低地板獨立輪對轉向系統(tǒng)的設計

低地板獨立輪對轉向系統(tǒng)的設計

軌道列車的曲線半徑很小，車站低。因此，不僅需要靈活的轉向連接方式，還需要使用低地板結構的汽車，以便方便旅客，尤其是老年人、兒童和殘疾人。但車廂地板面的降低給傳動和走行部的設計帶來了很大困難。1986年,法國車輛制造廠商為南特市制造的輕軌車輛進行了第1次低地板設計嘗試,使中間拖車的地板面高度降為350mm,但這種型式的輕軌車輛有一定的局限性。乘客進入車內后,由低地板區(qū)域到高地板區(qū)域,還要通過3個臺階,從而給乘客帶來不便。為了解決這一問題,GEC阿爾斯通公司為格勒布爾市推出了新型輕軌車輛結構模式,為一種3節(jié)車體的單元車組,車組兩端為動車,中間為拖車(采用獨立車輪)。車廂間采用鉸接式結構,使3節(jié)車廂低地板面貫通,低地板面部分占全車地板面的75%。在輕軌車輛的設計中,其機械部分的關鍵技術主要有:(1)車廂連接處的鉸接式結構。(2)車廂低地板結構。(3)適應低地板結構的獨立輪對轉向架。歐洲國家在開發(fā)低地板輕軌車輛的同時,不斷推出不同型式的獨立輪對轉向架,其結構之獨特、構思之巧妙,很值得我國借鑒。下面分別給予介紹和分析。1機械懸掛系統(tǒng)低地板獨立輪對轉向架的主要結構特點為:(1)用下凹的車軸橋代替車軸,左右車輪可獨立轉動。(2)采用小直徑彈性車輪。(3)采用板梁式搖枕或無搖枕結構。(4)一二系懸掛分別采用橡膠彈簧和空氣彈簧,以降低振動和噪聲。(5)結構簡單、質量輕。1.1搖入式小直徑彈性車輪轉向架圖1為菲亞特公司研制的雙獨立輪對板梁式搖枕從動轉向架,其結構主要由彈性車輪、下凹形構架、空氣彈簧、垂向減振器、橫向減振器、牽引拉桿和板梁式搖枕等部件組成。轉向架質量2.4t,軸距1400mm,輪徑680mm,采用該轉向架后,使整個車廂的低地板面率達56%。其主要結構特點為:(1)采用小直徑彈性車輪,兩車輪間采用下凹形構架連接,無一系懸掛。(2)空氣彈簧坐落在凹形構架的凹槽中,空氣彈簧上蓋朝下安裝,橡膠堆凸臺與車體關節(jié)部分相配合。(3)為進一步降低地板面,搖枕采用板梁式扁平結構,且沿軌道方向縱向安裝,起支撐車廂質量和連接2個獨立輪對的作用。(4)構架與搖枕間安裝水平油壓減振器,構架與車體間垂向油壓器采用18°傾斜安裝,并用縱向牽引拉桿連接,以傳遞其牽引力和制動力。1.2雙獨立輪對轉向架為了使車廂獲得100%的低地板結構,除了采用直徑650mm的小彈性車輪外,將交流牽引電機懸掛在車體上,制動盤則安裝在電機軸上,使車廂地板面距軌面僅360mm(見圖2)。圖3為該輕軌車采用的雙獨立輪對轉向架,自重2.6t。其結構特點主要為:(1)采用無搖枕結構,車體直接落在二系彈簧上。(2)交流牽引電機全懸掛在車廂地板上,通過萬向軸驅動齒輪箱,從而驅動車輪;齒輪箱一端通過連接臂安裝在車輪外側車軸上,另一端則通過齒輪箱吊銷懸掛在構架上,以減少簧下質量。(3)一系懸掛采用橡膠彈簧,以減少振動和噪聲。(4)二系彈簧采用沙漏式旁承彈簧。為了實現(xiàn)更低的地板面和合理的座位布置,沙漏式彈簧沿構架縱向不對稱布置;由于沙漏式彈簧有較小的橫向剛度,故在車體上設置橫向止擋,以限制車體通過曲線時有過大的橫向位移。(5)兩凹形構架之間采用小框架連接,并安裝有橫向油壓減振器。1.3輪對轉向架結構1990年,德國柏林的BN公司,曾開發(fā)過LRN2000試驗型低地板輕軌車。這種車輛裝有中心電機,經過2×104km的運行考驗后,就開始批量生產。該車采用BN2000型雙獨立輪對轉向架結構(見圖4),關節(jié)式車廂坐落在構架上。其結構特點主要為:(1)一系懸掛為人字形橡膠堆,水平安裝在軸箱與構架之間。(2)二系懸掛為每側2個空氣彈簧。(3)構架為H形結構,橫梁中間下凹有利于降低地板面。(4)構架與車體間每側安裝1個橫向和垂向減振器,制動盤安裝在中心電機裝置的電機端部。(5)牽引電機垂向布置在車輪外側,通過螺旋圓錐齒輪驅動與車軸固結的短車軸,使車輪轉動。(6)轉向架質量為3.8t,該轉向架采用了彈性車輪、人字形橡膠堆,有利于降低振動和噪聲,還有利于改善曲線通過和減少輪軌磨耗。1.4單輪對轉向架第1列帶交流電機的智能型低地板輕軌車是由德國杜瓦格公司開發(fā),該車全長有60%以上的地板面高僅440mm,其他部分地板面高為530mm,這2個平臺用1塊短板連接,這樣使旅客感到整個車廂的地板面都非常低。用于該車的單輪對轉向架見圖5,通過車體關節(jié)部分引導獨立輪對,該轉向架由彈性車輪、一系橡膠簧、二系高圓簧、梯形構架和油壓減振器等組成,重1.5t。其主要結構特點是:(1)兩彈性車輪通過凹形梁車軸橋連接,輪徑為590mm。(2)構架沿縱向采用梯形結構,端梁離軌面很低,構架與車軸橋采用橡膠堆懸掛,以進一步減少振動和噪聲。(3)構架與車體間除安裝垂向減振器外,還裝有抗蛇行減振器,以衰減尾車的橫向振動。(4)安裝了防滑系統(tǒng),以避免車輪擦傷。2獨立輪對轉向架的研制和試驗低地板輕軌車輛是我國今后輕軌車輛的發(fā)展方向,而獨立輪對轉向架結構則是低地板車輛的必然要求之一,因此,我國應超前進行獨立輪對轉向架的技術研究和產品試制,并重點解決好以下幾個技術問題。2.1獨立輪對轉向架由于獨立輪對轉向架左右車輪各自獨立繞車軸旋轉,相互間無制約,車輛在運行中容易產生脫軌。德國早在1928年就研制了獨立輪對轉向架,由于在運行中脫軌太頻繁,1937年又回到傳統(tǒng)車軸,幾年后,解決了獨立輪對的脫軌問題,才重新開始采用獨立輪對。我國在進行獨立輪對的技術研究中,應加強對脫軌機理和穩(wěn)定性的研究。2.2結構輕量化與可靠性的關系為了降低轉向架質量,尤其是為了降低地板面高度,在獨立輪對轉向架的設計中,除了取消車軸外,還不斷采用結構形狀獨特的部件,這些部件容易產生應力集中或疲勞裂紋,故在設計中應解決好結構輕量化和可靠性的關系。2.3關鍵零部件研制與研制一個成功的轉向