《城市轨道交通车辆总体及转向架》04城轨车辆转向架

1第4章城轨车辆转向架概述转向架的任务、组成和分类几种典型城轨转向架转向架构架弹簧装置及减振器轮对轴箱装置车体与转向架间的连接装置基础制动装置23转向架是支承车体并担负车辆沿着轨道走行的支承走行装置。转向架是车辆最重要的组成部件之一，它的结构是否合理直接影响车辆的运行品质、动力性能和行车安全。4第一节概述转向架可以说是轨道车辆上最重要的部件之一，它直接承载车体重量，保证车辆顺利通过曲线。同时，转向架的各种参数也直接决定了车辆的动力性、稳定性和车辆的乘坐舒适性。56动力转向架7一、转向架的任务承载牵引缓冲转向制动第二节转向架的任务、组成和分类8二、转向架的组成及各部分的作用9动力转向架10非动力转向架1112131、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。轮对是由一根车轴和两个同型号同材质的车轮组成，在轮与轴的配合部位采用过益配合，使之牢固地结合在一起，为保证安全，绝不允许有任何松动现象发生。14151617182、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。前者称为轴箱悬挂装置，后者称摇枕(或中央)悬挂装置，也可称一系悬挂装置和二系悬挂装置。弹性悬挂装置包括弹簧、减振、定位装置。1920212223243、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。25264、制动装置为使运行中的车辆在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。单侧闸瓦式双侧闸瓦式27285、牵引电机与齿轮变速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。296、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。30保证最佳的粘着条件良好的动力学性能重量轻，工艺简单良好的可接近性零部件“三化”三、转向架的主要技术要求31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。四、转向架的分类321、按车轴的数目和类型我国所用车轴基本上可分为B、C、D、E四种，每种车轴的允许轴重各不向。转向架有二轴、三轴和多轴等轴数。转向架上轴数的多少根据车辆总重和每根车轴轴重来确定。332、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，从而可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。341）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，另一端通过橡胶节点与构架相连。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。352）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位移。36373）转臂式定位又称弹性铰定位，定位转臂的一端与圆筒形轴箱体固接，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。384）层叠式橡胶弹簧定位在构架与轴箱之间装设压剪型层叠式橡胶弹簧，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。3940415）干摩擦式导柱定位安装在构架上的导柱及座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，实现弹件定位作用。423、按弹簧装置分根据转向架所用的弹簧装置的多少分①一系弹簧装置的转向架。一系弹簧装置一般设置在构架和车体之间。通常货车采用一系弹簧装置。②二系弹簧装置的转向架。在这种转向架上，轮对与构架之间和车体与构架之间均安装有弹簧装置。434、按摇枕弹簧的横向跨距转向架中，摇枕弹簧横向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：1）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，称为外侧悬挂转向架。442）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，称内侧悬挂转向架。3）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。455、按车体与转向架之间的载荷传递方式1）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。2．非心盘承载车体上的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。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。463）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。476、铰接式转向架的车体与转向架连接方式在城市轨道车辆中，特别是轻轨车辆常常采用铰接式转向架。这种转向架与车体的连接，既要保证相邻两车体端部彼此连接传递垂直、纵向和横向载荷，又能保证车体两端在通过曲线时能彼此相对转动(垂向和横)。1)具有双排球形转盘的铰接转向架。48492)具有球心盘的铰接转向架3)TGV高速列车式铰接转向架50一、DK3型地铁车辆转向架（北京地铁）1、组成:轮对轴箱；轴箱定位装置；构架摇枕弹簧装置；驱动装置基础制动装置；第三节几种典型的城轨车辆转向架512、结构特点1）轴箱定位装置（转臂式轴箱定位装置）522）摇枕弹簧装置上部通过心盘与车体相连；下部通过空气弹簧和纵向拉杆与构架相连。533）三个力的传递过程垂向力横向力纵向力54二、SMC型地铁车辆转向架（上海地铁）1、组成轮对轴箱；八字形橡胶轴箱定位装置;构架；橡胶空气弹簧；驱动装置；基础制动装置552、结构特点1）轴箱定位装置采用八字形橡胶弹簧定位562）中央牵引销连接装置（传递纵向和横向力）573）抗侧滚扭杆弹簧限制车体的侧滚583、三个力的传递过程垂向力横向力纵向力59四、低地板轻轨转向架1、组成轮组；轮组架；第一系橡胶弹簧；构架；第二系碗形橡胶堆弹簧；万向轴驱动装置；磁轨制动装置；602、结构特点1）采用轮组结构而非轮对；2）轴箱定位采用转臂式；3）驱动装置采用万向轴机构；4）基础制动采用磁轨制动装置。3、三个力的传递过程垂向力横向力纵向力61一、组成及作用1、作用转向架构架是转向架的骨架，用以安装转向架各组成部分和传递各方向的力，并用来保持车轴在转向架内的位置。2、组成一般由左右两侧梁和几个横梁组成。第四节转向架构架62二、转向架构架的设计原则①必须全面考虑构架与各有关零、部件的相互位置关系，合理布置结构；②构架各梁应尽可能设计成等强度梁，以保证能获得最大强度和最小自重；③构架各梁的布置应尽可能对称，以简化设计和制造；④各梁本身以及各梁组成构架时，应注意减少应力集中；⑤除了保证强度外，应合理设计构架的刚度，使其具有一定的柔性；⑥焊缝的结构尺寸和布置应合理，并注意消除焊接应力；⑦在构架上需要考虑设置车辆出轨后使其复位的支承部位。63三、典型城轨车辆转向架构架简介1、北京地铁车辆DK3型转向架构架材料：20SiMn厚度：12mm类型：H型642、上海地铁车辆SMC型转向架构架65一、概述车辆弹簧的种类：螺旋弹簧、板弹簧、橡胶弹簧、空气弹簧。车辆减振器的种类：液压减振器、摩擦减振器。一系悬挂二系悬挂第五节弹簧装置和减振器66二、弹簧装置的作用弹簧装置的作用：分配给各轴一定的载荷，并使所分配的重量在车轮行经不平顺线路时不致发生显著变化；缓和冲击，使运行平稳；改善车辆横向运动性能和曲线通过性能。671、无弹簧装置的情况轮轨间的动作用力：PdtydgPQ)10~5(22682、有弹簧装置的情况轮轨间的动作用力khdtydgqQ22693、举例已知：P=10000daNq=1900daNk=100daN/mmh=2mmd2y/dt2=2g无弹簧时daNPggPdtydgPQ2000022221有弹簧时daNggkhdtydgqQ4000210021900222比较%2020000400012QQ704、结论簧下重量q越轻，轮轨动作用力越小；弹簧刚度k必须选择合理；为减小振动系统应加装阻尼装置——液压减振器。71三、螺旋弹簧1、螺旋弹簧的特点重量轻运动灵活无阻尼只能承受轴向载荷722、单圈螺旋弹簧的特性计算弹簧受力与变形的关系P=kfDHMPadDPGdnPDkPfnDGdnmGdk5.3750888803maxmax43343稳定性校核强度挠度刚度733、双圈螺旋弹簧的特性计算为什么采用双圈双圈弹簧的旋向设计条件：保证内外圈弹簧的应力、挠度、弹簧指数均与单圈相等。74222221212211212221221222211221221121DDdd⑤nDnDDnff，f④dddPPP③dPdPdP②dDdDdDmmm①几何关系挠度相等总载荷相等应力相等弹簧指数相等DHMPadDPGdnPDkPfnDGdnmGdk5.3750888803maxmax43343稳定性校核强度挠度刚度75四、橡胶弹簧一般情况下，橡胶弹簧只作压簧和扭簧，不作拉簧。1、橡胶弹簧的特点结构简单，重量轻；减振性好，特别能吸收高频振动；维护简单；橡胶性能不稳定，且制造工艺复杂。762、性能参数1）硬度2）剪切弹性模量G，弹性模量E，表观剪切弹性模量Ga①拉伸时：E≈3G②压缩时：E=ii为几何形状和硬度影响系数垫圈i=3+ks2衬套i=4+0.56ks2矩形块22212121156.02411ksbbbbbbi)(119.0034.0MPaeGHS77)(119.0034.0MPaeGHS78③剪切变形时Ga=jGj=1/[1+H2/(12iρ2)]当H/D，H/A的值小于0.5时Ga=G3）动静比d=Ed/E4）硬度修正系数tE7980813、计算橡胶弹簧的弹性刚度与初始形状有关。载荷、刚度、挠度之间的关系k=P/Δh载荷、应力、承载面积之间的关系P=σAL应力与应变的关系2113E拉伸ε≤20%压缩ε≤50%82如果：ε≤15%则：σ=EεP=EεAL=EAL(Δh/h)k=EAL/h1）中孔圆柱橡胶弹簧的刚度计算hrrAASrrhArrAFLFL2/:2::12212122面积比自由扩胀面积承载面积83hGAjkkhEAkrhjjSLxyxLzyx///1/165.112.19/222受剪横向刚度受压垂向刚度横向形状修正系数垂向形状修正系数842）实心圆柱形橡胶弹簧的刚度计算令r