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1、轨道车辆结构与设计,第五章 牵引驱动及缓冲连接装置,动力车和机车的牵引电机是通过传动装置驱动轮对的，牵引电动机悬挂，是指牵引电动机的安装方式。牵引电机和传动装置在动力车上有不同的悬挂方式，常用的悬挂方式有以下三种：抱轴式悬挂，车体悬挂，转向架悬挂。轴悬式又称牵引电动机半悬挂，架悬式和体悬式又称牵引电动机全悬挂。,5.1 牵引驱动装置类型 轨道车辆牵引方式： 内燃机，电动机 牵引电机布置方式： 集中式，分散式 牵引电机安装方式： 轴悬：低速列车 架悬：200km/h以下列车 体悬：200km/h以上列车,一、轴悬驱动装置 轴悬式牵引电动机通常是一侧通过调杆支承于转向架，另一侧通过抱轴轴承支承在车
2、轴上。 抱轴轴承采用滑动支承比较简单，但其润滑和检查都不太方便，故从50年代开始就改用滚动轴承。,至今曾采用的有圆柱滚子轴承、调心滚子轴承和圆锥滚子轴承。 圆柱滚子轴承补脂周期长，按装与维护比较简单，特别是用整体外壳时这一优点更能充分显现出来。 圆锥滚子轴承的安装刚度好，有利于保证齿轮的啮合精度，但其装拆与轴向游隙的调整却比较困难。 调心滚子轴承的安装，特别是拆卸比圆锥滚子轴承更为困难，但可适应轴的弯曲。我国电力机车牵引电动机的抱轴轴承有采用调心滚子轴承的，其型号为3G3053148T。,牵引电动机质量的一半支悬在构架上，为簧上质量，故称半悬挂。牵引电动机的另一半质量压在车轴上，为簧下质量。,
3、轴悬驱动装置分类 1、刚性轴悬驱动装置：120km/h以下车辆 2、弹性轴悬驱动装置：120-160km/h以下车辆,1、刚性轴悬驱动装置： 刚性轴悬挂的结构是牵引电动机的一端经抱轴瓦或滚动轴承刚性地支承在车轴的抱轴颈上抱轴端；另一端弹性地悬挂在转向架构架横梁上悬挂端。刚性轴悬式电机悬挂示意图,2、弹性轴悬驱动装置：所谓弹性轴悬式驱动装置，即驱动装置一侧通过装有橡胶关节的两个吊杆悬挂在构架横粱上（弹性），在另一侧通过一简单的装有橡胶关节的悬挂臂与构架横梁相连。由于吊杆足够长使得驱动装置整体与构架间的横向刚度较小，解除了其一端的横向约束，从而减少了簧间质量和转动惯量。,驱动装置弹性轴悬式机车其动
4、力学性能优于刚性轴悬式机车，其在高速客运机车上具有明显的技术优势；弹性轴悬式驱动装置相比较于刚性轴悬式驱动装置其在结构上的显著特点是齿轮箱为承载式结构以及传动轴承采用油润滑。弹性轴悬式驱动装置的牵引电机、齿轮箱和悬挂横梁是主要的承力部件，它们除了承受牵引电机扭矩外，还承受整个装置的振动冲击力。,优点：牵引电动机半悬挂由于结构简单、工作可靠、制造容易、成本低廉、维修方便等优点，在电传机车上得到广泛应用。弹性轴悬式牵引电动机只要存在一点弹性，来自钢轨的硬性冲击，经过弹性元件的缓冲，使抱轴承及牵引电动机的垂向加速度大为减小，改善了牵引电动机的工作条件。牵引电动机的力矩经弹性元件传至轮对，改善了牵引齿
5、轮副的工作条件。,缺点： 簧下质量大，因而轮轨垂向动载荷大。牵引驱动装置中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的质量是压在车轴上的簧下质量； 牵引电动机及牵引齿轮的工作条件差。 来自钢轨的冲击直接传至牵引电动机和牵引齿轮啮合面，牵引电动机垂向加速度大，牵引齿轮啮合面的接触动应力大，影响它们的工作可靠性及使用寿命。因此，随着机车速度的提高，牵引电动机半悬挂不再适应要求而要采用牵引电动机全悬挂。一般情况下，机车最大运用速度不超过120km/h，可以采用牵引电动机半悬挂。 牵引电动机抱轴承的技术状态对驱动装置的工作有重大影响。,二、架悬驱动装置 架悬式悬挂牵引电动机固装在转向架构架
6、上，牵引电动机全部是簧上质量，故又称全悬挂式。牵引电动机架悬式由于簧下质量小，适用于快速和高速机车。架悬式牵引电动机和转向架构架一起振动，与电枢轴上的小齿轮相啮合的大齿轮也必须随构架振动，使大小齿轮的中心距保持不变。把从动大齿轮上的力矩传到轮对的驱动装置上是架悬式的关键技术。该驱动装置必须是弹性的，以适应转向架构架相对于轮对各方向的振动位移。不同的电机悬挂方式，其驱动装置也就不同，采用架悬式电机悬挂现有两种驱动形式： 轮对空心轴架悬式（两级）驱动 电机空心轴架悬式（两级）驱动。,优缺点：电机空心轴驱动装置布置紧凑、尺寸小、重量轻，其缺点是簧下质量较大、牵引电动机长度缩短，对提高功率不利。另外，
7、整个传动系统的扭转刚度较小，如果各弹性元件的刚度选择及匹配不恰当，会使轮轨间的黏滑振动增大，容易诱发空转，影响机车黏着牵引力的正常发挥。,1、轮对空心轴两级弹性驱动 有2个弹性联轴器,SS7E型、SS8型及SS9型电力机车采用的是轮对空心轴全悬挂方式。牵引电动机的两端均通过弹性吊挂与转向架构架横梁相连，并在车轴上加上了一根空心轴，其一端通过弹性元件（六连杆机构和橡胶关节）与轮连接，另一端同样通过弹性元件与驱动大齿轮连接。,2、电机空心轴驱动装置,3、大变位联轴器电机架悬驱动装置,4、牵引电机、齿轮箱、空心套、制动盘一体化架悬驱动装置 5、单电机构架内置架悬驱动装置 6、独立轮外置电机纵向驱动装
8、置 7、独立轮轴端横向驱动装置 8、单电机纵向万向轴驱动装置,三、体悬驱动装置 这种悬挂方式通常是把牵引电动机悬挂在车体的底部，使其成为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形稳定性，对减轻轮轨的垂向及横向动载荷也有所帮助。各国高速动力车转向架的发展都经历了从架悬到体悬的过程。单从垂向平稳性及减轻垂向动作用力的角度来讲，架悬已较好地解决了这一问题，而体悬则可认为是进一步减小横向动作用力的需要。高速机车的运行速度超过200250km/h时，为了减轻转向架构架的质量，以提高转向架的蛇行稳定性，把牵引电动机移至车体上，成为体悬挂方式。,优缺点：
9、牵引电机采用体悬挂的方式可以使得簧下不能通过弹簧进行缓冲的重量大大减轻，这样减轻了车辆对钢轨的冲击力，并改善了电机与齿轮组的工作条件，相对于轴悬式来说，轴悬式有一半的重量要直接冲击钢轨，在同样冲击力的情况下，很明显要比轴悬跑得快。,三、体悬驱动装置 1、横向三爪万向轴体悬驱动装置,爪形轴承传动装置 1牵引电动机 2电动机弹性悬挂 3驱动小齿轮 4车轴上大齿轮 5减速齿轮箱 6爪形轴承 7制动盘,2、轮对双空心轴半体悬驱动装置,横向牵引电动机空心轴式传动装置 1牵引电动机 2小齿轮 3驱动轴 4大齿轮 5空心轴 6联轴器 7减速齿轮箱 8制动盘,3、纵向万向轴体悬驱动装置,对角配置的单独轴一纵向
10、传动装置 1牵引电动机 2连杆轴 3驱动锥齿轮 4轮轴 5减速箱 6制动盘,四、其他驱动方式 1、单电机纵向弹性轴驱动装置,2、独立轮轮毂电机驱动装置3、永磁同步电机驱动装置,二、联轴器的选型设计 动力布置方式 车速 安装空间,三、鼓形齿式联轴器鼓形齿式联轴器属于刚挠性联轴器，具有径向、轴向和角向等轴线偏差补偿能力，与CL型直齿式联轴器相比，具有结构紧凑、回转半径小、承载能力大、传动效率高、噪声低及维修周期长等优点，因此，目前，国内外已普遍以鼓形齿替代直齿式联轴器。但鼓形齿式联轴器不适宜用于要求减振、缓冲及二轴对中要求严格的机械。,四、联轴器发展方向 大承载 小型化 免维护 高弹性 低噪音 轻
11、量化,5.3 缓冲连接装置的用途及分类 一、车钩缓冲装置的作用：1)减小了两个车钩连接表面之间的间隙，从而也降低了列车中的纵向力，提高了列车运行的平稳性。 2)由于车钩零件的位移减小了，并且在这些零件上作用的力也减小了，因此改善了自动车钩内部零件的工作条件。 3)减小了车钩连接表面的磨耗。 4)减小了由于两连挂车钩相互冲击而产生的噪声，这对于城市轨道车辆和客车尤为重要。 5)避免在意外撞车事故时，发生一个车辆爬到另一个车辆上的危险。,6)简化了两车钩纵向中心线高度偏差较大的车辆相互连挂的条件(例如，不同类型的车辆，车轮及其他部件磨耗程度不同的车辆，以及空车和重车)。二、车钩缓冲装置的要求 1)
12、车钩强度大。 2)不需要复杂的钩尾销连接结构和复杂的对心装置。 3)车钩钩体的结构和铸造工艺较为简单。,三、车钩缓冲装置的分类 按牵引连接方式分: 非自动车钩 自动车钩 自动车钩分： 非刚性车钩：普通列车 刚性车钩：适用于城市轨道车辆、高速列车,国产密接式车钩缓冲装置 1密接式车钩钩头 2风管连接器 3橡胶金属片式缓冲器 4冲击座 5十字头 6托梁 7磨耗板 8电气连接器,自动车钩 1.国产密接式车钩缓冲装置,密接式车钩内部结构与作用原理 a)连挂状态 b)解钩状态 c)待挂状态 1钩头 2钩舌 3解钩杆 4弹簧 5解钩风缸,(1)钩头结构 车钩的内部结构如图所示。 (2)作用原理 该车钩有待
13、挂、连接和解钩三种状态，如图所示。,1)待挂状态：为车钩连接前的准备状态，此时钩舌定位杆被固定在待挂位置，解钩风缸活塞杆处于回缩状态，此时半圆形钩舌的连接面与水平面呈40角。 2)连挂状态：两钩连挂时，凸锥插进对方车钩相应的凹锥孔中。 3)解钩状态：自动解钩，即要使两钩分解，需由驾驶员操纵解钩阀，压缩空气由总风管进入前车(或后车)的解钩风缸，同时经解钩风管连接器送入相连挂的后车(或前车)解钩风缸，活塞杆向前推并带动解钩杆，使钩舌转动至开锁位置，此时两钩即可解开。,5.4密接式缓冲连接装置 及牵引、缓冲和连挂于一体 通过车辆轻触连接，电气开关脱离,5.5 缓冲器的种类、性能及结构 一、缓冲器的作用与种类 作用：缓解车辆间纵向冲击与振动 类型： 弹簧式 摩擦式 橡胶 摩擦橡胶式 粘弹性橡胶泥 液压式 空气式,二、缓冲器主要性能参数 1、行程 2、最大作用力 3、容量 4、初压力 5、能量吸收率,
