和谐HXD1型大功率交流电力机车车体.pdf

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1、第 3 O卷第 1 期 2 0 0 7年 1 月 2 0日 电力机车与城轨车辆 E l e c t r i c L o c o mo t i v e s Ma s s T r a m t V e h i c l e s V0 l _ 3 O N o 1 J a n 2 0 t h，2 0 0 7 大功率机车 和谐 H X D 1 型大功率交流电力机车车体 杨相健，曾燕军(中国南车集团株洲电力机车有限公司，湖南 株洲4 1 2 0 0 1)摘要：主要介绍 H X。1 型大功率交流电力机车车体的结构特点和各主要部件的设计结构，并对该车体的结构强度 及静强度试验进行了简要分析和总结。关键词：大功率机

2、车；车体；结构；强度 中图分类号 U 2 6 4 2 2 3；U 2 6 0 3 2 文献标识码：A 文章编号：1 6 7 2 1 1 8 7(2 0 0 7)O 1 0 0 2 6-0 3 Ca r b o d y o f t y p e HXD 1 h i g h-p o we r AC e l e c t r i c l o c o mo t i v e Y A N G X i a n g-j i a n，Z E N G Y a n-j u n (C S R Z h u z h o u E l e c t ri c L o c o m o t i v e C o ，L t d ，Z h

3、u z h o u 4 1 2 0 0 1，C h i n a)Ab s t r a c t：T h i s p a p e r p r e s e n t s t h e s t r u c t u r e p r o p e r t i e s o f t y p e HXD 1 h i g h-p o w e r AC e l e c t r i c l o c o mo t i v e S c a r b o d y a n d t h e d e s i g n s t ruc t u r e o f i t s ma i n p a r t s，a n d c h i e fl y

4、 a n a l y z e a n d c o n c l u d e t h e s t ruc t u r e s t r e n g t h a n d s t a t i c p r e s s u r e t e s t o f t h e c a r b o d y Ke y wo r d s：h i g h-p o w e r l o c o mo t i v e；C ar b o d y；s t ruc t u r e；s t r e n g t h l 概述 H X o 1 型电力机车为双节重联的 8轴大功率交流传动 电力机车，将主要用于大秦线重载货运列车牵引。作为整 个电

5、力机车的主要承载部件，其车体必须具有足够的强 度和刚度，以适应重载牵引的要求，因此采用整体式承载 结构形式。车体各部件均为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。车体外形使用了准流线型头型，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。2 结构特点 H x o 1 型机车车体设计部分采用 了我国相关标准，其 余主要采用 I S O，U I C，D I N，E N等国际、国外标准。作为整 体承载车型，H X D 1 型机车车体依照 E R R I B 1 2 R P 1

6、7，E N 1 2 6 6 3 等相关静强度、疲劳强度设计及评判标准，将整 体骨架设计为适当的箱形网状布置，使应力通过车体整 体骨架均匀、有效地分布和传递。司机室结构设计符合 U I C 6 5 1 的相关要求，并充分考虑了人机工程学，设有左 右两个人IS I 门以及前窗和侧窗，入IS I 门设有门联锁，前窗 玻璃采用电加热玻璃，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，主要 由前端牵引梁、后端牵引梁、边 粱、中心纵梁、枕粱、变压器梁等组成。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

7、小间隙的 1 3 A型 E级钢车 钩和大容量的 Q K X 1 0 0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。重联机车的单节车体 主要结构如图 1 所示，具体结构参数如下：车体总宽度 m m 3 1 0 0 车钩中心距离 m m 1 7 6 1 6 l 一钩缓装置；2 一排障器；3 一司机室；4 一人口门；5 一底架；6 一侧 构；7 一顶盖。图 1 H X t 1 型机车车体结构 收稿 日期：2 0 0 6 1 2 0 6 作者简介：杨相健，教授级高级工程师，1 9 8 7年毕业于华中理工大学工程力学专业，长期从事电力机车车体设计开发工作。2 6 维普资讯 http:/

8、杨相健 等 和谐 H X t,I 型大功率交流电力机车车体 2 0 0 7 年第 1 期 车钩中心线距轨面高度 ra m 顶盖距轨面高度 ra m 底架地板上平面距轨面高度 m m 车体底架长度 mm 3 主要结构部件 8 8 0 1 0 梁、中央纵梁、车钩箱等组成，具体结构见图3。4 o 0 3 l 4 9 8 1 68 3 5 3 1 司机室 H X D 1 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 两块复合的电加热玻璃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人 口门。司机室后墙上设有走廊门，通向机械间中央走廊

9、。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，因此蒙皮均设计成6 m m的平板或压型曲面 板。司机室前端两侧均设计成箱体结构，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 E N1 2 6 6 3中关于司机室腰梁处应能承受 3 0 0 k N 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6 m m厚 的

10、 H G 7 8 5 E细晶粒高强度结构钢板材。司机室入 白门门 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。司机室钢结构见图 2。图 2 司机室结构 3 2 底架 HX n l 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 l 2 3 4 5 6 7 8 l 一后端牵引梁；2-中央纵梁；3 侧梁；4-变压器梁；5 一底架盖 板；6-枕梁；7 一车钩箱；8一前端牵 引粱。图 3 底架总 图 前端牵引梁和后端牵引梁主要用于传递牵引力及纵 向冲击力，车钩箱焊装于其底部；侧梁位于底架

11、两侧，是 底架主要承载及传力部件，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；枕梁主要承受 车体和设备的重量载荷及其垂 向冲击载荷；变压器梁主 要承载变压器的重量载荷及其冲击载荷；中央纵梁完全 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；车钩箱用于安装机车车钩、缓冲装置和变形吸能装置。各横向梁与侧梁联结均采用 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。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

12、强度。在底架两牵 引梁之间，焊装 4大块 1 01 2m m厚的盖板，主要用以直 接装配机车设备或焊接装配机车设备的安装支架，同时 进一步加强了底架的刚度和强度。3 3 侧构 H X n 1 型机车车体侧构采用了上倾斜 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6 m m厚的压型梁，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、较强的联结梁，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 梁大都设计成一边均匀断续开 口的角梁结构，断续边与

13、蒙皮焊接在一起，在降低 了侧构平面的焊接变型的同时 弱化了该部位的强度和刚度。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Ha l f e n 安装轨，用于安装车体顶 盖。侧构结构见图 4。3 4 隔墙、后端墙和顶盖 H X n 1 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，有效地隔离了机械问噪声对司机室-2 7-维普资讯 http:/ 电力机车与城轨车辆 2 0 0 7年第 1 期 踏及登车梯等附属部件。牵引钩缓装置及变形吸能装置 见图 6。图4 侧构总图 的污染。后端墒

14、不仅构成车体箱体结构的一个端面，还要 考虑与另一节车相连，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。车体顶盖设计成 4个 可拆卸的框架式活动小顶盖，通过 H a l f e n螺栓与侧墙和 顶盖联结横梁上的 H a l f e n 安装轨相连，其联结充分考虑 了结构的防水性，设置了密封结构。隔墙及后端墙结构见 图 5。图 5 隔墙及后端墙结构 3 5 其他附属部件 H X,1 型机车车体其他附属部件也采用较巧妙的设计 理念。车内各设备的安装骨架大都采用立板与 H a l f e n 安 装导轨组焊的支架结构，安装方式简单、方便，可适应各 种设备的安装需要。钩缓系统采用了小

15、间隙的 1 3 A型 E 级钢车钩和大容量的 Q K X 1 0 0型弹性胶泥缓 冲器，E级 钢车钩的抗拉强度达 4 0 0 0 k N，缓 冲器阻抗力不超过 2 5 0 0 k N，最大：作行程 与S S 4系列机车缓冲器一致，缓 冲吸收率超过 8 0。缓冲车钩小间隙和缓冲器的大容量 有效减少了机车纵向冲击，同时也确保 H X,1 型机车钩缓 系统与既有机车的互换，提高使用效率，减少了维护工作 量。变形吸能装置能在紧急碰撞情况下，通过塑性变形使 每节车最大可吸收 4 5 0 k J 的能量，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。H X o l 型机车车体 还设置了分左右安装的

16、犁式排障器、不锈钢扶手、防滑脚-2 8-图 6 钩缓及变形 吸能装 置 4 结构强度分析及静强度试验 H X 0 1型机车车体主要依据标准 E R R I B 1 2 R P 1 7和 E N 1 2 6 6 3以及 D J 4 型机车技术规范 进行结构强度分析 和评价，共考核了 1 9个丁况，包括 1 3 个用以考核车体静 强度性能的静载T况和 6个考核车体抗疲劳I生能的动载 工况。各工况比国内相关标准要求更高，如静拉、静压工 况要求达 2 4 5 0 k N的压缩载荷和拉伸载荷，设备安装抗 纵向冲击工况要求达 5 g的加速度等。强度分析评价中，根据标准分别对动、静载荷工况下母材与焊缝设置了

17、不 同的安全系数，并考虑板厚的影响，疲劳强度评价还考虑 应力比等因素的影响。经过有限元分析，各工况安全系数 均超过规定的数值，表明该车体静强度和疲劳强度满足 设计要求。依据用户要求、缓冲器容量及重载列车的组合 方式，H X D 1 型机车还进行了列车联挂速度的仿真计算。根据 D J 4型机车车体静强度试验大纲 和相关标准 完成了H X n 1 型机车车体的静强度试验。试验结果显示，车体没有产生屈曲以及任何形式的永久变形，车体应力 集中趋势与分析计算结果相符，所有测点的应力值均小 于材料的许用应力，安全系数均大于规定数值，表明该车 体强度满足设计要求。5 结束语 H X n 1 型机车车体设计既

18、吸收了较多成熟设计经验，也采用了许多先进新技术，将成为我国重载货运大功率 交流传动电力机车车体设计的典范，对我们新型机车的 研发和老型机车的改进均有着积极的指导意义。参考文献：【1】J a c k l e D J 4-T 1 3 0 0 0 1 S t r e s s A n a l y s is f o r t h e C a r b o d y th e D j 4o t i v e f o r C h i n e s e R a i l w a y s R ，Mu n i c h：S i e m e n s A G T S L M D S C，2 0 0 6，【2】李 茂春，D J 4机

19、车 车体 静 强度 试验 报 告(2 0 o 6)J S(S Y B G)第 C O Ol 号 R】株洲：株机公司轨道电力牵引技术中心检测试验站，2 0 0 6 3 1 S t e p h a n D r e x l e r C h i n a L o c o m o t i v e D J 4 S p e e x t o f C u p l i n g S i m u l a t i o n s R Mu n i c h：Si e me n s AG TS L M D S C，2 0 0 6 4】E N 1 2 6 6 3 2 0 0 0，铁路车辆车体的结构要求【s】【5】U I C 6 5 1-2 0 0 2，机车、动车、动车组和带司机室客车的司机室结构 维普资讯 http:/