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1、转向架城市轨道车辆 交通工程教研室 1 铁路运输发展的初期 世界各国大多采用将轮对直接安装于车体下面的二轴车结构 由于要通过小半径曲线 二轴车的轴距不能太大 另外 车辆载重 长度和容积均受到限制 如果把二个或多个轮对用专门的构架 或侧架 连接 组成一个小车 称为转向架 车体座落在两转向架上 由于这种带转向架结构的许多明显的优点 现代大多数轨道车辆的走行装置都采用转向架的结构形式 2 第四节转向架 作用组成简介分类组成部分介绍单轨转向架导轨转向架地铁轻轨转向架简介 3 一 转向架的作用与特点 采用转向架可增加车辆的载重 长度和容积 转向架相对车体可自由回转 使较长的车辆能自由通过小半径曲线 减少
2、运行阻力与噪声 提高运行速度 便于安装弹簧减振装置 保证车辆具有良好的动力性能和运行品质 另外 有转向架的车辆在通过两轨头高低不平处时 车体支承点的垂直移动量仅为二轴车轮对支点的一半 从而提高了运行的平稳性 4 支承车体 承受并传递从车体至轮轨的各种载荷及作用力 使各轴重均匀分配 便于安装制动装置 传递制动力 满足运行要求 便于在转向架上安装牵引电机及减速装置 驱动轮对 或车轮 使车辆沿着轨道运行 此时转向架还传递牵引力 转向架为车辆的一个独立部件 因而便于转向架的互换 制造和维修 5 6 二 转向架组成 由于车辆的用途 运用条件与要求的不同 所采用的转向架结构各异 类型很多 但它们的基本组成
3、部分和主要功能是相同的 一般转向架可以分为以下几个部分 轮对轴箱装置轴箱与轴承装置是联系构架和轮对的活动关节 使轮对的滚动转化为车体沿着轨道的平动 轮对沿钢轨的滚动 除传递车辆的重量外 还传递轮轨之间的各种作用力 弹性悬挂装置为减少线路不平顺和轮对运动对车体各种动态的影响 转向架在轮对与构架或构架与车体 摇枕 之间 设有弹性悬挂装置 也可称为一系悬挂装置和二系悬挂装置 弹性悬挂装置一般包括弹簧 减振器 定位装置等 构架构架是转向架的基础 它把转向架的各个零 部件组成一个整体 故它不仅承受 传递各种载荷及作用力 而且它的结构 形状和尺寸都应满足各零 部件组装的要求 7 制动装置为使运行中的车辆在
4、规定的距离范围内停车 必须安装制动装置 其作用是传递和放大制动缸的制动力 使闸瓦与轮对之间的转向架内摩擦力转换为轮轨之间的外摩擦力 即制动力 产生制动效果 牵引电机与齿轮传动装置使牵引电机的扭矩转化为轮对或车轮上的转矩 利用轮轨之间的粘着作用 驱动车辆沿着钢轨运行 转向架支承车体装置车体与转向架联结部分的结构应能满足安全可靠地支承车体 并传递各种载荷和作用力 同时车体与转向架之间应能绕不变的旋转中心相对转动 以使车辆顺利通过曲线 一般转向架支承车体的方式有心盘集中承载 非心盘承载 或旁承承载 和心盘部分承载3种 8 轮对 构架 轴箱定位装置 弹簧悬挂装置 电机与齿轮传动装置 支承装置 制动装置
5、 9 二 转向架结构的分类 由于转向架用途的不同 运行条件的差异 对转向架的性能 结构 参数和采用的材料及工艺等提出了不同的要求 从而出现了多种型式的转向架 各种转向架主要的区别在于 所用车轴的类型和数目 轴箱定位的方式 弹簧装置的型式 载荷传递的方式等 10 按车轴的数目和类型按转向架上轴数 可分为2轴 3轴和多轴转向架 转向架轴数的多少是由车辆总重和每根轴的允许轴重确定的 车轴的类型 在我国铁路及城轨车辆上按允许轴重分为B C D E共4种 最大允许轴重受到线路和桥梁标准的限制 按轴箱定位方式约束构架与轴箱之间相对运动的机构称为轴箱定位装置 它对转向架的横向动力性能 抑制蛇行运动具有决定性
6、作用 要求轴箱定位装置在纵向和横向具有适当的弹性定位刚度值 从而避免车辆在运行速度范围内蛇行运动失稳 保证在曲线运行时具有良好的导向性能 减轻轮缘与钢轨的磨耗和噪声 确保运行安全和平稳性 11 拉板式定位用特种弹簧钢材制成的薄片形定位拉板 其一端与轴箱连接 另一端与构架相连 利用拉板在纵 横向的不同刚度来约束构架与轴箱的相对运动 以实现弹性定位 拉板上下弯曲刚度小 对轴箱与构架上下方向的相对位移约束很小 图4 1拉板式轴箱定位 12 拉杆式定位拉杆的两端分别与构架和轴箱销接 拉杆两端的橡胶垫 套分别限制轴箱与构架之间的横向与纵向的相对位移 实现弹性定位 拉杆允许轴箱与构架在上下方向有较大的相对
7、位移 图4 2拉杆式轴箱定位 13 干摩擦导柱式定位安装在构架上的导柱及坐落在轴箱弹簧托盘上的支持环均装有磨耗套 导柱插入支持环 当构架与轴箱之间发生上下运动时 两磨耗套产生干摩擦 它的定位作用是通过导柱与支持环传递纵向力和横向力 再通过轴箱橡胶垫产生不同方向的剪切变形 实现弹性定位作用 1 弹簧支柱 2 内定位套 3 外定位套 4 支持环 5 橡胶缓冲垫 6 轴箱 7 轴箱弹簧 14 叠层橡胶弹簧式定位在构架与轴箱之间装设压剪型叠层式橡胶弹簧 其垂向刚度较小 使轴箱相对构架有较大的上下方向位移 而它的纵 横向有适宜的刚度 以实现良好的弹性定位 15 转臂式定位又称弹性铰定位 定位转臂的一端与
8、圆筒形轴箱体固接 另一端以橡胶弹性节点与构架上的安装座相连接 弹性节点允许轴箱与构架在上下方向有较大的位移 弹性节点内的橡胶件设计成使轴箱在纵向和横向具有适宜的不同的定位刚度的要求 16 按弹簧装置的型式根据转向架所装设的弹簧系统的多少可分为 单系弹簧悬挂和两系弹簧悬挂单系弹簧悬挂在车体与轮对之间 只设有单系弹簧减振装置 它可以设在车体与构架之间 也可以设在构架与轮对之间 17 两系弹簧悬挂在车体与轮对之间设有两系弹簧减振装置 即在车体与构架间设摇枕弹簧减振装置 在构架与轮对间设轴箱弹簧减振装置 两者相互串联 使车体的振动经历两次弹簧减振和衰减 18 按摇枕弹簧的横向跨距转向架中 摇枕弹簧横向
9、跨距的大小对车体的倾覆稳定性影响显著 增大跨距可增加车体抗倾覆的复原力矩 提高车体在弹簧上的稳定性 根据摇枕悬挂装置中弹簧横向跨距的不同可分为 内侧悬挂 外侧悬挂和中心悬挂 内侧悬挂摇枕弹簧横向跨距小于构架两侧梁纵向中心线距离 如图 a 所示 称内侧悬挂转向架 19 外侧悬挂转向架摇枕弹簧横向跨距大于构架两侧梁纵向中心线距离如图 b 称为外侧悬挂转向架 中心悬挂摇枕弹簧横向跨距与构架两侧梁纵向中心线距离相等 则称中心悬挂转向架如图 c 所示 20 按车体与转向架之间的载荷传递方式 心盘集中承载车体上的全部重量通过前后两个上心盘分别传递给前后转向架的两个下心盘 如图 a 所示 非心盘承载车体上的
10、全部重量通过中央弹簧悬挂直接传递给转向架构架 或者通过中央弹簧悬挂装置与构架之间装设的旁承装置传递 如图 b 所示 这种转向架虽还设有类似于心盘的回转装置 但它仅作为牵引及转动中心之用 心盘部分承载车体上的重量按一定比例分配 分别传递给心盘和旁承 使之共同承载 如图 c 所示 21 三组成部分简介轮对轮对是由一根车轴和两个相同的车轮采用过盈配合使之牢固地结合在一起 是组成转向架的重要部件之一 如图所示 22 作用承担车辆全部载荷引导车辆沿着钢轨高速运行承受着从车体 钢轨传来的各种力的作用 要求具有足够的强度 以保证在允许的最高速度和最大载荷下安全运行 在强度足够和保证一定使用寿命前提下 使其重
11、量最小 并具一定的弹性 以减少轮轨之间的作用力和磨耗 23 轮对在正常状态线路上运行时 轮缘的内侧距是影响运行安全的重要因素 轮缘内侧距有严格的规定 铁路标准轮对 内侧距为1353 3mm 地铁车辆轮对 内侧距为1353 2mm 轮缘内侧距作用保证在任何线路上运行时轮缘与钢轨之间有一定的游间 以减少轮缘与钢轨的磨耗 保证在最不利情况下 轮对踏面在钢轨上仍有足够的安全搭接量 不致造成脱轨 应保证安全通过道岔 24 车轴铁路车辆使用的车轴 绝大多数为圆截面实心轴 采用优质碳素钢加热锻压成型 再经热处理 正火或正火后再回火 和机械加工制成 25 车轴为转向架的簧下部分 降低簧下部分的质量对改善车辆运
12、行品质和减少对轮轨动力作用有很大影响 特别对于高速列车 为降低簧下质量常采用空心车轴结构 由于车轴主要承受横向弯矩作用 截面中心部分应力很小 制成空心结构后 对车轴的强度影响很小 一般空心车轴比实心车轴可减轻20 一40 的质量 26 车轮车轮的结构 形状 尺寸 材质是多种多样的 整体车轮按其材质可分为辗钢轮和铸钢轮等 轮箍轮又可分铸钢辐板轮心 辗钢辐板轮心以及铸钢辐条轮心的车轮 为降低噪声 减小簧下质量 还有橡胶弹性车轮 消声轮等 我国目前车辆上大部采用整体辗钢车轮 27 组成轮辋 踏面 轮缘 辐板和轮毂组成 车轮与钢轨的接触面称为踏面 一侧沿着圆周突起的圆弧部分称为轮缘 是保持车辆沿钢轨运
13、行 防止脱轨的重要部分 28 车轮踏面一般做成一定的斜度 称为锥形踏面 如图所示 踏面锥形的作用 在直线运行时使轮对能自动调中 29 在曲线运行时 由于离心力的作用使轮对偏向外轨 由于踏面锥形 使外轨上滚动的车轮以较大的滚动圆滚动 在内轨上以较小的滚动圆滚动 从而减少了车轮在钢轨上滑动 使轮对顺利通过曲线 车轮踏面有斜度 运行时车轮与钢轨接触的滚动直径在不断地变化 致使轮轨的接触点也在不停地变换位置 从而使踏面磨耗更为均匀 30 锥形踏面有二个斜度 即1 20和1 10 前者位于轮缘内侧48mm 100mm范围内 是轮轨主要接触部分 后者为离内侧100mm以外部分 踏面的最外侧做成R16mm的
14、圆弧 其作用是通过小半径曲线 也便于通过辙叉 31 滚动圆直径离轮缘内侧70mm处测量所得的直径为名义直径 作为车轮的滚动圆直径 轮径小 可以降低车辆重心 增大车体容积 减小车辆簧下质量 缩小转向架固定轴距 但阻力增加 轮轨接触应力增大 踏面磨耗加快 32 在地铁 轻轨车辆以及高速列车车辆上常采用弹性车轮 这种车轮在轮心轮毅与轮箍之间装有橡胶弹性元件 使车轮在空间三维方向上具有一定的弹性 弹性车轮减小了簧下重量 减小轮轨之间的作用力 缓和冲击 减小轮轨磨耗 降低噪声 改善车轮与车轴的运用条件 提高列车运行平稳性 33 轮对轴箱装置轴箱装置作用将轮对和构架 或侧架 联系在一起 使轮对沿钢轨的滚动
15、转化为车体沿线路的平动把车辆的重量以及各种载荷传递给轮对 保证良好的润滑性能 减少磨耗 降低运行阻力 防止燃轴 34 轴箱装置按轴承工作的特性分为滚动轴承轴箱和滑动轴承轴箱我国轨道交通基本实现滚动轴承化 35 滚动轴承优点降低了车辆的起动阻力和运行阻力改善了车辆走行部分的工作条件减少了燃轴的惯性事故减轻了维护和检修工作降低了运营成本 36 轴承的要求承载能力大 强度高 耐振 耐冲击 寿命长等 滚动轴承分类圆柱滚动轴承 圆锥滚动轴承 球面滚动轴承 37 38 构架作用转向架的基础 它把转向架的各个零 部件组成一个整体 承受 传递各种载荷及作用力 而且它的结构 形状和尺寸都应满足各零 部件组装的要
16、求 DK3型转向架构架是由低合金钢铸成或采用钢板焊接结构 在水平面呈H形 属于H型构架 它包括两根横梁和两根侧梁 各梁壁厚均为12mm 在构架上焊有电机座 齿轮箱吊座及各种制动吊座 39 40 制动装置使运行中的车辆在规定的距离范围内停车 装置 作用传递和放大制动缸的制动力安装制动使闸瓦与轮对之间 即制动力 产生制动效果 41 牵引电机与齿轮变速传动装置作用使牵引电机的扭矩转化为轮对或车轮上的转矩 利用轮轨之间的粘着作用 驱动车辆沿着钢轨运行 42 转向架支承车体装置作用安全可靠地支承车体传递各种载荷和作用力车体与转向架之间应能绕不变的旋转中心相对转动 以使车辆顺利通过曲线 转向架支承车体的方式心盘集中承载 非心盘承载 或旁承承载 和心盘部分承载 43 弹性悬挂装置为减少线路不平顺和轮对运动对车体各种动态的影响 转向架在轮对与构架或构架与车体之间设有弹性悬挂装置 前者称为轴箱悬挂装置 后者称为中央悬挂装置也可称为一系悬挂装置和二系悬挂装置 44 一系悬挂装置 城市轨道车辆一系悬挂采用螺旋弹簧 人字形橡胶弹簧以起到衰减垂向震动和轴箱定位作用 45 二系弹簧悬挂 构架与车体之间 设有二系弹
