地铁车辆轴重转移分析

地铁车辆轴重转移分析

摘要:伴随着我国社会经济的不断发展,也相应的促进了我国地铁行业的发展,本文主要针对于地铁车辆轴重转移进行了具体的分析和研究,希望通过本文的探讨,能够为相关方面的研究提供理论性的参考。

关键词:地铁车辆轴重转移

在对地铁车辆轴重转移分析的过程中,需要对地铁转向架的组成及其作用了解,并且对地铁车辆的运行供电方式进行研究,才能够对地铁车辆轴重转移研究的具体和细致,下面进行具体的探讨。

1 地铁转向架的组成及其作用

1.1 地铁转向架的组成

地铁在我国很多城市用以投入使用,为人们的生活、工作带来更方便的交通,而且交通速度之快为人们节省更多的路途时间。地铁转向架是地铁的重要组成部分,转向架主要由集中结构组成:构架(如图1中序号1所示)、系悬挂装置(2)、二系悬挂装置(3)、牵引装置(4)、基础制动装置(5)、齿轮减速箱(6)、联轴节(7)、牵引电动机(8)等。

1.2 地铁转向架的作用

转向架对车辆行驶中不平顺的线路有着缓和对车辆冲击的作用,

为车辆运行提供更好的安全性以及平稳性;利用车辆下面的轮轨之间的黏贴作用,对车辆牵引力和制动力起到传递的作用;将车体与轮轨之间的载荷进行传递,实现将车辆轴重的载荷平均分配,主要起到支撑车体的作用[1]。总体来说,是实现车辆轴重转移的效果,对车辆在直线上有着较好的稳定性以及在曲线有着较好的通过能力,对车辆运行的安全、稳定有着重大的作用。

2 地铁车辆运行供电方式以及牵引电动机的作用力

2.1 地铁车辆运行的供电方式

牵引电动机是地铁车辆的主要组成结构,也是牵动地铁车辆运行的主要部件,通过通电工作来带动地铁车辆的运行,在地铁车辆运行中的供电方式主要分为两种[2]。三轨供电方式,顾名思义是采用第三条轨道对车辆进行供电,正常地铁车辆运行只需两条轨道线路的支撑,而第三条轨道线路可以应用在两辆轨道线路之外或之间的位置,通过车辆的受电靴来传输电能实现为车辆供电的作用;触网供电方式,有很多城市的公交车采用的是受电弓受电的方式来实现为车辆供电,地铁触网供电方式也类似这种供电方式,同样也是通过受电弓接触布置的输电网来完成地铁车辆的供电,不同的是地铁车辆供电的电压要小很多。

2.2 地铁车辆运行牵引电动机的作用力

根据对地铁车辆运行的情况,大致可将牵引电动机的作用力分为

两种形式。轮对前置时,N1作用在轮对,并且,在N1的作用力下轮对产生一个与N1相等的反向力矩N1’作用在牵引机的齿轮箱上,同时,作用在小轮上的力矩为N2,且N2与N1’作用力的方向是相同的,如设齿轮箱的减速比为r的话,那么N2=N1/r=N1’/r,可得作用在齿轮箱上的总力矩N为:

N=N1’+N2=(1+r)N2(如图2所示)

地铁车辆运行中,轮对需要两个支撑点也就是图1中的Y1和Y2,轮对前置时产生的Y1是架上的作用力,是通过悬吊杆时施加给架构的架上作用力,而Y2是轮轴上的作用力,是为轮轴减轻荷载的作用力。

另外一种是轮对后置时的形式,作用在齿轮箱上的作用力与轮对前置形式的作用力相同,计算方式为:

N=N1’+N2=(1+r)N2

而且作用力的方向与大小都相同,唯独不同的是两个支撑点的作用力与轮对前置时两个支撑点的作用力相反,Y1是通过悬吊杆时施加在架构的一个上顶的作用力,而Y2则是增加车轴荷载的作用力[3]。

3 地铁车辆轴重转移的计算方式

根据地铁运行情况的不同,轴重转移的计算主要分为牵引机直接

作用在列车的车轴上而产生的轴重变化、两转向架间轴重转移、转向架内部轴重转移等三种轴重转移的形式。前者的运转方式以及作用力在本文第二部分大致阐明,总的来说就是Y1使得车轴实现荷载的减轻和增加[4]。

3.1 两转向架间的轴重转移

在地铁车辆运行的过程中,如果牵引力和阻力的高度不同,就会采用这种方式实现轴重转移。该轴重转移的基本原理是实现前面的转向架荷载减轻,而后面的转向架荷载增加,以此来实现轴重转移的效果。

地铁车辆运行过程中,车体的受力情况主要由二系弹簧来对车体的作用力产生的变化量,图3为车体具体受力原理图(如图3所示),根据轮对产生的力矩情况可算出二系弹簧对车体的变化量为:

在变化量M对车辆每个车轴产生的荷载变化如上述所说前面的转向架轴1和轴2属荷载减轻,其轴重转移的变量值为M1,向后的转向架轴3和轴4属荷载增加,其轴重转移的变量值为M2,且M1与M2变量值相等,其计算方式为:

3.2 转向架内部的轴重转移

与两转向架间的轴重转移运行的环境一样,都是在车辆的牵引力和阻力不同的环境下计算的形式,但不同的是该模式是将减轻荷载和增加荷载作用在一个转向架上,有转向架内部的前轮和后轮实现减载和增载的效果[5]。

在车辆运行的过程中,牵引电动机会对构架形成作用力,分为牵引力和阻力。牵引力是作用在轴箱上,而阻力是作用在牵引梢上,设该过程的牵引力为N、阻力为N1,一系弹簧在支撑过程出现的反作用力为F,牵引电动机的反作用力力矩为P,车辆齿轮箱悬吊杆轴重转移时产生的作用力为Y。(如图4所示)那么,根据力矩的平衡原理,可以推出构架的作用力为:

通过图4可以看出,该种轴重转移计算的形式下,虽然前后转向架的轴重转移都分开计算,但是,前后转向架的荷载转移情况却相同,前面的转向架的1轮是对减轻荷载P,2轮是对增加荷载P;同样,后面的转向架的3轮是对减轻荷载P,4轮是增加荷载P。

通过上述对地铁车辆轴重转移分析可得,地铁车辆的轴重转移与车辆运行中的牵动力和制动力有着直接的联系,并且,根据牵动力和制动力作用在轴箱上的变量值可以推算出轴重转移的荷载值。轴重转移与牵引力和制动力的变量值成正比,作用力大时转移的荷载值也大,相

反作用力小时转移的荷载值也随之变小,如果没有发生作用力时则不会发生荷载值的转移[6]。另外,从上述轴重转移荷载值的计算公式可以得出,地铁车辆的轴重转移与车辆齿轮箱的减速比、轴距、力矩等有着直接的联系。

4 结语

本文主要针对于地铁车辆轴重转移进行了具体的分析和研究,通过本文的探讨,我们了解到,在进行地铁车辆轴重转移的研究中,需要根据实际情况,运用有效的分析方法,进而才能够不断的促进地铁车辆的正常运行。

参考文献

[1]王珏,李治.机车轴重转移的动力学仿真[J].电力机车与城轨车辆,2011(2).

[2]吴安伟,罗赟.牵引装置对3B0轴悬式机车轴重转移的影响[J].内燃机车,2012(2).

[3]徐景秋,周书芹.车轴重转移的电气补偿[J].机车电传动,2011(2).

[4]陈成元,肖开庆.空心轴架悬式机车的轴重转移计算[J].铁道学