现代有轨电车用动力转向架构架开发

现代有轨电车用动力转向架构架开发

安娜，张媛

中车唐山机车车辆有限公司 河北省唐山市 063035

摘要：随着城市规模的不断，人们生活水平的不断提高，已经不是从前车马慢的日子了，人们对于出行的要求越来越高，这就有了有轨电车的产生，自诞生起，有轨电车就在经历着不断的变革与进步，到了现在，动车已经成为了人们出行不可或缺的交通方式，地铁也极大地方便了人们的生活。而转向架作为有轨电车的关键部位之一，关系着列车的运行安全与运行稳定，关系着乘车人员的生命安全，所以对于转向架的设计十分重要，因此转向架的设计是成功开发现代有轨电车的关键。本文就有轨电车中的动力转向架构架开发做出简述。

关键词：有轨电车；动力转向架；构架

一、选题背景和研究意义

1.1选题背景

随着社会经济的发展，社会生产力的发展，科技的进步也带动了人类社会的 进步，但与此同时，各行各业产业结构的调整也给城市交通方式的发展带来了一定的转变，现在人们不仅仅是追求简单便捷的出行方式，对于交通工具的动力性能、环保性能等也提出了更高的要求，基于此，地铁、现代有轨电车、轻轨等相继诞生，踊跃于人们的生活当中，为人们的生活带来便利的同时也满足了人们对于交通工具更进一步的需求。

现代有轨电车有以下几个特点，首先是舒适性高，作为轨道交通，却有足以媲美地铁的乘坐舒适性，即使有轨电车的加减速大也是相对于地铁而言，比汽车的加减速平缓得多，并且有轨电车的空间也很大；其次是安全性好。有轨电车虽然看起来笨重，但是在轨道运行方面比汽车更可控，安全性能高，运行稳定性好；然后是运量大，可以容纳很多乘客，并且维修量小，车体使用寿命长；最后是运营可靠，车辆的准点率高，极大的方便了乘客的出行。

而转向架构架作为轨道车辆的关键部件之一，其构架的强度特别是疲劳强度对轨道车辆的安全性、稳定性有着极大的影响。

1.2转向架

转向架是铁路专用的名字，主要用于铁路车辆的转向，有动力转向架和非动力转向架之分。学过物理的都知道，因为惯性作用，一个体重较大的物体在高速转弯时是很容易失衡的，这也是为什么在多发路段要贴警示牌让车辆注意减速的原因之一，车速太快容易翻车。而对于铁路来说，有轨电车速度极快，那么如何让转向架适应高速运行是一个严肃的问题，为了避免车辆脱轨翻车，必须有针对性的对其采取一定的措施，即避免出现蛇行运动的失稳现象。

而失稳速度的设计，主要依靠车轮踏面等效锥度、轴箱定位刚度、抗蛇行减振器阻尼特性、中央悬挂参数等因素决定。现在为了避免这种现象的产生，高速转向架一般通过采用轴箱弹性定位、空气弹簧、轴箱弹簧、各类减振器、弧形车轮踏面等方法措施，来保证在车辆运行速度范围内不出现蛇行运动失稳情况。

二、构架设计

2.1转向架的设计要求

根据现代有轨电车和工程车对转向架的设计原则，现代有轨电车线路工程车转向架的设计要求主要有以下5点。

(1)首先是良好的曲线通过性能。采用能有效地抑制转向架蛇行运动，提高转向架蛇行运动临界速度，提高转向架运行稳定性的各种措施。现代有轨电车线路曲线多、半径小，需要悬挂装置具有非常好的适应性。现代有轨电车在通过小半径曲线时，车轮轮缘或轮背贴靠钢轨现象较多，会发出尖啸声，轮缘内外侧磨耗较快，噪声较大。因此，现代有轨电车线路工程车必须具有良好的曲线通过性能，降低轮轨冲击力和噪声，减小对环境的影响。

(2）整车良好的动力学性能。驱动装置采用简单实用可靠的结构，保证运行可靠性，同时还可以减少簧下质量和簧间质量改善论贵贱的动作用力，并且，良好的动力学性能是列车运行的基础，所以需要减小对线路的动作用力以及轨道与车轮的应力与磨耗。因此，在进行动力转向架的设计时，必须保证有轨电车具有较好的动力学性能，保证工程车的运行稳定性、以及安全性。

(3)质量轻，工艺简单。在满足车辆所需的强度和刚度的条件下，在设计选择材料时尽可能的以降低转向架质量为目的进行设计，这样做可以减小轮轨间的冲击力，减少转向架的损毁，并且转向架的制造过程需要简单一点，不能太复杂。

(4)采用高柔性的悬挂系统，降低轮轨间动力作用，以获得良好的振动性能，提高车辆和转向架运行的平稳性。

(5)标准化和统一化。在设计制造中，尽可能使转向架的零部件标准化和统一化，方便互换，降低其维修工作量。

2.2转向架的主要特点

经过研究设计，现代有轨电车线路工程车转向架主要具有以下6个特点。首先是转向架的结构较为简单，但是在性能上有保证，其次是效率高，但是遇到需要维修的情况，工作量较小，维修方便，然后是因为被标准化和统一化了，所以零部件可以通用，易于交换，并且质量有所保证，易于检修等，有关于安全防护方面的设施也很齐全，保证了车辆的运行安全性，最后是对转向架的工艺进行了严格的规范，在质量上面有保证。

2.3转向架整体设计

首先，在设计之前，要对车辆的各项参数进行计算，第一项是有关于车辆的安全性分析，要对车辆的轮轨横向力和轮轴横向力进行分析计算，还要分析出车辆的脱轨系数和轮重减载率（车辆减载量于平均轮重的比值）等等，对车辆的安全性的评价指标进行分析。第二项是有关于稳定性的分析，当车辆系统受到一个初始激扰后,分析车辆在不同的运行速度下各刚体振动位移随时间的变化情况，如收敛,则车辆的运行是稳定的;如发散，则处于失稳状态;如既不收敛,也处于发散状态,处于一种临界状态，此时相对应的车辆运行速度称为车辆的蛇行运动临界速度。

可以知道，动力转向架主要由轮对、轮轴、一系悬挂、构架、二系弹簧、驱动装置还有基础制动装置组成。轮对是装在轮箱里面的，一系悬挂是将轴箱和上面的构架连接起来的，主要包括轴箱弹簧、轴箱转臂等，二系弹簧主要用于连接车体和转向架，主要构成包括空气弹簧和各种减震装置。

鉴于单轴驱动功率和驱动力矩的不同等级，动力转向架中的驱动装置必须采用不同的形式；而基础制动装置时的性能更是对整个制动系统的性能起着决定性的作用。

2.4构架结构设计

构架采用“日”字形焊接结构﹐其侧梁﹑横梁均为钢板焊接箱形结构(左右侧梁采用完全对称结构﹐以减少构架零件数量),构架两端增设端梁。为优化布置车内座椅,侧梁采用中部下凹式结构,并将二系弹簧布置在牵引电机内侧。受有轨电车空间的限制﹐侧梁上设有外置的电机驱动装置吊座﹐并集成二系弹簧座﹑磁轨制动挡座﹑垂向减振器座﹑轮对提吊座和摇头止挡座。横梁上设有牵引拉杆座﹑抗侧滚扭杆座和横向止挡板。端梁上设有横向减振器座。

下图是构架的三维模型图。

图1构架三维模型

1.轮对提吊座﹔2.磁轨制动挡座﹔3.垂向减振器座﹔

4.抗侧滚扭杆座;5.二系弹簧座;6.横向止挡板;7.牵引拉杆座﹔

8.电机驱动装置吊座;9.摇头止挡座;10.横向减振器座。

2.5关于转向架的实验验证

由于转向架构架关系着轨道车辆的运行安全问题，关系者众多人的生命安全，为了保证在长期的交变荷载作用下转向架的结构稳定性，在投入使用之前有必要对转向架进行实验，尤其是对它的疲劳强度进行验证。构架的刚度必须要够强，静强度和疲劳强度都要过关，转向架才能够投入使用，另外还需要根据相关规定进行最高试验速度的动力学性能分析，验证其运行稳定性指标是否符合标准。

三、小结

本文对现代有轨电车用动力转向架构架设计做出了简述，希望能对相关动力转向架的构架设计有所助益。

四、参考文献

[1] 张晓鹤,赵永翔. 动力车转向架构架优化设计[J]. 机械,2013,40(10):59-61. DOI:10.3969/j.issn.1006-0316.2013.10.014.

[2] 刘平. 高速动力车转向架基础制动装置设计分析[J]. 科技动态(大同),1994,000 (003 ):12-16.

[3] 皮国瑞,崔蕾,尹文龙,等. 现代有轨电车用动力转向架构架开发[J]. 铁道车辆,2019,57(9):17-19. DOI:10.3969/j.issn.1002-7602.2019.09.008.