地鐵轉(zhuǎn)向架牽引裝置設(shè)計(jì)探討

摘 要：本文介紹了地鐵轉(zhuǎn)向架牽引裝置設(shè)計(jì)及特點(diǎn)以及目前主要實(shí)施應(yīng)用的技術(shù)及種類，以此基礎(chǔ)上展望未來改進(jìn)方向性探討，希望對(duì)今后軌道交通車輛轉(zhuǎn)向架技術(shù)改進(jìn)有一定借鑒意義。

關(guān)鍵詞：地鐵；轉(zhuǎn)向架；應(yīng)用現(xiàn)狀

現(xiàn)代城市軌道交通車輛的類型一般可以分為A 型、B 型、C 型和低地板輕軌車。其中，低地板輕軌車又可分為70% 低地板和100% 低地板2種。目前，同時(shí)具有發(fā)展城市軌道交通的現(xiàn)實(shí)需要和經(jīng)濟(jì)實(shí)力的多為客流量大的大中型城市，其快速軌道交通系統(tǒng)發(fā)展的主流是以A型車或B型車為基礎(chǔ)，基本編組單元為2M +1T 或1M+1T 的電動(dòng)車組立體化運(yùn)行。整個(gè)軌道交通系統(tǒng)正朝著地下鐵道、高架輕軌和近郊地面三位一體的立體化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。采用交流傳動(dòng)技術(shù)和輕量化耐候鋼或不銹鋼車體的B型車，能夠滿足我國(guó)一些城市軌道交通系統(tǒng)的發(fā)展要求，并有一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，其走行部為輕量化、低噪聲的無搖枕轉(zhuǎn)向架。

1、轉(zhuǎn)向架的特點(diǎn)

目前，國(guó)內(nèi)地鐵、輕軌電動(dòng)客車用轉(zhuǎn)向架除國(guó)產(chǎn)的外，還有引進(jìn)國(guó)外技術(shù)的，主要有2種：一種是上海地鐵1號(hào)線、2號(hào)線和廣州地鐵1號(hào)線用轉(zhuǎn)向架，為從歐洲整機(jī)進(jìn)口的產(chǎn)品；另一種是北京復(fù)八線地鐵用轉(zhuǎn)向架，為引進(jìn)韓國(guó)韓進(jìn)重工技術(shù)研制生產(chǎn)的產(chǎn)品。其中，上海2號(hào)線地鐵車輛也用于我國(guó)第一條高架輕軌——明珠線。

2、轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)

現(xiàn)有的地鐵車輛大都采用動(dòng)車與拖車混合編組的方式，即動(dòng)力分散形式。本次轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)采用動(dòng)拖車轉(zhuǎn)向架可互換方式設(shè)計(jì)，即動(dòng)車轉(zhuǎn)向架為拖車轉(zhuǎn)向架上增加電機(jī)、電機(jī)安裝座和齒輪箱、齒輪箱吊座等動(dòng)力輸出部件，這樣可以大大降低轉(zhuǎn)向架的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、維修檢測(cè)成本。轉(zhuǎn)向架主要由構(gòu)架、驅(qū)動(dòng)單元（動(dòng)車轉(zhuǎn)向架）、輪對(duì)、軸箱支承裝置、中心牽引裝置、一系懸掛、二系懸掛、基礎(chǔ)制動(dòng)裝置、抗側(cè)滾扭桿、集電裝置、天線等部件構(gòu)成。動(dòng)車轉(zhuǎn)向架和拖車轉(zhuǎn)向架的構(gòu)架、軸箱支承裝置、中心牽引裝置、減震器、基礎(chǔ)制動(dòng)裝置、抗側(cè)滾扭桿、空氣彈簧、高度調(diào)整閥等部件均能互換。

2.1 H型全封閉箱型結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)向架構(gòu)架采用H型全封閉箱型結(jié)構(gòu)，采用低合金高強(qiáng)度鋼板焊接而成，具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度大、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。構(gòu)架主要由側(cè)梁、橫梁、縱向連接梁、電機(jī)安裝座、齒輪箱吊座、牽引座等組焊而成。轉(zhuǎn)向架構(gòu)架設(shè)計(jì)完成后，為驗(yàn)證構(gòu)架強(qiáng)度是否滿足設(shè)計(jì)要求，利用FEA解析對(duì)構(gòu)架強(qiáng)度進(jìn)行確認(rèn)。其中構(gòu)架使用材料及材料機(jī)械性能參照J(rèn)ISG3114確定，強(qiáng)度計(jì)算載荷及疲勞容許應(yīng)力參照J(rèn)ISE4207確定。計(jì)算結(jié)果顯示轉(zhuǎn)向架構(gòu)架整體應(yīng)力分布合理，平均應(yīng)力均低于材料屈服極限，構(gòu)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足強(qiáng)度要求?；谵D(zhuǎn)臂式軸箱支承裝置擁有部件數(shù)量少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔；構(gòu)成結(jié)構(gòu)中無滑動(dòng)部分；可單獨(dú)選定垂向、縱向和橫向的支承剛度；高速運(yùn)行穩(wěn)定性較好等優(yōu)點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)選用轉(zhuǎn)臂式軸箱支承裝置。輪對(duì)是由車軸與車輪壓裝而成，分為動(dòng)車輪對(duì)和拖車輪對(duì)，動(dòng)車輪對(duì)是在拖車輪對(duì)的基礎(chǔ)上添加驅(qū)動(dòng)齒輪和齒輪箱的安裝座。輪對(duì)設(shè)計(jì)完成后，車軸依據(jù)JISE4501標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，計(jì)算結(jié)果顯示安全系數(shù)1.0以上，車軸強(qiáng)度滿足強(qiáng)度要求；利用FEA解析對(duì)車輪強(qiáng)度進(jìn)行確認(rèn)，計(jì)算結(jié)車輪強(qiáng)度滿足強(qiáng)度要求。二系懸掛系統(tǒng)由2個(gè)空氣彈簧構(gòu)成，每個(gè)空氣彈簧串聯(lián)一個(gè)附加橡膠彈簧，一旦空氣彈簧失效，附加彈簧可以使車輛地板面高度下降控制在25mm以內(nèi)，滿足車輛繼續(xù)前行要求?？諝鈴椈筛叨日{(diào)整采用三點(diǎn)調(diào)平方式布置，即前轉(zhuǎn)向架安裝兩個(gè)高度調(diào)整閥，后轉(zhuǎn)向架安裝一個(gè)高度調(diào)整閥。同時(shí)在附加橡膠彈簧和構(gòu)架之間設(shè)置墊片，方便調(diào)整因車輪磨損而引起的車輛地板高度變化。本次設(shè)計(jì)中心牽引裝置采用不易磨損且免維護(hù)的Z型拉桿型式，由連桿組件、牽引座、中心銷等組成；驅(qū)動(dòng)單元牽引電機(jī)與齒輪箱之間通過柔性齒形聯(lián)軸節(jié)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳輸；基礎(chǔ)制動(dòng)單元采用踏面制動(dòng)；抗側(cè)滾扭桿由扭桿扭臂裝置、連桿裝置、橡膠軸承裝置等組成。轉(zhuǎn)向架設(shè)有接地碳刷、天線組件、輪緣潤(rùn)滑裝置、轉(zhuǎn)向架配線、轉(zhuǎn)向架配管等附屬裝置。

2.2 動(dòng)力學(xué)性能計(jì)算

轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后，使用NUCARS軟件對(duì)轉(zhuǎn)向架AW0工況和AW3工況進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)計(jì)算。輪軸橫向力和脫軌系數(shù)計(jì)算結(jié)果顯示：轉(zhuǎn)向架AW0工況和AW3工況輪軸橫向力和脫軌系數(shù)值均低于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值，具有足夠運(yùn)行穩(wěn)定性。輪重減載率計(jì)算結(jié)果顯示：轉(zhuǎn)向架AW0工況和AW3工況輪重減載率數(shù)值均低于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值，具有足夠運(yùn)行穩(wěn)定性。根據(jù)動(dòng)力學(xué)計(jì)算結(jié)果顯示：M車蛇形極限速度為190km/h，T車蛇形極限速度為170km/h，高于此次A型車轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)最高運(yùn)行速度90km/h，具有足夠高速運(yùn)行平穩(wěn)性。立足于國(guó)內(nèi)技術(shù)，研制出具有國(guó)際先進(jìn)水平的轉(zhuǎn)向架，對(duì)我國(guó)城市軌道交通的發(fā)展具有重大意義。轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)受車輛限界、地板高度、車輛寬度和軸重等的嚴(yán)格限制。因此，在城市軌道交通車輛設(shè)計(jì)和實(shí)踐中，我們技術(shù)人員因地制宜，不斷的更新和研制新的轉(zhuǎn)向架技術(shù)，使其應(yīng)用更為穩(wěn)定和安全。

3、結(jié)束語

縱觀國(guó)內(nèi)外情況，A 型或B 型城市軌道交通車輛走行部的發(fā)展趨勢(shì)是輕量化、低噪聲的無搖枕轉(zhuǎn)向架，一系懸掛為橡膠彈簧，二系空氣彈簧與抗側(cè)滾扭桿并用牽引電機(jī)橫向架懸掛。兩者都是采用單元式基礎(chǔ)制動(dòng)裝置。城市軌道交通車輛的線路條件和走行特性與干線鐵路車輛有很大不同，如轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)空間十分苛刻；采用交流傳動(dòng)技術(shù)，齒輪傳動(dòng)比很高； A型車轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)是基于日本川崎重工株式會(huì)社擁有多年運(yùn)營(yíng)業(yè)績(jī)的技術(shù)成熟轉(zhuǎn)向架為設(shè)計(jì)原型，結(jié)合國(guó)內(nèi)氣候條件、線路條件、限界條件、傳動(dòng)技術(shù)發(fā)展水平、基本零部件技術(shù)水平等實(shí)際情況，立足于國(guó)內(nèi)技術(shù)研發(fā)具有國(guó)際先進(jìn)水平的A型車轉(zhuǎn)向架。

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[2]晏紅文，郭紅鋒.新型地鐵車輛轉(zhuǎn)向架研究[J].機(jī)車電傳動(dòng)，2011