城市轨道交通车辆转向架柔性构架探究

城市轨道交通车辆转向架柔性构架探究

李春波 山丽

中车大连机车车辆有限公司 辽宁大连 116021

摘要：随着我国经济的不断发展，对于城市交通也提出了更高要求。城市轨道交通车辆转向架技术在城市交通当中的地位也非常重要，而在转向架技术运行过程当中，不同轨道的交联互通，需要通过转向架来实现，为保证车辆的稳定驾驶和轨道的平稳转换，对城市轨道交通车辆的转向架技术的要求也不断提高，需要车辆转向架自身的负载能力持续增强，以保证交通平稳运行。本文对城市轨道交通的转向架柔性构架进行了专项分析，阐述了实现构建柔性的多种方式，并提出了一种弹性铰接式的双“T”形柔性构架。

关键词:城市轨道；柔性构架；转向架技术

引言

近些年来，我国的经济持续稳健发展，在人们的日常生活水平方面也有了很大的改观。在这样的背景下，越来越多人更加注重起出行问题，对于出行安全与出行质量也有了更高的要求，因此也向城市轨道交通车辆的转向架技术提出了更高的要求。

在传统的轨道交通车辆转向架技术中，通常采用刚性构架的方式。刚性构架的方式是将构架的横梁与侧梁以刚性固接的方式连接在一起。缓和线路的扭曲则是以一系悬挂的柔度来说实现。因此，传统的轨道交通车辆转向架适应线路扭曲的能力，与一系悬挂的柔度密切相关。然而，在一系柔度固定的前提下，当线路的扭曲程度过大时，则会出现转向架的轮重减载率严重超标的现象发生，此时就会对转向架的安全性造成影响，也不利于轨道交通车辆适应路线。为了有效地提高转向架适应线路扭曲的性能，更好的提高列车通过曲线路面的整体安全性，可以通过改变传统的构架结构，或在构架的过程中采用具有高强度的弹性材料等方式，让构架自身承担部分线路的扭曲量。本文将以自身结构来承担部分线路的扭曲量的轨道交通转向架构架为柔性构架。

一、柔性构架设计与扭曲刚度的分析

柔性构架是一种通过改变构架的整体结构，或者是采用新的材料等方式，来达成构架一系悬挂四点支撑中的一点，相对于一系悬挂的其他三点形成的平面在其垂直的方向上可以相对自由的活动。当构架中的某一支撑点受到力的作用时，会产生一定的位移，柔性构架的扭曲刚度是指出现单位位移时所需要的力，可以用单位位移所需要的力来评估构架的柔性程度。

柔性构架不仅应该实现具有较低扭曲刚度的要求，还应当实现轨道交通车辆对于构架的基本要求。这就使得柔性构架应当为转向架的全部零件提供相应的安装基础，同时还应当使得柔性构架可以承受车辆对轮对的各方向受力。为了实现柔性构架的相关要求，用于铰接式柔性构架的橡胶关节应当符合偏转刚度较低，同时径向和横向刚度较大的条件。橡胶关节的胶断面呈双“U”型，这不仅有利于橡胶关节的偏转形变，还可以确保其具有相对较低的偏转刚度，双U型还在一定程度上增加了橡胶关节的径向和横向的刚度。

1.四点铰接式柔性构架

为了提高构架柔性的特点，假设采用将四个橡胶关节铰接横梁与侧梁，以便可以更好的发挥橡胶关节扭转刚度和偏转刚度较低的特点。采用该技术的箱形横梁不仅可以承受电机座悬臂扭矩，还能够传递其所承受的横向和纵向力，可以更好的实现驱动方案的集成设计。采用Abaqus软件创建关于柔性构架的模型设计，可以对该构架的柔性效果进行详细的分析。通过计算可以得知，采用以橡胶关节装置铰接横梁与侧梁的柔性构架，经过计算其扭曲刚度为2.01kN/mm,这一数值与现有的整体构架扭曲刚度相同。同时，经过分析可以得知，橡胶件的偏转和扭转变形的能力较低，且多为单一径向的变形。同时，橡胶件的径向刚度较大，且其径向的变形能力十分有限。因此，采用该方案，难以充分地发挥橡胶关节的特点，不能实现相关的设计要求。

2.双“T”形柔性构架

通过进一步的分析可以得出，箱形横梁将构架中的四个橡胶关节装置放置于同一平面，并且同一侧侧梁的两个橡胶关节装置距离较远，此时只能通过橡胶关节微小的径向变形量来为整体构架提供相应的扭曲刚度，因此，可以将箱形横梁替换成横梁圆管，这样便可以解决箱形横梁对于橡胶关节装置的约束。在该结构中，采用橡胶关节装置，则可以更好的传递横向力。因此，可以简化中心辅助横梁，转向架的结构也得到了相应的简化。对双“T”型柔性构架进行相应的建模计算可以得知，该构架的扭曲刚度为0.03kN/mm，此时构架的抗菱刚度为3.56×10³MN·mm/rad。由此可以得出双“T”形的柔性构架，其扭曲刚度仅为现有构架扭曲刚度的五十分之一，同时其柔性效果也十分显著，并能具有良好的抗凌刚度。该双“T”形柔性构架中所使用的橡胶关节，其扭曲和偏转刚度低的特性得到了充分的发挥，当该柔性构件受到相应的扭曲荷载时，处于对角的橡胶关节则会发生相应的偏转形变，两者便不在位于同一高度上。因此，可以使得该构架的扭曲刚度得到明显的降低。同时，由于橡胶关节的径向和横向刚度相对较高，因此该构架同时也具有良好的抗菱刚度。

二、抗侧滚扭杆装置对构架柔性的影响

抗侧滚扭杆装置可以利用其装置中的金属弹性杆实现相应的扭曲形变而产生的反力矩，来对车辆的侧滚振动进行一定的控制，同时抗侧滚扭杆还可以减轻车辆的振动情况。因此，抗侧滚扭杆装置在城市轨道交通车辆上应用十分广泛。抗侧滚扭杆装置位于构架和车体之间，对于柔性构架的扭曲会造成一定的影响。采用双梯形的柔性构架时，构架的两根横梁管端有橡胶铰接关节装置，此时抗侧滚扭杆无法贯穿衡量管进行安装。连杆距离构架中心纵向距离越大时，对柔性构架的扭曲刚度也影响越大。因此，可以将抗侧滚扭杆尽可能的安装与构架的中心位置。

总结

综上所述，交通运输业的发展离不开道路保障工具提供和技术的支持的支持，转向架技术就是其中十分重要的一个组成部分。车辆转向架的作用主要是承载车体的重量。这不仅关系到车辆本身的性能问题，也与人们的生命安全息息相关，本文所设计的弹性铰接式柔性构架，其扭曲刚度和抗菱刚度数值良好，且结构简单，在保证转向架负荷能力的同时可以更好的满足城市轨道交通车辆的持续运转。

参考文献

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