论文部分内容阅读
摘 要：本文介绍了地铁转向架牵引装置设计及特点以及目前主要实施应用的技术及种类，以此基础上展望未来改进方向性探讨，希望对今后轨道交通车辆转向架技术改进有一定借鉴意义。
关键词：地铁；转向架；应用现状
现代城市轨道交通车辆的类型一般可以分为A 型、B 型、C 型和低地板轻轨车。其中，低地板轻轨车又可分为70% 低地板和100% 低地板2种。目前，同时具有发展城市轨道交通的现实需要和经济实力的多为客流量大的大中型城市，其快速轨道交通系统发展的主流是以A型车或B型车为基础，基本编组单元为2M +1T 或1M+1T 的电动车组立体化运行。整个轨道交通系统正朝着地下铁道、高架轻轨和近郊地面三位一体的立体化、网络化方向发展。采用交流传动技术和轻量化耐候钢或不锈钢车体的B型车，能够满足我国一些城市轨道交通系统的发展要求，并有一定的技术经济性，其走行部为轻量化、低噪声的无摇枕转向架。
1、转向架的特点
目前，国内地铁、轻轨电动客车用转向架除国产的外，还有引进国外技术的，主要有2种：一种是上海地铁1号线、2号线和广州地铁1号线用转向架，为从欧洲整机进口的产品；另一种是北京复八线地铁用转向架，为引进韩国韩进重工技术研制生产的产品。其中，上海2号线地铁车辆也用于我国第一条高架轻轨——明珠线。
2、转向架设计
现有的地铁车辆大都采用动车与拖车混合编组的方式，即动力分散形式。本次转向架设计采用动拖车转向架可互换方式设计，即动车转向架为拖车转向架上增加电机、电机安装座和齿轮箱、齿轮箱吊座等动力输出部件，这样可以大大降低转向架的设计、生产制造、维修检测成本。转向架主要由构架、驱动单元（动车转向架）、轮对、轴箱支承装置、中心牵引装置、一系悬挂、二系悬挂、基础制动装置、抗侧滚扭杆、集电装置、天线等部件构成。动车转向架和拖车转向架的构架、轴箱支承装置、中心牵引装置、减震器、基础制动装置、抗侧滚扭杆、空气弹簧、高度调整阀等部件均能互换。
2.1 H型全封闭箱型结构
转向架构架采用H型全封闭箱型结构，采用低合金高强度钢板焊接而成，具有质量轻、强度大、寿命长的特点。构架主要由侧梁、横梁、纵向连接梁、电机安装座、齿轮箱吊座、牵引座等组焊而成。转向架构架设计完成后，为验证构架强度是否满足设计要求，利用FEA解析对构架强度进行确认。其中构架使用材料及材料机械性能参照JISG3114确定，强度计算载荷及疲劳容许应力参照JISE4207确定。计算结果显示转向架构架整体应力分布合理，平均应力均低于材料屈服极限，构架结构设计满足强度要求。基于转臂式轴箱支承装置拥有部件数量少，结构简洁；构成结构中无滑动部分；可单独选定垂向、纵向和横向的支承刚度；高速运行稳定性较好等优点，本次设计选用转臂式轴箱支承装置。轮对是由车轴与车轮压装而成，分为动车轮对和拖车轮对，动车轮对是在拖车轮对的基础上添加驱动齿轮和齿轮箱的安装座。轮对设计完成后，车轴依据JISE4501标准要求进行强度计算，计算结果显示安全系数1.0以上，车轴强度满足强度要求；利用FEA解析对车轮强度进行确认，计算结车轮强度满足强度要求。二系悬挂系统由2个空气弹簧构成，每个空气弹簧串联一个附加橡胶弹簧，一旦空气弹簧失效，附加弹簧可以使车辆地板面高度下降控制在25mm以内，满足车辆继续前行要求。空气弹簧高度调整采用三点调平方式布置，即前转向架安装两个高度调整阀，后转向架安装一个高度调整阀。同时在附加橡胶弹簧和构架之间设置垫片，方便调整因车轮磨损而引起的车辆地板高度变化。本次设计中心牵引装置采用不易磨损且免维护的Z型拉杆型式，由连杆组件、牵引座、中心销等组成；驱动单元牵引电机与齿轮箱之间通过柔性齿形联轴节实现动力传输；基础制动单元采用踏面制动；抗侧滚扭杆由扭杆扭臂装置、连杆装置、橡胶轴承装置等组成。转向架设有接地碳刷、天线组件、轮缘润滑装置、转向架配线、转向架配管等附属装置。
2.2 动力学性能计算
转向架结构设计完成后，使用NUCARS软件对转向架AW0工况和AW3工况进行了动力学计算。轮轴横向力和脱轨系数计算结果显示：转向架AW0工况和AW3工况轮轴横向力和脱轨系数值均低于设计标准值，具有足够运行稳定性。轮重减载率计算结果显示：转向架AW0工况和AW3工况轮重减载率数值均低于设计标准值，具有足够运行稳定性。根据动力学计算结果显示：M车蛇形极限速度为190km/h，T车蛇形极限速度为170km/h，高于此次A型车转向架设计最高运行速度90km/h，具有足够高速运行平稳性。立足于国内技术，研制出具有国际先进水平的转向架，对我国城市轨道交通的发展具有重大意义。转向架的结构设计受车辆限界、地板高度、车辆宽度和轴重等的严格限制。因此，在城市轨道交通车辆设计和实践中，我们技术人员因地制宜，不断的更新和研制新的转向架技术，使其应用更为稳定和安全。
3、结束语
纵观国内外情况，A 型或B 型城市轨道交通车辆走行部的发展趋势是轻量化、低噪声的无摇枕转向架，一系悬挂为橡胶弹簧，二系空气弹簧与抗侧滚扭杆并用牵引电机横向架悬挂。两者都是采用单元式基础制动装置。城市轨道交通车辆的线路条件和走行特性与干线铁路车辆有很大不同，如转向架的结构设计空间十分苛刻；采用交流传动技术，齿轮传动比很高； A型车转向架设计是基于日本川崎重工株式会社拥有多年运营业绩的技术成熟转向架为设计原型，结合国内气候条件、线路条件、限界条件、传动技术发展水平、基本零部件技术水平等实际情况，立足于国内技术研发具有国际先进水平的A型车转向架。
参考文献：
[1]曾青中.城市轨道交通车辆[M].成都：西南交通大学出版社，2012
[2]晏红文，郭红锋.新型地铁车辆转向架研究[J].机车电传动，2011
关键词：地铁；转向架；应用现状
现代城市轨道交通车辆的类型一般可以分为A 型、B 型、C 型和低地板轻轨车。其中，低地板轻轨车又可分为70% 低地板和100% 低地板2种。目前，同时具有发展城市轨道交通的现实需要和经济实力的多为客流量大的大中型城市，其快速轨道交通系统发展的主流是以A型车或B型车为基础，基本编组单元为2M +1T 或1M+1T 的电动车组立体化运行。整个轨道交通系统正朝着地下铁道、高架轻轨和近郊地面三位一体的立体化、网络化方向发展。采用交流传动技术和轻量化耐候钢或不锈钢车体的B型车，能够满足我国一些城市轨道交通系统的发展要求，并有一定的技术经济性，其走行部为轻量化、低噪声的无摇枕转向架。
1、转向架的特点
目前，国内地铁、轻轨电动客车用转向架除国产的外，还有引进国外技术的，主要有2种：一种是上海地铁1号线、2号线和广州地铁1号线用转向架，为从欧洲整机进口的产品；另一种是北京复八线地铁用转向架，为引进韩国韩进重工技术研制生产的产品。其中，上海2号线地铁车辆也用于我国第一条高架轻轨——明珠线。
2、转向架设计
现有的地铁车辆大都采用动车与拖车混合编组的方式，即动力分散形式。本次转向架设计采用动拖车转向架可互换方式设计，即动车转向架为拖车转向架上增加电机、电机安装座和齿轮箱、齿轮箱吊座等动力输出部件，这样可以大大降低转向架的设计、生产制造、维修检测成本。转向架主要由构架、驱动单元（动车转向架）、轮对、轴箱支承装置、中心牵引装置、一系悬挂、二系悬挂、基础制动装置、抗侧滚扭杆、集电装置、天线等部件构成。动车转向架和拖车转向架的构架、轴箱支承装置、中心牵引装置、减震器、基础制动装置、抗侧滚扭杆、空气弹簧、高度调整阀等部件均能互换。
2.1 H型全封闭箱型结构
转向架构架采用H型全封闭箱型结构，采用低合金高强度钢板焊接而成，具有质量轻、强度大、寿命长的特点。构架主要由侧梁、横梁、纵向连接梁、电机安装座、齿轮箱吊座、牵引座等组焊而成。转向架构架设计完成后，为验证构架强度是否满足设计要求，利用FEA解析对构架强度进行确认。其中构架使用材料及材料机械性能参照JISG3114确定，强度计算载荷及疲劳容许应力参照JISE4207确定。计算结果显示转向架构架整体应力分布合理，平均应力均低于材料屈服极限，构架结构设计满足强度要求。基于转臂式轴箱支承装置拥有部件数量少，结构简洁；构成结构中无滑动部分；可单独选定垂向、纵向和横向的支承刚度；高速运行稳定性较好等优点，本次设计选用转臂式轴箱支承装置。轮对是由车轴与车轮压装而成，分为动车轮对和拖车轮对，动车轮对是在拖车轮对的基础上添加驱动齿轮和齿轮箱的安装座。轮对设计完成后，车轴依据JISE4501标准要求进行强度计算，计算结果显示安全系数1.0以上，车轴强度满足强度要求；利用FEA解析对车轮强度进行确认，计算结车轮强度满足强度要求。二系悬挂系统由2个空气弹簧构成，每个空气弹簧串联一个附加橡胶弹簧，一旦空气弹簧失效，附加弹簧可以使车辆地板面高度下降控制在25mm以内，满足车辆继续前行要求。空气弹簧高度调整采用三点调平方式布置，即前转向架安装两个高度调整阀，后转向架安装一个高度调整阀。同时在附加橡胶弹簧和构架之间设置垫片，方便调整因车轮磨损而引起的车辆地板高度变化。本次设计中心牵引装置采用不易磨损且免维护的Z型拉杆型式，由连杆组件、牵引座、中心销等组成；驱动单元牵引电机与齿轮箱之间通过柔性齿形联轴节实现动力传输；基础制动单元采用踏面制动；抗侧滚扭杆由扭杆扭臂装置、连杆装置、橡胶轴承装置等组成。转向架设有接地碳刷、天线组件、轮缘润滑装置、转向架配线、转向架配管等附属装置。
2.2 动力学性能计算
转向架结构设计完成后，使用NUCARS软件对转向架AW0工况和AW3工况进行了动力学计算。轮轴横向力和脱轨系数计算结果显示：转向架AW0工况和AW3工况轮轴横向力和脱轨系数值均低于设计标准值，具有足够运行稳定性。轮重减载率计算结果显示：转向架AW0工况和AW3工况轮重减载率数值均低于设计标准值，具有足够运行稳定性。根据动力学计算结果显示：M车蛇形极限速度为190km/h，T车蛇形极限速度为170km/h，高于此次A型车转向架设计最高运行速度90km/h，具有足够高速运行平稳性。立足于国内技术，研制出具有国际先进水平的转向架，对我国城市轨道交通的发展具有重大意义。转向架的结构设计受车辆限界、地板高度、车辆宽度和轴重等的严格限制。因此，在城市轨道交通车辆设计和实践中，我们技术人员因地制宜，不断的更新和研制新的转向架技术，使其应用更为稳定和安全。
3、结束语
纵观国内外情况，A 型或B 型城市轨道交通车辆走行部的发展趋势是轻量化、低噪声的无摇枕转向架，一系悬挂为橡胶弹簧，二系空气弹簧与抗侧滚扭杆并用牵引电机横向架悬挂。两者都是采用单元式基础制动装置。城市轨道交通车辆的线路条件和走行特性与干线铁路车辆有很大不同，如转向架的结构设计空间十分苛刻；采用交流传动技术，齿轮传动比很高； A型车转向架设计是基于日本川崎重工株式会社拥有多年运营业绩的技术成熟转向架为设计原型，结合国内气候条件、线路条件、限界条件、传动技术发展水平、基本零部件技术水平等实际情况，立足于国内技术研发具有国际先进水平的A型车转向架。
参考文献：
[1]曾青中.城市轨道交通车辆[M].成都：西南交通大学出版社，2012
[2]晏红文，郭红锋.新型地铁车辆转向架研究[J].机车电传动，2011