第3章　城轨车辆转向架《城市轨道交通车辆工程》教学课件

《城市轨道交通车辆工程》✩精品课件合集城轨车辆转向架第三章

转向架是车辆最重要的组成部件之一。其结构是否合理直接影响车辆的运行品质、动力性能和行车安全。

高速列车在世界各地疾速奔驰，现代城轨车辆飞速发展，无一不与转向架技术的进步发展息息相关。

可以毫不夸张地说，转向架技术是“靠轮轨接触驱动运行的现代机车车辆”得以生存发展的核心技术之一。

第一节概述

一、转向架的任务

任何铁路机车车辆转向架必须完成以下任务：

（1）承载

——

承受车架以上各部分的重量（包括车体、车架、动力装置和辅助装置等），并使轴重均匀分配。

（2）牵引（动力转向架）——

保证必要的轮轨粘着，并把轮轨接触处产生的轮周牵引力传递给车架、车钩，牵引列车前进。

（3）缓冲

——

缓和线路不平顺对车辆的冲击，保证车辆具有良好的运行平稳性和稳定性。

第二节转向架的任务、组成和分类（4）转向

——

保证车辆顺利通过曲线。

（5）制动

——

产生必要的制动力，以使车辆在规定的距离内减速或停车。

当然，非动力转向架并不产生驱动力，它是被别人拉着走的，因此它可以没有牵引作用（任务）。

二、转向架的组成及各部分的作用

（1）轮对

——

轮对直接向钢轨传递重量，通过轮轨间的粘着产生牵引力或制动力，并通过车轮的回转实现车辆在钢轨上的运行（平移）。

（2）轴箱

——

轴箱是联系构架与轮对的活动关节，它除了保证轮对进行回转运动外，还能使轮对适应线路不平顺等条件，相对于构架上下、左右和前后运动。

（3）一系悬挂（弹簧悬挂装置）——

用来保证一定的轴重分配，缓和线路不平顺对车辆的冲击，并保证车辆运行平稳性。它包括轴箱弹簧、垂向减振器和轴箱定位装置等。

（4）构架

——

转向架的骨架，它将转向架的各个零、部件组成一个整体，并承受和传递各种力。它包括侧梁、横梁或端梁，以及各种相关设备的安装或悬挂支座等。

（5）二系悬挂（车架/体与转向架间的连接装置）——

用以传递车体与转向架间的垂向力和水平力，使转向架在车辆通过曲线时能相对于车体回转，并进一步减缓车体与转向架间的冲击振动，同时必须保证转向架安定。它包括二系弹簧、各方向减振器、抗侧滚装置和牵引装置等。

（6）驱动装置（动力转向架）——

将动力装置的扭矩最后有效地传递给车轮。包括牵引电机、车轴齿轮箱、联轴节或万向轴和各种悬吊机构等。

（7）基础制动装置

——

由制动缸传来的力，经放大系统（一般为杠杆机构）增大若干倍以后传给闸瓦（或闸片），使其压紧车轮（或制动盘），对车辆施行制动。包括制动缸（气缸或油缸）、放大系统（杠杆机构或空-油转换装置）、制动闸瓦（或闸片）和制动盘等。

一般城轨车辆的非动力转向架与动力转向架的最主要区别是：非动力转向架没有驱动装置。

三、转向架的主要技术要求

对城轨车辆转向架的主要技术要求包括：

（1）保证最佳的粘着条件

——

轴重转移应尽量小，且轮轨间不产生粘-滑振动。

（2）良好的动力学性能

——

尽量减小轮轨间的动作用力，减少轮轨间的应力和磨耗。

（3）重量轻，工艺简单

——

尽可能减轻自重，且制造和修理工艺简易。

（4）良好的可接近性

——

易于接近，便于检修。

（5）零部件标准化和统一化

——

结构和材质尽可能统一化。

四、转向架分类

1．按轴数分类

2．按弹簧装置形式（悬挂方式）分类

3．按轴箱定位形式分类

4．车架（体）与转向架间的连接装置形式分类

一、DK3型地铁车辆转向架（北京地铁）

1．组成

2．结构特点

3．三个力的传递过程

二、SMC型地铁车辆转向架（上海地铁）

1．组成

2．结构特点

3．三个力的传递过程

第三节几种典型的城轨车辆转向架简介

三、低地板轻轨车辆转向架（一种典型结构）

1．组成

2．结构特点

3．三个力的传递过程

一、组成及作用

1．作用

2．组成

二、转向架构架的设计原则

铁路机车车辆转向架构架设计必须遵循以下原则，城轨车辆也不能例外：

（1）必须全面考虑构架与各有关零、部件的相互位置关系，合理布置结构。

（2）构架各梁应尽可能设计成等强度梁，以保证能获得最大强度和最小自重。

第四节转向架构架

（3）构架各梁的布置应尽可能对称，以简化设计和制造。

（4）各梁本身以及各梁组成构架时，必须注意减少应力集中。

（5）除了保证强度外，应合理设计构架的刚度，使其具有一定的柔性。

（6）焊缝的结构尺寸和布置应选择合理，并注意消除焊接应力。

（7）在构架上需要考虑设置机车车辆出轨后使其复位的支承部位。

三、典型城轨车辆转向架构架简介

1．北京地铁车辆DK3型转向架构架

2．上海地铁车辆SMC型转向架构架

一、概述

铁路机车车辆通常采用的弹簧种类有：圆弹簧、板弹簧、橡胶弹簧及空气弹簧。但在现代机车车辆上，板弹簧由于结构复杂且笨重，已经很少使用。而圆弹簧和橡胶弹簧经常被用作第1系悬挂，空气弹簧则被广泛运用于第2系悬挂（即代替旁承）。

铁路机车车辆通常采用的减振器种类有：液压减振器、摩擦减振器。但在现代机车车辆上很少采用摩擦减振器，基本上采用液压减振器。

第五节弹簧装置及减振器二、弹簧装置的作用

1．无弹簧装置的情况

2．有弹簧装置的情况

3．举例

4．结论

（1）簧下死重量q越轻，轮轨动作用力越小。因此，必须采取有效措施尽可能降低簧下死重量q（而采用牵引电动机架悬式驱动装置是一种最有效地减轻簧下死重量的措施）。

（2）弹簧刚度k必须选择合理。

（3）为防止弹簧能量释放过程中产生共振，并限制共振振幅，必须加装液压减振器。

三、圆弹簧

1．圆弹簧的总特点

2．单圈圆弹簧的特性计算

3．双圈圆弹簧的特性计算

四、橡胶弹簧

1．总特点

2．性能参数

3．计算

五、空气弹簧

空气弹簧就是将压缩空气密封在橡胶膜（或囊）中形成具有一定刚度的弹性体。

1．特点

2．空气弹簧装置系统组成

3．空气弹簧的结构和分类

4．自由膜式空气弹簧刚度计算

六、液压减振器

1．工作原理

2．特性

3．圆弹簧和液压减振器共同工作时的特性

4．液压减振器的结构

5．液压减振器阻尼特性的调节

6．一般液压减振器与抗蛇行液压减振器的性能比较

7．液压减振器性能试验

一、轮对

1．轮对的组成及作用

2．踏面及轮缘

3．磨耗形踏面的定义

4．弹性车轮

二、轴箱的作用和形式

1．作用

2．形式

第六节轮对轴箱装置所谓驱动装置实际上就是指将机车或动车传动系统传来的能量最后有效地传给轮对（或车轮）的执行装置。对于液力传动机车或动车来说，其驱动装置包括牵引万向轴和车轴齿轮箱；对于电力传动机车或动车来说，其驱动装置包括牵引电动机、车轴齿轮箱和驱动机构（例如空心轴和六连杆机构、挠性浮动齿式联轴节等）。由于城轨车辆通常采用电动车组的形式，所以本书只讲述有关电力传动机车或动车驱动装置的结构特点和工作原理。

第七节驱动装置一、作用

驱动装置的作用就是将牵引电动机的扭矩有效地转化为转向架轮对转矩，利用轮轨的粘着机理，驱使机车或动车沿着钢轨运行。

这里请注意“有效”两字，它既表示扭矩传递过程中要保持高效率，同时也意味着必须尽可能降低轮轨间的动作用力。

驱动装置是一种减速装置，用来使高转速、小扭矩的牵引电动机驱动具有较大阻力矩的动轴。

二、结构形式

现代轻轨车辆和地铁车辆转向架大多采用挠性浮动齿式联轴节式架悬式驱动机构，而旧的轻轨车辆转向架常常采用单电机架悬式驱动机构。

三、牵引电机横向布置

——

轴悬式驱动机构

1．刚性轴悬式驱动机构

2．弹性轴悬式驱动机构

四、牵引电机横向布置

——

架悬式驱动机构

1．挠性浮动齿式联轴节式架悬式驱动机构

2．轮对空心轴架悬式驱动机构

3．电机空心轴架悬式驱动机构

五、牵引电机纵向布置

——

单电机架悬式驱动机构

1．结构原理图

2．特点

3．采用单电机纵向布置的原因

六、对角配置的万向轴驱动架悬式驱动装置

1．结构原理

2．特点

七、牵引电动机体悬式驱动装置

1．结构原理

2．特点

一、概述

车体与转向架间的连接装置实际上就是二系悬挂系统，主要包括各种形式的旁承、牵引装置、弹性侧挡和各种减振器等（有的机车车辆还有抗侧滚扭杆装置等）。由于它位于车体和转向架间且从各个方向上传递两者间的所有作用力，因此，我们觉得使用“车体与转向架间的连接装置”代替“二系悬挂系统”似乎更加直观一些。

1．作用

2．形式

第八节车体与转向架间的连接装置

二、有牵引销（或心盘）+

旁承的连接装置

1．结构原理

2．特点

3．抗侧滚扭杆装置的作用

三、另一种中央牵引销

+

旁承的连接装置

四、铰接式转向架的车体与转向架间的连接装置

铰接式转向架的车体与转向架间的连接装置在城市轨道车辆中运用较广，在高速动车组上使用的典型代表就是法国TGV。这种连接装置一方面要保证相邻两车体端部彼此连接传递垂向、纵向和横向载荷，另一方面又要保证车体两端在通过曲线时能彼此相对转动（垂向和横向）。

1．TGV高速列车总体布置

2．结构特点

五、牵引杆装置

+

弹性旁承的车体与转向架间的连接装置

1．牵引杆装置的结构布置（以DF11机车为例）

2．牵引杆装置的工作原理

一、概述

基础制动装置实际上是整个动车组制动系统的最后执行机构，其主要任务可归结为：

（1）传递各制动缸所产生的鞲鞴力到各个闸瓦（或闸片）。

（2）将该鞲鞴力增大若干倍。

（3）保证各个闸瓦（或闸片）的压力大小基本相等。

二、基础制动装置形式

基础制动装置是转向架中十分重要的部件，它有多种形式。按制动方式可分为：

第九节基础制动装置（1）踏面闸瓦制动装置。

（2）盘形制动装置（有轴盘式和轮盘式之分）。

（3）磁轨制动装置。

（4）涡流制动装置。

三、踏面闸瓦制动

踏面闸瓦制动是一种最常用的制动方式，传统的机车车辆基本都采用这种制动方式。当然，根据闸瓦在一个车轮上的布置数量，还有单侧和双侧之分。图3-105表示单侧踏面闸瓦制动的工作原理。其具体工作原理为：制动时，首先由制动控制装置根据制动指令通过制动管将压缩空气送入制动缸1，推动制动缸的鞲鞴向外伸出（即产生鞲鞴推力P），带动一系列的杠杆2运动，使闸瓦3压紧车轮踏面4，产生闸瓦压力K，于是，闸瓦和车轮间发生摩擦，产生摩擦力K

（其中

为闸瓦与车轮踏面间的摩擦系数），阻碍车轮旋转，最后通过车轮与钢轨5间