TONGJI UNIVERSIT课题名称上海地铁城轨电动列车转向架设计副标题系统的维护保养及试验分析院係继续教育学院专业机电一体化技术姓名黄晓顺学号091680005指导教师张剑日期2012年11月6日上海地铁城轨电动列车转向架设计机电一体化黄晓顺指导老师张剑【摘要】介绍了上海地铁车辆转向架的结构、主要特点和主要技术参数。该转向架 构架、车轴、车轮、轴箱体、牵引装置等重要部件设计，其构架静强度、动强度计算和型式试验以及整车动力学性能计算表明，各项指标均满足标准要求【关键词】转向架；悬挂系统；中心销;液压减震器；制动装置;牵引电机;技术参数; 维护保养;强度;动力学性能.目录目录21引言31.1地铁与铁路转向架的不同31.2上海地铁转向架简介 51.3设计转向架的作用 62转向架设计72.1转向架设计方案72.2转向架基本参数选择 72.3转向架的构成82.4计算分析263系统的维护与保养 303.1司机出库一次出乘的检查303.2转向架系统的检查 303.3转向架系统的维护保养313.4系统常见故障314试验分析334.1构架与疲劳强度试验 334.2滚动振动试验台动力学试验33参考文献34致谢351引言近年来，随着国民经济的快速发展，城市交通问题日益突显。各大城市为缓解市 内交通压力纷纷修建地铁线路，我国城市轨道交通飞速发展。但我国对地铁车辆的 设计开发能力仍然薄弱，国内各城市使用的地铁车辆基本是进口的，为此必须加强 和深入对地铁的研究，设计开发出较先进的地铁车辆以满足国内市场的要求。本文 针对地铁车辆走行部的关键部件一一转向架，如图1-1所示，进行了一些研究，对基本参数作了优化选择、动力学分析和结构设计1-1地铁车辆转向架1.1地铁与铁路转向架的不同城市轨道交通对转向架的要求与普通铁路相比，有以下特点：1）站间距短，起停频繁，对牵引和制动性能要求很高；2）曲线半径小，对走行部要求高；3）线路坡度大，可达 30 % o 一 60% 0;4）载重从310人（18. 6 t到432人（26 t，空、重车重量差大；5） 行车密度大，最短行车间隔可达1 . 52 rain，自动控制程度高;6）运行环境特殊，安全可靠性要求极高；7）对噪声要求严格；8）需满足城市总体风格和居民的审美要求，车辆造型和色彩要求极富创造性。对于转向架，其优良的性能和性能稳定性、轻量化、低噪声、高可靠性、易维护和特殊 的运行环境必须给予足够的重视。转向架对车辆的运行性能和安全至关重要，对轨道交通系统 运行的经济性有重大影响。现在国内除了采用国产转向架，还有引进国外技术的，主要有两种：一种是上海地铁I号线、2号线和广州地铁I号线转向架，为欧洲整机进口的产品；另一种是北京复八线地铁用转向架，为引进韩国韩进重工技术而研制生产的产品。杭州地铁采用的是德国西门子公司所研发的车辆，故重点介绍欧洲系列产品。图1-2 SF-30转向架SF一 30转向架（如图1-2所示）是西门子公司开发的、采用独立旋转车轮式的动力转向架， 应用于100%低地板轻轨车辆 Comb ino.车辆的车厢为纵向全贯通式。没有过渡台阶。实现了 100%的低地板。车辆地板距轨面高度仅为320 mm,方便了乘客卜下车。到目前为至，两门子已经成功开发出了 SF 40、SF一 50等型转向架，并广泛应用于欧洲各国的城市轻轨（LRV低地板车辆上。sF 一 30型转向架的车轮采用独立旋转车轮，转向架采用内侧焊接式构架，动装 置为左右方向纵向布置2个交流异步电动机和齿轮箱，一系悬挂采用锥形橡胶堆定位，二系悬挂为4个螺旋钢弹簧和垂向液压减振器，制动采用轮盘式单元制动装置。图1-3 TSF II 型转向架为使城市轻轨午辆实现低地板化，法国阿尔斯通GEC公司成功开出了 TSFH型独立旋转车轮动车转向架（如图1-3所示）。该转向架的主要结构特点是：采片独菹旋转车轮实现100%的低地板化。为便于驱动电机的安装和增大车厢过道宽度.采用了内置构架式轴箱装置放在轮对内侧，一系悬挂采用 V字形橡胶堆，二系悬挂采用螺旋钢弹簧。电机纵向安装在构架两侧。基础 制动采用外置式轴盘制动，并装有电子防滑器。图1-4庞巴迪动车转向架为了降低轻轨车辆运行时的噪声，庞巴迪公司开发出了一种低噪声轻轨车辆动车转向架。(如图1-4所示)1.2上海地铁转向架简介上海地铁目前所开行的11条线路3000辆列车，分别来自西门子，阿尔斯通，庞巴迪车辆制造公司，它们的转向架结构基本相似。均为无摇枕轴箱外置式两系弹簧悬挂二轴转向架，构架由低合金钢板焊接成 H形;转向架中部设有中央牵引装置，实现低位牵引以提高粘着力。转向架是支承车体并担负车辆沿轨道运行的支承走行装置，它是轨道交通列车最重要的组成部件之一。我国城市轨道交通车辆转向架的发展趋势1. 内侧轴箱悬挂转向架：(1转向架质量及簧下质量大幅度降低，改善了动力学性能(2降低轮对摇头角刚度，改善曲线通过性能(3降低转向架的扭曲刚度，提高适应线路扭曲不平顺的能力(4改善了空气弹簧的工作条件。(5便于结构布置，增大车厢过道宽度，实现完全(6降低车辆运行时的噪声(7采用外置的轮盘制动装置，便于更换和检修。2. 单轴转向架(1重量轻：轮对数量减少。减轻簧下质量(2结构简单：有利于降低维护成本，减少检修工作量，轮重的调整较传统转向架简便(3性能优越；易于实现轮对的径向调节功能，有利于曲线(特别是小半径曲线)通过，降低轮轨作用力和磨耗(4降低噪音：轮对数量减少，轮轨噪音亦减少(5轴重：由于轮对数量减少，对于相同的载重平均轴重必然增加(6由于只有一对轮对，转向架在结构上市不稳定的，必须在车体与转向架间设置约束。这种 约束，这种约束功能和纵向牵引功能应由不同的机构来分别实现，以使点头振动和纵向牵引的 解耦，一旦涉及不当极易导致动力学性能和舒适性的恶化3. 铰接式转向架(1整列车转向架数量大大减少，减轻了车辆自重。(2减少了运行时轮轨阻力，在同样的运行工况和轴重条件下，可以减低车轮对钢轨的冲击能 量，减少钢轨的磨耗和对线路的损坏(3有效降低了轮轨接触噪音，减少了钢轨和轮对之间磨耗产生的污染1.3设计转向架的作用1、车辆采用转向架是为了增加车辆的载重，长度和容积，提高列车运行速度。2、保证在正常运动条件下，车体都能可靠地坐落在转向架上。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。3、支承车体，承受并传递从车体至轮对或从轮轨至车体之间的各种载荷及作 用力，并使轴重均匀分配。4、保证车辆安全运行，能灵活地沿直线线路运行及顺利地通过曲线。5、采用转向架的结构便于弹簧减震装置的安装，使之具有良好的减震特性， 以缓和车辆和线路之间的相互作用，减少振动和冲击，减少动应力，提高车辆运行的安全性和平稳 性。&通过安装在转向架上的牵引电机及传动装置，传递牵引力和制动力，驱动车辆 沿着钢轨运行。2转向架设计2.1转向架设计方案2.1.1转向架的互换性1) 在动车转向架和拖车转向架的结构中，空气弹簧、高度调节阀、差压阀、调整 杆、中心销组成、牵引梁、中心销套、牵引拉杆、横向油压减震器、垂向油压减振 器、制动夹钳、车轮等，均可以互换。动车转向架的车轴可以互换；拖车转向架的车轴可以互换。2）在轴箱组成部分，由于所安装的外部设备不同，轴端压盖和前盖不同，但其他 部分如轴箱体、轴承、防尘挡圈等可以互换。3）具有相同功能的动车转向架用轮对（包含电机、齿轮箱、联轴节组件和接地装 置）均可以互换。4）拖车转向架用轮对可以互换。5）动车转向架的构架均可互换。6）拖车转向架的构架均可互换。7）具有相同功能的动车转向架可以互换。8）具有相同功能的拖车转向架可以互换。2.1.2转向架设计原则转向架分为动车转向架和拖车转向架，两者的主要区别是：动车转向架有牵引传动装 置,包括牵引电动机、齿轮传动装置、联轴节等；拖车转向架没有牵引传动装置。其 他结构相同可以进行互换。动车转向架结构如图1所示。无论是动车转向架还是拖车转向架,装在1位和2位都有一些差异：1位转向架安装了 2个高度调节阀,2位转 向架安装了 1个高度调节阀；另外,在拖车1位端安装有ATP天线安装座和避雷器安 装座由于现有的地铁车辆都采用动拖车结合的方式，也就是动力分散的形式，因此在 设计该转向架的时候要考虑动车与拖车转向架结构的不同。从节约成本的角度考虑 可以采取现今流行的动拖车互换方式，即动车转向架为拖车转向架上安装动力支承 的零部件，这样可以方便车辆的维修和检测，大大节省检修的时间。2.1.3受力方式1、拖车和动车的整个转向架的垂向力（从上而下，车体本身的自重）的传递路线：车体一一空气弹簧一一构架一一一系橡胶悬挂一一轴箱一一轮对一一钢轨2、纵向力的传递，动车转向架和拖车转向架的顺序是相反的：（1）动车转向架的纵向力的传递路线：牵引电机一一联轴器减速箱一一车轴一一轴箱一一一系橡胶悬挂一一构架 牵引拉杆心盘中心销车体(2)拖车转向架的纵向力传递路线：车体中心销心盘牵引拉杆构架一系橡胶悬挂轴箱一车轴通过上述的传递路线来完成转向架承受车体载荷并将其传递到钢轨上去及将牵引力 和制动力传递到车体上去的任务。1.1转向架基本参数选择就结构而言，城市轻轨车与地铁车大体相仿，只是有些性能参数要求更高些，例如 曲线半径更小，对走行部要求高；线路坡度大，站间距短，启动频繁，对牵引及制 动要求高。因此在设计这种新型地铁车时，在参数选取时，往轻轨方面靠。经过对 比分析主要技术参数选择如下 上海地铁车辆转向架主要技术参数轨距 /mm 1435最高运行速度/(km ? h-1 80固定轴距/mm 2500轮对内侧距/mm 1353+20轴颈间距/mm 1940车轮直径/mm新车轮840全磨耗车轮770空气弹簧上平面距轨面高度 /mm 869空气弹簧横向间距/mm 1880空气弹簧外径/mm 700基础制动装置 单侧踏面单元制动(2个具有停放功能，另外2个不带停放功能轴重/t 16车轮踏面形式 UICS1002 车轮材料R9T3图2-2转向架斜视图车轴材料25CrMo4抗侧滚扭杆刚度/(MN? m? rad-1 3.5转向架自重/kg拖车5441动车7654牵引电动机功率/kW 190齿轮箱传动比107/161.2转向架的构成图2-1转向架俯视图图2-3转向架侧视图图2-4转向架3D视图设计转向架各部件组成、转向架由图上几个部分构成：一、H型构架（1）（如图2-5所示）作用：构架是转向架的基础，它把转向架的零部件组成一个整体，它不仅仅承受和 传递各种作用力及载荷，而且它的结构形状，尺寸大小都应满足各零部件的结构， 形状及组装要求说明：转向架构架可采用现今流行的 H形全封闭箱形结构，用低合金高强度钢板焊 接而成,具有质量轻、强度大、寿命长的特点。构架主要由2根侧梁和2根横梁管组成。侧梁内部设有多块筋板。构架横梁采用直径为180mm勺无缝钢管，用以加强构架的强度，提高构架主体结构的可靠性。构架的两侧梁两端有轴箱支座，可安装锥形弹