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CKD9B 型內燃機車車體結構設計

CKD9B 型內燃機車車體總圖

CKD9B 型內燃機車車體總圖

摘要 主要介紹了出口新西蘭的CKD9B 型電傳動內燃機車的車體鋼結構、強度計算和工藝設計特點,其車體為外廊式底架承載雙司機室結構。

關鍵詞: 車體 鋼結構 強度 內燃機車

1 前言

CKD9B 型電傳動內燃機車是我公司為出口新西蘭國家鐵路(Kiwi Rail 公司)設計生產的客、貨運干線內燃機車。機車裝用MTU20V4000R43 柴油機,裝車功率2700kW,機車最大起動牽引力370 kN,最高運行速度100km/h。采用交直流主傳動,交流輔助傳動,WABTEC 26-L 制動系統。其車體是外廊式底架承載雙司機室結構。

2 車體主要技術參數

軸重(全裝備)(t ) 18 (Max. +3%)
燃油箱容量(L) 4630
車鉤中心線距軌面高度(mm )
780±10(新輪)
車鉤銜接線中心線間距離(mm ) 18510
轉向架中線距(mm) 10300
底架最大寬度(mm) 2810
機車排障器距軌面高度(mm) 175+10
車體上平面距軌面高度(mm ) 1550

3 車體主要結構

CKD9B 型機車車體,主要由以下幾大部分組成:前后端司機室、兩司機室中間的“罩式”車體、起主要承載作用的底架、底架下部中間部分懸掛的油箱、牽引緩沖裝置、防爬和排障器。底架上部的結構分為6 部分,從前到后依次為:I 端司機室、電氣室、傳動室、動力室、輔助室、II 端司機室。車體總圖見圖1。

車體由承載結構和非承載結構組成。承載結構包括底架、底架蓋板、車鉤和排障器等,非承載結構包括司機室、機械間、車門、車窗、司機室地板和室內裝修等。

考慮到機車座輪、吊裝、救援和發運的需要,在底架的適當部位設置有架車墊板及吊車銷孔;并在車體和轉向架之間設有整體起吊連接裝置,以便在機車發運時將車體和轉向架一同起吊。

由于CKD9B 型機車軸重較輕,且整個車體為底架承載結構,因此在滿足強度要求的前提下,把有限的重量用在底架主承載結構上??紤]到車體強度、剛度、工藝和壽命的要求,結合新西蘭機車運用環境,承載結構選用普通的低合金結構鋼、耐候鋼等。在非承載部分采用普通碳素結構鋼,門、窗采用鋁合金復合材料,司機室內裝采用PC(X)復合材料。

CKD9B底架橫截面

CKD9B底架橫截面

3.1 底架

底架采用中梁承載結構,中梁為工字型,分別由上蓋板、下蓋板和中間立板組成。在中梁的外側為邊梁和筋板,提高了橫向的穩定性,同時中梁采用工字型梁結構,機車的制動管和電器線管就可以放在邊梁里面,既方便安裝又節省空間。中梁魚腹的位置設置了工具箱。底架橫截面圖見圖2。

CKD9B車鉤緩沖器

CKD9B車鉤緩沖器

底架的前后端部有牽引梁,其內部裝有牽引緩沖裝置,采用新型的防脫車鉤,防止車鉤垂直方向脫出,車鉤緩沖器見圖3。端部的前面設置了防爬結構,有效防止機車在正面相撞的事故中造成司機室的更大損壞,增加其安全性。底架中間部分為柴油機座梁,布置了柴油機安裝座。在旁承梁上布置了橡膠旁承的支撐座,并且牽引電機通風機的出風口也在旁承梁上。底架中梁的前后設有牽引拉桿座,用以與轉向架的牽引桿相連,達到傳遞牽引力的作用。牽引拉桿座上設有吊車筒和架車座,供起吊機車用。底架上還設置有橫向減震器座。在底架端部的端板上有6個制動管路的孔,當機車發生側翻的時候可以通過這些孔利用翻轉梁把機車扶正。

3.2 司機室
司機室前墻采用了類似蜂窩型結構的箱型梁,增加前墻在縱向均布壓力下的強度和剛度。

CKD9B司機室布置

CKD9B司機室布置

司機室內壁裝飾采用玻璃鋼和多孔鋁板,內腔填充吸聲降噪材料,達到隔熱和吸聲的效果。司機室設有兩個側門和一個中門,側門供上下司機室用,中門分別進入電氣室和輔助電氣室,并且在司機室中門上放置有方便取用的滅火器。司機室前窗分為逃生窗和普通窗,在司機室門無法打開的情況下司機可以從逃生窗逃生。司機室前窗外側裝有電動刮雨器,側窗外裝有可折疊的后視鏡,司機室內部設有洗手盆、紙巾盒、濕巾盒、腳爐、240V 插座、電水壺、冷水器、微波爐、彈簧衣帽鉤、點牌燈、書報箱、垃圾箱、前窗遮陽簾、側窗遮陽簾、進口的司機座椅、添乘座椅和工具箱等物品。司機室布置圖見圖4。

3.3 機械間
機械間采用“罩”式車體,便于檢修時的拆卸和安裝。各室頂部均設有可拆卸的頂棚,以供吊裝各室的機組和設備。側墻采用可拆卸式的結構,側墻與底架之間的連接、頂蓋與側墻之間的連接均用特殊結構形式的連接螺栓,以滿足安裝工藝的要求。為方便檢修各室的機組和設備各室的側墻門,大量采用四開的折疊門,增大門的開度,側墻門設有通風百葉窗,里側是防雨網,門鎖采用的是里外都能開的結構防止檢修人員被困在機械間。傳動室和動力室的隔墻完全密封并且具有隔音降噪的功能。應新西蘭鐵路的要求,機車的扶手桿除登車扶手安裝在走廊的兩側外,機械間走廊的扶手全部安裝在各室的側墻上。

4 強度計算

4.1 車體強度計算
根據新西蘭國家鐵路的要求車體強度按照GM/RT2100 標準執行。該車車體部分要滿足縱向壓縮2000kN,拉伸2000kN。

底架為空間梁殼組合結構,計算時將其離散為全部由四點殼元構成的空間殼結構。為提高計算精度,將橡膠堆按旁承座頂板上的節點數分成相應的、剛度相等的若干垂向并聯彈簧,彈簧長等于橡膠堆高,這些彈簧剛度之和等于橡膠堆剛度,各彈簧下端取作計算模型的約束。計算模型節點總數:78969,四點殼元總數:80803,殼元邊長基本上為50mm。彈簧單元總數:240。

4.2 計算工況和結論
車體的計算工況為垂直載荷工況、壓縮工況、拉伸工況、雙機牽引工況、救援工況和整體起吊工況,此外,還要進行疲勞強度校核。

通過對機車全部6 個工況的計算表明,所求得的車體應力全都低于各工況規定的許用應力,而對雙機牽引的疲勞強度計算表明,車體應力滿足無限壽命設計,所以車體的強度滿足要求。

5 設計中的工藝性

該車體設計在工藝性方面做了大量工作,為防止漏雨和焊接變形,側墻結構大量采用壓型鋼,保證側墻外邊沒有焊縫。里面采用斷焊形式,可以大幅度減少焊接變形。同時在底架和司機室設計中盡量避免應力集中和應力突變,達到等強度結構,大量采用圓角過渡、加工倒角焊接打磨等結構設計和工藝手段,大幅提高車體的疲勞強度。

6 總 結

在CKD9B型電傳動內燃機車設計中我們克服了整體尺寸小、軸重輕和強度要求高等困難,大量采用人性化設計,在保證乘務人員安全的前提下又提高了舒適性。

作者:中國北車集團大連機車車輛有限公司 趙宇雷

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該日志于2013-05-20 09:14由 Zac 發表在機車技術分類下, 你可以發表評論。除了可以將這個日志以保留源地址及作者的情況下引用到你的網站或博客,還可以通過RSS 2.0訂閱這個日志的所有評論。

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