新型地铁车辆转向架的研究

—３６—机 车 电 传 动ELECTRIC DRIVE FOR LOCOMOTIVES №２，　２００６Ｍａｒ．　１０，　２００６ ２００６年第２期 ２００６年３月１０日城市轨道车辆新型地铁车辆转向架的研究晏红文，郭红锋（株洲时代新材料科技股份有限公司技术中心，湖南株洲４１２００７）摘要：通过对国内外地铁转向架技术状况进行调研，结合国内地铁走行部的应用实际，提出新型地铁转向架的设计方案。

通过选取适当的地铁转向架动力学参数，利用　ＡＤＡＭＳ／Ｒａｉｌ建立了转向架和整车的动力学模型，并对整车的曲线通过性能和直线上的平稳性指标进行了分析，相关参数指标均满足规范要求。

此外，参考有关结构，对新型地铁转向架的主要零部件的结构进行设计并作了简单介绍。

关键词：地铁车辆；转向架；动力学分析；结构设计中图分类号：Ｕ２６０．３３１；Ｕ２３１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００－１２８Ｘ（２００６）０２－００３６－０４收稿日期：２００５－０６－１５作者简介：晏红文（１９６８－），男，博士研究生，主要从事机车车辆、安全检测方面的研究。

０引言近年来，随着国民经济的快速发展，城市交通问题日益突显。

各大城市为缓解市内交通压力纷纷修建地铁线路，我国城市轨道交通飞速发展。

但我国对地铁车辆的设计开发能力仍然薄弱，国内各城市使用的地铁车辆基本是进口的，为此必须加强和深入对地铁的研究，设计开发出较先进的地铁车辆以满足国内市场的要求。

本文针对地铁车辆走行部的关键部件——转向架进行了一些研究，对基本参数作了优化选择、动力学分析和结构设计。

１国内外地铁转向架简介我国采用地铁运输起步较晚。

国内自己研制的北京地铁１９７０年开始运行，由长春客车厂生产。

其主要特征是直流７５０Ｖ第三轨受流。

改革开放以后，我国地铁车辆主要从国外进口，例如在北京、上海、广州以及深圳等城市分别从一些技术先进的国家进口了地铁车辆。

这些进口地铁车辆具有国际先进水平，而且它们的转向架基本结构相似，均为无摇枕轴箱外置式两系弹簧悬挂２轴转向架，构架由低合金钢板焊接成Ｈ形。

转向架中部设有中央牵引装置，实现低位牵引以提高粘着利用。

中央牵引装置一般分为２种，一种在构架的横梁上设有中心销座，装在中心销座中的中心销将车体和转向架连接在一起；另一种为弓形牵引杆，两端安装橡胶球铰，一端与构架横梁相连，另一端与装在车体上的牵引座相连。

转向架还设有横向缓冲止挡，起弹性限位及缓冲作用。

一系悬挂采用橡胶钢板叠层的“人”字簧或圆锥形橡胶堆定位；二系悬挂采用空气弹簧。

另外，每台转向架安装了一套抗侧滚扭杆装置。

Study on New Metro BogieY AN H ong-wen, GUO H ong-feng(Technology Center, Zhuzhou Times New Material Technology Co., Ltd.,Zhuzhou,Hunan 412007,China )Abstract:The technical levels of the metro bogies at home and abroad are investigated. The design scheme of new metro bogie is put forwarded based on the practical applications of domestic running gears. Through the selection of appropriate dynamic parameters for the bogie, dynamic models for the bogie and vehicle are built with ADAMS/Rail. The curve negotiation performance and riding quality index in straight line is analyzed. The relevant parameters are in accordance with the specifications. Besides, the structures of main components are designed and explained in brief.Key words:metro vehicle; bogie; dynamic analysis; structure design—３７—２新型地铁转向架设计方案我国国内要开发新型转向架的一个重要的因素就是可持续发展问题，一定要以节约和充分利用资源为基本设计理念。

因此，若地铁线与地面有轨的轻轨线路能够融合，地铁车辆兼有轻轨车辆的特点，则地铁列车就可以直接从城区驶向郊区或临近城市（通过城际轻轨线），这样通过对地铁和轻轨进行有效的组合，就可以达到节约和充分利用资源的目的。

当然，节约资源需要先进技术作支撑。

２．１主要技术参数的选择就结构而言，城市轻轨车与地铁车大体相仿，只是有些性能参数要求更高些，例如曲线半径更小，对走行部要求高；线路坡度大，站间距短，启动频繁，对牵引及制动要求高。

因此在设计这种新型地铁车时，在参数选取时，往轻轨方面靠。

经过对比分析主要技术参数选择如下：轴式 Ｂ０－Ｂ０最高设计速度／　ｋｍ・ｈ－１ ９０最高运营速度／　ｋｍ・ｈ－１ ８０通过最小曲线半径（Ｖ＜５ｋｍ／ｈ时）／ｍ 车场线　１５０　，　正线　３００固定轴距／ｍｍ ２５００同一轴两轴箱中心距／ｍｍ ２０００轮径／ｍｍ ８４０／７７０（新轮／全磨耗轮）轨距／ｍｍ １４３５车轮轮缘内侧距／ｍｍ １３５３轴重／ｔ ＜１６．５一系悬挂 每组弹簧垂向刚度／ＭＮ・ｍ－１ ０．７５ 每组弹簧横向刚度／ＭＮ・ｍ－１ ３．９０ （载重　３６ｋＮ时） ＞２．５ （载重　１８ｋＮ时） 每组弹簧纵向刚度／ＭＮ・ｍ－１ ３．９０ （载重　３６ｋＮ时） ＞２．５ （载重　１８ｋＮ时）一个轴箱的定位刚度　垂向刚度／ＭＮ・ｍ－１ １．５　横向刚度／ＭＮ・ｍ－１ ７．８　纵向刚度／ＭＮ・ｍ－１ ７．８二系悬挂　空气弹簧横向跨距／ｍｍ １５００　每个空气弹簧垂向静刚度／Ｎ・ｍｍ－１ ４００　（载重　１２１．１ｋＮ） ３５４　（载重　１０３．１ｋＮ） ２２７　（载重 ５７．５ｋＮ）　每个空气弹簧横向静刚度／Ｎ・ｍｍ－１ １９５　（载重　１２１．１ｋＮ） １８０　（载重　１０３．１ｋＮ） １５４　（载重 ５７．５ｋＮ）　每个空气弹簧横向动刚度／Ｎ・ｍｍ－１ ２３８　（１２１．１ｋＮ，１Ｈｚ） ２２５　（１０３．１ｋＮ，１Ｈｚ） １９５　（ ５７．５ｋＮ，１Ｈｚ）　空气弹簧下橡胶堆垂向刚度／Ｎ・ｍｍ－１ ５３５０　（载重　１２１．１ｋＮ） ４０５８　（载重　１０３．１ｋＮ） ２０２４　（载重 ５７．５ｋＮ）２．２转向架主要结构转向架构架可采用现流行的Ｈ形全封闭箱形结构，用低合金钢板焊接而成，具有质量轻、强度大、寿命长的特点。

构架的两侧梁两端有轴箱支座，可安装锥形弹簧；中部设有空气弹簧安装座。

构架的横梁设有牵引拉杆的安装座。

牵引电机安装在构架横梁支架上，电机支架采用铸钢件带尾衬板插入横梁中，使电机支架真正与横梁形成一体，保证整个横梁的强度和刚度。

构架上还设有抗侧滚扭杆、踏面单元制动器、齿轮箱、悬挂等其他部件的安装座，如图１所示。

图１转向架构架 １——侧梁；２——轴箱簧支座；３——电机支架；４——横向止挡座；５——减振器座；６——空气簧座；７——横梁；８——制动器座；９——电机支架为了降低轮轨滚动噪声，车轮可采用弹性车轮或消声车轮以及在刚性车轮辐板内侧安装消声板。

弹性车轮具有减振、消声、改善轮轨动作用力、延长轮轨使用寿命等功能。

但弹性车轮不能采用闸瓦制动和轮盘制动。

消声车轮是在刚性车轮的基础上采取相应消声措施以达到降低轮轨噪声的目的。

消声车轮的优点是可采用整体车轮，消除弹性车轮采用轮箍、轮心结构所带来的问题；但需增加消声器或消声材料。

消声板是将消声粘结材料装在车轮辐板内侧。

以上方式均可以进行选择。

一系悬挂装置是转向架的关键部件之一，对车辆运行的安全性、稳定性、舒适性起重要作用。

可采用圆锥叠层橡胶堆作为轴箱弹簧。

圆锥叠层橡胶堆较好地兼顾了垂向刚度和横、纵向刚度，具有一定的阻尼特性，并且在运用中无磨耗。

图２是轮对、轴箱和一系弹簧的组成图。

晏红文，郭红锋：新型地铁车辆转向架的研究　第２期—３８—地铁动力转向架的二系悬挂装置采用通用的三无结构，即无摇枕、无摇动台、无旁承结构。

车体质量通过４个高柔度空气弹簧直接作用在构架侧梁上；车体和转向架间对称装有２个横向减振器和横向缓冲器；二系悬挂中为补偿垂向阻尼的不足安装了垂向减振器。

在车体与转向架之间还设置了抗侧滚扭杆系统以改善车体横向平稳性。

空气弹簧支承车体重量并提供车体与转向架之间的垂向、横向、纵向刚度。

每个空气弹簧上安装一个高度控制阀，用于维持车体在不同静载荷下都与轨面保持一定的高度。

在直线运行时，车辆正常振动情况下不发生进、排气作用。

每个空气弹簧均有１个附加空气室与之相连，附加空气室位于车体底部（参见图３）。

车体与转向架间纵向力的传递主要由安装在车体枕梁上的牵引支座和构架横梁上的牵引座间的单牵引拉杆来完成的。

单牵引拉杆的设置仅约束了车体与转向架之间的纵向位移，对其他各向运动均不加约束（参见图４）。

图２轮对、轴箱以及一系弹簧１——轴箱总成；２——系弹簧；３——车轮；４——车轴图３　动力转向架空气弹簧齿轮箱可采用上下剖分箱体，主要由上箱体、下箱体、大齿轮、小齿轮轴、圆锥滚子轴承、密封环等零部件组成。

箱体材料可用球墨铸铁或铸铝合金，齿轮为合金钢。

齿轮箱密封一般采用机械式迷宫密封，如图５所示。

图４牵引装置 图５齿轮箱 １——下箱体；２——上箱体；３——大齿轮；４——小齿轮盖；５——吊挂装置以上简要介绍了转向架主要组成部分的基本结构，这些都是国际上通用的结构。

整个转向架的结构见图６。

图６转向架的结构 １——　车轮； ２——　轴箱；　３——　一系弹簧；　４——　构架；５——抗侧滚扭杆；６——空气弹簧；７——减振器；８——牵引系；９——制动装置；１０——电机；１１——齿轮箱；１２——车轴１——压板；２——牵引杆；３——止挡；４——牵引座３动力学分析为了初步了解地铁动力转向架的动力学性能，利用　ＡＤＡＭＳ／Ｒａｉｌ建立了转向架和整车的动力学模型，并对整车的曲线通过性能和直线上的平稳性指标进行了分析。

地铁动力转向架的仿真和分析模型如图７所示。

３．１曲线通过性能整车以５ｋｍ／ｈ通过曲线半径为１２５ｍ弯道时的各参数参见图８。

机 车 电 传 动２００６年　—３９—　第２期图７地铁动力转向架的仿真和分析模型图８脱轨系数、轮轨冲角、轮重减载率曲线计算中转向架在曲线段的最大轮重减载率为０．１４，远小于限度。