第二节 转向架
转向架是机车的走行部分，承受机车上部的全部重量，传递机车各个方向的力。其性能直接关系到机车运行的平稳性和安全性。现代机车走行部基本上都是采用转向架的结构型式。这主要是因为转向架式走行部能适应高速、重载、各种驱动方式和轴式，以及适合各种各样要求的弹性悬挂方式和基础制动方式。
一、转向架的作用及结构
（一）转向架的作用1.承载车体上部的全部质量，包括车体、动力装置以及各种辅助装置和电机电器设施。
2.保证必要的轮轨间黏着，以传递牵引力和制动力，使机车运行和停车。
3.缓和线路对机车的冲击，保证机车运行的平稳性。使垂向和水平向均有较好的运行平稳性。
4.保证机车能顺利通过曲线和道岔。
5.保证机车在牵引力、制动力和各种外力作用下的安全运行。
HXD3型大功率交流传动货运电力机车转向架为无心盘、无导框、独立弹性悬挂的三轴转向架，电机采用滚动抱轴式半悬挂，如图1-3所示。
（二）转向架的主要组成
一般电力机车转向架的组成：由构架、一系悬挂装置、二系悬挂装置、电机采用滚动抱轴式半悬挂、基础制动装置，牵引装置、轮对驱动系统组成。轮对驱动系统由轮对、轴箱、牵引电机、齿轮箱、抱轴承等零部件组成。
HXD3型大功率交流传动货运电力机车转向架为无心盘、无导框、独立弹性悬挂的三轴转向架。电机采用滚动抱轴式半悬挂。转向架的主要组成包括：构架、轮对装配、一系悬挂（轴箱）装配、电动机悬挂装置、基础制动装置、二系悬挂（支承）装配、牵引装置、转向架配管和转向架附件等部分，
图1-3 HXD3型电力机车转向架总图
1—牵引装置；2—排石器；3—基础制动装置；4—构架；5—电动机悬挂装置；6—轮缘润滑装置；7—轮对；8—一系悬挂（轴箱）装配；9—二系悬挂（支承）；10—砂箱
（三）转向架力的传递
机车运行时，转向架对机车的垂向力、横向力、纵向力的传递：
1.垂向力，包括机车的静载荷和动载荷。
其传递途径为：车体→二系弹簧组及减振器→构架→一系弹簧组及减振器→轴箱→轮对→钢轨。
2.横向力，包括机车通过曲线时的离心力、外轨超高引起的机车质量在横向的分力以及机车横向振动引起的动作用力等。
其传递途径为：车体→侧挡→构架→轴箱止挡→轴箱→轮对→钢轨。
3.纵向力，包括机车运行时的牵引力和制动力，以及机车在启动和制动时引起的纵向冲动。
其传递途径为：钢轨→轮对→轴箱→轴箱拉杆→构架→牵引杆→车体→车钩。
（四）转向架主要结构特点
为使机车获得良好的动力学性能，保证机车运行的安全可靠，作为重载货运牵引的电力机车，在满足各项基本性能要求的前提下，转向架结构设计时，着重考虑机车黏着重量的利用率。该转向架具有如下的结构特点：
1.牵引电机采用内顺置布置。这种布置可使机车在牵引工况获得较小的轴重转移。为此现在大多数机车转向架均采用牵引电机内顺置。
2.低位推挽式单牵引杆结构。加以合理的悬挂参数选择，使机车轴重转移减小，满足机车牵引要求。
3.构架刚度和强度高，侧架与端梁、横梁连接处采用圆弧连接的结构形式，降低连接处的应力集中。
4.二系悬挂高圆弹簧组每侧一组由三个弹簧组成，这种布置使弹簧接近回转中心，可减小弹簧的回转位移，降低弹簧的剪切应力。
5.一系弹簧采用单圈、小静挠度值，使一、二系弹簧参数搭配趋于合理。
6.基础制动采用轮盘制动，使轮对受力形式较踏面制动更加合理。
7.驱动装置采用滚动抱轴式半悬挂结构。
（五）转向架主要结构技术参数
总长（mm） 7468
总宽（mm） 3110
轨距（mm） 1435
轴距（mm） 2250+2000
车轮直径（mm） 新轮 1250
半磨耗 1200
到限轮径 1150
轮对内侧距（mm） 1353
踏面宽度（mm） 140
轴式 C0-C0
构造速度（km/h） 120
转向架总重（t） 30.193
通过最小几何曲线半径（m） （机车速度≤5km/h）125
牵引电机
型号 YJ85A
额定功率（kW） 1250
额定转速（r/min） 1365
牵引齿轮传动比 101/21=4.8095
基础制动方式 轮装式盘形制动
制动倍率 3.23（1、6轴）
2（2、3、4、5t）
机车空气制动率（23t） 25.38％
停放制动：（23t） 满足30‰坡道停车要求
二、转向架各组成部分构造及作用
（一）转向架构架
构架是转向架众多部件连接的主体骨架，也是承载和传力的基体，通过构架保证转向架内各部件的相互定位和必要的运动关系。当机车以各种工况运行时，构架承受来自车体及其上部设备重量的垂直载荷和由于机车振动引起的垂直附加动载荷；承受机车牵引或制动时产生的牵引力或制动力；承受机车通过曲线时的水平横向力和离心力等。因此，构架必须具有足够的强度和刚度。
构架是由左右对称布置的两个侧梁、前端梁、后端梁、牵引横梁、横梁和各种附加支座等组成。构架组焊后，成为完全封闭的框架式“目”字形箱型结构，如图1-4所示。
图1-4 转向架构架
1—左侧架；2—右侧架；3—牵引横梁；4—减振器座；5—前端梁；6—电机吊杆座；7—横梁；8—轴箱止挡；9—后端梁
（二）电动机悬挂装置
电动机悬挂方式为滚动抱轴式半悬挂。牵引电机一端通过滚动抱轴箱装配（该部分的内容见本书第五节驱动装置）支承在车轴上，另一端通过一根两端带橡胶关节的吊杆弹性悬挂在构架的横梁和后端梁上。电动机悬挂装置的吊杆一方面承受牵引电机的静载荷，另一方面承受牵引电机工作时产生的反力，同时在牵引电机工作过程中，它可以随电机纵向和横向自由摆动，并且橡胶关节可以衰减牵引电机传给构架的振动。
电动机悬挂装置由牵引电机、吊杆和连接螺栓等组成，见图1-5。
在机车的检修时应当注意电机吊杆螺栓的紧固力矩，一定要按规定的力矩紧固。运用中也要经常检查该螺栓是否有松缓的现象。
电机吊杆是两端都带有橡胶关节的锻钢零件，见图1-6。
图1-5 电动机悬挂装置
1—牵引电动机；2—螺栓套管；3—螺栓M30×130；4—吊杆装配；5—螺栓M30×160；6—垫圈；7—螺母M30
图1-6 吊杆装配
1—橡胶关节；2—吊杆体
（三）轮对装配
轮对是转向架中最重要的部件之一。机车各部分的载荷均通过它传递给钢轨，牵引电动机所产生的扭矩也是通过它传至钢轨产生牵引力。机车运行时，它还承受钢轨接头、道岔、曲线通过和线路不平顺时所引起的垂向作用力和水平作用力。所以，轮对质量的好坏可直接影响到行车安全。
图1-7 轮对装配
1—车轮装配；2—驱动装置；3—车轴
轮对装配是由车轴、车轮装配、驱动装置组成，见图1-7。车轮组装是采用注油压装方式将车轮组装到车轴的轮座上；车轮拆卸时仍通过轮毂上的高压油孔注油退下。从动齿轮直接套在车轴上，滚动抱轴箱装配在车轮压装前组装到车轴上，并调整好轴承游隙。
车轮装配包括整体车轮和摩擦盘组装，如图1-8。整体车轮采用进口整体辗钢轮，车轮踏面为标准规定的JM3型踏面；采用软盘制动。
图1-8 制动盘与车轮组装
（四）驱动装置
它主要包括：滚动抱轴箱装配、齿轮箱、主从动齿轮等部分。
滚动抱轴箱装配由两组圆锥滚子轴承、迷宫盖、滚动抱轴箱体等组成，如图1-9。滚动抱轴箱体由于受力复杂，受振动冲击载荷较大，所以必须保证它具有足够的强度、刚度和抗冲击韧性，并具有合理的结构形式，避免应力集中和裂纹的产生。
图1-9 抱轴箱装配
1—迷宫环；2—迷宫盖；3—圆锥滚子轴承；4—抱轴箱体；5—圆锥滚子轴承
牵引齿轮是机车的主要组成部分，大齿轮由合金钢锻压成形后整体加工而成。
机车的齿轮箱分上箱体、下箱体和小齿轮拆卸压盖。见图1-10。
为了保证机车安全运用和快速救援，齿轮箱设有小齿轮拆卸装置。
图1-10 轮箱装配
1—上箱体；2—下箱体；3—压盖
当电机发生故障机车无法正常运行时，可以通过小齿轮拆卸压盖用手动油压泵把小齿轮拆卸下来，从而保证机车可以正常运行回机务段。
（五）牵引装置
牵引装置是连接机车车体与转向架的重要部件，其主要作用是传递机车的牵引力或制动力。机车运行时不应存在对运动的约束，且能适应机车车体与转向架之间的各种相对运动，其中包括：转向架相对于车体的横动、在水平面内的回转，车体相对转向架的浮沉振动、点头振动及侧滚振动。通过控制牵引点高度和悬挂系统，使启动和牵引时机车的轴重转移最小，通过轴控技术的应用，对轴重进行补偿，进一步提高机车的黏着重量利用率。
本车的牵引装置结构形式为推挽式中央平拉杆。主要部件包括：牵引销装配、橡胶关节、安全索座、牵引杆体等，外形如图1-11所示，结构如图1-12所示。
牵引杆是传递机车牵引力或制动力的关键部件，必须保证具有足够的强度和刚度。橡胶关节在传递机车牵引力或制动力的同时，保证机车车体与转向架之间的各种相对运动不受约束，并缓和传力过程中的振动冲击，保证各部件之间的良好作用。
图1-11 牵引装置外形
1—橡胶关节；2，5—钢丝绳；3—安全索座；4—牵引杆体；6—牵引销装配
图1-12 牵引装置结构
1—关节装配；2—牵引销装配；3—牵引杆体；4—托板；5—O形圈；6—螺钉M24×130；7—螺堵（一）；8—橡胶垫（一）；9—螺堵（二）；10—橡胶垫（二）；11—安全索座；12—销轴B12×45；13—销2×16；14—绳夹；15—钢丝绳；16—螺栓套管；17—螺栓；18—O形圈
（六）一系悬挂系统
1.概述
一系悬挂系统由六套四轴箱装配组成，如图1-13，四种轴箱的结构基本相同。不同的是：轴箱（一）装有接地装置和垂向减振器；轴箱（二）装有接地装置；轴箱（三）装有垂向减振器；轴箱（四）装有速度传感器。轴箱采用单拉杆与转向架的构架弹性相连，把机车簧上部分的重量传递给轮对，同时将来自轮对的牵引力、制动力、横向力等传递到构架上。
图1-13 一系悬挂系统
1—轴箱（一）；2—轴箱（二）；3—轴箱（三）；4—轴箱拉杆；5—轴箱（四）
2.轴箱
轴箱采用独立悬挂，轴箱相对构架的上、下和横向移动，靠弹簧、橡胶元件的弹性变形来获得。轴箱定位采用拉杆式定位轴箱的结构，主要由前后端盖、轴箱体、吊钩、轴承单元、压盖、接地装置、速度传感器、轴箱拉杆、一系弹簧和橡胶减振垫等组成，见图1-14轴箱装配结构图。
图1-14 轴箱装配结构图
1—轴箱拉杆；2—后端盖；3—防尘圈；4—轴承；5—减振垫；6—轴箱弹簧；7—吊钩；8—垂向减振器；9—轴箱体；10—压盖；11—端盖；12—接地装置
3.轴箱轴承
轴箱轴承采用轴承单元，这种轴承单元在制造厂已经填充了润滑脂，并且整体密封。在组装时采用专用压装设备将轴承整体压装到车轴上，不需解体。轴承的免维护周期可达100万公里，排除了由于轴承组装、润滑和清洁度等问题影响轴承的正常使用寿命。考虑到机车在线路上的运行状态，两个端轴和中间轴分别采用两种游隙的轴承，组装后两个端轴的轴承游隙为±（0.3～0.6）mm，中间轴的轴承游隙为±15mm。
（1）轴承的组成
圆柱滚子轴承单元有下列元件组成：两列滚子与保持架组件，一个外圈，两个内圈和两个密封盖。这种轴承单元在制造厂已填充好润滑脂，组装时不必添加润滑脂。两个密封盖既能防止润滑脂的泄漏，同时也能防止外界杂质和污物的进入。
圆柱滚子轴承单元具有以下优点：适应于高速，安装和拆卸方便，良好的密封和润滑可延长维修期，减少维修工作量，降低使用成本，提高系统的可靠性。
（2）使用过程中的维护和检修
①轴承运转温度：
在正常的运转条件下，轴承的运行温度不应超过大气温度50℃。如果轴箱体温度超过100℃，轴承应停止使用，并进一步的检查。
②轴承的维护：
当机车运行到一定里程或是由于其他原因机车必须进行检修时，需落车将构架和轮对解体，对轴承进行旋转检查，观察轴承是否存在卡滞、异音、轴承游隙是否明显的变化、运行过程中是否出现过热或温度报警、润滑剂是否严重泄漏、密封件是否破损、轴承外圈是否出现裂纹等异常现象。若没有上述异常现象，轴承不必从车轴上拆下。否则需由有关部门确定轴承是否必须从车轴上拆下以及进一步的处理方法和措施。
轴承在运行80万km或5年时，应进行解体清洗、检查，并从新加润滑脂。
③其他意外事故：
当轴承在运行过程中经历了轨道下沉、撞车或经历了火灾、洪水等其他灾害后，轴承发还再返回使用时，必须到检修车间，按照检修规程进行解体、清洗和检查。
（七）二系悬挂系统
二系悬挂系统又称支承装置。本车的支承装置是由高圆弹簧与二系垂向减振器和横向布置的抗蛇行减振器组成。每个转向架上有两组高圆弹簧（每组三个）布置在左右侧架中央部分，两个垂向减振器和两个抗蛇行减振器的布置等如图1-15所示。
（八）基础制动装置
基础制动装置是对运行中的机车执行减速和停车的一种装置。本车采用的是轮盘式制动，每个车轮安装一套独立的单元制动器，其中每个转向架装有二套带有弹簧停车储能制动的单元制动器，安装在第一、六轴车轮上，如图1-16所示。当机车制动时制动单元得到压缩空气，通过制动缸活塞推动卡钳和闸片，压力作用到安装在车轮辐板上的摩擦盘上，使闸片与摩擦盘产生摩擦，消耗功率，将动能转变为热能散发掉，从而使机车达到减速或停车的目的。
图1-15 二系悬挂系统布置
1，2—调整弹簧垫片；3—减振垫；4—抗蛇行减振器；5—连接座组成；6—高圆弹簧；7，8—调整垫片；9—垂向减振器
轮盘制动和踏面制动同属于摩擦制动方式，但轮盘制动相对于踏面制动有如下优点：
（1）传统的踏面（闸瓦）制动方式大部分热能由车轮和闸瓦来承担。随着机车速度的提高和载重的增大，车轮的制动热负荷也相应增加。轮盘制动代替了闸瓦对车轮踏面的摩擦，增大了摩擦接触面积，改善了热负荷传递条件，也减少了车轮的磨耗，延长了车轮的使用寿命和改善了运行品质，保证了行车安全。
（2）在轮盘制动装置中，作为摩擦副的制动盘和闸片的材质及结构，可根据制动的要求进行多种方案的选择，可以获得较高的摩擦系数，并且比较稳定，受速度的影响小。因此可以减小制动压力，制动缸及杠杆的尺寸都可以缩小，减轻了制动装置的重量。
（3）轮盘制动装置的散热性能比较好，摩擦系数稳定，能得到较恒定的制动力。它的热容量允许它采用较高的制动率，可以在更高的速度下制动，获得较高的减速度，从而也就缩短了制动距离。
图1-16 基础制动装置
（4）轮盘制动装置结构紧凑，制动效率高，便于装拆和维护。
轮盘制动装置包括单元制动缸（常用单元制动缸和带停放单元制动缸）、制动盘、闸片及夹钳组成，如图1-17、图1-18所示。
图1-17 盘式制动单元（一）
图1-18 盘式制动单元（二）
常用制动单元是由制动缸作用部与闸片间隙调整器组成的一个独立的制动单元结构。闸片间隙调整器可以使闸片和制动盘磨耗过大后使盘片间隙得到自动的调整，使间隙始终保持在正常的数值范围内。
带停放单元的制动单元是由常用单元制动作用部与弹簧停放作用部组成的一个独立制动单元。当用于正常的制动时，弹簧停放缸得到压缩空气，弹簧停放缸缓解。然后缸内一直保持420～450kPa的压力空气。其常用制动缸作用与不带停放单元制动缸相同。当用于停车制动时，弹簧停放制动缸排气，弹簧停放缸实施制动。通过停放弹簧的弹力带动契块拉杆机构，带动常用制动缸的活塞部分，推动夹钳，使闸片抱紧制动盘，实现停车制动或坡道停车制动。停车制动或坡道停车制动后，拉动手动缓解拉柄，可对弹簧停放缸进行手动缓解。
制动盘结构特点：
车轮制动盘由两个摩擦盘组成，根据他们与车轮的相对位置确定是在内还是在外，见图1-19。
图1-19 制动盘安装
3—摩擦盘（外侧，内侧）；4—膨胀管套；5—六角螺栓；6—螺母；e—摩擦环厚度；FK—接触表面；FR—摩擦表面
日常维护及限度：
（1）如果制动盘松动就意味着螺栓的压力有所损失。必须检查螺栓是否松动。
（2）如果螺母需要扭紧，则必须按照适用的安装图纸中规定的数值上紧。
（3）必须检查冷却鳍是否有灰尘沉积，如果需要，用压缩空气清洁。
（4）当制动盘磨耗到限的标志为制动盘外台阶磨耗没有了的时候就需要更换制动盘了。
（5）制动盘磨耗限度为每侧5mm，超过磨耗极限值，必须更换制动盘。
（6）制动盘允许存在延径向，周向热裂纹。从摩擦面内外边缘开始的长度不超过60mm。
（7）检查车时，不允许敲打制动盘任何部位。
（8）制动盘摩擦面不允许有明显的台阶与沟槽、拉伤，但允许有1mm深的擦伤和小于2mm的凹面。
（九）撒砂装置
主要包括砂箱、砂箱盖、撒砂器和砂管加热器；砂箱为全钢板焊接成的方形结构，分前后两种砂箱。系统全密闭，砂箱盖具气密性，撒砂器有对箱体内砂子进行烘干功能，砂管加热器可以保证在寒冷风雪天气的撒砂顺畅。
（十）轮缘润滑装置
HXD3型机车转向架采用干式接触式的GR-1型机车轮缘润滑器，该装置简单、实用、故障少、易管理、成本低，干式润滑剂无毒阻燃，使用方便，不污染机车。
结构：
润滑器由安装板、导管、弹簧盒、牵引钢丝绳及推料杆等组成。
原理：
弹簧储存的能量通过推料杆传递给润滑块，沿导管方向压靠在轮缘部位，借助车轮转动时的相对摩擦，使轮缘部附着一层干式润滑膜，达到减磨目的。
（十一）接地装置
轴端接地装置是一个用于实现网侧电路从电网到钢轨回路作用并且是轴向运行的滑行触头，其也用于机车接地保护。
接地装置在车轴端部，用弹簧将碳刷固定住。为防止接地电流流入轴承，接地装置必须有非常小的接触电阻，良好的耐磨性能。具体结构见图1-20。
图1-20 接地装置
1—轴；2—碳刷；3—套；4—绝缘垫；5—绝缘套；6—内盖；7—密封垫；8—弹簧；9—外盖
（十二）踏面清扫装置
为保持轮轨之间的黏着作用，应使车路踏面清洁，为此设置踏面清扫装置。
作用过程：
1.当制动缸压力高于100kPa时，通过压力开关使清扫电磁阀得电，总风进入踏面清扫风缸踏面清扫器动作。
2.当制动缸压力低于50kPa时，踏面清扫解除。