浅谈地铁车辆转向架二系悬挂方式

浅谈地铁车辆转向架二系悬挂方式

摘要：对现代城市地铁车辆转向架二系悬挂采用空气弹簧的优势进行了分析，空气弹簧悬挂的采用可以显著提高车辆系统的运行平稳性，大大简化转向架的结构，使转向架实现轻量化和易于维护。

关键词：地铁车辆转向架空气弹簧优势

1.概述

现代城市地铁车辆不断地朝着高速化、轻量化以及低噪音方向发展，空气弹簧悬挂系统具有诸多钢制螺旋弹簧不具备的优点，因此在地铁车辆转向架中日益广泛地采用空气弹簧作为二系悬挂装置。与空气弹簧相比，钢弹簧由于具有线性刚度特性，使其在地铁车辆上的应用受到限制，这主要有两方面的原因：

1.1.在城市轨道交通领域钢弹簧不能够大幅度提高车辆悬挂系统静挠度以降低车体的自振频率，尤其是车辆的载客量较大时；

1.2.城市地铁车辆的载客量大而且要求地板高度在不同载客量时基本不变，钢弹簧不具备这种特性。

总之，空气弹簧悬挂的采用可以显著提高车辆系统的运行平稳性，大大简化转向架的结构，使转向架实现轻量化和易于维护。一般来讲，地铁车辆对空气弹簧的采用可以分为三个阶段：

1.2.1.利用空气弹簧的垂向特性，提高车辆系统的垂向运行平稳性；

1.2.2.空气弹簧的垂向和横向特性并用，取消转向架二系悬挂装置中的摇枕，简化转向架结构；

1.2.3.充分利用大变位（包括扭转）、低横向刚度空气弹簧的三维特性，取消摇枕，彻底实现转向架二系悬挂装置的轻量化，同时使抗蛇行运动减振器的采用成为可能，可更好地协调转向架蛇行运动稳定性和良好的曲线通过性能之间的矛盾。

空气弹簧悬挂系统主要由空气弹簧、附加空气室、高度控制装置、差压阀等组成。该系统的工作原理为：车辆静载荷增加时，空气弹簧被压缩使空气弹簧工作高度降低，这样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高度控制阀的进气机构，压力空气由列车风源通过高度控制阀的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；车辆静载荷减小时，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高度控制阀的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。

1.3.空气弹簧和附加空气室

1.3.1. 空气弹簧

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。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。在无摇枕转向架中，利用高柔性空气弹簧低横向刚度和允许大扭转变形的特点，取消了传统转向架二系悬挂结构中的摇动台和摇枕装置而采用空气弹簧直接支承车体，使转向架的结构大为简化，减轻转向架的重量，实现了轻量化，同时提高了转向架的易维护性和安全可靠性。

1.3.

2.附加空气室

附加空气室的作用在于能够显著降低空气弹簧的垂向刚度，但当附加空气室的容积达到一定数值后刚度变化不再明显。无摇枕转向架有两种情况：一种是利用转向架构架侧梁和（或）横梁内腔；另一种是在车体上设置单独的空气弹簧附加空气室。这两种情况各有利弊，应根据不同的设计条件加以选择。

1.4.高度控制阀和差压阀

1.4.1.高度控制阀

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。

1.4.

2.差压阀

差压阀安装在同一转向架左右空气弹簧的连接管路中间，在任何一侧的空气弹簧出现异常时作为安全装置而起作用，连通左右空气弹簧，防止车体过大倾斜。差压阀的动作压力一般有1kg/cm2、1.2kg/cm2、1.5kg/cm2三种。差压阀动作压力的选择应综合考虑多方面的因素，在条件允许的情况下尽可能选择较小值，以减小车辆在过渡曲线上的对角压差，提高车辆的抗脱轨安全性。

空气弹簧悬挂系统的横向阻尼由横向油压减振器提供。在有摇枕转向架中，

多由支重旁承提供回转阻尼提高车辆蛇行运动的临界速度；在无摇枕转向架中，一般地铁车辆都通过在车体和转向架构架之间安装抗蛇行油压减振器来保证蛇行运动的临界速度。

2.转向架二系悬挂装置对空气弹簧性能的要求

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。综观国内外典型的转向架，空气弹簧二系悬挂的结构有三种基本形式：摇动台式、有摇枕式和无摇枕式。这三种形式既是依次进步的，也是共同并存的，三者对空气弹簧性能的要求有很大的区别。

3.结束语

3.1.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。

3.2.无摇枕转向架二系悬挂中用抗蛇行减振器代替有摇枕转向架中旁承提供的摩擦回转阻尼，使提高蛇行运动稳定性和改善曲线通过性能之间的矛盾得到缓和，一定程度上提高了转向架对线路友好性。

3.3.我国现有的转向架多用构架的侧梁或（和）横梁内腔作为附加空气室，而焊接构架需要焊后整体热处理，以消除焊接残余应力，这样，附加空气室内表面的防腐处理成为一个问题。

参考文献：

[1] 严隽耄. 车辆工程. 北京：中国铁道出版社，1999.

[2] 王福天. 车辆系统动力学. 北京：中国铁道出版社，1994.

[3] 王焕章. 无摇枕转向架的发展及研制.铁道车辆，1999，37（7）：1—5.