CKD9B 型内燃机车车体结构设计 - 纽西兰备忘录 – 封面机车 – 城市轨道交通
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CKD9B 型内燃机车车体结构设计

CKD9B 型内燃机车车体总图

CKD9B 型内燃机车车体总图

摘要 主要介绍了出口新西兰的CKD9B 型电传动内燃机车的车体钢结构、强度计算和工艺设计特点,其车体为外廊式底架承载双司机室结构。

关键词: 车体 钢结构 强度 内燃机车

1 前言

CKD9B 型电传动内燃机车是我公司为出口新西兰国家铁路(Kiwi Rail 公司)设计生产的客、货运干线内燃机车。机车装用MTU20V4000R43 柴油机,装车功率2700kW,机车最大起动牵引力370 kN,最高运行速度100km/h。采用交直流主传动,交流辅助传动,WABTEC 26-L 制动系统。其车体是外廊式底架承载双司机室结构。

2 车体主要技术参数

轴重(全装备)(t ) 18 (Max. +3%)
燃油箱容量(L) 4630
车钩中心线距轨面高度(mm )
780±10(新轮)
车钩衔接线中心线间距离(mm ) 18510
转向架中线距(mm) 10300
底架最大宽度(mm) 2810
机车排障器距轨面高度(mm) 175+10
车体上平面距轨面高度(mm ) 1550

3 车体主要结构

CKD9B 型机车车体,主要由以下几大部分组成:前后端司机室、两司机室中间的“罩式”车体、起主要承载作用的底架、底架下部中间部分悬挂的油箱、牵引缓冲装置、防爬和排障器。底架上部的结构分为6 部分,从前到后依次为:I 端司机室、电气室、传动室、动力室、辅助室、II 端司机室。车体总图见图1。

车体由承载结构和非承载结构组成。承载结构包括底架、底架盖板、车钩和排障器等,非承载结构包括司机室、机械间、车门、车窗、司机室地板和室内装修等。

考虑到机车座轮、吊装、救援和发运的需要,在底架的适当部位设置有架车垫板及吊车销孔;并在车体和转向架之间设有整体起吊连接装置,以便在机车发运时将车体和转向架一同起吊。

由于CKD9B 型机车轴重较轻,且整个车体为底架承载结构,因此在满足强度要求的前提下,把有限的重量用在底架主承载结构上。考虑到车体强度、刚度、工艺和寿命的要求,结合新西兰机车运用环境,承载结构选用普通的低合金结构钢、耐候钢等。在非承载部分采用普通碳素结构钢,门、窗采用铝合金复合材料,司机室内装采用PC(X)复合材料。

CKD9B底架横截面

CKD9B底架横截面

3.1 底架

底架采用中梁承载结构,中梁为工字型,分别由上盖板、下盖板和中间立板组成。在中梁的外侧为边梁和筋板,提高了横向的稳定性,同时中梁采用工字型梁结构,机车的制动管和电器线管就可以放在边梁里面,既方便安装又节省空间。中梁鱼腹的位置设置了工具箱。底架横截面图见图2。

CKD9B车钩缓冲器

CKD9B车钩缓冲器

底架的前后端部有牵引梁,其内部装有牵引缓冲装置,采用新型的防脱车钩,防止车钩垂直方向脱出,车钩缓冲器见图3。端部的前面设置了防爬结构,有效防止机车在正面相撞的事故中造成司机室的更大损坏,增加其安全性。底架中间部分为柴油机座梁,布置了柴油机安装座。在旁承梁上布置了橡胶旁承的支撑座,并且牵引电机通风机的出风口也在旁承梁上。底架中梁的前后设有牵引拉杆座,用以与转向架的牵引杆相连,达到传递牵引力的作用。牵引拉杆座上设有吊车筒和架车座,供起吊机车用。底架上还设置有横向减震器座。在底架端部的端板上有6个制动管路的孔,当机车发生侧翻的时候可以通过这些孔利用翻转梁把机车扶正。

3.2 司机室
司机室前墙采用了类似蜂窝型结构的箱型梁,增加前墙在纵向均布压力下的强度和刚度。

CKD9B司机室布置

CKD9B司机室布置

司机室内壁装饰采用玻璃钢和多孔铝板,内腔填充吸声降噪材料,达到隔热和吸声的效果。司机室设有两个侧门和一个中门,侧门供上下司机室用,中门分别进入电气室和辅助电气室,并且在司机室中门上放置有方便取用的灭火器。司机室前窗分为逃生窗和普通窗,在司机室门无法打开的情况下司机可以从逃生窗逃生。司机室前窗外侧装有电动刮雨器,侧窗外装有可折叠的后视镜,司机室内部设有洗手盆、纸巾盒、湿巾盒、脚炉、240V 插座、电水壶、冷水器、微波炉、弹簧衣帽钩、点牌灯、书报箱、垃圾箱、前窗遮阳帘、侧窗遮阳帘、进口的司机座椅、添乘座椅和工具箱等物品。司机室布置图见图4。

3.3 机械间
机械间采用“罩”式车体,便于检修时的拆卸和安装。各室顶部均设有可拆卸的顶棚,以供吊装各室的机组和设备。侧墙采用可拆卸式的结构,侧墙与底架之间的连接、顶盖与侧墙之间的连接均用特殊结构形式的连接螺栓,以满足安装工艺的要求。为方便检修各室的机组和设备各室的侧墙门,大量采用四开的折叠门,增大门的开度,侧墙门设有通风百叶窗,里侧是防雨网,门锁采用的是里外都能开的结构防止检修人员被困在机械间。传动室和动力室的隔墙完全密封并且具有隔音降噪的功能。应新西兰铁路的要求,机车的扶手杆除登车扶手安装在走廊的两侧外,机械间走廊的扶手全部安装在各室的侧墙上。

4 强度计算

4.1 车体强度计算
根据新西兰国家铁路的要求车体强度按照GM/RT2100 标准执行。该车车体部分要满足纵向压缩2000kN,拉伸2000kN。

底架为空间梁壳组合结构,计算时将其离散为全部由四点壳元构成的空间壳结构。为提高计算精度,将橡胶堆按旁承座顶板上的节点数分成相应的、刚度相等的若干垂向并联弹簧,弹簧长等于橡胶堆高,这些弹簧刚度之和等于橡胶堆刚度,各弹簧下端取作计算模型的约束。计算模型节点总数:78969,四点壳元总数:80803,壳元边长基本上为50mm。弹簧单元总数:240。

4.2 计算工况和结论
车体的计算工况为垂直载荷工况、压缩工况、拉伸工况、双机牵引工况、救援工况和整体起吊工况,此外,还要进行疲劳强度校核。

通过对机车全部6 个工况的计算表明,所求得的车体应力全都低于各工况规定的许用应力,而对双机牵引的疲劳强度计算表明,车体应力满足无限寿命设计,所以车体的强度满足要求。

5 设计中的工艺性

该车体设计在工艺性方面做了大量工作,为防止漏雨和焊接变形,侧墙结构大量采用压型钢,保证侧墙外边没有焊缝。里面采用断焊形式,可以大幅度减少焊接变形。同时在底架和司机室设计中尽量避免应力集中和应力突变,达到等强度结构,大量采用圆角过渡、加工倒角焊接打磨等结构设计和工艺手段,大幅提高车体的疲劳强度。

6 总 结

在CKD9B型电传动内燃机车设计中我们克服了整体尺寸小、轴重轻和强度要求高等困难,大量采用人性化设计,在保证乘务人员安全的前提下又提高了舒适性。

作者:中国北车集团大连机车车辆有限公司 赵宇雷

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该日志于2013-05-20 09:14由 Zac 发表在机车技术分类下, 你可以发表评论。除了可以将这个日志以保留源地址及作者的情况下引用到你的网站或博客,还可以通过RSS 2.0订阅这个日志的所有评论。

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