单元4-城市轨道交通车辆-2转向架

城市轨道交通概论机电工程学院：董雅宏单元4

城市轨道交通车辆教学目标3.掌握车辆类型特点及编组运行1.了解城市轨道交通车辆发展2.掌握城轨车辆组成及其作用第一节概述第二节转向架第三节车体结构及车内设备

第四节车端连接装置城市轨道交通车辆单元4

城市轨道交通车辆4.4.2.3弹性悬挂装置4.4.2.2轮对轴箱装置4.4.2.1转向架基础知识4.4.2.4构架4.4.2.5基础制动装置4.2.6驱动装置第二节转向架4

1、转向架的作用承重——承担车辆上部的重量，包括车体及安装在车体内的各种机械、电气设备的重量，并把这些重量经一系弹簧悬挂装置传递到钢轨上。传力——产生牵引力和制动力，并把产生的牵引力和制动力经牵引装置传递到车体底架，最后传递到车钩，实现对列车的牵引和制动。缓冲（走行）——在机车运行中缓和线路对机车的冲击，保证机车运行的平稳性。导向——在钢轨的作用下，引导机车顺利地通过曲线和道岔，保证机车在曲线上安全运行。54.2.1转向架基础知识4.2.1转向架基础知识2、转向架的基本组成及功能轮对:走行导向。轴箱：降低摩擦阻力，化滚动为平动。一系悬挂装置：用以固定轴距，保持轮对正确位置，安装轴承等。缓冲轴箱以上部分的振动，以减轻运行中的动作用力。构架:安装基础。二系弹簧悬挂：也叫车体支承装置:是车体与转向架的连接装置。基础制动装置:是制动机产生制动力的部分。电机驱动装置:将电能变成机械能转矩，通过降低转速，增大转矩，将牵引电动机的功率传给轮对。（动力转向架）64.2.1转向架基础知识3、转向架力的传递

（1）垂向力（重力）的传递车体上部重量→二系弹簧悬挂装置→转向架构架→轴箱弹簧悬挂装置→轮对→钢轨

（2）纵向力（牵引力、制动力）的传递轮轨相互作用点产生的牵引力、制动力→轮对→轴箱定位装置→转向架构架→牵引装置→车体→车钩缓冲装置。（3）横向力（离心力、导向力）的传递横向力包括通过曲线时产生的离心力与外轨超高引起的重量在水平方向的分力的合力，以及轮轨间产生的导向力。横向力的传递顺序为；钢轨→轮对→轴箱定位装置→转向架构架→二系弹簧悬挂装置→车体底架→车体。

转向架要传递重力、牵引力和制动力、通过曲线时还要传递横向力。74.2.1转向架基础知识4、转向架的分类（1）按有无牵引电机分：动车转向架、拖车转向架；b)非动力转向架a)动力转向架84.2.1转向架基础知识4、转向架的分类a)拉板定位b)拉杆定位c)转臂式定位d)层叠橡胶定位（2）按轴箱定位方式分：拉板式定位拉杆式定位转臂式定位层叠橡胶弹簧定位干摩擦式导柱定位等94.2.1转向架基础知识4、转向架的分类（3）按弹簧装置的形式分：一系悬挂转向架两系悬挂转向架（4）按车体与转向架之间的载荷传递方式分：心盘集中承载非心盘承载心盘部分承载a)心盘集中承载b)非心盘承载c)心盘部分承载a)一系悬挂转向架b)两系悬挂转向架101、轮对2轮+1轴，过盈连接，轮轴同转我国城市轨道车辆轮对内侧距为：1353±2mm114.2.2轮对轴箱装置4.2.2轮对轴箱装置2、车轴（1）轴颈：安装滚动轴承。（2）防尘板座：是车轴与防尘板配合的部位。（3）轮座：车轴与车轮配合的部位。（4）轴身：车轴中央部分．（5）制动盘座：车轴与制动盘配合的部位（轴盘制动）。车轴：滑动轴承车轴、滚动轴承车轴

实心车轴、空心车轴124.2.2轮对轴箱装置3、车轮1—轮辋2—踏面3—辐板4—轮毂5—轮缘6—辐板孔7—轮毂孔踏面形状：锥形踏面（1:10和1:20)和磨耗形踏面（几段圆弧）车轮内侧面（基准面）基点，基点沿车轮一周组成的圆称为滚动圆，车轮的直径、轮辋的厚度、踏面的圆周磨耗深度在此处测量13车轮名义直径（滚动圆直径）：距轮缘内侧70mm处测得的直径。客车915mm，货车840mm，城轨车840或750mm.4.2.2轮对轴箱装置3、车轮

踏面需要做成一定的斜度，其作用是：踏面磨耗沿宽度方向比较均匀便于通过曲线可自动调中14（1）连接轮对与构架；（2）承受和传递轮对与转向架之间的各种载荷；（3）使轮对沿钢轨的滚动转化为车体沿线路的平动；（4）保证良好的润滑性能，减少磨耗，降低运行阻力；（5）保证良好的密封性，防止尘土、雨水等物侵入及甩油，避免破坏油脂的润滑及发生燃轴等事故4.2.2轮对轴箱装置4、轴箱装置滑动轴承轴箱装置按轴承类型分类滚动轴承轴箱装置（地铁车辆普遍采用）承载、传力、转平、降阻15轴箱装置：轴承、轴箱体和密封件轴箱装置的作用：4.2.2轮对轴箱装置4、轴箱装置4、轴箱后盖2、防尘挡圈7、轴端压板10、轴箱后盖11、轴箱体161、弹性悬挂装置的作用为了减小有害的列车冲动，车辆必须设有缓和冲击和衰减振动的装置，即弹簧减振装置。

其作用主要体现在两个方面：17一是使车辆的质量及载荷比较均衡地传递给各车轴，并使车辆在静载状态下车钩高度满足所规定的要求，以保证车辆之间的正常联挂；二是衰减因线路的不平顺、轨缝、道岔、钢轨磨耗和不均匀下沉以及因车轮不圆、轴颈偏心等因素引起车辆的振动和冲击。均载定位、缓冲减振

在弹簧装置之上的重量称为簧上重量，在弹簧装置之下的重量称为簧下质量。4.2.3弹性悬挂装置4.2.3弹性悬挂装置2、弹性悬挂装置的分类按位置分18一系悬挂装置在轮对与构架之间的弹簧悬挂装置，称为一系悬挂装置，也称为轴箱悬挂装置。二系悬挂装置在车体和构架之间的弹簧悬挂装置，称为二系悬挂装置，也称为中央系悬挂装置。对于采用两系悬挂的车辆，从轴箱弹簧开始向下的质量称为簧下质量。簧下质量直接影响轮轨之间的动力作用。簧下质量越大，轮轨之间的动力作用越大，反之，越小。一系悬挂二系悬挂4.2.3弹性悬挂装置2、弹性悬挂装置的分类按作用分19弹簧装置减振装置中央弹簧和轴箱弹簧垂向、横向和抗蛇行减振器轴箱定位、中央定位、抗侧滚扭杆定位装置4.2.3弹性悬挂装置3、一系（轴箱）悬挂装置20作用：（1）均匀轴载（2）缓冲减振（3）轮对定位组成（按作用分成三种）：（1）弹簧装置；（2）减振装置；（3）定位装置。螺旋弹簧转臂式轴箱定位一系垂向油压减振器人字形层叠橡胶弹簧4.2.3弹性悬挂装置3、一系（轴箱）悬挂装置21锥形层叠橡胶弹簧金属螺旋弹簧弹簧装置；减振装置4.2.3弹性悬挂装置3、一系（轴箱）悬挂装置22轴箱定位定义轴箱与构架的连接方式，称为轴箱定位作用主要是固定轴距和限制轮对活动范围要求放开垂向，弹性约束纵、横向转臂式轴箱定位人字形层叠橡胶定位类型拉杆式、拉板式、层叠橡胶、摩擦导柱、转臂式等。4.2.3弹性悬挂装置3、一系（轴箱）悬挂装置23转臂式轴箱定位方式该装置的特点：（1）轴箱和构架之间无自由间隙和滑动部件。组成零件很少，分解和组装容易，且维修方便，（2）轴箱的上下、左右及前后的定位刚度可以独立设定，比较容易满足转向架悬挂系统的最佳设计要求。即可确保良好的乘坐舒适性。又能兼顾高速运行性能和良好的曲线通过性能。橡胶关节4.2.3弹性悬挂装置3、一系（轴箱）悬挂装置24人字形层叠橡胶定位该装置的特点：人字形橡胶堆式轴箱定位装置支承构架重量，起轴箱弹簧的作用，还传递纵向力及横向力。每一轴箱前、后各装一个金属橡胶夹层弹簧。它一端与构架固结，另一端与轴箱体固结。此橡胶弹簧在垂向载荷作用下，橡胶受剪切及压缩变形。改变橡胶弹簧的安装角度，可得到不同的垂向刚度和纵向刚度。此安装角一般为10°～11°。4.2.3弹性悬挂装置4、二系（中央）悬挂装置25组成：弹簧装置/车体支撑装置（城轨车辆一般用空气弹簧）抗蛇行减振器、横向减振器、垂向减振器横向定位止挡、抗侧滚装置、牵引装置作用：支撑车体配重量、纵横传力定位置、缓冲减振提性能4.2.3弹性悬挂装置4、二系（中央）悬挂装置26中央牵引装置中央单牵引杆结构：由牵引座，牵引杆，连接轴组成。Z字型双牵引杆结构：由中心销座、中心销、牵引座和Z字型牵引杆等组成。(1)弹簧元件的类型27螺旋弹簧空气弹簧橡胶弹簧扭杆弹簧环弹簧5.弹簧元件4.2.3弹性悬挂装置2、螺旋弹簧-（1）特点28结构特点：圆柱压缩螺旋弹簧支撑圈（两端各有3/4圈）+工作圈。尺寸参数：簧条直径d，弹簧平均直径D，有效圈数n，总圈数N，

弹簧全压缩高度Hmin，

弹簧自由高度H0，弹簧指数m=D/d性能参数：垂向静挠度fv和垂向刚度Kv。结构特点和参数4.2.3弹性悬挂装置2、螺旋弹簧-（2）类型29（1）按卷数分：

单卷、双卷（内外卷反向）、多卷。（2）按性能分：

等刚度、变刚度。（3）按组合形式分：

串联、并联、先单独后并联（不等高）、先串联后单独。类型4.2.3弹性悬挂装置3、空气弹簧-（1）特点30变刚度、等高度；三维弹性；空重车自振频率相当；单独支重；自带减振功能，可以省去垂向减振器。空气弹簧的特点4.2.3弹性悬挂装置自由膜式空气弹簧结构1.下盖板，2.上盖板，3.胶囊，4.层叠橡胶堆3、空气弹簧-（2）类型31按结构分囊式空气弹簧膜式空气弹簧约束膜式：内外筒+连接橡胶囊

很少采用。自由膜式：上下盖板+连接橡胶囊,

目前应用较多。刚度大、振动频率高，已经不在轨道车辆上使用4.2.3弹性悬挂装置3、空气弹簧-（3）系统组成32空气弹簧本体高度控制阀差压阀附加气室滤清器4.2.3弹性悬挂装置3、空气弹簧-（4）工作原理33列车管空气弹簧风缸空气弹簧主管空气弹簧连接管高度控制阀空气弹簧本体附加气室压力空气缓冲：由压缩空气实现。4.2.3弹性悬挂装置3、空气弹簧-（4）工作原理34A.保压：正常载荷时，h=H，进排气通路均关闭，保压；B.充气：增载时，车体下沉，h<H，进气阀打开，充气增压使车体上浮至h=H,进气阀关闭；C.放气：减载时，车体上浮，h>H，排气阀打开，放气减压使车体下沉至h=H,排气阀关闭。变压力、变刚度、等高度：由高度控制阀实现。2条通路，3个位置。4.2.3弹性悬挂装置压缩空气流经节流孔时产生一定的阻尼，可以衰减车辆振动。3、空气弹簧-（4）工作原理35差压阀连通左右两空气弹簧，一侧空气弹簧爆裂时，另一侧空气弹簧自动放气，以防车体倾覆。压差控制防倾覆：由差压阀实现。右空簧左空簧差压阀的结构示意图节流减振：由空气弹簧本体和附加气室之间的节流孔实现。4.2.3弹性悬挂装置36（1）特点：只抵抗车体侧滚，不妨碍车体浮沉（2）工作原理：两端装于构架上的轴套内，中间与簧上部分铰接。车体侧滚时：扭杆的转臂反向运动产生复原力距，从而阻止车体侧滚；正常时：扭杆扭臂同向运动，扭杆自由转动。扭杆连杆扭臂4、扭杆弹簧4.2.3弹性悬挂装置

环形弹簧：

由多个内圆锥面外圆柱面的垫圈状弹簧钢和内圆柱面外圆锥面的垫圈状弹簧钢交替叠加组合而成的弹簧。环形弹簧的内、外圆环的对数依据其所承受载荷的大小和产生变形的要求来确定。环形弹簧应用于空间受限且需要强力缓冲的场合。轨道交通车辆一般用于缓冲器弹簧。5、环形弹簧4.2.3弹性悬挂装置1、减振元件的类型38（1）按安装方向分：垂向、横向、纵向。（2）按安装位置分：轴箱减振器、中央减振器。（3）按作用原理分：摩擦减振器、液压减振器。（4）按阻力特性分：常阻力减振器、变阻力减振器。6.减振元件4.2.3弹性悬挂装置2、摩擦减振器39变摩擦楔块式减振器常摩擦楔块式减振器利诺尔减振器摩擦减振器减振原理：借助金属摩擦副的相对运动产生的摩擦力，将车辆振动动能转变成热能散逸于大气中，从而减小振动。减振作用原理4.2.3弹性悬挂装置2、油压减振器-（1）特点及组成401—压板2—橡胶垫3—套4—防尘罩5、8—密封圈6—螺盖7—密封盖9—密封托垫10—密封弹簧11—缸端盖12—活塞杆13—缸体14—储油筒15—芯阀16—芯阀弹簧17—阀座18—涨圈19—阀套20—进油阀体21—锁环22—阀瓣23—防锈帽24、25—螺母SFK型油压减振器的组成自调节特性（振幅大时，衰减量也大）。特点油液、油缸、活塞、缸端密封、贮油筒、进油阀、防尘罩、上下联结。组成4.2.3弹性悬挂装置2、油压减振器-（2）工作原理41A.拉伸状态：活塞杆向上运动，B腔油液的压力增大，压差使其经过心阀的节流孔流入A腔。油液通过节流孔时产生大小与的流速、节流孔的形状和大小有关的阻力。B.压缩状态：活塞杆向下运动，受到活塞压力的A腔油液通过心阀的节流孔流入B腔而产生阻力。小孔节流阻尼减振芯阀4.2.3弹性悬挂装置2、油压减振器-（2）工作原理42C.油量调节：活塞杆有一定体积，当活塞上下运动时，A腔和B腔体积变化不相等。为保证减振器正常工作，在油缸外增加一贮油筒（C腔）实现油量调节。进油阀部分

20—进油阀体21—锁环22—阀瓣4.2.3弹性悬挂装置2、油压减振器-（3）横向油压减振器43

横向油压减震器内部结构与垂向油压减震器基本相同，结构上增加了一个空气包。空气包的作用是使进油阀完全浸在油液里。4.2.3弹性悬挂装置2、油压减振器-（4）常见油压减振器44常见液压减振器类型主要有：轴箱垂向减振器、中央悬挂横向减振器抗蛇行减振器现代转向架弹簧减振装置中通常采用筒型油压减振器。各国客车上采用的油压减振器，其结构原理基本相同，只是在局部结构上各有特点。4.2.3弹性悬挂装置1、构架的作用45（1）用以联系转向架各组成部分。（2）传递个方向的力。（3）保持车轴在转向架内的位置。固定轴距、传各向力、联系部件4.2.4构架2、构架的种类46（1）转向架构架就设计和制造工艺而言，分为铸钢构架和焊接构架。（2）根据轴箱及其定位装置的结构，构架又分为有导框式和无导框式。（3）根据构架的结构形式，转向架构架有封闭式和开口式(或H式)构架之分。4.2.4构架城轨车辆基本采用H型的焊接构架上海地铁构架3、构架的组成474.2.4构架图1动力转向架构架

1—空气簧安装座2—管卡座3—电机安装座4—横向缓冲器安装座5—制动器安装座

6—横梁7—齿轮箱安装座8—侧梁图2拖车转向架构架

1—空气簧安装座2—管卡座3—横向缓冲器安装座4—制动器安装座

5—横梁6—侧梁有些城轨车辆为了互换性动、拖车采用相同的构架1、制动的常用术语48（1）“制动”：人为地制止物体的运动，包括使其减速、阻止其运动或加速运动，均可称之为“制动”。（2）“缓解”：对已经施行制动的物体，解除或减弱其制动作用，均可称之为。（3）“列车制动装置”：为使列车能施行制动和缓解而安装与列车上的一整套设备，总称为“列车制动装置”。通常包括基础制动装置和制动机两部分。（4）“闸”：“制动”与“制动装置”均简称为“闸”，施行制动既可简称为“上闸”，亦可简称为“下闸”，使制动得到缓解简称为“送闸”。4.2.5制动系统4.2.5制动系统2、制动的意义49（1）满足调速和停车需要，保证行车安全。（减速停车保安全）最高运行速度不仅与牵引功率有关，也受到制动能力的限制。紧急制动距离比起动加速距离短的多，制动功率=5~10*驱动功率。（紧急制动距离干线普通车800m，提速车1000m；地铁车180m)（2）良好的制动性能可提高旅行速度和增大列车牵引总量。（提速增重提效益）4.2.5制动系统3、城轨车辆制动装置的特点和要求50城市轨道交通的站距很短，一般都在1km左右。为了提高运行速度，增加列车密度，必须使列车启动快、制动快、制动距离短。这就要求其制动装置具有操纵灵活、动作迅速、停车平稳准确、制动率及制动功率相对较大的特点。（1）城轨车辆制动装置的特点4.2.5制动系统3、城轨车辆制动装置的特点和要求51轨车辆一般运行在人口稠密地区承载旅客，所以行车安全是非常重要的。也因此要求其制动机：①具有紧急制动性能，遇有紧急情况时，能使列车在规定距离内安全停车。②列车在运行中发生诸如列车分离、制动装置故障等情况，应能自动产生紧急制动作用。③紧急制动作用除可以由司机操纵外，必要时还可以由行车人员利用紧急按钮等进行操纵。（2）保证安全方面的要求4.2.5制动系统3、城轨车辆制动装置的特点和要求52灵敏度要高。制动波速、缓解波速都应达到当代的先进指标。列车前后的制动及缓解作用有良好的一致性。要有足够的制动稳定性和安定性。对新型的城市轨道交通车辆，一般要求应具有动力制动和摩擦制动等联合制动能力，正常制动应尽量发挥动力制动能力，以减少对城市环境的污染和降低运行成本。（3）作用性能方面的要求4.2.5制动系统3、城轨车辆制动装置的特点和要求53操纵方便准确。便于检修维护，检修间隔周期要长。各部件结构要合理，便于制造，坚固耐用，机械效率高。（4）结构运用方面的要求4、空气制动的原理与组成54利用压缩空气，通过制动缸活塞和杠杆作用在闸瓦或制动夹钳的压力，在踏面或制动盘上产生摩擦，把机车动能转化为热能并散失到大气中。（1）工作原理制动控制系统（制动机）：产生源制动力，起控制作用。制动执行系统（基础制动装置）：传递和放大制动力产生制动效果。（2）结构组成4.2.5制动系统5、基础制动装置的组成55（2）组成：基础制动装置由制动缸、制动传动装置、闸瓦装置及闸瓦间隙调整装置组成。踏面制动1、制动缸2、制动杠杆、3、闸瓦4、车轮5、钢轨（1）定义：传送原动力并加以扩大产生制动力的部分称为基础制动装置。城轨常见的方式有：

单元式踏面制动和盘型制动4.2.5制动系统1、驱动装置的作用56驱动装置是动车转向架特有的部分。实现能量转换，产生轮对驱动力距。（用高转速、小扭矩的牵引电机驱动低转速、大阻力的动轴）4.2.6驱动装置4.2.6驱动装置2、驱动装置的组成57牵引电机传动齿轮箱电机悬挂装置驱动装置

1—电机吊座2—安全锁3—齿轮箱4—齿轮箱吊杆螺栓5—齿轮箱吊杆6—安全凸缘(安装在构架)

7—联轴器8—速度传感器9—牵引电动机4.2.6驱动装置3、电机悬挂装置的类型58牵引电动机在车辆上的安装，一般都采用弹簧悬挂的安装方法，以减小动作用力对电机和线路的破坏作用。所以通常把牵引电动机在车辆上的安装称为电机悬挂。（1）半悬式（轴悬式）（2）全悬挂式（架悬式或体悬式）轴悬式簧下质量大，牵引电机工作环境差，不适用城轨车辆城轨车辆普遍采用架悬式4.2.6驱动装置4、架悬式驱动机构59牵引电动机架悬式驱动机构广泛应用于世界各国的城市轨道车辆上，主要特点：（1）将牵引电动机固装在转向架构架上，因而牵引电动机属于簧上部分。（2）牵引电动机与轮对之间需用能适应各个方向相对运动的弹性联轴器作为中间联结装置并传递扭矩。（3）联轴器在结构上可以采用弹性元件(弹簧或橡胶块)，也可以采用具有橡胶金属衬套的连杆关节机构。4.2.6驱动装置4、架悬式驱动机构60（1）电机空心轴悬挂方式该装置的特点：牵引电动机悬挂在转向架构架上，而牵引齿轮箱支承在车轴上。弹性联轴器布置在空心的电枢轴与小齿轮之间。电枢轴做成空心，目的是增加扭轴的长度，以适应电动机与轮对间各个方向的位移，由扭轴与电