城际铁路动车组牵引电机悬挂方式比较分析

城际铁路动车组牵引电机悬挂方式比较
分析
关键词：城际铁路；动车组；牵引电机；悬挂方式
引言：当前我国的城际铁路交通建设逐渐推进，在此过程中许多地区都已经建立起一套较为完善的城际铁路交通系统，当前我国大多数地区的城际铁路都倾向于在实际运行阶段使用动力分散式动车组，转向架则主要区分成动力与非动力转向架两类。

其中前者通常会设置齿轮驱动设备，在进行牵引电机的设置时，其位置以及安装时采用的手段对于转向架以及车辆的整体结构具有显著的影响。

和一些高速动车组相比，城际铁路动车组的主要特征在于线路多样性较强、起停速度快且较为频繁、轴重较大以及速度跨度大等。

在进行电机悬挂方式的选择时，应当依据实际的应用特点来开展系统化的研究。

1.牵引电机悬挂方式
1.1电机轴悬
在使用悬挂方式时，牵引电机的质量大多属于簧下质量，这使得车辆对于轨道产生的动力破坏作用得到了进一步增加，同时还会把轮轨之间形成的振动与冲击传达至电机以内，这种悬挂方式极大程度上增加了电机的振动载荷，因此人们倾向于将其运用于一些低速轨道车辆的设计过程中。

而对于一些时速达到120公里以上的车辆，人们在设计过程中则应当采取其他类型的悬挂方式。

1.2电机架悬
1.2.1刚性架悬
在使用刚性架悬的过程中，较为常用的一种结构形式是将牵引电机中的卡槽和吊座卡条刚性配合安装，同时采取螺栓来将其上下部位和构架相连。

主要特点在于电机与构架刚性实现了结合，因此不会出现相对位移的状况。

这种架悬方式
通常会被运用至地铁转向架中，主要优点在于安装过程较为便捷；而缺陷则在于
缺乏减振隔振的能力，这使得电机所产生的振动会影响到转向架构架。

1.2.2柔性架悬
柔性架悬的特点在于电机和构架间的横向刚度相对较低，并且能够在横向上
进行相对位移。

这种架悬方式的优越性在于能够降低构架的横向质量，以此来实
现平稳性的提升，同时还可以有效降低车辆运行过程中，由于轮轨作用力而受到
的影响。

对于这种架悬方式而言，电机横移模态可能会导致其稳定性受到影响。

当前较为常见的柔性架悬结构包括以下两种类型：首先是依靠板弹簧把牵引电机
与安装吊架吊装至转向架构架中。

因为板弹簧具有在板厚方向缺乏刚度的特性，
因此使用这种架悬方式会导致横向悬挂刚度减少。

这种结构的设计过程较为复杂，零部件的耗用量较多以及制造费用昂贵的问题。

还可以依靠大直径橡胶节点来进
行电机与构架的连接。

这种结构形式和使用钢板弹簧的结构相结构更加简单，易
于生产加工，然而因为其使用的橡胶节点尺寸较大，因此对于橡胶节点的质量提
出相对较高的要求，此外橡胶节点的耐用性也相对较弱。

与此同时，柔性架悬还
应当配备横向减振器，其目的在于弱化电机的横向振动，并通过横向止挡来降低
其横向最大位移，否则便可能导致车辆行驶过程中的安全性下降。

综上所述，这
种结构形式通常被运用在速度相对较高的动车组之中。

图1电机柔性架悬
1.2.3弹性架悬
弹性架悬需要通过橡胶节点来实现电机与构架的连接，采进行弹性架悬的过
程中，需要消耗的橡胶节点约为3-4个。

在使用上述吊装结构的过程中，采用的
橡胶节点材质为单层硫化橡胶。

因此其刚度相对较大，这也使得其外形尺寸得到
了大幅降低，不但有助于节约空间，还具有生产过程较为简单且使用寿命较强的特点，这种结构通常被使用于地铁车辆之中。

1.3电机体悬
电机体悬的主要方式为将牵引电机吊挂于车体底架，并通过传动轴和齿轮箱进行连接，以此来实现传递扭矩的目标。

因为电机吊挂于车底位置，因此转向架需要承担的重量有所减少，这种方式不仅能够较为高效的改良转向架性能，还可以提升进行牵引电机检修工作的便捷性。

然而体悬式的电机悬挂方法也必然会出现一定的问题，其中需要引起重视的问题主要包括以下几点：传动系统以及齿轮箱的整体结构较为复杂，并且生产与维护所需的成本费用相对较高；电机的设置必须占用大量的车下吊装空间，需要为其增设一种特殊的吊装结构，否则电机所产生的振动便可能导致车体受到负面影响。

最后，传动轴的临界转速可能会受到磨损、静动平衡等因素的影响。

所以，体悬式的电机悬挂方法可以运用于结构空间存在一定的限制，以至于无法满足电机空间需求的转向架，而在城际铁路动车组中该悬挂方式能够起到的效益较低。

2电机悬挂优化分析
分析电机悬挂结构可以发现，与城际铁路动车组最为契合的结构为架悬式，然而在实际生产过程中，应当针对动车组的特点进行全面探究再作出决定。

2.1基于运行速度的分析
笔者针对电机刚性与柔性架悬对于其动力学性能造成的影响进行分析，最终结果显示，前者的临界速度超过了每小时600公里，而后者则超过了每小时409公里。

也就是说对于时速超过了300公里的动车组而言，电机柔性架悬可以有效地提升其动力学性能。

此外若其时速低于250公里，则不同的电机悬挂方式不会对动力学性能造成显著的影响。

综上所述，对于时速超过了200公里的城际铁路动车组，应当避免使用柔性架悬方法。

图2 电机刚性架悬和柔性架悬的动力学性能比对
2.2基于电机振动传递的分析
牵引电机振动可以区分成惯性质量振动与转子转频振动。

其中后者主要指代
转子由于电磁转矩的影响而形成轴向旋转，在输入电流所造成的谐波干扰之下，
电磁转矩会产生一种和电机转速相同的转频振动。

城际铁路动车组大部分会使用50%的动拖比编组，其牵引电机的功率、质量较高，因此在实际运行车辆的过程中，电机转动所形成的转频振动也极为明显。

在采用刚性架悬时，电机转频振动
对于构架振动的影响较为显著。

在使用弹性架悬的过程中，由于弹性橡胶元件的存在，惯性质量振动将得到
有效地控制。

举例而言，在两个地铁项目中分别采用刚性与弹性架悬进行测量之
后可以发现：在电机吊座垂向振动加速度均值相同的基础上，刚性架悬的振动加
速度显著超过了弹性架悬。

3结语
在针对各种类型的牵引电机悬挂方式进行对照研究与数据分析之后，笔者取
得了以下几点结论：首先，因为结构复过于杂、需要占据大量的车下空间以及传
动轴可靠性等因素造成的影响，城际铁路动车组不宜采用体悬的悬挂方式。

其次，
为了实现车辆在动力学性能方面的需求避免转频振动对于构架强度造成影响，城际铁路动车组可以采用大刚度弹性架悬的悬挂方式。

参考文献
1.
尹振坤，吕常秀. 城际铁路动车组牵引电机悬挂方式比较分析[J]. 城市轨道交通研究， 2018, 021(002):29-33.
2.
杨栋. 动车组牵引电机故障诊断方法研究[D]. 兰州交通大学， 2014.
3.
冯相杰，陈康. 牵引电机悬挂方式对机车横向稳定性的影响研究[J]. 铁道机车车辆， 2018, 038(001):62-65.。