《铁道信号自动控制技能训练》课件-城轨车辆转向架

一、转向架的作用、分类及组成

城轨车辆转向架城市轨道车辆转向架转向架的基本作用：采用转向架可以增加车辆的载重、长度和容积，提高列车运行速度。保证在正常运行条件下，车体都能可靠的坐落在转向架上。并通过轴承装置使车轮沿着钢轨的滚动转化为车体沿线路运动的平动。支撑车体，承受并传递来自车体与轮对之间或钢轨与车体之间的各种载荷及作用力，并使轴重均匀分配。适应轮轨接触状态的变化，充分利用轮轨之间的粘着，传递牵引力和制动力。保证车辆安全运行，能灵活的沿线路运行及顺利的通过曲线。一、转向架的作用对转向架的要求：要求悬挂装置可以根据客流的变化调整其刚度，以保证车辆客室地板面与站台面的高度相协调，方便旅客的乘降，这对城轨车辆尤为重要。转向架的结构便于弹簧减振装置的安装。以使其具有良好的减振特性，缓和车辆和线路之间的相互作用，减小振动和冲击，提高车辆运行的平稳性和安全性。对动力转向架来说，还要便于安装牵引电机及传动装置，以提供驱动车辆的动力。转向架是车辆的一个独立部件。在转向架与车体之间的连接件要少，结构简单，装拆方便，便于转向架独立制造和维修。一、转向架的作用

二、转向架的分类由于车辆的用途不同，运行条件的差异，出现了多种型式的转向架。各种转向架的主要区别在于：转向架的轴数和类型弹簧悬挂系统的结构与参数垂向载荷的传递方式轮对支承方式轴箱定位方式制动装置的类型与安装构架、侧架结构

二、转向架的分类一般地，城轨车辆的转向架采用二轴构架式转向架，并普遍采用无摇枕结构。主要特点：一系悬挂主要有金属螺旋弹簧、人字型（或称八字型）和锥形金属橡胶弹簧三种结构；二系悬挂主要有空气囊加橡胶金属叠层弹簧构成。三、转向架的组成构架轮对轴箱装置弹性悬挂装置制动装置牵引电机与齿轮变速传动装置广州地铁一号线转向架构架；轴箱拉杆；抗侧滚扭力杆；二系悬挂空气弹簧；液压减振器；一系悬挂人字弹簧；轮对；牵引电机；踏面单元制动器；高度调整阀

广州地铁二号线转向架

3.1

构架构架是转向架的基础，它把转向架的零、部件组成一个整体。故它不仅承受、传递载荷及作用力，而且它的结构、形状和尺寸都应满足零、部件组装的要求。3.2轮对轴箱装置轴箱与轴承装置是联接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直线运动。轮对沿钢轨的滚动同时，除承受车辆的重量外，还传递轮轨之间的其它作用力，包括牵引力和制动力。3.3弹性悬挂装置

为了保证轮对与构架、转向架与车体之间联接，同时减少线路不平顺和轮对运动对车体的影响（如垂直振动，横向振动等），在轮对与构架、转向架与车体之间装设有弹性悬挂装置，前者称为轴箱悬挂装置，后者称中央悬挂装置，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、减振器及定位装置等。3.4制动装置为对运行中的列车进行调速或使其在规定的距离内停车，必须安装制动装置，其基础制动装置吊挂于构架上，它的作用是使制动缸的空气压力转化为闸瓦压向车轮的力，从而产生制动作用。

3.5牵引电机与齿轮变速传动装置这是动力转向架所特有的一套装置，非动力转向架没有此装置，动力转向架通过它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，驱动车辆沿着轨道运行。

广州地铁二号线车辆转向架

广州地铁一号线车辆转向架

广州地铁二号线车辆转向架

二、构架的作用、分类及组成

城轨车辆转向架构架的作用：构架是转向架各组成部分的安装基础，通过构架把转向架的组成部件组合成一个整体，构架也是转向架承载的主要部件。一、构架的作用构架对构架的要求：部分尺寸精度要求较高，使一些部件安装具有较高的定位精度，如轮对定位，使转向架达到较高的运行性能。便于各部件及附加装置的安装，包括轮对安装、传动齿轮装置的悬挂、牵引电机的安装、制动系统的安装。结构经过设计，具有足够高的强度，承受并传递牵引力、制动力、车体重量以及各种冲击、振动，保证列车运行安全。一、构架的作用

二、构架的分类就制造工艺而言，转向架的构架主要有铸钢构架和焊接构架两种形式。按结构形式有：开口式、封闭式，或H形、日字形、目字形等。目前广州地铁均采用了“H”形的压型钢板焊接构架。一号线车辆的动车转向架和拖车转向架构架是相同的，在维修中可以互换。在额定载荷下，构架使用寿命为30年。构架主要由左、右侧梁，一根或几根横梁及前后端梁组焊而成。没有端梁的构架，称开口式构架；有端梁的构架，称封闭式构架。

三、构架的组成

广铁一号线转向架构架1侧梁；2空气弹簧座；3横梁；4轴箱吊框；5电机安装座；6齿轮箱吊座

侧梁侧梁是构架的主要承载梁，是传递垂向力、纵向力和横向力的主要构件，侧梁还用来确定轮对位置。侧梁上设有踏面单元制动器、一系簧、二系簧等部件的安装座。各部件安装座的安装孔都经过精确定位，从而保证了所有部件组装后的转向架运行性能。

横梁和端梁构架两边是侧梁，中间用两根横梁连接，横梁上焊有齿轮箱吊座、电机安装座以及牵引杆安装座。这种结构可提供适当的强度，提高构架强度可以减少车辆簧下质量，提高车辆运行品质（运行平稳性和安全性）。横梁和端梁用来保证构架在水平面内的刚度，使两轴平行并承托牵引电机等。构架的其他组成部分构架上还设有中心座安装座、轴箱吊框、制动吊座、高度控制阀座、抗侧滚扭杆座、减振器座和止挡等，用于安装相关设备。构架上两侧有4个挂架，即每个侧梁弯臂上有一个，用于起吊构架。构架的强度和刚度对转向架的性能很重要，其主要破坏形式是裂纹和变形。四、轮对

轮对的组成轮对是由一根车轴和两个同型号车轮通过过盈配合组装而成。轮对组装过程通常采用冷压或热套的工艺，使车轮与车轴牢固地结合在一起，使用过程中也不允许有松脱现象。轮对结构图

1车轴；2车轮轮对内侧距

轮对的内侧距是保证车辆运行安全的一个重要参数。轮对在钢轨上滚动时，轮对内侧距应保证在最不利的条件下，车轮踏面在钢轨上仍有足够的安全搭接量，不致造成掉道，同时还应保证车辆在线路上运行时轮缘与钢轨之间有一定的游隙。轮缘与钢轨之间的游隙太小，可能会造成轮缘与钢轨的严重磨耗；轮缘与钢轨之间的游隙太大，会使轮对蛇行运动的振幅增大，影响车辆运行品质。轮对内侧距有严格的规定：我国地铁车辆轮对内侧距为1353±2mm。轮对的作用及要求轮对的作用是引导车辆沿钢轨运动，同时还承受着车辆与钢轨之间的载荷。轮对性能好坏直接影响到车辆的运行品质。对车辆轮对的要求是：在保证足够强度和一定使用寿命的前提下，使其重量最小，并具有一定弹性，以减少轮轨之间的作用力；应具备运行阻力小，耐磨性好的优点；应能适应车辆直线运行，又能顺利通过曲线，还应具备必要的抵抗脱轨的安全性。4.1车轴车轴功能：连接车轮和转向架构架；支撑转向架和车体；传递牵引力；传递制动力；承受车体重量。车轴组成轴颈(1)：用以安装滚动轴承，负担着车辆重量，并传递各方向的静动载荷。防尘挡板座(2)：为车轴与防尘板的配合部位，其直径比轴颈直径大，比轮座直径小，位置介于两者之间，是轴颈与轮座的过度部分，以减少应力集中。轮座(3)：是车轴与车轮配合的部位。轮座直径向外侧逐渐减少，成为锥体，广州地铁1、2号线车轴轮座锥度为1：300，同时为了便于压装，减少应力集中，轮座最外侧还有一小段锥度较大的锥面。轮座是车轴受力最大的部位。轴身(4)：是车轴中央部分，该部位受力最小。为了减少簧下质量，有些轮对采用空心车轴。车轴组成图4.2车轮车轮的分类：车轮的结构、形状、尺寸、材质是多种多样的。按其结构分为整体轮和轮箍轮两种。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。4.2车轮1—踏面；2—轮缘；3—轮辋；4—辐板；5—轮毂；6—轮箍；7—扣环；8—轮心车轮的组成目前我国城轨车辆普遍采用整体辗钢轮。整体辗钢轮由踏面、轮缘、轮辋、辐板和轮毂组成。车轮与钢轨的接触面称为踏面，踏面一侧突出的圆弧部分称为轮缘，轮缘是保持车辆沿钢轨运行，防止脱轨的重要部分，轮辋是踏面下，车轮最外的一圈。轮毂是轮与轴相互配合的部分，辐板是联接轮辋和轮毂的部分。辐板上有两个圆孔，便于轮对在切削加工时与机床固定和搬运轮对之用。广铁二号线轮对踏面斜度的作用车轮踏面需要做成一定的斜度，踏面呈锥形，其作用是：便于通过曲线。车辆在曲线上运行，由于离心力作用，轮对偏向外轨，由于踏面锥形的存在，外轨上滚动的车轮滚动圆直径较大，而沿内轨滚动的车轮滚动圆直径较小，这正好和曲线区间线路外轨长，内轨短相适应，使轮对顺利通过曲线，减少车轮在钢轨上的滑行。在直线上运行时轮对能自动调中。车轮在直线线路上运行时，如果车辆中心线与轨道中心线不一致，轮对在滚动过程中能自动纠正偏离位置。使磨耗踏面更为均匀。由于踏面与钢轨接触面的滚动直径在不断变化，致使轮轨的接触点也在不断的变换位置，从而使踏面磨耗沿宽度方向比较均匀。车轮轮缘踏面外形磨耗形踏面广州地铁车辆车轮采用的踏面形式为磨耗形踏面，磨耗形踏面是在锥型踏面的基础上，一开始就把车轮踏面做成类似磨耗后的稳定形状，即磨耗型踏面。其优点如下：在相同的行走公里下，可明显减少踏面的磨耗量，延长了轮对的使用寿命，减少了换轮、选轮的工作。磨耗形踏面可减小轮轨接触应力，提高车辆运行的横向稳定性和抗脱轨安全性。三、轴承、轴箱装置

城轨车辆转向架车辆用轴承主要有滑动轴承和滚动轴承两种，它们的轴箱结构也有所不同。与滑动轴承相比较，采用滚动轴承在提高承载能力的同时，降低了轴箱磨擦系数，可显著降低车辆的起动阻力和运行阻力，改善车辆走行部分的工作条件，减少燃轴（轴箱轴承烧损）的惯性事故，并大量地减少了轴承的维护和检修工作量，降低了运营成本。滚动轴承按滚动体形状分类主要有圆柱滚动轴承、圆锥滚动轴承、球面滚动轴承等几种。一般城轨车辆都采用了圆柱滚动轴承或圆锥滚动轴承。如广州地铁一号线车辆采用双列圆柱滚动轴承，二号线车辆双列圆锥滚动轴承。轴承连接轮对与转向架构架，支撑人字弹簧的底部、支撑转向架构架；承受和传递轮对与转向架之间的各种载荷，承受车体重力，传递牵引力、制动力；给轴承内外圈定位，保持轴颈和轴承的正常位置，并从而保证车轴正常安装位置；使轮对沿钢轨的滚动转化为车体沿线路的平动；保持轴承油脂，保证轴承良好的润滑性能，并具有良好密封性，防止尘土、雨水等物侵入或油脂甩出，从而防止油脂润滑作用破坏，避免燃轴事故。轴箱装置的作用

轴箱定位约束轮对与构架之间相对运动的机构称为轴箱定位装置，由于轴箱相对于轮对在左右、前后方向的间隙很小，故约束轮对相对运动的轮对定位通常也称为轴箱定位。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。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。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。层叠式橡胶弹簧定位

人字形叠层橡胶弹簧

1调整垫片；2弹簧座；3构架；4叠层弹簧；5应急弹簧层叠式橡胶弹簧定位

锥形叠层橡胶弹簧

四、弹簧减振装置的作用、分类、结构与特性

城轨车辆转向架一、弹簧减振装置的作用

弹簧减振装置也称弹性悬挂装置，包括弹性元件及减振器。弹簧减振装置的作用主要体现在两方面：一是使载荷比较均衡地传递给各轮对，并使车辆在静载状况下（包括空、重车），两端车钩距离轨面高度应满足规定的要求，以保证车辆的正常联挂；二是缓和及减少因线路的不平顺、轨缝、道岔、钢轨的磨耗和不均匀下沉，以及因车轮擦伤、车轮不圆、轴径偏心等原因引起车辆的振动和冲击。

车辆的悬挂方式可分为一系悬挂和两系悬挂两种，其中两系悬挂有轴箱悬挂装置（或一系悬挂装置）和中央悬挂装置（或二系悬挂装置），轴箱悬挂装置设置在转向架构架与轴箱之间，中央悬挂装置设置在车体底架与转向架构架之间。采用两系悬挂可以减小整个车辆悬挂装置的总刚度，增大静挠度，改善车辆垂向运动平稳性，减小车辆与线路之间的动作用力。地铁、轻轨车辆都采用两系悬挂装置，即一系悬挂和二系悬挂。二、弹簧减振装置的分类广铁二号线悬挂系统主要由一系悬挂和二系悬挂组成，悬挂系统中橡胶件的使用寿命一般为10年。一系悬挂采用具有适当的垂向和横向刚度的锥形金属橡胶弹簧，它一方面可以缓和来自轨道的各种冲击和振动，提高列车的乘坐舒适性；另一方面可以对轴箱进行弹性定位，既能保证列车在直线上运行的稳定性，又能使转向架更加顺利地通过曲线，减少轮缘磨耗，防止脱轨。与一号线车辆转向架所使用的人字金属橡胶一系簧相比，锥形金属橡胶弹簧更便于通过加垫片来调整轮重或构架高度。。

广铁二号线悬挂系统二系悬挂采用大柔度空气弹簧。空气弹簧直接支撑车体，并允许转向架相对车体产生回转或横向运动。它主要由空气囊和锥形金属橡胶紧急弹簧组成。

二系悬挂

二系悬挂扭杆弹簧

扭杆弹簧不同于螺旋弹簧，它只承受扭转变形，在载荷相同的情况下，扭杆弹簧比螺旋弹簧重量轻。如下图所示，扭杆弹簧的主体为一根直杆2，它的一端固装在支座1上，它的另一端与杠杆4刚性连接，杆2的转动支点为轴承3，杠杆4受力P而转动引起杆2的扭转变形；力P撤除时杠杆4回转，杆2的扭转变形消失。

广铁一号线抗侧滚扭力杆抗侧滚扭力杆主要由扭杆、扭臂和吊杆组成。扭杆是一根具有一定扭转刚度的弹簧杆，横贯构架衡梁，两端装有扭臂，通过吊杆把车底架和扭臂的一端铰接。1号线扭力杆采用横贯横梁方式，安装座采用具有纤维衬垫的球面滑动轴承，一侧是可活动轴承而另一侧为固定轴承，可以允许扭力杆一定的弯曲变形，还具有一定的防震作用。2号线扭力杆外置于构架横梁下方，结构相对简介，安装座采用橡胶衬套，同样可以允许扭力杆一定的弯曲变形，并可以防止来自轨道的振动传到车体。环弹簧环弹簧由多组内、外环簧组成，彼此以锥面相互接触，当受到轴向载荷后，内环受压缩小，外环受拉伸长，从而使内环与外环的锥面产生轴向变形，同时内外环摩擦面做功吸收能量。环弹簧常用于缓冲器中。环弹簧五、橡胶弹性元件的特性空气弹簧的结构与组成

城轨车辆转向架一、橡胶弹性元件铁道车辆上采用的橡胶元件具有以下优点：可以自由确定形状，使各个方向的刚度根据设计要求确定。利用橡胶的三维特性，可使弹簧能同时承受多个方向载荷，以便简化结构；可避免金属件之间的磨耗，安装、拆卸简便，并不需润滑，故有利于维修，降低维修成本；橡胶比重小，可减轻自重；具有较高内阻，对高频振动的减振以及隔音性有良好效果；弹性模量比金属小得多，可以得到较大的弹性变形，容易实现预想的良好的非线性特性。一、橡胶弹性元件橡胶件主要缺点：不耐高温，不耐低温，耐油性差；使用时间长容易老化；性能离散度大，同批产品性能差别可达10%。二、空气弹簧车辆悬挂装置采用空气弹簧的主要优点：空气弹簧能够大幅度提高车辆悬挂系统静挠度以降低车体的振动频率。与钢弹簧相比，空气弹簧具有非线性特性，可以根据车辆振动性能的需要，设计成具有比较理想的弹性特性曲线。在平衡位置振动幅度较小时（正常运行时的振幅），刚度较低，若位移过大，刚度显著增加，以限制车体的振幅。空气弹簧的刚度随载荷而改变，从而保持空、重车时车体的振动频率几乎相等，使空车和重车状态的运行平稳性一致。二、空气弹簧车辆悬挂装置采用空气弹簧的主要优点：4.空气弹簧用高度控制阀控制时，可使车体在不同静载荷下，保持车辆地板面距钢轨面的高度基本不变，这一性能应用在地铁和轻轨上则可保持车辆的地板面与站台面的高度相协调。5.同一空气弹簧可以同时承受三维方向的载荷。利用空气弹簧的横向弹性特性，可以代替传统的转向架摇动台装置，从而简化结构，减轻自重。6.在空气弹簧本体和附加空气室之间装设有适宜的节流孔，可以代替垂直安装的液压减振器。7.空气弹簧具有良好的吸收高频振动和隔音性能。二、空气弹簧车辆悬挂装置采用空气弹簧的主要缺点：由于它的附件（如高度控制阀、差压阀）较多，成本较高，并增加了维护与检修的工作量。二、空气弹簧广铁二号线空气弹簧空气弹簧悬挂系统装置1―列车主风管；2―支管；3―截断塞门；4―止回阀；5―储风缸；6―连结软管；7―高度控制阀；8―空气弹簧；9―差压阀；10－附加空气室。差压阀

差压阀是保证一个转向架两侧空气弹簧的压力之差，不能超过为保证行车安全规定的某一定值的装置。当左右空气弹簧出现超过规定的压力差时，使压力高的一端空气流向较低的一端，以防止车体异常倾斜。在转向架一侧空气囊破裂时，另一侧空气囊的空气也能泄出，保证车辆仍能在低速下继续安全运行。

差压阀的工作原理

排放阀

排放阀系统作为一个空气弹簧配套安全装置，与高度控制阀连接在一起。其功能是在高度控制阀排放能力超限时它能加速气囊排放。比如，当车辆突然充气而高度调节阀出现故障时可以尽快重新建立车体的正常高度，排放阀也会防止车辆因充气而出现过度升高，因此避免了在气囊上的过度牵引。六、减振元件

城轨车辆转向架一、空气弹簧的工作原理1.空气弹簧；2.高度控制阀；3.高度调整连杆；4.高度调整杠杆；5.供风管；6.排气口；7.节流孔(阀)；8.附加空气室；9.差压阀二、减振元件减振元件的作用：车辆上采用的减振器与弹簧一起构成弹簧减振装置。弹簧主要起缓冲作用，缓和来自轨道的冲击和振动的激扰力，而减振器的作用是减小振动，它的作用力总是与运动的方向相反，起着阻止振动、消耗振动能量的作用。通常减振器有使机械能转化为热能的功能，减振阻力的方式和数值的不同，直接影响到振动性能。二、减振元件减振元件的分类

：车辆上减振器按阻力特性可分为常阻力和变阻力两种减振器；按安装位置可分轴箱减振器和中央减振器；按减振方向可分垂向、横向和纵向减振器；按结构特点又可分摩擦减振器和液压（又称油压）减振器。城轨车辆一般都使用液压减振器。

三、液压减振器液压减振器主要是利用液体粘滞阻力所做的负功来吸收振动能量，它的优点在于它的阻力是振动速度的函数，其特点是振幅的衰减与幅值大小有关，振幅大时衰减量也大，反之亦然。这种“自动调节”减振的性能，正符合车辆的需求。但它具有结构复杂、维护比较困难、成本较高及受外界温度影响等缺点。液压减振器

3.1液压减振器的组成一般液压减振器主要由活塞、进油阀、缸端密封、上下联结环、油缸、贮油筒及防尘罩等部分组成，减振器内部还充有专用油液。上下联结部分上下联结部分由两部分组成，液压减振器上端与转向架构架上的安装座相联结，下端与转向架弹簧托盘上的安装座相联结。七、牵引连接装置

城轨车辆转向架一、牵引装置的功能能够传递纵向的驱动力和制动力，同时允许二系弹簧在垂向和横向柔软地动作。纵向具有适当的弹性，以缓和由于转向架点头、车轮不平衡重量等引起的纵向振动。结构上应便于车体与转向架的分离和连接。由于取消了摇枕，需安装横向油压减振器、横向缓冲橡胶、空气弹簧异常上升止挡等，部件的安装和拆卸不能增加车体与转向架分离作业的工时。二、中央牵引装置1．中心销；2．牵引梁；3．防尘罩；4．衬套；5．中心销套；6．横向油压减振器；7．空气弹簧异常上升止挡；8．安装板；9．牵引叠层橡胶；10．横向缓冲橡胶。二、中央牵引装置上图所示的中央牵引装置，其结构是中心销上端用螺栓固定在车