低地板独立轮对转向系统的设计

低地板独立轮对转向系统的设计

轨道列车的曲线半径很小，车站低。因此，不仅需要灵活的转向连接方式，还需要使用低地板结构的汽车，以便方便旅客，尤其是老年人、儿童和残疾人。但车厢地板面的降低给传动和走行部的设计带来了很大困难。1986年,法国车辆制造厂商为南特市制造的轻轨车辆进行了第1次低地板设计尝试,使中间拖车的地板面高度降为350mm,但这种型式的轻轨车辆有一定的局限性。乘客进入车内后,由低地板区域到高地板区域,还要通过3个台阶,从而给乘客带来不便。为了解决这一问题,GEC阿尔斯通公司为格勒布尔市推出了新型轻轨车辆结构模式,为一种3节车体的单元车组,车组两端为动车,中间为拖车(采用独立车轮)。车厢间采用铰接式结构,使3节车厢低地板面贯通,低地板面部分占全车地板面的75%。在轻轨车辆的设计中,其机械部分的关键技术主要有:(1)车厢连接处的铰接式结构。(2)车厢低地板结构。(3)适应低地板结构的独立轮对转向架。欧洲国家在开发低地板轻轨车辆的同时,不断推出不同型式的独立轮对转向架,其结构之独特、构思之巧妙,很值得我国借鉴。下面分别给予介绍和分析。1机械悬挂系统低地板独立轮对转向架的主要结构特点为:(1)用下凹的车轴桥代替车轴,左右车轮可独立转动。(2)采用小直径弹性车轮。(3)采用板梁式摇枕或无摇枕结构。(4)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。(5)结构简单、质量轻。1.1摇入式小直径弹性车轮转向架图1为菲亚特公司研制的双独立轮对板梁式摇枕从动转向架,其结构主要由弹性车轮、下凹形构架、空气弹簧、垂向减振器、横向减振器、牵引拉杆和板梁式摇枕等部件组成。转向架质量2.4t,轴距1400mm,轮径680mm,采用该转向架后,使整个车厢的低地板面率达56%。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°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。1.2双独立轮对转向架为了使车厢获得100%的低地板结构,除了采用直径650mm的小弹性车轮外,将交流牵引电机悬挂在车体上,制动盘则安装在电机轴上,使车厢地板面距轨面仅360mm(见图2)。图3为该轻轨车采用的双独立轮对转向架,自重2.6t。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;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;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。1.3轮对转向架结构1990年,德国柏林的BN公司,曾开发过LRN2000试验型低地板轻轨车。这种车辆装有中心电机,经过2×104km的运行考验后,就开始批量生产。该车采用BN2000型双独立轮对转向架结构(见图4),关节式车厢坐落在构架上。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2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1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)转向架质量为3.8t,该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。1.4单轮对转向架第1列带交流电机的智能型低地板轻轨车是由德国杜瓦格公司开发,该车全长有60%以上的地板面高仅440mm,其他部分地板面高为530mm,这2个平台用1块短板连接,这样使旅客感到整个车厢的地板面都非常低。用于该车的单轮对转向架见图5,通过车体关节部分引导独立轮对,该转向架由弹性车轮、一系橡胶簧、二系高圆簧、梯形构架和油压减振器等组成,重1.5t。其主要结构特点是:(1)两弹性车轮通过凹形梁车轴桥连接,轮径为590mm。(2)构架沿纵向采用梯形结构,端梁离轨面很低,构架与车轴桥采用橡胶堆悬挂,以进一步减少振动和噪声。(3)构架与车体间除安装垂向减振器外,还装有抗蛇行减振器,以衰减尾车的横向振动。(4)安装了防滑系统,以避免车轮擦伤。2独立轮对转向架的研制和试验低地板轻轨车辆是我国今后轻轨车辆的发展方向,而独立轮对转向架结构则是低地板车辆的必然要求之一,因此,我国应超前进行独立轮对转向架的技术研究和产品试制,并重点解决好以下几个技术问题。2.1独立轮对转向架由于独立轮对转向架左右车轮各自独立绕车轴旋转,相互间无制约,车辆在运行中容易产生脱轨。德国早在1928年就研制了独立轮对转向架,由于在运行中脱轨太频繁,1937年又回到传统车轴,几年后,解决了独立轮对的脱轨问题,才重新开始采用独立轮对。我国在进行独立轮对的技术研究中,应加强对脱轨机理和稳定性的研究。2.2结构轻量化与可靠性的关系为了降低转向架质量,尤其是为了降低地板面高度,在独立轮对转向架的设计中,除了取消车轴外,还不断采用结构形状独特的部件,这些部件容易产生应力集中或疲劳裂纹,故在设计中应解决好结构轻量化和可靠性的关系。2.3关键零部件研制与研制一个成功的转向