0 引言

单节八轴交流传动电力机车是为了满足繁忙干线重载运输及山区铁路提高运能的需要而设计的。目前国内货物运输的主力车型为和谐系列机车，虽然功率较大，但转向架基本为2C0轴式，曲线通过性能较差；并且由于机车功率相对较低，在需提高牵引吨位时，往往需要两台机车重联使用才能满足要求，影响了运输效率的提高[1]。因此，应针对重载运输的特点，发展具有良好性能、牵引吨位大的新型机车，单节八轴交流传动电力机车的开发就是为顺应这一发展趋势而提出的[2-6]。基于此，研究一种新型单节八轴交流传动电力机车转向架。

1 国外单节八轴机车发展概况简介

上世纪60年代开始，美国、法国和前苏联等国家分别开发了多种八轴机车，大多数都采用了B0+B0-B0+B0 轴式结构。如美国U50B和世纪855机车轴重从27.3T～31.5T不等,专用于牵引快速、长大货物列车。Alstom公司根据刚果—大西洋铁路线窄轨、大坡道、小曲线和低轴重的特点，为该线路设计生产了3种八轴机车。原苏联较为典型的TЭM7和TЭл80两种机车生产的批量大, 1974年，TЭM7机车被成功研制，用于重载列车调车作业的需要，它首次采用了新型四轴转向架，两个二轴转向架通过一个中间构架连接在一起，如图1所示，该机车1980年投入批量生产，总计100多台。为提高铁路的客运能力，于1988年研制了功率达4410kW的TЭл80型单节八轴大功率客运内燃机车样车，如图2所示，可用于牵引1600T(26辆客车)的客运列车[7]。

  

图1 TЭM7机车

  

图2 TЭл80机车

2 单节八轴交流传动电力机车四轴转向架结构及特点

转向架对机车运行的动力学性能具有重要的影响。针对单节八轴机车，其轴式的选择至关重要，根据国内已有的研究及借鉴国外发展单节八轴机车的经验，综合考虑单节八轴交流传动电力机车转向架的结构、运动空间和动力学性能等因素，该单节八轴交流传动电力机车采用B0+B0-B0+B0轴式。该机车B0转向架与车体之间有一个中间构架，因此，机车采用三系悬挂。如图3所示。该机车主要技术参数为：轮轴功率1200kW，轴重25t，轮径1250mm, 两四轴转向架中心距为11170mm，两B0转向架中心距为4850mm，B0转向架轴距为2800mm；最高运行速度为120km/h，粘着利用率0.9，机车限界GB146.1-83[8]。

机车采用两个四轴转向架单元，每个四轴转向架单元由2台B0转向架、1个中间构架和1组牵引装置系统组成。中间构架以搭桥的形式将两台B0转向架连接成一个单元。机车车体通过三系悬挂坐落在中间构架上，中间构架通过二系悬挂坐落在两台B0转向架上。其中B0转向架由轮对、轴箱、构架、一系悬挂装置、二系悬挂装置、牵引装置、驱动装置、基础制动装置和附件等部件组成。基础制动采用轮盘制动，牵引电机采用抱轴式半悬挂方式。

  

图3 四轴转向架单元

2.1 中间构架

中间构架通过8个橡胶堆坐落在2个B0转向架构架上，是连结2台B0 转向架的承力部件，如图4所示。车体通过高圆弹簧坐落在2个中间构架上。

3.经济。恋爱中的大学生，不管男同学还是女同学，同样面临着恋爱消费问题。节日生日的一份礼物，或是一顿浪漫的烛光晚餐，或是异地恋的交通住宿，或是外出旅游等，这些都导致大学生恋爱期间消费负担明显加重，有些甚至是入不敷出。从而导致部分条件较差的家庭经济负担加重，学生心理负担重，有些学生还因为恋爱经费问题做出一些违法的事。

  

图4 中间构架

2.2 B0转向架构架

构架为H形焊接钢结构，由2根侧梁和1根牵引横梁构成。为保证构架具有足够的强度和刚度，构架采用大截面薄板箱形梁焊接钢结构。不同的截面间用较大圆弧过渡，以减小应力集中效应，如图5所示。

机车纵向力的传递路线：轮对-B0转向架构架-牵引杆-车体牵引座-车体。纵向力不经过中间构架，有效简化了中间构架的设计。

  

图5 B0转向架构架

2.3 牵引装置

三系悬挂装置由高柔螺旋钢弹簧、橡胶垫、垂向及横向液压减振器组成。中间构架侧梁中部每侧布置4组高柔螺旋弹簧，弹簧的上、下各布置了一个环形橡胶垫；中间构架与车体间布置2个垂向和2个横向液压减振器。

中间构架由2根侧梁和2根端梁组成，呈“口”字型，其侧梁和端梁均为钢板焊接的箱形梁结构。中间构架侧梁设高圆弹簧座及横向和垂向减振器座。中间构架侧梁上设三系垂向止挡和三系摇头止挡座，中间构架侧梁内侧设二系横向止挡座；端梁上设中间构架纵向牵引装置和二系摇头止挡座。其静强度和疲劳强度均满足UIC 615-4标准要求。

（3）相关配套设施不够完善。就当前我国畜牧养殖现状来看，存在很多养殖场地址选择不当、相关配套设施不够健全等问题。在选址的过程中没能予以实地考察，这样的后果就会直接导致养殖场的周边环境恶劣，养殖条件不高，容易滋生细菌，致使动物极易患病。

为了尽量降低整个机车的高度，给二系橡胶堆留出足够的安装空间，构架侧梁采用鱼腹形。转向架侧梁上焊有一、二系悬挂安装座，一系垂向减振器座、一系横向和垂向止挡座、摇头止挡座和转臂定位橡胶关节安装座等[9]。

  

图6 牵引车体的牵引装置

  

图7 轮对驱动装置

2.4 轮对驱动系统

轮对驱动装置由轮对、轴箱、牵引电机、齿轮箱、电机悬挂装置等主要零部件组成。轮对采用整体辗钢车轮和锻造高强度合金钢车轴，车轮上装有制动盘，如上图7所示。牵引电动机采用交流异步电动机，额定功率1200kW。同一转向架内，牵引电机采用对称布置，牵引电机一端通过抱轴箱、抱轴承刚性地支承在车轴上，另一端通过一根吊杆弹性地悬挂在构架牵引横梁上。吊杆两端分别装有两个球形橡胶关节，一端通过螺栓与电机相连，另一端通过螺栓与构架相连。在电机与构架之间设有电机安全托。齿轮传动系统为单级降速系统，小螺旋角斜齿传动，齿轮箱为非承载齿轮箱。齿轮采用润滑油润滑，驱动端的抱轴承采用润滑油润滑，非驱动端的抱轴承采用润滑脂润滑。

三是刺激农产品消费潜力。“互联网+农产品”销售模式使消费者降低了购买农产品时的时间成本和消费成本，同时支付方式更为便捷，支付成本不断降低，促使消费者在农产品消费渠道上更倾向于网上购物，刺激农产品消费潜力，进而促使农民增产增收。

2.5 悬挂装置

糖龙犹豫了片刻，看着唐小果的眼睛，诚恳地低下了头，说：“非常抱歉！我不是故意来捉弄你的！我们糖人国正面临着巨大的危机，请你一定要帮我！”

每台B0转向架一系悬挂装置由4组单元构成，每组单元包括2组螺旋钢弹簧、1个橡胶关节及1个垂向液压减振器组成。轴箱定位采用转臂式结构，2组螺旋钢弹簧分别安装在轴箱体的两侧，外侧弹簧以固定方式安装在轴箱和构架的安装座上，内侧弹簧以弹性定位的方式安装轴箱和构架的安装座上，其弹性铰由橡胶垫实现。单轴箱的垂向刚度由外侧弹簧和内侧弹簧共同实现, 单轴箱的横向刚度由外侧弹簧、内侧弹簧和轴箱的橡胶节点轴向刚度并联实现。内侧弹簧刚度较大，外侧弹簧刚度较小，理论上在平衡态，转臂定位橡胶关节应不受力。

B0转向架与中间构架之间采用圆柱形橡胶堆弹簧为二系悬挂，每个B0转向架构架侧梁中部横向布置2个圆柱形橡胶堆弹簧。圆柱形橡胶堆弹簧横向布置，可有效地降低垂向和纵向空间，并降低B0转向架构架与中间构架之间的回转刚度。

该牵引装置采用推挽式牵引杆实现低位牵引，如图6所示。每个四轴转向架有两根牵引杆分别将2个B0转向架与车体牵引座直接连接。牵引杆一端与B0转向架构架牵引梁的牵引座相连，另一端与车体的牵引座相连。两个连接端均为球形橡胶关节，能有效传递牵引力和制动力，并承受一定的冲击。为了避让牵引电机空间，推挽式牵引杆采用“Z”形结构。

2.6 四轴转向架的主要结构特点

(1)B0转向架采用B0+B0轴式，三系悬挂，有效地改善机车动力学性能，显著地改善机车曲线通过性能；

在不同的电场E、激励振幅A和ω的实验条件下，测取减振前后加速度传感器的实验数据，在对数据处理时发现同等激励、不同场强下其减振前的加速度和力的变化基本保持不变，而减振前后的加速度降幅在不同场强下变化明显。用动态分析仪对同等激励条件下减振后的加速度曲线进行峰值平均值分析，将三种不同场强下的实验数据绘制在同一曲线图5上。

(3)轮对采用双螺旋弹簧的转臂式轴箱定位技术，有效地解决了机车限界对转向架的苛刻要求，降低一系的垂向和纵向空间；

四轴转向架采用三系悬挂。

(2)中间构架主要承受机车的垂向和横向载荷，不承受牵引和制动载荷；

(4)采用单牵引杆直接连接B0转向架和车体的技术，将轮轨纵向牵引和制动力直接传给车体，使转向架结构大为简化，并能实现较好的粘着利用率。

3 单节八轴交流传动电力机车动力学性能

为了比较轴式为B0+B0-B0+B0单节八轴交流传动电力机车的直线动力学性能，选择同样轴重和速度等级的双节重联八轴交流传动电力机车作为对比分析。利用动力学软件建立单节八轴机车的多体动力学模型，对单节八轴交流传动电力机车进行动力学安全评估和参数优化。

本研究利用统计分析软件对308份问卷进行信度分析，由表3所示，整体问卷的克朗巴哈系数为0.708，8个潜在变量的克朗巴哈系数均大于0.6，说明获取的问卷数据可靠，达到信度要求。

该机车非线性临界速度为240 km/h，其横向稳定性满足要求。机车粘着利用率为90.04%。机车分别以不同速度通过线路不平顺为较差、AAR5和AAR6三种不同等级直线线路，各工况对应的各轮对轮轴横向力、脱轨系数和轮重减载率小于规定的极限值，机车满足直线运行动力学指标；不同速度和不同等级线路上，机车横向平稳性优秀[10-11]。

  

图8 横向平稳性比较

  

图9 垂向平稳性比较

单节八轴交流传动电力机车由于采用三系悬挂，尤其横向悬挂刚度较小，机车的横向平稳性明显好于双节重联八轴交流传动电力机车。图8和图9为单节八轴交流传动电力机车(简称B0B0-B0B0)与双节重联八轴交流传动电力机车(简称2B0)在相同计算工况下的平稳性比较结果。单节八轴交流传动电力机车随着速度的增加，横向平稳性指标反而降低，横向平稳性在不同线路都能达到优等级。图10为直线上机车最大轮轴横向力比较，机车速度介于50～100km/h之间时，单节八轴交流传动电力机车轮轴横向力要小于双节重联八轴交流传动电力机车；机车速度为80km/h时，单节八轴交流传动电力机车轮轴横向力比双节重联八轴交流传动电力机车减小20%左右。

为了分析单节八轴交流传动电力机车的曲线通过性能，计算机车的曲线通过性能，并与国内已有同速度和轴重等级的六轴交流传动电力机车(简称2C0)进行比较。考虑到典型的曲线通过计算工况，见表1。

“哎哟，宫保鸡丁啊……那个香啊……”门外刁先生拉长了声音在大发感慨。叶晓晓仿佛能看见他挺着瘦弱的胸脯，伸长了脖子，大张着嘴在夸张地打呵欠。

  

图10 轮轴横向力比较

单节交流传动电力机车由于采用B0+B0-B0+B0轴式结构，具有优良的曲线通过性能，曲线通过时导向轮对轮轨横向力明显优于六轴交流传动电力机车。表2为曲线通过性能比较结果，R300m小半径曲线通过时，机车导向轮对轮轴横向力及导向轮轮缘磨耗因子相对2C0机车减小35%左右。R800m半径曲线通过时，轮轴横向力减小15%，轮缘磨耗因子减小23%。

 

表1 曲线通过计算工况

  

工况圆曲线半径/m缓和曲线长度/m圆曲线长度/m线路超高/mm通过速度km/h线路级别一30012020012070AAR4二800120400130120AAR5

 

表2 曲线通过性能比较

  

曲线工况机车导向力/kN轮轴横向力/kN外轮垂向力/kN轮重减载率脱轨系数轮对摇头角/deg轮缘磨耗因子/kN.degR300B0B0-B0B086.0755.11189.650.510.550.7362.832C0 HXD1C111.486.0197.660.610.680.8695.8减小百分比 %22.735.94.0516.419.115.134.4R800B0B0-B0B079.3359.43192.10.530.550.3527.772C0 HXD1C95.5670.32190.10.530.570.3836.31减小百分比 %17.015.5-1.0503.517.8923.5

4 结论

该单节八轴交流传动电力机车采用B0+B0-B0+B0轴式以及三系悬挂结构，具有牵引功率大(可达9600kW以上)，粘着重量大(可达200t)，牵引吨位大，曲线通过性能好，轮轨磨耗小等优点。R300m小半径曲线通过时，机车导向轮对轮轴横向力及导向轮轮缘磨耗因子相对2C0机车减小35%左右；R800m半径曲线通过时，轮轴横向力减小15%，轮缘磨耗因子减小23%[8]。可满足我国120km/h速度等级的万吨重载货运运输牵引的需要，尤其对曲线多、半径小的山区线路，更能发挥其独特优势。

参考文献：

[1]周建斌,陈清明,王平华.HXD1C型大功率交流传动电力机车转向架[J].电力机车与城轨车辆,2011(11)：7-14.

[2]陈石华,葛来薰.单节8轴机车述评及方案选型探讨[J].上海铁道学院学报, 1992(2): 83-93.

[3]陈石华.论八轴机车主要参数和四轴转向架性能[J].内燃机车, 1991 (5):1-9.

[4]陈石华,施明权,陈崎.八轴机车轴重转移的计算与分析[J].内燃机车,1990 (6):23-34.

[5]王伯铭.八轴单节内燃机车走行部结构型式探讨[J].内燃机车,1992(2):6-7.

[6]王开文,葛来薰,傅茂海.八轴机车曲线通过性能及选型问题[J].内燃机车, 1994(7):12-15.

[7]А.К.Зоэулев， 臧权同.TЭM7型调车内燃机车的试运情况[J]. 国外内燃机车, 1982(10)：43-46.

[8]钟文生,姚远，张红军.单节八轴机车转向架动力学研究[J].机械,2014(8):1-5.

[9]王秋实，张开林，刘斌，孙思远.单节八轴机车转向架构架静强度与疲劳强度分析及模态分析[J].铁道机车与动车, 2016 (12):19-22.

[10]西南交通大学机车车辆研究所.八轴机车动力学及悬挂参数优化计算报告[R].2013:1-36.

[11]姚应峰,陈康.B0+B0-B0+B0轴式八轴机车的轴重转移分析[J].内燃机车,2007(10):23-27.