橡胶垫，用来衰减线路不平顺产生的高频振动。橡胶垫还有隔声的效果。下弹簧座与轴箱体的弹簧座面之间，可以根据需要添加调整垫。设置调整垫的目的，是为了调整轴箱弹簧的负荷，使各轴箱的轴箱弹簧负荷相对均匀。调整垫为剖分式结构，这样，用两个千斤顶同时顶起轴箱两侧的下弹簧座，即可进行加减调整垫的作业。轴承保持座安装好后，无论机车运行中轮对相对于构架的上下浮动幅度有多大，都能保持轴箱轴承始终呆在轴箱体的轴承腔内。轮对托座有三个方面的作用，一是限制梅架相对于轮对最大的上浮量；二是固定导框衬垫在合适的高度位置；三是吊起转向架时，可以同时吊起轮对。3八字形橡胶堆式轴箱定位八字形橡胶堆式轴箱定位装置支承构架以上重最，起轴箱弹簧的作用，还传递纵向力及横向力。每一轴箱前、后各装一个金属橡胶夹层弹簧。它一端与构架固结，另一端与轴箱休固结(图)。此橡胶弹簧在垂向载荷作用下，橡胶受剪切及压缩变形。改变橡胶弹簧的安装角度，可得到不同的垂向刚度和纵向刚度。此安装角一般为10~11°。八字形橡胶堆式轴箱定位装置的橡胶硬度为HS=50~60。这种轴箱定位的三向弹性特性，可根据需要来设计。通常垂、横、纵向刚度比kz:ky:kx=1:(2~2.5):(10~12)，即垂向刚度最小〔约为纯剪的一倍)，纵向刚度最大。由于柔度的绝对值和失稳的限制，对于200kN轴重的机车用这种弹簧要得到70mm上的静挠度是困难的。所以，一般用作两系弹簧悬挂的第一系簧。八字形橡胶簧有重量轻、结构简单、吸收高频振动，减少噪声等优点，寿命可达150万km以上。衰振能力强的橡胶易老化，不宜采用。第四节1概述HXD1转向架
HXD1机车转向架采用了成熟而比较先进的技术，如轮盘制动、滚动抱轴承传动、二系高挠钢弹簧、单轴箱拉杆轮对定位、整体免维护轴箱轴承、砂箱加热等，这些先进技术的采用保证了机车在重载牵引条件下以较高的速度运行。HXD1型电力机车转向架主要由轮对、传动装置、轴箱、构架、悬挂装置、牵引装置、撒砂装置、轮缘润滑装置、弹性止挡、整体起吊、空气管路以及辅助装置组成，见图。5-驱动装置7-构架8-牵引装置9-二系悬挂装置10-端部横向减振器11-起吊装置12-止挡装配13-车轮防护板14-单元制动器15-空气管路16-脚蹬17-标识及铭牌18-轮轨润滑装置19-砂箱及扫石器20-电机悬挂21-地感器图43HXD1型电力机车转向架结构动力学计算表明，23t和25t轴重HXD1机车理论上的准线性和非线性临界速度大于200km/h；机车的平稳性要视实际线路的情况而定，25t轴重机车的车体平稳性优于23t轴重；机车可以安全地通过大、中、小半径困难条件的曲线，具有良好的曲线通过性能；机车的粘着利用率为91.86%。2技术参数HXD1机车转向架主要技术参数见表10.1。表项目轴重t牵引电机悬挂方式牵引方式电机功率kW传动方式齿轮传动比轮径mm最大运用速度km/hHXD1转向架主要技术参数参数25抱轴悬挂中间斜拉杆推挽式1225交流电机、滚动抱轴106/17新轮：1250半磨耗：1200全磨耗：1150120一系悬挂方式二系悬挂方式基础制动方式二系横向止挡弹性间隙钢弹簧+单轴箱拉杆＋垂向减振器钢弹簧+垂向减振器＋水平减振器轮盘制动单元（带蓄能）5mm3驱动装置HXD1型机车转向架的传动装置（见图）与我国SS4B货运直流传动电力机车结构基本相同，均采用抱轴驱动，主要由电机、抱轴箱、传动齿轮箱等组成。（1）传动齿轮HXD1电力机车牵引齿轮传递功率大（电机功率可达1225KW），齿轮线速度高（最大可达26m/s）。因此齿轮为高速重载传动，并能抵御瞬时5～6倍的冲击载荷。11223313134412121515141455 6611117788991010 1–进风口2–定子3–速度传感器4–转子5–电机轴承6–车轴7–抱轴承8–抱轴箱9–抱轴承10–齿轮箱11–大齿轮12–电机轴承13–小齿轮4–出风口15–电机悬挂图44HXD1型机车传动装置结构为进一步提高HXD1机车牵引齿轮的传动质量和可靠性，降低初始啮合时的动载荷、减小偏载、降低噪声，因此在设计时必须实施啮合修形方案。实施啮合修形以抵消齿轮加工误差、安装误差以及轮齿变形造成的不利因素，达到改善齿轮的承载能力和降低噪声，减轻啮合开始时的冲击和滑动速度，有利于润滑油膜的形成，从而提高齿轮轮齿的抗胶合能力和耐磨性。轮齿的齿向修形是齿轮在工作状态下齿向均匀接触，减小载荷集中（偏载）的一个有效途径。由于小齿轮的结构强度限制，其与电机轴的配合采用了内锥式的独特结构，锥度为1:20，压入量4.4mm（见图45、图49）。（2）齿轮箱HXD1齿轮箱采用了独特的密封结构（见图），车轮侧的迷宫密封与箱体成一体，电机侧的迷宫密封采用球墨铸件，其结构既保证齿轮箱的密封，又保证齿轮润滑油不进入抱轴箱；箱体两边的迷宫密封均设置了合理的回油孔，实现了润滑油的合理回流并实现电机传动端轴承的油润滑。图45小齿轮与电机的连接图46齿轮箱密封结构为防止齿轮润滑油溅入抱轴箱轴承，靠电机侧（内侧）齿轮毂设计为与齿轮箱侧密封环成多重迷宫动密封，并带有两层台阶甩油环槽，齿轮箱侧密封环设计有长臂回油通道，可以使飞溅的润滑油回流到齿轮箱内，通道底部可以沉淀油泥，油泥可从底部螺堵处去除；车轮侧（外侧）齿轮毂设计为四层台阶甩油环槽结构与齿轮箱迷宫式台阶领圈形成相应的动密封，齿轮箱的领圈下部凹槽处也设计有回油通道，通道底部可以沉淀油泥，油泥可从底部螺堵处去除。这种借助齿轮箱与齿轮（毂）本身的有机合理设计动密封技术，结构极为紧凑，设计理念非常先进，减少了零部件的数量，并使驱动单元系统润滑具有非常好的密封效果，基本可以保证机车运行一个中修期不会有漏油情况。HXD1齿轮箱体采用了铝合金材料，大大减轻了传动装置的重量（见图47）。（3）抱轴箱抱轴箱（结构如图48所示）。主要由抱轴箱体、圆锥滚子轴承以及轴承间隙调整垫、非传动端密封环及轴领等组成，是驱动单元的一个关键部件，也是牵引电机抱轴式悬挂驱动的悬挂点所在。抱轴箱轴承采用的圆锥滚子轴承具有陶瓷绝缘性能，这种绝缘性能是目前世界上最新的轴承技术，也是国内机车行业首次采用轴承本身绝缘技术，它能够防止轴承产生电腐蚀，确保轴承的安全运用，延长轴承的维护使用周期，从而提高轮对驱动系统的可靠性能，抱轴承采用高性能合成润滑脂润滑。圆锥滚子轴承在最终装配状态时，抱轴箱具有51μm～178μm的横动量，以保证整个驱动系统具有一定的横动量，可适应较小的横向运动。牵引电机与抱轴箱合口面由圆柱销定位，并通过8个M30螺栓刚性连接。为便于拆卸，抱轴箱设计有工艺螺栓孔结构。齿轮箱大端的电机侧分别通过2个支点与电机及抱轴箱连接，使齿轮箱的固定成为超静定结构，连接方式为双螺纹（套筒式）无级间隙调节机构，这种设计可以根据齿轮箱实际安装间隙来进行调节，不需使用等级调整垫圈，可以做到间隙无级调节，以弥补齿轮箱的加工及安装误差，从而实现齿轮箱的无应力安装，改善齿轮箱的受力状态，是一种较先进的抱轴式齿轮箱安装方式。图47齿轮箱结构图48抱轴箱结构图49小齿轮结构图50从动齿轮结构4轮对轴箱（1）轮对HXD1机车转向架车轮采用直径为1250mm的整体碾钢车轮，在车轮两侧装有制动盘，制动盘与车轮之间通过螺栓连接；车轮踏面采用JM3磨耗型踏面。车轴轴颈直径160mm，轮座直径252mm，轴身直径240mm。轮对内侧距1353±3mm（落车状态）。（2）轴箱HXD1机车轴箱采用的是整体式圆锥滚动轴承，型号为SKF1639479-03，它便于控制轴箱横动量和保证轴承油脂不泄露，实现120万公里免维护；轴箱安装有接地装置、速度传感器、防滑速度传感器（见图51、图52）。图51轴箱组装（带速度传感器）图52轴箱组装（带装接地装置）5构架HXD1机车转向架构架为H型构架，由侧梁、牵引梁、前端梁和后端梁组成，除个别安装座以外，结构基本上是对称的（见图53）。构架采用等强度设计，构架的各个零部件的应力水平比较低，且应力变化趋势平稳；安装座结构简单。图53构架结构6一系悬挂装置HXD1机车转向架一系悬挂结构借鉴了高速动力转向架的悬挂结构（见图54），由钢圆簧＋轴箱拉杆＋垂向减振器组成。轴箱采用单侧轴箱拉杆定位；轴箱拉杆两端采用球形橡胶关节，由于橡胶关节径向刚度大，回转刚度小，因而使轴箱纵向具有较大的定位刚度，并可使轴箱相对构架能自由的沉浮及绕本身轴线回转。该种结构的特点是：结构简单，且可实现一系纵向、横向弹性参数相对独立。并且一系纵向刚度大，横向刚度小，有利于提高临界速度，保持驱动系统稳定，提高粘着利用率及改善曲线通过性能。图54一系悬挂装置7二系悬挂装置HXD1机车二系悬挂装置采用高挠钢弹簧＋橡胶垫＋垂向减振器＋端部水平减振器组成，并设置了垂向和横向止挡。动力学计算表明：二系弹簧采用横向布置可减小弹簧最大变形量，改善弹簧的受力状态；二系横向减振器布置在构架端梁，可以降低轮轴横向力。8牵引装置HXD1机车转向架牵引装置由牵引杆（一）、牵引杆（二）、连杆及橡胶关节组成（见图55），牵引杆（一）和牵引杆（二）为16MnDR钢板焊接结构，连杆为16MnDR锻造结构，牵引杆（一）和牵引杆（二）之间的连接采用销套结构（见56），连杆与牵引杆之间采用橡胶关节（见图10.16），牵引杆与构架和车体之间采用橡胶关节连接。1-牵引杆（一）2-牵引杆（二）3-连杆图55牵引装置结构图56牵引销结构图57牵引球铰连接结构第五节HXD2转向架1概述HXD2型机车转向架是基于法国标准的PRIMA货运机车转向架设计和按合同要求以满足轴重、轮径、车轮内侧距和环境等使用要求进行设计。PRIMA货运机车转向架用于22.5吨轴重机车；HXD2电力机车轴重要求是23t/25t，转向架按25吨轴重设计。HXD2型机车转向架（如图所示）设计、制造采用的标准以EN、UIC和ISO等标准为主，同时也符合GB146.1－83“机车车辆限界”的要求。转向架主要由如下部分构成：轮对、驱动装置、弹簧悬挂装置、牵引装置、基础制动装置、构架、轮缘润滑装置、管路和其它附属装置等。图59表转向架主要特性参数表转向架质量轴重最高运行速度轴距轮径（新轮）电机悬挂方式牵引电机功率齿轮传动比牵引装置基础制动HXD2型机车转向架18690kg25t120km/h2600mm1250mm抱轴式悬挂1250kW120/23单根低位推挽牵引杆每转向架4个踏面制动器，其中1个带停放制动2构架HXD2型机车转向架构架（如图所示）是一整体框架结构，由以下部分组成：两组焊接结构相同的侧梁、分别焊接在每组侧梁端部的两组端梁、用螺栓安装在构架中间的横梁。图60构架构架按25t轴重负荷设计，主体结构由高强度钢板和铸钢件焊接而成，钢板和铸钢件充分考虑了焊接工艺方面的要求，对这些零件原材料的基本通用要求是碳当量和在零下40℃时的低温冲击要求，以保证获得最佳的焊接质量和满足低温使用要求。构架采用的高强度钢板是S500MC，钢板的碳当量不大于0.40。3悬挂装置转向架悬挂装置根据所处位置的不同分为一系悬挂装置与二系悬挂装置。在轴箱与构架之间设置一系悬挂装置，在车体与转向架之间设置二系悬挂装置。转向架悬挂装置的性能决定着机车的运行稳定性、舒适性、走行安全性、曲线通过性能。（1）一系悬挂装置一系悬挂装置(如图所示)采用钢弹簧+轴箱拉杆结构，在轴箱体上有两组螺旋钢弹簧，在每组弹簧的上方置有绝缘垫，在轴箱体两侧安装有一个在三向不同刚度的轴箱拉杆。机车运行时，钢弹簧主要受垂向力作用，轴箱拉杆主要传递牵引力、制动力和横向力，另外为了达到衰减振动和吸收振动能量的目的，配置了一系垂向减振器。绝缘垫与构架间的间隙轴箱拉杆一系悬挂弹簧一系垂向减振器图61一系悬挂装置在轴箱与构架间设有垂向限位装置，垂向运动被限制在25mm之内。HXD2机车轴重要求是23t/25t，23t/25t转向架在一系悬挂装置的区别是有无轴重调整垫，通过改变轴重调整垫而适应不同的轴重的要求。轴箱拉杆由轴箱拉杆体与通过一定的预压力压装在端部的两个轴箱拉杆橡胶关节构成，结构见图。轴箱拉杆橡胶关节是由配方橡胶经一定工艺硫化在芯轴上。轴箱拉杆橡胶关节拉杆体图62轴箱拉杆（2）二系悬挂装置HXD2采用高圆弹簧弹性旁承装置，其二系悬挂装置由两组二系悬挂螺旋钢簧、橡胶垫串联作为承载主体；同时在构架与车体间设置二系横向减振器、二系垂向减振器以衰减各向振动，结构见图。考虑转向架相对车体的运动限制，垂向运动被位于螺旋弹簧中间的垂向限位止档限制，下移极限为35mm；横向运动被转向架与车体间横向限位侧挡限制，单侧自由运动间隙20mm、弹性运动间隙量为40mm。HXD2型机车轴重要求是23t/25t，转向架的二系悬挂装置是通过轴重调整垫适应23t/25t轴重的要求。二系垂向减振器横向止档二系悬挂弹簧，内设垂向限位止挡二系悬挂橡胶垫二系横向减振器图63二系悬挂装置二系悬挂橡胶垫与二系悬挂弹簧串联。二系悬挂橡胶垫是由配方橡胶经一定工艺硫化在金属盘上。橡胶垫能承受由车体重量产生的垂向载荷。同时，也必须能承受由车体相对于转向架的横向位移和旋转运动引起的剪切载荷。横向止挡通过螺栓固定在车体上（与转向架横向轴线同轴）。每转向架的在构架两侧梁中部处各安装有一个横向止挡。横向止挡由耐磨板、弹性橡胶止挡体和金属安装板组成，横向止挡的弹性体应能吸收冲击、变形和磨擦功，并能保持性能不变。4轮对装配轮对是机车走行部的关键部件之一，它不仅支承机车的全部重量，同时，通过轮对与钢轨的粘着产生牵引力和制动力。机车在运行中，轮对不仅承受静载荷和车轮、齿轮与车轴装配应力，而且承受机车运行时产生的动载荷，以及制动时产生的热应力，因此，轮对必须有足够的强度，才能确保机车的安全性与可靠性。HXD2型机车每个转向架有两组相同的轮对装配，，每组轮对装配由轮对（车轴、车轮、从动齿轮）、抱轴承箱装配、轴箱装配和标牌等组成（如图）。图64轮对组装轮对由车轮、车轴和从动齿轮组装而成，车轴（下图）是材料为A1N级的碳钢实心锻造车轴。图65车轴整体辗钢车轮由材料为R7T碳钢制成，车轮轮毂设有注油孔和油槽，用于注入压力油以退下车轮。车轮最小磨耗直径为φ1150mm，车轮踏面为JM3磨耗型踏面。抱轴承箱装配由抱轴承箱、两组不同的圆锥滚子轴承、轴承座、密封盖、密封环、调整垫、隔环、挡油板、密封圈等组成。齿侧抱轴承箱轴承的润滑是采用齿轮箱的齿轮油飞溅而润滑，非齿侧抱轴承箱轴承的润滑是采用Shell2760B润滑脂润滑。抱轴承箱结构如图。图66抱轴承箱图67轴箱体轴箱装配由轴箱体、轴箱轴承、后盖、前盖、轴端压盖、螺栓和密封圈等组成。轴箱装配通过轴箱拉杆与构架连接。轴箱轴承为全密封型圆锥滚子轴承，采用润滑脂润滑。7牵引装置牵引装置采用中间推挽式牵引杆与车体连接，牵引杆倾斜布置，与轨道成11°角。牵引点低于轮轴中心，属低位牵引，因此轴重转移量小，试验表明轴重转移不大于10%。牵引装置的满足UIC615的要求：在机车冲撞情况下，整个转向架可承受3g水平加速度，而不会产生变形或损伤；3g至5g加速度范围内，牵引支座可断裂以保护转向架。牵引装置（图10.27）结构简单紧凑，主要由转向架牵引支座、牵引杆、托盘、车体牵引支座和橡胶套等组成。转向架牵引支座与构架端梁固定，车体牵引支座与车体底架固定，牵引杆通过两个橡胶套分别与转向架牵引支座和车体牵引支座连接成一个可以小幅度转动的弹性机构，以适应转向架相对于车体的转动。该装置还设计了防落机构，用钢丝吊绳实现牵引杆和车体底架间软联结，防止牵引杆意外脱落。转向架构架与车体连接橡胶套图68牵引装置牵引杆（图）是转向架与车体之间传递牵引力和制动力的主要零件。图69牵引杆转向架牵引支座与车体牵引支座（图）的结构基本相似，每个牵引支座通过螺栓分别与转向架和车体连接。橡胶套是牵引装置中唯一的弹性元件，主要承受由车体横向位移和转向架摇头运动引起的扭矩，承受车体和转向架垂向运动引起的弯曲载荷。在静载荷下，牵引装置橡胶套在轴向上承受相当于牵引杆质量的载荷；在机车运行时，受牵引杆作用处于拉或压状态。根据牵引装置的功能需要，它必须有足够大的径向刚度，而扭转刚度和弯曲刚度相对小一点，这样才（a）转向架牵引支座图70（b）车体牵引支座牵引支座能保证整个牵引装置良好地发挥其性能，实现车体与转向架构架间的牵引和构架沉浮、摇头、横移运动的解耦。橡胶套是过盈压装到牵引杆两端孔内的。第六节机车驱动机构
驱动机构的作用是将传动装置输出的功率传给动轮对。电传动机车的驱动机构是一种减速装置用来使高转速、小扭矩的牵引电动机驱动阻力矩较大的动轴。电传动机车对驱动机构有以下要求：(1)驱动机构应保证能使牵引电动机功率得到发挥；(2)电动机电枢轴应尽量与车轴布置在同一高度上，以减小线路的不平对齿轮的动作用力；(3)电动机在安装上有减振的能力；(4)驱动机构应不妨碍小直径动轮的应用；(5)驱动机构本身应该简单可靠，具有最少量的磨耗件；(6)当牵引电动机或驱动机构发生损坏时，易于拆卸。根据牵引电动机和减速箱在转向架上的安装方式的不同，驱动机构主要有轴悬式〔或称半悬挂式)和架悬式(或称全悬挂式)两种。而轴悬式又有刚性及弹性之分。一、刚性轴悬式驱动机构牵引电动机的一端由两个抱轴轴承刚性地支承在车轴的抱轴颈上，另一端弹性地悬挂在转向架构架上。轴悬式驱动机构结构简单、检修容易、拆装方便，在不起吊车体的情况下，牵引电动机可以在落轮坑内卸下，各轮对的牵引电动机可以互换安装。DF4型内燃机车的牵引电动机采用这种悬挂方式(图所示)。减速齿轮箱是剖分式，用三点固定在电动机的外壳上。箱下部盛放齿轮油，采用飞溅润滑。齿轮一般为单侧驱动。由于齿轮强度、小齿轮最小齿数以及机车限界等的限制，齿轮传动比小于5，模数通常为10~12mm。抱轴悬挂基本上能保持大小齿轮中心距不变和电枢中心线与轮轴中心线平行，以保证齿轮的正常啮合。但由于抱轴轴承与车轴间存在间隙、电枢轴的弯曲、轴箱载荷引起的车轴变形等原因，往往引起齿轮接触不良。DF4型内燃机车牵引电动机悬挂装置主要由电机吊杆、橡胶垫、螺母等组成。牵引电动机的一侧通过抱轴轴承中的抱轴瓦支承在动轴上。抱轴轴承为剖分式，抱轴轴承盖是抱轴瓦的润滑油箱内装有刷架框、刷架、弹簧、毛线垫等。抱轴瓦的瓦背用锡青铜制成，瓦表面挂有CuSnSb11-6牌号的白合金。在下瓦中部45°夹角处开有孔口，以使毛线垫与车轴接触，起到润滑作用。油杯起注油和检查油位的作用。在运用中要保持一定油位的润滑油，否则易导致漏油或轴瓦碾片或烧损。目前，由于工艺上的原、因，抱轴瓦故障（黏瓦）在运用中屡有发生，正设法改善修理工艺来解决。抱轴瓦正常工作时，在轴上的径向间隙为0.2~0.4mm(在运用中此游隙最大不应大于0.75mm)。左、右抱轴瓦的游隙差不超过0.15mm。抱轴瓦轴向间隙为1-2.6mm，使用中最大间隙不应大于4mm。为防止轴瓦端部漏油，在轴瓦的瓦肩上设有两道密封圈，用毛毡做填料。牵引电动机的另一侧通过吊杆悬挂在转向架横梁上。悬吊装置由吊杆座、橡胶垫和与轴箱拉杆相同的芯轴等组成。橡胶垫自由高度为93mm，组装时预压缩14mm，预压力为29.4kN，以保证下橡胶垫在电动机自重和最大牵引力矩作用下继续受压，以免在工作时因有间隙而产生冲击。为了防止悬挂吊杆折损造成电机脱落的严重事故，在构架横梁(或端梁)上加装了安全托。牵引齿轮采用渐开线齿廓。其模数M及传动比K为货运机车M=12K=63/14=4.5客运机车M=10K=71/21=3.38主动齿轮用20CrMo材料制成，从动齿轮用42CrMo材料制成，齿廓和芯部经热处理后均要保证一定的硬度，齿面磨削加工后进行探伤检查。主、从动齿轮组装在齿轮箱内。齿轮罩是薄钢板组焊成的箱形结构口。上下箱体以轴线为分箱面，上箱体上焊有密封板，组装时涂上密封胶，密封板槽内填充泡沫塑料带，并在罩体两侧用拉紧螺栓拉紧，以确保分箱面不漏油。齿轮罩上设有四个安装座，用螺栓固定在牵引电动机上。齿轮罩向轮对和牵引电机上组装时，为了保证齿轮端面和罩体内侧面的间隙(在小齿轮端为3mm，大齿轮端为13mm)，可用调整垫片进行调整。轴悬式驱动机构在运用中证明，由于其有(1)簧下重量大，对线路上部建筑有较高的动力作用；〔2)向轮对传递扭矩不均匀，这会导致车轮轮箍磨损加剧、钢轨产生波形磨损、机车黏着性能可能大大下降；(3)抱轴瓦吸收了轮对通过道岔、钢轨接头和其他不平顺线路时产生的所有碰撞和冲击(牵引电动机机体的振动加速度高达25g)等问题。这些问题不仅对牵引电动机的零、部件起破坏作用，给机车走行部特别是牵引电动机的检修带来较大的下作量，而且要扣车更换牵引电动机，影响运输任务的完成。因此，轴悬式驱动机构一般认为适用于120km/h以下的机车，大于此速度的机车应采用架悬式驱动机构。由于滑动抱轴承与车轴之间的径向间隙较大(新造时为0.2~0.4mm)，随着机车走行里程的增加，径向间隙将逐渐增大主从动牵引齿轮的中心距发生变化，牵引齿轮啮合条件恶化。随着机车运用速度提高，牵引力增大，抱轴瓦的磨耗也会加决。因此，我国在近些年来制造的重型货运内燃机车及电力机车、如DF8B型内燃机车以及和谐型电力机车、内燃机车都采用了滚动抱轴承。由于滚动抱轴承的径向间隙很小，磨耗少，故障少，大大改善了牵引齿轮的啮合条件，延长了齿轮的寿命，同时也相应改善了电动机的工作条件，效果显著。二、弹性轴悬式驱动机构刚性轴悬式驱动机构的最大缺点是电动机的部分重量是死重量，它增大了对线路的动作用力。如采用弹性轴悬式，就可在这方面得到改善。弹性轴悬式驱动机构的结构是电动机一端经弹性吊架悬挂于构架上；另一端经弹性装置支承于轮心上。图10-2为法国68000系列电传动内燃机车牵引电动机的弹性轴悬式结构。大齿轮刚性固结于空心轴上，并通过驱动盘来带动固定于轮心上的装有橡胶元件的盒来驱动轮对。这种装置可使像胶元件得到良好的通风，避免橡胶因过热而过早老化。由上可见，弹性轴悬式与刚性轴悬式的区别，在于前者的电动机在轮对上是弹性支悬的。我国机车上从未采用过弹性轴悬式驱动机构。图72弹性轴悬式结构1-动轮；2-车轴；3-空心轴；4-驱动盘；5-驱动销；6-固定于车轮上的盒；7-橡腔垫；8-牵引电动机三、架悬式驱动机构牵引电动机架悬式驱动机构广泛应用于世界各国的客运机车和动车上，也用于重型货运机车上。其主要特点是将牵引电动机固装在转向架构架上，因而牵引电动机属于簧上部分口牵引电动机与轮对之间需用能适应各个方向相对运动的弹性联轴器作为中间联结装置并传递扭矩。联轴器在结构上可以采用弹性元件(弹簧或橡胶块)，也可以采用具有橡胶金属衬套的连杆关节机构。在选择架悬式驱动机构时，一般情况下，应满足下列基本要求：(1)保证尽可能小的簧下重量，以获得良好的动力学特性，减少对线路及走行部的动力作用。(2)具有完善的运动学特性，以保证驱动机构在机车振动和曲线运行时所引起的动载荷及附加应力尽可能小。(3)在运用中，对轮重的增减载变化要小。(4)保证驱动机构在运用中不仅具有高度的可靠性和耐久性，而且检修方便。架悬式驱动机构，根据联轴器的结构和布置方式的不同，世界各国虽然研制出多种多样的结构形式，但归纳起来基本上可分为电机空心轴驱动机构和轮对空心轴驱动机构两大类。(1)电机空心轴驱动机构，它的示意图如图所示图73电机空心轴驱动机构示意图1-轮对；2-齿轮箱；3-牵引齿轮；4-弹性联轴器；5-牵引电动机；6-扭轴；7-齿形联接器该装置的特点是牵引电动机悬挂在转向架构架上，而牵引齿轮箱支承在车轴上。弹性联轴器布置在空心的电枢轴与小齿轮之间。电枢轴做成空心，目的是增加扭轴的长度，以适应电动机与轮对间各个方向的位移，由扭轴与电枢空心轴间的间隙来补偿。电动机的扭矩经空心电枢轴上的齿形联结器、扭轴、弹性联轴器到小齿轮、大齿轮带动轮对转动。图74为我国SS5型电力机车电机空心轴驱动机构结构图。牵引电动机工作时，电机空心轴上的扭矩经齿形联结器的内、外齿带动扭轴转动，扭轴的另一端借弹性联轴器中的八个弹性元件，把电动机从扭轴传递过来的扭矩传至小齿轮轴、小齿轮、大齿轮使轮对运动。图74电机空心轴驱动机构1-齿形联结器；2-轮对；3-电机空心轴；4-扭轴；5-弹性联轴器；6-小齿轮；7-大齿轮；8-齿轮箱吊杆；9-齿轮箱电机空心轴架悬式驱动机构有布置紧凑，尺寸小，重量轻，工作可靠等优点。其缺点是簧下重量较大，特别由于齿轮箱也是承载部件，比较重，而且要设计新的具有空心电枢轴的牵引电动机。(2)轮对空心轴驱动机构示意图如图75所示。该装置的特点是大齿轮由滚动轴承支承在空心轴套上，而空心轴套紧固在电动机机体上。在空心轴套内又贯穿一根空心轴，而车轴置于空心轴中。空心轴的一端通过连接盘、弹性元件与大齿轮相连，另一端也通过连接盘、弹性元件与轮对相连。电动机的扭矩由大齿轮经弹性元件、空心轴，再经另一端的弹性元件传递给轮对。这种驱动机构的型式，称为两级弹性和双空心轴的架悬式驱动装置。图75轮对空心轴驱动机构示意图1-弹性元件；2-空心轴；3-轮对；4-轴承；5-牵引齿轮；6-牵引电动机图76为我国DF11型客运内燃机车轮对空心轴驱动装置结构简图。空心轴两端的弹性元件设计成弹性六连杆机构，分别与大齿轮和车轮相连，借此来传递扭矩和保证具有良好的运动学性能。轮对空心轴两级弹性驱动机构的优点是簧下重量轻，轮对与电动机得到两级弹性隔离，因此有较好的动力学性能；两级弹性六连杆机构具有径向刚度大的特点，因此能保证空心轴相对轮对同心旋转，避免弹性元件(即空心轴)与车轴产生偏心而造成的离心力形成轮对的轮重变化和弹性元件中的附加应力。其缺点是结构复杂。架悬式驱动机构可大大减轻簧下重量，从而不仅减小了轮对与线路间的动作用力，还大大改善了牵引电动机和牵引齿轮的工作条件。这类机构虽然构造比较复杂，但对速度较高的机车是必要的。因此，构造速度大于120km/h的机车，一般都采用架悬式驱动机构。四HXD1驱动装置电机一端采用抱轴悬挂，另一端采用摆杆弹性悬挂在构架上（见图58），电机悬挂采用了防脱落装置（通过安装在构架牵引梁上的安全托来实现）。图58电机悬挂装置五HXD2驱动机构驱动装置主要由齿轮箱、交流牵引电机、主动齿轮、从动齿轮、抱轴承箱组装、密封元件及电机悬挂部件等组成。如图所示。图77驱动装置驱动装置是机车走行部关键部件之一，它是将电机输出转矩传递轮对的装置。采用一级减速圆柱直齿齿轮传动，把牵引电机输出的扭矩通过主动齿轮和从动齿轮传递给轮对，实现轮对牵引力的产生。采用全封闭式传动齿轮箱，它与抱轴承箱、牵引电机通过螺栓联结。HXD2型机车齿轮箱（如图）由上箱和下箱由螺栓连接而成。齿轮箱中设有各种油槽，将齿轮旋转飞溅起的部分润滑油引流到齿侧抱轴箱轴承室和电机输出端轴承室，以润滑和冷却轴承。油路中还设有磁性螺堵，以净化润滑油中的磁性杂质，维持齿轮油清洁。齿轮油采用SHX-LS75W-90，满足齿轮的充分润滑，而且能够满足齿侧抱轴箱轴承和电机输出端轴承的稀油润滑。每个传动齿轮箱上设有一个非接触式测速传感器，用来监测轮对的转速。图78齿轮箱HXD2型机车交流电机输出端轴承位于电机轴轴端，使主动齿轮处于电机齿轮箱侧轴承的内侧（图），与主动齿轮悬臂安装结构相比，这种结构大大改善了主动齿轮和电机轴承的受力状况，有利于齿轮啮合，提高齿轮和电机轴承使用寿命。齿轮箱轴承电机端盖电机轴主动齿轮图79主动齿轮安装结构主动齿轮内孔采用120锥度，与电机轴采用过盈装配。在与主动齿轮配合的电枢轴颈上镟有两道油沟，此油沟与轴端的孔相通，便于拆卸小齿轮，并保证电机轴与主动齿轮孔的表面不受损伤；同样道理,从动齿轮内孔也设有两道油沟与齿轮毂孔端的孔相通，方便注油退下齿轮。图80主动齿轮（左）和从动齿轮（右）驱动装置采用弹性半悬挂方式，一侧通过抱轴承箱和两套圆锥滚子轴承与车轴联结，另一侧采用一个电机吊杆悬挂于构架上，电机吊座上安装有橡胶弹性元件，可实现轮对与构架之间相对位移。驱动装置的悬挂（图）部件由电机吊座、电机悬挂橡胶垫、电机吊杆及吊杆销等组成。其中的电机悬挂橡胶垫是实现驱动装置弹性悬挂的橡胶元件，它不仅承受传动装置产生的轴向载荷，而且要承受电机与车轴相对于转向架发生相对位移时的弯矩。图81驱动装置悬挂第四节牵引电动机悬挂机车牵引电动机的悬挂方式大致可分为轴盘式、架悬式、体悬式三类。轴悬式牵引电机的一端用抱轴承支在车轴上，另一端弹性地吊在转向架构架上，故又称半悬挂式，适用于中、低速机车。架悬式的牵引电动机全部悬挂在转向架构架上；体悬式的牵引电动机全部或大部悬挂在车体上。架悬式及体悬式牵引电动机悬挂方式又称全悬挂式，适用于快速及高速机车。一、牵引电动机轴悬式牵引电动机的一端通过抱轴承抱合在车轴上，另一端弹性地悬挂在构架横梁上。牵引电动机质量约一半支悬在构架上，为簧上质量；另一半压在车轴上，为簧下质量。故这种悬挂方式又称为牵引电动机半悬挂。由于其结构简单、工作可靠、制造容易、成本低廉、维修方便等优点，广泛应用于国内外的电传动机车上。轴悬式牵引电动机传动装置的大齿轮全部质量以及牵引电动机、小齿轮和齿轮箱等约一半质量是压在车轴上的簧下质量，因此簧下质量较大，不适应速度较高的运用条件，此时必须采用牵引电动机全悬挂式。轴悬式的缺点主要有两点：一是簧下质量大，二是由于线路来的冲击，牵引电动机振动加速度大，影响其使用寿命。因此，随着机车运行速度的提高，这种牵引电动机悬挂方式不再适应要求，而要采用全悬挂式。一般认为，机车最高运行速度不超过120km/h，可以采用牵引电动机轴悬式。车轮作用于钢轨的载荷为静载荷加动载荷。我国机车的轴重目前不超过25t，这是静载荷。至于轮轨间的垂向动载荷，主要与线路质量(含垂向不平顺、轨面波形磨耗等)、轴重、机车速度、机车弹簧悬挂刚度、机车振动程度、簧下质量等因素有关。线路质量差列车就不能高速运行，一是因为此时轮轨动载荷增加，加速线路损坏，二是因为机车振动加剧，机车运行平稳性及横向稳定性出现麻烦。反过来说。对于运行速度较高的机车，就要求线路标准较高，机车簧下质量较小。机车速度愈高，簧下质量应愈小，因为簧下质量行经钢轨不平顺时，会产生硬性的冲击，是引起轮轨垂向动载荷的重要因素。车轮行经线路不平顺处(例如钢轨接头)，在垂向会产生很大的加速度。这与线路不平顺程度和车轮运行速度有关口。据试验，轮轨冲击时车轮垂向加速度会达到(10~15)g，甚至更大。此加速度通过大齿轮传给小齿轮，在齿轮啮合面上产生动载荷不利于齿轮的正常工作。轮对的垂向加速度通过抱轴承传到牵引电动机，引起直流牵引电动机换向器和电刷接触不良，因而增加了换向的困难，从而造成电动机零件和绝缘过早损坏，牵引电动机故障率较多。因此，从牵引电动机工作可靠性方面来说，轴悬式也不适用于速度较高的机车应该指出，轴悬式牵引电动机只适用于机车运行速度不超过120km/h的说法，只是一般的估计，并不是由理论或试验得出的精确的结论。不能把这120km/h的速度理解为不可逾越的门槛值。国内外有一些采用轴悬式牵引电动机的机车。其最高运行速度超过120km/h。轴悬式机车运行速度超过120km/h时，由于垂向加速度及冲击的增大，牵引齿轮副及牵引电动机工作条件更为恶化。为改善这种情况，可采取两种措施。1牵引电动机抱轴承采用滚动轴承当车轮行经钢轨接头时，轮对发生垂向跳动，牵引电动机以其与转向架构架的悬挂支点为回转中心上下转动，使大小牵引齿轮的中心距保持不变。实际上因滑动抱轴承与车轴之间存在间隙，齿轮中心距是有变化的。随着机车走行公里的增加，抱轴承的间隙增大。在正常情况下，此间隙为0.2~0.4mm。间隙增大时，齿轮啮合条件恶化，影响使用寿命。因此必须严格注意抱轴承的润滑和维护，并保证间隙不超限。近三十年来，一些国家为了减少抱轴承间隙以减少维修工作量和延长齿轮使用寿命，提高抱轴承的可靠性，把抱轴承由滑动轴承改为滚动轴承。这是一个很有效的措施。2弹性大齿轮把牵引大齿轮改为弹性齿轮，可以缓冲来自线路的冲击，改善齿轮副的接触状况，减少牵引齿轮的磨耗率，降低牵引电动机的故障率。其缺点是结构复杂，制造成本高，橡胶弹性元件有一定的使用期限，必须定期检查更换。牵引电动机弹性轴悬式的牵引电动机与转向架构架之间的悬挂方式与刚性轴悬式相同，但其抱轴轴承不直接支撑于动轴，而是支撑在一根同心地包在动轴外面的空心轴上，与小齿轮啮合的大齿轮也固装在此空心轴上。空心轴通过能适应各方向运动的联轴器（通常为橡胶块），弹性悬挂在轮心上。此联轴器承受牵引电动的约一半的重量及空心轴、大齿轮的重量，同时也传递扭矩，故称为弹性轴悬式。这样，大齿轮及牵引电动机的一半重量虽仍为簧下质量，但来自线路的冲击经过弹性元件而得到缓和，使轮轨间的垂向动载荷有所减少，并使牵引齿轮和牵引电动机的工作条件有所改善。弹性轴悬式应用较多的是德国和法国，用于最高运行速度为120~160km/h的机车上。我国机车没有采用过这种装置。理论和试验研究表明，弹性轴悬式的动力学性能介于轴悬式和架悬式之间。从结构的复杂程度来说，它比轴悬式增加了一根空心轴，以及把空心轴支承在轮心上的橡胶块，此橡胶块还要传递空心轴的扭矩。这种装在轮心上的橡胶块联轴器必须工作可靠且寿命长，这也不是一个简单的问题，可以说弹性轴悬式比轴悬式的结构要复杂得多，但比架悬式要简单一些。二、牵引电动机架悬式牵引电动机架悬式，广泛应用于世界各国速度较高的机车和动车上，也用于重型货运机车及地铁车辆上。其主要特点是将牵引电动机固装在转向架构架上，因而牵引电动机全部质量属于簧上部分。牵引电动机与轮对之间需用能适应各向相对运动的弹性联轴器作为中间联结装置并传递扭矩。联轴器在结构上可以采用弹性元件(钢弹赞或橡胶块)，也可以采用具有橡胶衬套的连杆关节机构.牵引电动机架悬式的优点是：牵引电动机全部是簧上质量，因而簧下质量较小，有利于高速运行；因线路不平顺和冲击所引起的轮对垂向和横向加速度，不会直接传到牵引电动机和牵引齿轮副，当车轮的垂向加速度为10g时，牵引电动机壳的垂向加速度只有约0.5g，电机及齿轮副的工作条件大为改善，故障率减少，工作寿命延长。机车速度愈高，上述优点愈明显。通常认为，机车最高运行速度超过120km/h就应采用牵引电动机架悬式。国外有些国家对于重型货运机车，为了提高其牵引性能，除增大功率外，还要增大轴重，同时又要求不增加对线路的动力作用。为此必须设法减小车轮对线路的动载荷，可行的办法就是采用牵引电动机架悬式，借以减少簧下质量。按驱动装置中弹性联轴器的布置位置，架悬式驱动装置可分为三大类。图82架悬式驱动装置分类（1）轮对空心轴一级弹性驱动装置（图a）弹性联轴器置于空心轴与轮对之间，空心轴包在车轴外面，大齿轮直接固装在空心轴上。（2）轮对空心轴两级弹性驱动装置（图b）一个弹性联轴器联结大齿轮轮心与空心轴端部，另一个弹性联轴器置于空心轴的另一端与车轮轮心之间。此空心轴成为空心万向轴。（3）电机空心轴驱动装置（图c）弹性联轴器布置在扭轴端部与小齿轮之间，而扭轴伸在空心的电枢轴内，扭轴内端通过齿轮联轴器与空心电枢轴相连。架悬式驱动装置结构多种多样，在选定其结构时，应遵循下列基本要求：（1）保证尽可能小的簧下质量；（2）具有尽可能好的动力学性能，包括轮轨间的垂向、横向动载荷小，驱动装置系统的扭转振动及动载荷小，能良好发挥轮轨问的黏着牵引力等；（3）运用可靠，检修方便，必须保证驱动装置在运用中高度的可靠性及耐久性。轮对空心轴一级弹性驱动装置的牵引电动机、小齿轮、大齿轮都悬挂在转向架构架上，大齿轮与车轮之间设弹性联轴器，以适应轮对与构架的各向运动。大齿轮压装在空心轴上空心轴的轴承安装在牵引电动机壳体上，空心轴与车轴之问的间隙为40~50mm，允许车轴相对构架(空心轴)的垂向位移不超过35mm。这种驱动装置结构比较简单，簧下质量最小；但当转向架构架上下振动时，弹性元件相对车轴产生偏心，产生的离心力成为垂向动载荷，这对高速运行特别不利。因此这种驱动装置只适用于最高运行速度不超过160km/h的机车。轮对空心轴两级弹性驱动装置的牵引电动机扭矩经小齿轮、大齿轮、第一弹性联轴器、空心轴，第二弹性联轴器，传至一侧车轮；再经车轴传至另一侧车轮。由于用了两级弹性联轴器，空心轴两端的弹性元件的径向刚度可以做得很大，分别与空心轴及车轴保持同心。轮对与构架产生垂向相对位移时，空心轴可以相对车轴倾斜。因此，这种驱动装置的动力性能好，没有一级弹性轮对空心轴驱动装置的缺点，为当前高速机车所广泛采用。我国DF4D，DF11型客运内燃机车以及SS9型电力机车就采用这种驱动装置，高速动力车的牵引电动机为体悬式，有些动力车也采用两级弹性的轮对空心轴驱动装置。电机空心轴驱动装置的牵引电动机是架悬的，但小齿轮，大齿轮及齿轮箱是轴悬的，因此簧下质量较大。牵引电动机的电枢轴为空心结构，传递扭矩的扭轴从空心电枢轴中穿过。牵引电动机的扭矩由空心电枢轴，通过齿轮联轴器、扭轴、具有弹性的橡胶柱销联轴器，小齿轮，传到大齿轮。橡胶柱销联轴器可以适应小齿轮与电枢轴之间各个方向的运动。电机空心轴驱动装置的优点是弹性联轴器设在小齿轮与电枢轴之间，转速高，传递扭矩小，尺寸小，重量轻但与前述两种架悬式驱动装置相比，簧下质量较大。重型货运机车为了减少轴重转移，通常设计成二系簧较硬，一系簧较软，因而一系簧的动挠度也较大。如果在这种机车上采用牵引电动机架悬式，一系簧动挠度大就不利于轮对空心轴的设计，而采用电机空心轴就比较方便，因为轮对空心轴与车轴之间难以留有很大的间隙。通常此间隙为40~50mm，允许一系簧的动挠度不超过35mm。如果动挠度增大，此间隙也要相应增加。顺使指出，我国机车采用架悬式驱动装置的经验表明，电机空心轴驱动装置整个传动系统的扭转刚度较小，致使轮轨间产生黏滑振动较大，容易产生空转，即达不到应有的黏着系数，影响机车最大牵引力的发挥。因此，对这种驱动装置，必须按驱动系统动力学的分析方法，对各有关弹性元件的刚度谨慎选配恰当，方能消除这一缺点。而对于轮对空心轴驱动装置，由于整个驱动系统的扭转刚度很大，轮轨间的黏滑振动很小，黏着性能正常。三、牵引电动机体悬式高速机车的最高运行速度超过200-250km/h时，为了进一步改善机车(动力车)的动力性能，通常把牵引电动机悬挂在车体的底部，使其成为第二系弹簧以上的质量。这样一来。转向架构架的质量及回转惯性矩就大为减小，容易保持转向架高速时的蛇行稳定性，对减轻轮轨的垂向及横向动载荷也有所帮助。法国TGV动力车的驱动装置，牵引电动机悬挂在车体上，其扭矩通过齿轮箱(装在车体上)、万向轴、小齿轮、大齿轮、车轴至车轮。万向轴是用来适应车体与轮对之间的相对运动的，包括垂向、横向、回转方向的相对位移。万向轴中的关节联轴器可以伸缩改变长度，而摩撩力很小。为了高速运行，牵引电动机体悬式是必需的。为此驱动机构必须适应车体与转向架构架之问的相对运动，以及转向架构架与轮对之间的相对运动。德国ICE动力车的牵引电动机一端(I端)与车体相联结，为具有橡胶套的球形联结；另一端(II端)用两根吊杆吊挂在转向架构架上。这种电机悬挂方式能适应转向架相对车体的回转、横移、点头及浮沉位移。装在构架上的大齿轮与车轮之问的联结也必须是弹性的，要采用前面所述的两级弹性轮对空心轴驱动装置。牵引电动机质量的2/3吊在车体上，即在二系簧之上；1/3质量吊在转向架构架上，在一系簧之上。在牵引电动机的II端又用耦合液压减振器与车体横向相连。当高速运行时，转向架相对车体产生蛇行振动，横向耦合减振器产生较大的阻力，使电机II端在横向与车体一起运动。可理解为此时牵引电动机II端的1/3质量在横向已转移到车体上，转向架的回转惯性矩减小，有利于高速时转向架的蛇行稳定性。比较法国TGV与德国ICE动力车的牵引电动机体悬式驱动装置，各自采用不同的结构达到了相同的目标。这是多年来由各自使用的转向架传统结构发展而来的，TGV采用万向轴结构，比较简单些。图83对于300km/h及以上高速动车组的动力车，如果采用动力集中式，就要采用牵引电动机体悬式驱动装置；如果采用动力分散式，则电动机较小，可采用结构较简单的架悬式。第七节机车基础制动装置
列车到站要停车，遇到紧急情况时要求紧急停车，在限速区需要缓行，下长大坡道时要控制速度等，这些都需要在机车上设制动装置，以提供必需的制动力。在电传动机车上，除空气制动装置作为主要的制动方式外，还有手制动装置和电制动装置等。一制动力的产生1制动力分类摩擦制动：将空气压力通过机械传动装置传到闸瓦上，利用闸瓦压力和车轮踏面，或闸瓦预制动盘的摩擦产生制动。这是我国铁路上采用的主要制动方式。动力制动：电传动机车将牵引电动机变为发电机，把列车的动能转换成电能反馈到接触网或由电阻器变成热能散发的大气中。制动力只起辅助性调速作用。停车还需靠摩擦制动。电磁制动：将装在转向架上的制动电磁铁通电励磁后，吸在钢轨上，通过磨耗板与轨面摩擦产生制动力（常用于城市轨道列车）。电磁涡流制动：将电磁铁落至轨面7~10mm处，由电磁铁与轨面相对速度引起涡流作用，形成制动力（磁悬浮列车）。电磁制动属非黏着制动力，不受轻轨黏着极限限制，目前国外作为高速列车辅助制动装置。电磁制动和电磁涡流制动均属于无摩擦制动方式。二闸瓦压力的形成一作用及结构形式基础制动装置的作用是将制动缸的力经杠杆系统增大后传给闸瓦，基础制动装置可由若干制动单元组成。每一制动单元包括一个制动缸和它所驱动的一套杆件系统和闸瓦。制动缸内作用于活塞的压缩空气推力（或手制动装置手轮上的力），经过一系列的杠杆增大一定倍数后传给各闸瓦，使闸瓦压紧轮箍，最后通过轮轨的粘着产生制动作用。基础制动有单侧制动及双侧制动之分。每个轮对有四块闸瓦分别挂在车轮两侧的称双侧制动；每个轮对只有两块闸瓦分别挂在左右车轮一侧的称为单侧制动。单侧制动构造简单且易布置，但制动时轴箱受力不平衡，闸瓦压力大，单位而积发热量大，摩擦系数低，制动效果比双侧制动差。因此，对于速度较高的机车，为提高制动效果，宜采用双侧制动。下面介绍我国几种内燃机车的基础制动装置。一、DF型内燃机车的基础制动装置DF型内燃机车的基础制动装置为单侧制动，其示意图如图11-8所示。在转向架左右侧各有一个制动缸，通过杠杆系统带动三块闸瓦，构成一个制动单元。闸瓦为宽面型，与轮缘及踏面接触，以增大承压面积。闸瓦间隙需靠人工进行调整。图84二、DF4型内燃机车的基础制动装置DF4型内燃机车基础制动装置采用独立作用式、单侧制动，由制动缸、闸瓦间隙调整器、杠杆机构、瓦托及闸瓦等组成[图11-2(a)]，每个车轮有一个制动单元。其作用原理见图85(b)。1-制动缸；2-横杆；3-销；4-摆杆；5-连杆；6-闸瓦间隙调整器；7-竖杆；8-调整螺栓；9-吊杆；10-闸瓦托；11-拉杆；12-闸瓦；15-支座；17-叉杆；13、14、16、18、19、20-销AB-横杆；DB-叉杆；DF-竖杆；FG-闸瓦间隙调整器；HG-吊杆图85当机车制动时，由总风缸来的压缩空气经减压阀进人制动缸，推动活塞使横杆AB以销C为支点反时针转动。作用在B点上的力经叉杆BD传到D点，竖杆DF以E为支点反时针转动，将力传到闸瓦问隙调整器FG，使闸瓦压紧车轮产生制动作用。作用在制动缸活塞上的空气压力，经过杠杆系统放大了12.3倍(即3.3×3.72=12.3)作用于闸瓦上，这个倍数称为制动倍率。当机车缓解时，制动缸排风，制动缸活塞借复原弹簧的复原力，使杠杆系统回复到缓解状态，闸瓦离开车轮踏面。列车运行时由于受线路和其他原因的影响，机车频繁地进行制动与缓解。因此，机车轮箍与闸瓦常处于磨耗之中，特别是机车在长大下坡道上运行时磨耗尤为严重。为了使机车基础制动装置在运行中能正常可靠地工作，对车轮踏面与闸瓦间的间隙应有严格的要求，并经常进行调整，使其保持在允许的范围内，以确保列车运行的安全闸瓦间隙的调整包括人工和自动调整两种。装新闸瓦时需人工调到6~8mm间隙(按设计要求)。此后便可利用闸瓦间隙调整器自动调整，直至闸瓦磨耗到限为止。DF4型内燃机车闸瓦间隙自动调整器的工作原理如图86，并参照图85(a)。4-摆杆；5-连杆；7-竖杆；9-吊杆；15-支座；21-套筒；22-手轮；23-弹簧；24-转盘；25-棘轮；26-螺套；27-螺杆；28-套；29-棘爪图86DF4型内燃机车闸瓦间隙自动调整器首先介绍结构。竖杆、吊杆是通过销固定在支座上的（见图85(a)），闸瓦托螺杆用销挂在吊杆上。螺杆与螺套通过梯形螺纹组合在一起。螺套与套为动组装，只有相对转动，无轴向移动。套为方形侧面的两个圆柱凸轴与竖杆活动连接(见图86的B-B剖面)。因此，套相对竖杆只能转动。套筒、棘轮是用螺纹与螺套组合在一起的。转盘是套装在套筒上的，相对套筒可以转动。摆杆与竖杆固结，因此摆杆与竖杆一样可绕O1点转动（见图中箭头）。连杆的两端通过球形铰接，上与摆杆、下与转盘相连接。棘爪的一端用销与转盘相连，另一端棘爪钩在拉力弹簧的作用下始终与棘轮的齿相啮合(见图86的A-A剖面)。下面介绍作用原理。制动时，制动缸活塞通过杠杆、叉杆，使竖杆以销3为支点转动，推动闸瓦压向车轮。此时如果闸瓦没有磨耗，则闸瓦间隙自动调整器不起作用，摆杆推动连杆、转盘，带动棘爪沿棘轮空转(即棘爪钩仅在原棘轮齿上滑动)。若闸瓦磨耗超过0.2mm，闸瓦间隙自动调整器要起作用。这时，在制动时棘爪钩随转盘转动(见图86的A-A剖面)，方向如箭头，顺着棘轮滑过一个轮齿。在缓解时，竖杆向离开车轮方向转动，并通过摆杆、连杆、转盘、棘爪带动棘轮和螺套转动。如前所述，因为螺套与套只有相对转动，无轴向移动，因此螺套的转动只能推动螺杆及与之相连的闸瓦向车轮方向移动，将闸瓦磨耗了的0.2mm间隙得到调整，使闸瓦间隙减小恢复到规定的6~8mm，若闸瓦磨耗不足0.2mm，则在制动时棘爪钩随转盘的转动，滑不过一个棘轮轮齿，故而闸瓦间隙自动调整器也不起作用。所以，只要闸瓦有磨耗，数值超过0.2mm时，闸瓦间隙自动调整器就进行调整，直至闸瓦磨耗到限为止。由于这套装置是一个单向间隙自动调整器，它只能将间隙调小，不能自动调大。所以更换新闸瓦时，需人工转动手轮将间隙调大。独立作用式基础制动装置的优点是：结构简单、重量轻、运用和检修方便，特别是构架下部空间大给闸瓦的更换和调整带来方便，但这种装置需配置较多的制动缸，制动杠杆和销接较多，由于存在问隙，造成闸瓦间隙自动调整器的作用不灵敏。三HXD1基础制动1基础制动主要参数要求：轴重为23t时紧急制动距离≤800m；轴重为25t时紧急制动距离≤900m；制动率：40.5％;制动空走时间：≤6s；停车制动：千分之30坡道能制停，制动率：16％，滑移安全系数：1.4；制动盘尺寸：740×1090mm，厚度24mm，制动盘最大不平衡量：16g.m；制动倍率：2.41；闸片厚度：24mm。2结构轮装制动盘的结构及安装方式如图10.2l所示，轮装制动盘采用铸钢整体结构，在制动盘靠轮辐一侧设计有散热筋。每两个轮盘为一组，用18个M12螺栓、膨胀套及防松螺母和6个定位键安装在车轮轮辐两侧，每个螺栓的预紧力矩为60N.m，在18个M12螺栓达到预紧力矩后两个制动盘的摩擦面基本上呈平行状态，其端面轴向跳动量不大于0.5。单元制动器由单元制动缸和夹钳机构组成，其安装如图10.22所示。HXD1机车每轮对有两套轮盘制动装置，其中一个带有蓄能制动装置。图87轮盘结构图88单元制动器安装结构四HXD2基础制动基础制动装置(图)是单侧、双闸瓦、带闸瓦间隙自动调整器的独立踏面制动单元，每个转向架共配有四组踏面制动单元，其中有一组制动单元具有停放制动功能。图68基础制动装置踏面制动单元具有重量轻、体积小、安装方便、间隙调整器调节准确、传动效率高、闸瓦更换方便、使用维护简单等特点，基础制动装置可以实现机车在平直道上在120km/h速度下，轴重25t机车紧急制动距离≤900m的要求，停放制动可以使机车在线路坡度为1.0%的情况下，使机车停放。该踏面制动单元用螺栓安装在构架侧面，拆卸方便。踏面制动单元主要由制动缸、楔形力放大机构（图）和单向间隙自动调整器组成。制动缸由缸体、鞲鞴和缸套等组成，闸瓦间隙调整器由弹簧、轴承、导向螺母和调整螺母等组成。楔形力放大机构楔形力放大机构采用了楔角放大原理及滚动轴承结构，固定在鞲鞴活塞上的两个楔子横跨推杆间隙调整器两侧，当制动缸充风时，鞲鞴活塞向下移动，推动楔子到滚柱轴承之间，借助间隙调整器机构将输出力传递到闸瓦，同时将作用力放大，作用力放大的倍率与楔子的角度相关。间隙调整器是一单独作用的机构，它不受制动力产生的弹性变形的影响，当轮瓦磨损后，它能保证轮瓦间隙。弹簧停放制动是在常用制动缸体上部增加弹簧停车制动器，当机车在正常运行状态时，停放制动缸中充有压力空气，弹簧处于压缩状态，停放制动不参与机车正常的制动作用；机车在停放时，当总风管的压力空气泄露到一定程度（空气压力小于弹簧的作用力时），停放制动开始作用，此时，停放缸活塞在弹簧的作用下向下移动，推动制动缸鞲鞴活塞产生制动力。思考题1转向架的技术要求是什么？2在DF4型内燃机车转向架中，垂向力、纵向力及横向力是如何传递的？3试述钢板压型焊接构架的特点？4试说明机车车轮的簧上重量与簧下重量对钢轨的动态附加载荷的影响，有何差异？5在现代机车上，二系高圆簧都采用两端(或一端)加根胶垫的结构，这是出于什么考虑?6我国机车广泛采用的牵引装里有哪几种？各自的特点是什么？7为何现代高速及快速机车，普遍采用高圆簧弹性旁承装置？8二系橡胶旁承装置适用于何种用途的机车，为什么?9试述拉杆式轴箱定位的特点。10试述磨耗形踏面的优点。11轴悬式驱动机构的优缺点及适用的速度范围?12电机空心轴驱动机构在我国机车上应用没有取得成功，问题出在何处?13试述架悬式驱动机构的优缺点。14什么叫单侧制动与双侧制动，它们的制动效果有何差列?15试述DF4型内燃机车的单元制动器的作用原理。16什么叫机车制动率?
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