100%低地板有軌電車轉向架結構及技術特點

中車大連機車車輛有限公司 遼寧 大連 116000

1 前言

20世紀80年代以來,低地板有軌電車在城市軌道交通中取得了巨大發展,并迅速遍布美國、加拿大、澳大利亞、日本、歐洲等國家和地區。低地板有軌電車是指地板面與軌道面的高度差在400 mm以內的城市軌道車輛。低地板有軌電車的發展經歷了三個階段,即部分低地板、70%低地板和100%低地板。

隨著社會經濟的發展和生活水平的提高,人們對流暢、舒適、便利的交通需求日益迫切,因此現代低地板有軌電車的建設和推廣勢在必行。其中100%低地板有軌電車由于其外形美觀、乘坐舒適、環保節能、造價低廉、對老人孩童殘疾人群極為友好等眾多優點,在世界范圍內被眾多城市所認可和接受[2]。同時100%低地板現代有軌電車的構建還可以刺激區域經濟發展,完善公交系統,填補城市地鐵和公交車之間客流量的空白。我國的有軌電車技術還處于起步階段,有著廣闊的運用前景和市場,低地板有軌電車必將成為城市軌道車輛發展的重要方向。

2 100%低地板有軌電車轉向架結構

以中車大連機車車輛有限公司的一款有軌電車轉向架結構為例。轉向架主要包括構架、彈性車輪、軸橋裝配、一系懸掛裝置、二系懸掛裝置、制動裝置、輪緣潤滑裝置、撒砂管裝配等,動車轉向架和拖車轉向架的主要區別是:動車轉向架裝有驅動傳動裝置(牽引電動機、齒輪傳動裝置、聯軸節等)、輪緣潤滑裝置、排障器等,拖車轉向架裝有制動單元支架等。

1)每個轉向架上安裝四個彈性車輪,每個彈性車輪都是獨立的。

2)軸橋采用高強度合金鋼制造;依據相關標準對軸橋進行驗證計算,確保軸橋具有足夠高的強度。

3)一系懸掛裝置采用金屬橡膠彈簧,每個軸橋配置四個金屬橡膠彈簧。金屬橡膠彈簧使輪對在縱向、橫向和垂直方向實現無間隙、無磨耗的彈性定位,并承受三個方向的載荷。

4)二系懸掛裝置在轉向架和車體之間。由鋼圓彈簧(內、外圈)、減振墊、橫向油壓減振器、縱向油壓減振器、垂向油壓減振器、橫向止檔、縱向止檔、垂向止檔、吊桿和調整墊等組成。二系懸掛中的二系鋼簧和縱向止擋還負責傳遞列車的牽引力和制動力。

5)制動裝置

制動裝置由基礎制動裝置和磁軌制動裝置組成。

6)驅動傳動裝置由電機、聯軸節、齒輪箱、傳動軸、副齒輪箱組成。每個動車轉向架包含兩套驅動傳動裝置,每套驅動傳動裝置驅動一個軸橋上的兩個獨立的彈性車輪。

7)輪緣潤滑裝置由支架、潤滑器(左、右)、潤滑棒等組成。

3 100%低地板轉向架關鍵技術

100%低地板有軌電車的發展離不開關鍵技術的突破和改進。100%低地板有軌電車通常采用獨立車輪設計,即左右車輪解耦。這樣帶來的好處是獲得了全低地板結構,并且輪對解耦后左右兩車輪可以轉速不同,即沒有了縱向蠕滑力,也就不存在蛇形運動,理論上可以獲得更高的臨界速度。但同樣也帶來缺陷,傳統輪對由于縱向蠕滑力的存在,使得車輛在軌道上前進時中即使發生偏移也能自動回歸軌道中央,即有自導向能力或者叫自動對中能力。而獨立車輪不存在自導向能力,所以當車輛行駛過程中發生偏移或轉彎時,主要靠輪緣進行導向,這就使得輪緣的磨耗急劇增加。目前國外采用輪對耦合設計,即橫向耦合或縱向耦合,解決了獨立車輪由于車輪解耦后無法自導向的問題;采用彈性獨立車輪,改善輪軌作用關系,有效降低獨立車輪的磨耗和輪軌噪聲。這些關鍵技術的突破和運用為100%低地板有軌電車的發展提供了有力支持[3]。

我國在低地板有軌電車輪對耦合技術領域的研究和應用已具備一定的成效。中車大連公司采用橫向耦合技術,即在齒輪箱部分采用橫向差速耦合器,實現了在車輛過小曲線時使內外兩個車輪的速度不同,避免了車輪打滑,從而降低了振動和噪音以及踏面、輪緣的磨損,提高了車輪的使用壽命。同時在直線行駛中由于橫向耦合,兩獨立車輪又具有一定程度的傳統輪對自導向能力,進一步降低了輪緣的磨耗。

從100%低地板有軌電車問世以來,圍繞其關鍵技術的突破一直在進行,新技術、新工藝、新材料的應用使產品不斷更新迭代,預測未來國內低地板有軌電車會從以下幾個點進一步發展:

1)在輪對耦合技術領域作進一步突破;

2)新型低密度、高強度的材料會被研究與應用,實現車身的輕量化設計;

3)更多關鍵部件的國產化制造與應用。

4 結語

我國低地板車輛在通經過引進、創新和研究,已具備了自主研發和技術推廣的基礎條件,在北京、珠海等多條線路上也實現商業運營,并取得了良好的經濟效益。但國內低地板有軌電車在關鍵技術上仍與國外公司具有較大差距。因此,積極研發,突破掌握低地板車輛核心技術,發展具有我國自主知識產權、世界領先的低地板車輛產業具有重大意義。