第3章　城軌車輛轉(zhuǎn)向架《城市軌道交通車輛工程》教學(xué)課件

《城市軌道交通車輛工程》?精品課件合集城軌車輛轉(zhuǎn)向架第三章

轉(zhuǎn)向架是車輛最重要的組成部件之一。其結(jié)構(gòu)是否合理直接影響車輛的運(yùn)行品質(zhì)、動(dòng)力性能和行車安全。

高速列車在世界各地疾速奔馳，現(xiàn)代城軌車輛飛速發(fā)展，無一不與轉(zhuǎn)向架技術(shù)的進(jìn)步發(fā)展息息相關(guān)。

可以毫不夸張地說，轉(zhuǎn)向架技術(shù)是“靠輪軌接觸驅(qū)動(dòng)運(yùn)行的現(xiàn)代機(jī)車車輛”得以生存發(fā)展的核心技術(shù)之一。

第一節(jié)概述

一、轉(zhuǎn)向架的任務(wù)

任何鐵路機(jī)車車輛轉(zhuǎn)向架必須完成以下任務(wù)：

（1）承載

——

承受車架以上各部分的重量（包括車體、車架、動(dòng)力裝置和輔助裝置等），并使軸重均勻分配。

（2）牽引（動(dòng)力轉(zhuǎn)向架）——

保證必要的輪軌粘著，并把輪軌接觸處產(chǎn)生的輪周牽引力傳遞給車架、車鉤，牽引列車前進(jìn)。

（3）緩沖

——

緩和線路不平順對車輛的沖擊，保證車輛具有良好的運(yùn)行平穩(wěn)性和穩(wěn)定性。

第二節(jié)轉(zhuǎn)向架的任務(wù)、組成和分類（4）轉(zhuǎn)向

——

保證車輛順利通過曲線。

（5）制動(dòng)

——

產(chǎn)生必要的制動(dòng)力，以使車輛在規(guī)定的距離內(nèi)減速或停車。

當(dāng)然，非動(dòng)力轉(zhuǎn)向架并不產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力，它是被別人拉著走的，因此它可以沒有牽引作用（任務(wù)）。

二、轉(zhuǎn)向架的組成及各部分的作用

（1）輪對

——

輪對直接向鋼軌傳遞重量，通過輪軌間的粘著產(chǎn)生牽引力或制動(dòng)力，并通過車輪的回轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)車輛在鋼軌上的運(yùn)行（平移）。

（2）軸箱

——

軸箱是聯(lián)系構(gòu)架與輪對的活動(dòng)關(guān)節(jié)，它除了保證輪對進(jìn)行回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)外，還能使輪對適應(yīng)線路不平順等條件，相對于構(gòu)架上下、左右和前后運(yùn)動(dòng)。

（3）一系懸掛（彈簧懸掛裝置）——

用來保證一定的軸重分配，緩和線路不平順對車輛的沖擊，并保證車輛運(yùn)行平穩(wěn)性。它包括軸箱彈簧、垂向減振器和軸箱定位裝置等。

（4）構(gòu)架

——

轉(zhuǎn)向架的骨架，它將轉(zhuǎn)向架的各個(gè)零、部件組成一個(gè)整體，并承受和傳遞各種力。它包括側(cè)梁、橫梁或端梁，以及各種相關(guān)設(shè)備的安裝或懸掛支座等。

（5）二系懸掛（車架/體與轉(zhuǎn)向架間的連接裝置）——

用以傳遞車體與轉(zhuǎn)向架間的垂向力和水平力，使轉(zhuǎn)向架在車輛通過曲線時(shí)能相對于車體回轉(zhuǎn)，并進(jìn)一步減緩車體與轉(zhuǎn)向架間的沖擊振動(dòng)，同時(shí)必須保證轉(zhuǎn)向架安定。它包括二系彈簧、各方向減振器、抗側(cè)滾裝置和牽引裝置等。

（6）驅(qū)動(dòng)裝置（動(dòng)力轉(zhuǎn)向架）——

將動(dòng)力裝置的扭矩最后有效地傳遞給車輪。包括牽引電機(jī)、車軸齒輪箱、聯(lián)軸節(jié)或萬向軸和各種懸吊機(jī)構(gòu)等。

（7）基礎(chǔ)制動(dòng)裝置

——

由制動(dòng)缸傳來的力，經(jīng)放大系統(tǒng)（一般為杠桿機(jī)構(gòu)）增大若干倍以后傳給閘瓦（或閘片），使其壓緊車輪（或制動(dòng)盤），對車輛施行制動(dòng)。包括制動(dòng)缸（氣缸或油缸）、放大系統(tǒng)（杠桿機(jī)構(gòu)或空-油轉(zhuǎn)換裝置）、制動(dòng)閘瓦（或閘片）和制動(dòng)盤等。

一般城軌車輛的非動(dòng)力轉(zhuǎn)向架與動(dòng)力轉(zhuǎn)向架的最主要區(qū)別是：非動(dòng)力轉(zhuǎn)向架沒有驅(qū)動(dòng)裝置。

三、轉(zhuǎn)向架的主要技術(shù)要求

對城軌車輛轉(zhuǎn)向架的主要技術(shù)要求包括：

（1）保證最佳的粘著條件

——

軸重轉(zhuǎn)移應(yīng)盡量小，且輪軌間不產(chǎn)生粘-滑振動(dòng)。

（2）良好的動(dòng)力學(xué)性能

——

盡量減小輪軌間的動(dòng)作用力，減少輪軌間的應(yīng)力和磨耗。

（3）重量輕，工藝簡單

——

盡可能減輕自重，且制造和修理工藝簡易。

（4）良好的可接近性

——

易于接近，便于檢修。

（5）零部件標(biāo)準(zhǔn)化和統(tǒng)一化

——

結(jié)構(gòu)和材質(zhì)盡可能統(tǒng)一化。

四、轉(zhuǎn)向架分類

1．按軸數(shù)分類

2．按彈簧裝置形式（懸掛方式）分類

3．按軸箱定位形式分類

4．車架（體）與轉(zhuǎn)向架間的連接裝置形式分類

一、DK3型地鐵車輛轉(zhuǎn)向架（北京地鐵）

1．組成

2．結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

3．三個(gè)力的傳遞過程

二、SMC型地鐵車輛轉(zhuǎn)向架（上海地鐵）

1．組成

2．結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

3．三個(gè)力的傳遞過程

第三節(jié)幾種典型的城軌車輛轉(zhuǎn)向架簡介

三、低地板輕軌車輛轉(zhuǎn)向架（一種典型結(jié)構(gòu)）

1．組成

2．結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

3．三個(gè)力的傳遞過程

一、組成及作用

1．作用

2．組成

二、轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的設(shè)計(jì)原則

鐵路機(jī)車車輛轉(zhuǎn)向架構(gòu)架設(shè)計(jì)必須遵循以下原則，城軌車輛也不能例外：

（1）必須全面考慮構(gòu)架與各有關(guān)零、部件的相互位置關(guān)系，合理布置結(jié)構(gòu)。

（2）構(gòu)架各梁應(yīng)盡可能設(shè)計(jì)成等強(qiáng)度梁，以保證能獲得最大強(qiáng)度和最小自重。

第四節(jié)轉(zhuǎn)向架構(gòu)架

（3）構(gòu)架各梁的布置應(yīng)盡可能對稱，以簡化設(shè)計(jì)和制造。

（4）各梁本身以及各梁組成構(gòu)架時(shí)，必須注意減少應(yīng)力集中。

（5）除了保證強(qiáng)度外，應(yīng)合理設(shè)計(jì)構(gòu)架的剛度，使其具有一定的柔性。

（6）焊縫的結(jié)構(gòu)尺寸和布置應(yīng)選擇合理，并注意消除焊接應(yīng)力。

（7）在構(gòu)架上需要考慮設(shè)置機(jī)車車輛出軌后使其復(fù)位的支承部位。

三、典型城軌車輛轉(zhuǎn)向架構(gòu)架簡介

1．北京地鐵車輛DK3型轉(zhuǎn)向架構(gòu)架

2．上海地鐵車輛SMC型轉(zhuǎn)向架構(gòu)架

一、概述

鐵路機(jī)車車輛通常采用的彈簧種類有：圓彈簧、板彈簧、橡膠彈簧及空氣彈簧。但在現(xiàn)代機(jī)車車輛上，板彈簧由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜且笨重，已經(jīng)很少使用。而圓彈簧和橡膠彈簧經(jīng)常被用作第1系懸掛，空氣彈簧則被廣泛運(yùn)用于第2系懸掛（即代替旁承）。

鐵路機(jī)車車輛通常采用的減振器種類有：液壓減振器、摩擦減振器。但在現(xiàn)代機(jī)車車輛上很少采用摩擦減振器，基本上采用液壓減振器。

第五節(jié)彈簧裝置及減振器二、彈簧裝置的作用

1．無彈簧裝置的情況

2．有彈簧裝置的情況

3．舉例

4．結(jié)論

（1）簧下死重量q越輕，輪軌動(dòng)作用力越小。因此，必須采取有效措施盡可能降低簧下死重量q（而采用牽引電動(dòng)機(jī)架懸式驅(qū)動(dòng)裝置是一種最有效地減輕簧下死重量的措施）。

（2）彈簧剛度k必須選擇合理。

（3）為防止彈簧能量釋放過程中產(chǎn)生共振，并限制共振振幅，必須加裝液壓減振器。

三、圓彈簧

1．圓彈簧的總特點(diǎn)

2．單圈圓彈簧的特性計(jì)算

3．雙圈圓彈簧的特性計(jì)算

四、橡膠彈簧

1．總特點(diǎn)

2．性能參數(shù)

3．計(jì)算

五、空氣彈簧

空氣彈簧就是將壓縮空氣密封在橡膠膜（或囊）中形成具有一定剛度的彈性體。

1．特點(diǎn)

2．空氣彈簧裝置系統(tǒng)組成

3．空氣彈簧的結(jié)構(gòu)和分類

4．自由膜式空氣彈簧剛度計(jì)算

六、液壓減振器

1．工作原理

2．特性

3．圓彈簧和液壓減振器共同工作時(shí)的特性

4．液壓減振器的結(jié)構(gòu)

5．液壓減振器阻尼特性的調(diào)節(jié)

6．一般液壓減振器與抗蛇行液壓減振器的性能比較

7．液壓減振器性能試驗(yàn)

一、輪對

1．輪對的組成及作用

2．踏面及輪緣

3．磨耗形踏面的定義

4．彈性車輪

二、軸箱的作用和形式

1．作用

2．形式

第六節(jié)輪對軸箱裝置所謂驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)際上就是指將機(jī)車或動(dòng)車傳動(dòng)系統(tǒng)傳來的能量最后有效地傳給輪對（或車輪）的執(zhí)行裝置。對于液力傳動(dòng)機(jī)車或動(dòng)車來說，其驅(qū)動(dòng)裝置包括牽引萬向軸和車軸齒輪箱；對于電力傳動(dòng)機(jī)車或動(dòng)車來說，其驅(qū)動(dòng)裝置包括牽引電動(dòng)機(jī)、車軸齒輪箱和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（例如空心軸和六連桿機(jī)構(gòu)、撓性浮動(dòng)齒式聯(lián)軸節(jié)等）。由于城軌車輛通常采用電動(dòng)車組的形式，所以本書只講述有關(guān)電力傳動(dòng)機(jī)車或動(dòng)車驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理。

第七節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置一、作用

驅(qū)動(dòng)裝置的作用就是將牽引電動(dòng)機(jī)的扭矩有效地轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)向架輪對轉(zhuǎn)矩，利用輪軌的粘著機(jī)理，驅(qū)使機(jī)車或動(dòng)車沿著鋼軌運(yùn)行。

這里請注意“有效”兩字，它既表示扭矩傳遞過程中要保持高效率，同時(shí)也意味著必須盡可能降低輪軌間的動(dòng)作用力。

驅(qū)動(dòng)裝置是一種減速裝置，用來使高轉(zhuǎn)速、小扭矩的牽引電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)具有較大阻力矩的動(dòng)軸。

二、結(jié)構(gòu)形式

現(xiàn)代輕軌車輛和地鐵車輛轉(zhuǎn)向架大多采用撓性浮動(dòng)齒式聯(lián)軸節(jié)式架懸式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，而舊的輕軌車輛轉(zhuǎn)向架常常采用單電機(jī)架懸式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。

三、牽引電機(jī)橫向布置

——

軸懸式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)

1．剛性軸懸式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)

2．彈性軸懸式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)

四、牽引電機(jī)橫向布置

——

架懸式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)

1．撓性浮動(dòng)齒式聯(lián)軸節(jié)式架懸式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)

2．輪對空心軸架懸式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)

3．電機(jī)空心軸架懸式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)

五、牽引電機(jī)縱向布置

——

單電機(jī)架懸式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)

1．結(jié)構(gòu)原理圖

2．特點(diǎn)

3．采用單電機(jī)縱向布置的原因

六、對角配置的萬向軸驅(qū)動(dòng)架懸式驅(qū)動(dòng)裝置

1．結(jié)構(gòu)原理

2．特點(diǎn)

七、牽引電動(dòng)機(jī)體懸式驅(qū)動(dòng)裝置

1．結(jié)構(gòu)原理

2．特點(diǎn)

一、概述

車體與轉(zhuǎn)向架間的連接裝置實(shí)際上就是二系懸掛系統(tǒng)，主要包括各種形式的旁承、牽引裝置、彈性側(cè)擋和各種減振器等（有的機(jī)車車輛還有抗側(cè)滾扭桿裝置等）。由于它位于車體和轉(zhuǎn)向架間且從各個(gè)方向上傳遞兩者間的所有作用力，因此，我們覺得使用“車體與轉(zhuǎn)向架間的連接裝置”代替“二系懸掛系統(tǒng)”似乎更加直觀一些。

1．作用

2．形式

第八節(jié)車體與轉(zhuǎn)向架間的連接裝置

二、有牽引銷（或心盤）+

旁承的連接裝置

1．結(jié)構(gòu)原理

2．特點(diǎn)

3．抗側(cè)滾扭桿裝置的作用

三、另一種中央牽引銷

+

旁承的連接裝置

四、鉸接式轉(zhuǎn)向架的車體與轉(zhuǎn)向架間的連接裝置

鉸接式轉(zhuǎn)向架的車體與轉(zhuǎn)向架間的連接裝置在城市軌道車輛中運(yùn)用較廣，在高速動(dòng)車組上使用的典型代表就是法國TGV。這種連接裝置一方面要保證相鄰兩車體端部彼此連接傳遞垂向、縱向和橫向載荷，另一方面又要保證車體兩端在通過曲線時(shí)能彼此相對轉(zhuǎn)動(dòng)（垂向和橫向）。

1．TGV高速列車總體布置

2．結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

五、牽引桿裝置

+

彈性旁承的車體與轉(zhuǎn)向架間的連接裝置

1．牽引桿裝置的結(jié)構(gòu)布置（以DF11機(jī)車為例）

2．牽引桿裝置的工作原理

一、概述

基礎(chǔ)制動(dòng)裝置實(shí)際上是整個(gè)動(dòng)車組制動(dòng)系統(tǒng)的最后執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其主要任務(wù)可歸結(jié)為：

（1）傳遞各制動(dòng)缸所產(chǎn)生的鞲鞴力到各個(gè)閘瓦（或閘片）。

（2）將該鞲鞴力增大若干倍。

（3）保證各個(gè)閘瓦（或閘片）的壓力大小基本相等。

二、基礎(chǔ)制動(dòng)裝置形式

基礎(chǔ)制動(dòng)裝置是轉(zhuǎn)向架中十分重要的部件，它有多種形式。按制動(dòng)方式可分為：

第九節(jié)基礎(chǔ)制動(dòng)裝置（1）踏面閘瓦制動(dòng)裝置。

（2）盤形制動(dòng)裝置（有軸盤式和輪盤式之分）。

（3）磁軌制動(dòng)裝置。

（4）渦流制動(dòng)裝置。

三、踏面閘瓦制動(dòng)

踏面閘瓦制動(dòng)是一種最常用的制動(dòng)方式，傳統(tǒng)的機(jī)車車輛基本都采用這種制動(dòng)方式。當(dāng)然，根據(jù)閘瓦在一個(gè)車輪上的布置數(shù)量，還有單側(cè)和雙側(cè)之分。圖3-105表示單側(cè)踏面閘瓦制動(dòng)的工作原理。其具體工作原理為：制動(dòng)時(shí)，首先由制動(dòng)控制裝置根據(jù)制動(dòng)指令通過制動(dòng)管將壓縮空氣送入制動(dòng)缸1，推動(dòng)制動(dòng)缸的鞲鞴向外伸出（即產(chǎn)生鞲鞴推力P），帶動(dòng)一系列的杠桿2運(yùn)動(dòng)，使閘瓦3壓緊車輪踏面4，產(chǎn)生閘瓦壓力K，于是，閘瓦和車輪間發(fā)生摩擦，產(chǎn)生摩擦力K

（其中

為閘瓦與車輪踏面間的摩擦系數(shù)），阻礙車輪旋轉(zhuǎn)，最后通過車輪與鋼軌5間