地铁车辆转向架系统的研究

地铁车辆转向架系统的研究

樊荣

上海阿尔斯通交通设备有限公司 200245

摘要：对地铁车辆转向架介绍，指出要快速行驶并保持乘坐舒适度，采用一系悬挂和二系悬挂的重要性，对一系悬挂的设计的经验公式是以往成功经验的总结，结合这些经验对车辆整体悬挂系统在试验过程中进行改进和完善。

1 引言

地铁是许多都市用以解决交通堵塞问题的方法，它的优点有客运量大；准点；快速；使用清洁能源，在许多城市交通中已担负起主要的乘客运输任务，地铁在城市公共交通系统中有着便捷、准点、舒适的优点，地铁车辆在追求安全、快速的同时，不段改进乘坐舒适度，而车辆转向架是支撑车体并担负车辆沿着轨道走行的支承走行装置， 它是最重要的组成部件之一，它的结构是否合理直接影响车辆的运行品质、动力性能和行车安全。

2.转向架结构

转向架是支承车体并担负车辆沿着轨道行驶的支承装置，而转向架的任务是承载车体重量、牵引车辆移动、缓冲车辆振动、控制车辆转向和制动。

由图可见转向架主要由构架、轮对、二系悬挂（空气弹簧）、一系悬挂（轴箱减震器）、牵引电机、制动器组成。而为减少线路不平顺和轮对运动对车体各种动态的影响，起主要作用的是一系悬挂装置和二系悬挂装置。

2.1.一系悬挂装置

一系悬挂装置是为减少线路不平顺和轮对运动对车体各种动态的影响，转向架在轮对与构架设有的弹性悬挂装置。

一系弹簧装置的作用：

1均匀分配给各轴一定的载荷，使车轮行经在不平顺线路时不会发生显著变化； 2缓和冲击，使得车辆运行时更平稳； 3改善车辆横向运动性能和曲线通过性能；

假设无弹簧装置的情况下轮轨间的动作用力

有弹簧装置的情况下轮轨间的动作用力

举例 已知： P=10000daN q=1900daN k=100daN/mm h=2mm d2y/dt2=2g 无弹簧时：

有弹簧时：

比较下来

可见一系悬挂系统对于车辆平稳行驶的重要性，并且大部分情况下一系悬挂都是由螺旋弹簧来组成。

螺旋弹簧的特点：重量轻、运动灵活、无阻尼、但是只能承受轴向载荷。

试验建议：

经过长时间试验验证发现:在进行车辆称重找平试验中如果发现某一轮对的重量与其他轮对相差巨大时，可考虑到一系悬挂分配车轮各轴负载的功能，对一系悬挂所在的轴箱减震器进行尺寸测量并进行对比，在联轴节高度满足1.11的标准时，同一转向架上的一系弹簧四角高高度差不大于4，如数据相差超过规定值可在数据偏差点进行加垫或抽垫处理，并且加垫后需将车辆静态放置24小时使弹簧充分受力后才能进行后续试验。

2.2空气弹簧装置

空气弹簧就是将压缩空气密封在橡胶模（或囊）中形成具有一定刚度的弹性体。空气弹簧悬挂系统具有理想的反S形非线性刚度特性，在正常工作范围内刚度很低，而振幅较大时其刚度具有陡增的特点，可以限制车体发生过大的位移。空气弹簧还能够有效地吸收高频振动和隔离噪音，并且由于自动高度控制阀的采用使空气弹簧悬挂可以保持地板高度不随车辆静载荷的变化而发生变化（除一系悬挂和车轮磨耗外）即空气弹簧具有恒定的工作高度。

空气弹簧种类分为：约束膜式和自由膜式

约束膜式特点：刚度小，振动频率低，可主便地通过调整约束裙的形状来控制其弹簧特性。但橡胶膜工作状况复杂，耐久性差。

自由膜式特点：无约束橡胶囊变形的内外筒，可减轻橡胶囊的磨耗；安装高度低；具有良好的负载特性；重量轻。所以自由膜式空气弹簧应用最广泛。

高度调整阀的工作原理为：

h为车辆地板实际高度 H为车辆地板标定高度

该系统的工作原理为：车辆重量增加时，空气弹簧被压缩使空气弹簧工作高度降低，高度控制阀随车体下降，由于高度调整连杆的长度固定，此时高度调整杠杆发生转动打开进气机构，压力空气由列车风源通过进气机构进入空气弹簧和附加空气室，直到高度调整杠杆回到水平位置即空气弹簧恢复其原来的工作高度；车辆重量减小时，空气弹簧伸长使空气弹簧的工作高度增大，高度控制阀随车体上升，同样由于高度调整连杆的长度固定，高度调整杠杆发生反向转动打开高度控制阀的排气机构，压力空气由空气弹簧和附加空气室通过排气机构经排气口排入大气，直到高度调整杠杆回到水平位置。 通过调整高度调整杆的长度H可达到控制空气弹簧进气量和调整车辆地板高度的作用。

正是由于自动高度控制阀的采用才使得空气弹簧具有许多优点。车体高度控制是通过高度控制阀控制空气弹簧充、放气来实现的。一般地铁车辆要求载荷变化时车辆地板高度调整的时间不超过车站停车时间，地板面高度的变化范围为±10mm。高度阀只能用来补偿乘客重量的变化，而不能用于补偿车轮和转向架零件的磨损，高度阀应不受车辆振动和轨道冲击的影响。

试验建议：

经过长时间的反复试验验证出：由于空气弹簧进气量（空气弹簧压力）在车辆静态与动态调试中对车辆制动力有密切的关系，所以在车辆称重找平试验中，通过使用调节高度调整杆来达到调整空气弹簧进气量让车辆各轮对重量趋于平衡时，需对地板高度、空气弹簧抬升量、空气弹簧压力一并测量并使得这些数据都在标准范围内。

3各系统功能提升辅助设备

3.1辅助一系悬挂

为减小振动一系悬挂系统应加装阻尼装置——液压减振器。

3.2辅助二系悬挂

列车在高速行驶中转向架相对车体在垂向、横向自由运动（减振）；转向架相对车体在纵向固接（传递牵引、制动力）；转向架相对车辆自由转动（通过曲线），必须存在一个几何回转中心。所以需安装有牵引销（心盘）+旁承的装置使转向架与车体连接，它采用空气弹簧传递车体与转向架之间的垂向力；采用牵引销装置传递纵向力；采用弹性挡和空气弹簧传递横向力；垂向液压减振器与空气弹簧配合控制垂向振动。

为了限制车体在高速行驶和过弯时的左右摆动幅度，每个转向架配备了一套抗侧滚扭杆装置。这包括了使用橡胶套管安装在转向架构架横梁底部的扭杆轴。在转向架每一侧的扭杆控制臂（连接杆）通过联结销连接到车体。

由于抗侧滚扭杆是连接转向架与车体的部件，所以在进行车辆称重找平试验前需先将抗侧滚扭杆与车体连接的螺母拧松，来达到进行试验时转向架与车体无外力连接，在试验结束后在保证车体一侧的连杆上端点贴合的前提下，测量另一侧连杆上端节与车底扭杆座的间隙，若大于0.5mm则用调整垫调整消除间隙。

4.结语

空气弹簧技术的进步推动了转向架技术的进步，也可以说转向架高速化和轻量化的发展要求促使空气弹簧的性能不断提高，二者相互作用。此外，更为重要的是，随着空气弹簧技术的不断进步，尤其是低横向刚度、大扭转变形空气弹簧的实用化，使得无摇枕转向架的研制成为可能。空气弹簧的垂向和横向特性并用，能取消转向架二系悬挂装置中的摇枕，简化转向架结构。但是缺点是结构复杂，附件多，制造成本高，维护检修困难。而调节空气弹簧空气进气量的工作是由高度调整阀来完成的，而高柔性空气弹簧的出现使无摇枕转向架的研制成为现实，转向架二系悬挂装置的结构得到简化，大幅度减轻了重量，转向架更易于维护。另外，由于摇枕吊杆等关键受力构件的减少和关系到转向架性能稳定的摩擦副的消除也使转向架的安全可靠性提高。

作者简介：樊荣（1985-01-28），男， 籍贯：上海，学历：大专