B型城市轨道交通车辆转向架设计

城市轨道交通车辆转向架的研究

08225049 杨鹏

摘要： B型车辆转向架，直线电机转向架，单轨车辆转向架，低地板转向架的结构特点及适用性。

关键字：城市轨道车辆，转向架，结构特点。

1．B型车辆转向架

1.1 B型车辆转向架主要结构设计特点

B 型城市轨道交通车辆转向架为轻量化、低噪声、无摇枕转向架。轴箱弹簧为无磨耗圆锥叠层橡胶弹簧，采用H 型钢板压型焊接构架，中央悬挂为空气弹簧直接支承车体的三无结构，采用单元式单侧闸瓦踏面制动装置，牵引电机横向架悬。转向架分为动车转向架(图1) 和拖车转向架(图2)。在动车转向架的每根车轴上装有1 台交流牵引电动机、齿轮传动箱和联轴器。动车转向架与拖车转向架相比，除轴箱弹簧的特性参数不同外，其他零部件可完全互换。

图1 动车转向架装配图

图2 拖车转向架装配图

1. 11 轮对轴箱定位装置

轮对轴箱定位装置采用圆锥叠层橡胶弹簧(图3) ，橡胶弹簧的优点在于具有非线性刚度特性，并有隔离高频振动和降低轮轨噪声的作用。

图3 轮对轴箱弹簧装配图

1.12 构架组成

构架为H 型轻量化低合金高强度钢板焊接结构，主要由2 根侧梁和2 根横梁组成(图4)。侧梁上盖板、下盖板和立板的厚度分别为12 mm 、14 mm 、10 mm，侧梁内部设有多块厚度为8 mm 的筋板。构架横梁采用直径<180 mm 、壁厚14 mm 的无缝钢管，可提高构架主体结构的可靠性。侧梁与横梁的连接处和两横梁之间设有纵向加强梁。

图4 构架装配图

构架侧梁上焊有制动缸安装座、轴箱弹簧定位座等，横梁上焊有牵引电机吊座、齿轮箱吊杆座、牵引拉杆座和横向缓冲器座等。所有关键安装座的位置精度均通过对转向架构架的整体加工获得。

1.13 中央悬挂装置

中央悬挂装置采用低横向刚度、大扭转变形的空气弹簧直接支承车体的三无结构，垂向用可变阻尼节流阀减振，横向安装油压减振器，还设有非线性横向缓冲

止挡和新型抗侧滚扭杆装置(图5)。

图5 无摇枕型中央悬挂装配

牵引装置由中心销、牵引梁、复合弹簧和新结构Z 形牵引拉杆组成，牵引点距轨面高度为385 mm 。新结构Z 形牵引拉杆具有低的横向及垂向附加刚度，提高了车辆的横向及垂向动力学性能，实现了无磨耗、无间隙牵引。

1.14基础制动装置

动车、拖车转向架均采用单侧单元式踏面制动装置，制动力优先由动车的再生制动负担。每轴设 1 个带弹簧停放制动器的单元制动缸，停放制动能力满足用户规定的最大限制坡道要求。

1.15 齿轮传动装置

采用斜齿轮一级减速，以使传动平稳，降低传动噪声。为降低簧下质量，齿轮箱

材料采用高强度铸造铝合金。

图6 牵引电机传动装置

1.2 适用性

(1) 对于采用VVV F 交流传动的B 型城市轨道交通车辆来说，踏面单元制动是

较理想的基础制动方式。

(2) 车轮直径大小及其辐板形式不仅影响轮轨之滑防空转控制传感器、接地电刷装置和固体轮缘润滑间的相互作用，也关系到转向架传动装置的设计和牵引电机的选择。应尽快研制车轮直径和辐板形式合理的噪声优化车轮。

(3) B 型城市轨道交通车辆转向架的基本结构和技术完全可以用于 A 型车，只需根据A 型车铝合金车体的设计特点对转向架固定轴距和空气弹簧上支承面高度进行适当调整即可。

2．直线电机转向架

2.1直线电机转向架的基本结构

地铁车辆转向架为二轴转向架，每台转向架由1台直线电机驱动，转向架结构示于图2。直线电机通过悬挂梁采用全悬挂方式安装在转向架轴箱上，悬挂结构如图3所示。直线电机与转向架之间以及车体和转向架之间的纵向作用力的传递通过纵向牵引杆来实现。构架俯视呈“目”形结构，采用箱形全钢板焊接结构。构架侧梁由U形断面压型的上下盖板组焊而成，为中间下凹的鱼腹箱形结构，以保证侧粱的抗弯、抗扭性能。

轮对采用轴箱内置、制动盘外置的结构，简化了结构并减轻了重量。轴箱与构架之间设置了锥型橡胶弹簧的一系悬挂，一系悬挂需采用刚度很大的橡胶弹簧。构架与摇枕之间设置了空气弹簧的二系悬挂；二系悬挂由空气弹簧本体和应急橡胶弹簧组成，垂向具有良好的非线性。二系悬挂采用空气弹簧，既简化了转向架结构，减轻了转向架自重，又能适应现代轨道车辆全方位提高运行品质的需要。同一个转向架的2个空气弹簧之间设有差压阀，当一侧空气弹簧爆破时，可起安全作用。当空气弹簧失效时，橡胶堆作为应急二系悬挂系统。在橡胶堆与构架之间设有调整垫，以补偿车轮磨耗引起的车辆地板面下降。

直线电机通过电机悬挂梁悬挂于轴箱体上，直线电机与感应板的气隙通过电机悬挂梁上的高度调整机构来实现，调整机构能够满足旋轮后较大尺寸的调整和日常维护过程中的微动调整。

转向架制动采用外置式盘式制动单元，每根轴安装2套，其中一套具有停车制动功能。每列车的制动单元为同一种形式。

2.2直线电机转向架运用情况简介

尽管直线电机驱动车辆的效率稍低，但它也有着适应断面小、爬坡能力强、曲线通过能力强、噪声小等不可代替的优点。目前，我国大城市的交通状况日趋恶化。无疑，发展地铁和其他快速轨道交通是解决大城市交通问题的根本办法，在地铁造价日益昂贵的今天，直线电机驱动的小断面地铁车辆为我们提供了一种降低造价的选择。

3．3.1低地板车辆转向架

3.11独立轮对转向架结构形式

低地板独立轮对转向架的主要结构特点为：

(1)采用小直径弹性车轮

(2)采用板梁式摇枕或无摇枕结构

(3)一二系悬挂分别采用橡胶弹簧和空气弹簧,以降低振动和噪声

(4)结构简单，质量轻。

（5）用下凹的车轴桥代替车轴,

3.12其主要结构特点为：

（1）采用小直径弹性车轮,两车轮间采用下凹形构架连接,无一系悬挂

（2）空气弹簧坐落在凹形构架的凹槽中空气弹簧上盖朝下安装，橡胶堆凸台与车体关节部分相配合

（3）为进一步降低地板面摇枕采用板梁式扁平结构且沿轨道方向纵向安装起支撑车厢质量和连接2个独立轮对的作用

（4）构架与摇枕间安装水平油压减振器构架与车体间垂向油压器采用18度倾斜安装，并用纵向牵引拉杆连接，以传递其牵引力和制动力

双独立轮对万向轴驱动转向架

3.13其结构特点主要为

（1）采用无摇枕结构，车体直接落在二系弹簧上。

（2）交流牵引电机全悬挂在车厢地板上，通过万向轴驱动齿轮箱，从而驱动车轮5齿轮箱一端通过连接臂安装在车轮外侧车轴上另一端则通过齿轮箱吊销悬挂在构架上，以减少簧下质量

（3）一系悬挂采用橡胶弹簧，以减少振动和噪声

（4）二系弹簧采用沙漏式旁承弹簧为了实现更低的地板面和合理的座位布置，沙漏式弹簧沿构架纵向不对称布置5由于沙漏式弹簧有较小的横向刚度$故在车体上设置横向止挡，以限制车体通过曲线时有过大的横向位移

（5）两凹形构架之间采用小框架连接，并安装有横向油压减振器

3.14双独立轮对垂向电机驱动转向架

其结构特点主要为

（1）一系悬挂为人字形橡胶堆，水平安装在轴箱与构架之间

（2）二系悬挂为每侧两个空气弹簧

（3）构架为H形结构,横梁中间下凹有利于降低地板面.

(4)构架与车体间每侧安装一个横向和垂向减振器，制动盘安装在中心电机装置

的电机端部。

（5）牵引电机垂向布置在车轮外侧，通过螺旋圆锥齿轮驱动与车轴固结的短车轴，使车轮转动。

（6）转向架采用了弹性车轮，人字形橡胶堆，有利于降低振动和噪声，还有利于改善曲线通过和减少轮轨磨耗。

3.2 低地板车辆适用性

适合儿童老人残疾人出行，节约资源绿色环保，填补了公共汽车与地铁之间的空白，有效解决了城市交通的拥堵问题。

4. 单轨车辆转向架举例

4.1 跨座式单轨列车的结构特点

单轨轨道交通车辆与地铁和轻轨车辆的根本不同点就是转向架。在转向架以上(即空气弹簧以上)的车体及其内部布置和装饰，虽然各有特

点，但是没有大的差别，而转向架则完全不同。

(1)转向架型式。转向架为2轴转向架，分为动力转向架和非动力转向架。

(2)车体支撑与牵引方式。车体直接由空气弹簧支撑，转向架为无摇枕结构。通过这种结构可以达到轻量化、提高舒适度和减少相对滑动部件维修的目的。牵弓1装置为中心销方式。

(3)转向架的走行机构。转向架上装有走行轮和水平轮(导向轮和稳定轮)。走行轮为充氮气的钢丝橡胶轮胎，每根轴上装有2个。轮胎安装在轮，辋上，而轮辋用斜楔固定在轮心上，轮心则通过轴承座落在空心轴套上，后者单悬臂固定在转向架构架上，以使更换轮胎变得容易。同时，轮心与车轴相连，传递扭矩，使车轮旋转，车辆得以运行。转向架构架由钢板焊接而成，其左右侧梁的前后有4个导向轮的支撑架；左右侧梁的中部有2个稳定轮的支撑架。为了防止轮胎泄气和爆破，每个水平轮均设置了备用的实心橡胶车轮。在走行轮中，装有轮胎内压检测装置。其原理是，每个轮胎设置1个装有压力检测开关的压力计，并将检测开关和压力计的电路并联，弓1至滑环上输出信号，当轮胎的内压比规定的压力低时，开关闭合，在客车内部安装的

轮胎内压警报盘上显示出来。水平轮的防止轮胎泄气和爆破的装置设置在轨道梁的侧面。为了防止走行轮轮胎的爆破，在转向架构架前后端梁的中部分别设置了

备用的实心橡胶车轮。

(4)转向架驱动系统。驱动系统由牵引电动机、齿轮箱以及轮轴构成。牵弓，电动机和齿轮箱都在构架上。牵弓，电动机通过弹性联轴接与齿轮箱相连，为2级减速的直角传动方式，第1级为伞齿轮传动，第2级为圆柱齿轮传动。后l级传动与车轴相连接，以驱动车轮。因此，齿轮箱箱体要有足够的刚度，它还连接有制动盘。

(5)制动系统。单轨交通列车的制动系统由电制动和空气制动系统组

成，并且是电制动优先。电制动为再生制动。在一般情况下，再生制动的能量由线路上正在运行的列车吸收，如果没有正在运行的列车或吸收不足时，剩余的再生能量则由安置在变电站的、并与接触网并联的电阻制动能量吸收装置吸收。空气制动为空油变换式的盘形制

动，制动盘设在传动齿轮箱的中间轴上；并设有停车制动装置，其制动力由储能弹簧提供。

4.2 单轨车辆适用性：单轨交通车辆造价相对城市地铁来说低廉了很多，适合相对更低的客流需求，同时能够采用高挂等多种方式有效减少占地面积，对于重庆等地形复杂面积小的城市，单轨交通车辆非常适合。

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