對地鐵工程車轉向架動力學的幾點分析

王志勇

摘要：本文針對地鐵工程車轉向架設計過程中的動力學原理進行了探討，并且對設計過程中用到的動力學原理進行了分析，加以實際案例進行舉證，并且結合地鐵車輛的轉向架設計的便利性，提出有效的工程車轉向架設計方案，以此廣泛應用于自帶動力的地鐵工程車。

關鍵詞：地鐵工程車；轉向架；動力學

1地鐵工程車概念及轉向架的基本結構

隨著城市化的迅速推進，地鐵交通迅速發展，在地鐵的建設、運營、維護過程中都需要地鐵工程維護車輛，即本文所說的地鐵工程車，主要是以內燃機為動力，為了適應地鐵運行過程中的建設、運營以及維護要求而設計的工程車輛，在地鐵工程車運行的過程中，為了保障其運行的安全性以及穩定性，需要為地鐵工程車選擇合適的懸掛系統安裝在轉向架上，并且通過對地鐵工程車運行穩定性的計算，保障工程車的正常運行。

地鐵工程車的轉向架一般都采取中心銷牽引方式，而其組成部分主要是構架、輪對軸箱、一系懸掛裝置、二系懸掛裝置、單元制動設備以及輪緣潤滑器組成，并且安裝一級車軸齒輪箱和二級車軸齒輪箱。在轉向架的構造中，構架是其主體，是進行轉向架安裝的基礎，同時傳遞各部件在工作過程中產生的負荷以及牽引力、制動力、慣性力，構架的焊接方式為整體焊接，主要由低密度合金鋼板以及鋼管焊接而成，整體結構呈現“H”形狀，詳見圖1。此外，構架側梁為箱梁構造，中間加入隔板，以此提高側梁的抗壓能力，轉向架構造中的旁承安裝座以及潤滑器安裝座都安裝于側梁之上。構架中的橫梁采取無縫鋼管作為橫梁材料，并且分別安裝了車軸齒輪箱和制動器安裝座，橫梁之間的連接部分還安裝有二系橫向減振器，側梁兩端裝有一系垂向減振器安裝座。

2轉向架設計標準

2.1轉向架設計要求

根據現代地鐵及其工程車的設計標準，工程車的轉向架設計應該具有良好的曲線通過性能、良好的動力學性能以及良好的通用性，此外，轉向架還應該在滿足設計強度需求的基礎上降低轉向架的質量，也就是采取高強度、低密度的優質材料降低質量，以此減少輪軌沖擊力，提高轉向架的使用質量和使用壽命，同時轉向架的設計工藝需要簡潔易懂。在轉向架的設計過程中，設計人員需要盡可能達成工程車零部件設計標準的一體化，從而為日后的檢修工作提供便利。對于轉向架來說，由于地鐵及其工程車在運行過程中需要通過一些半徑較小的曲線線路，因此往往導致車輪輪緣貼靠鋼軌，形成尖銳的噪音，同時加快輪緣外側損耗，因此工程車的轉向架在設計過程中必須具備良好的曲線通過性能，以此降低損耗，提高使用壽命。

要想保障工程車的安全運行，轉向架必須具備良好的動力學性能，以此通過地鐵線路以及部分通行困難線路，安裝了具備良好動力學性能的轉向架的工程車在運行過程中可以減少車輪與軌道之間的磨損，并且使得工程車具有較高的運行穩定性，保障其安全運行。此外，轉向架主要配備在接觸網作業車、牽引車、起重車以及牽引機車等工程車上，并且上述工程車在運行過程中具有相似的運行原理，因此轉向架需要具備良好的通用性，以此能夠在上述工程車上互相通用。

2.2轉向架設計的技術參數

本文提出了轉向架的設計要求，并且對相應的技術參數進行了列舉，詳見表1。

3轉向架結構設計

3.1構架設計

上文已經提及，轉向架的構架是其進行設計組裝的基礎，用來承載大量負荷，是轉向架所有部件中受力最多、受力類型最為復雜的部件，當前的轉向架構架主要采取對稱式設計，結構較為緊湊，構架受力均勻，在滿足工程車車體寬度要求的同時，有效降低轉向架質量，降低輪軌和轉向架之間的沖擊力，并且較為緊湊的構架設計可以提高曲線通過能力和動力學性能。

3.2輪對軸箱及軸箱定位設計

目前地鐵工程車轉向架軸箱與構架越來越多的采用橡膠彈簧連接，該連接方式進一步加強了輪對的固定效果，有效提高工程車的曲線通過能力。

軸箱定位裝置包括軸箱彈簧和垂向減振器，其中軸箱彈簧主要用來降低軌道對車輛的沖擊，減振器則是吸收振動能量來降低轉向架的振動幅度，從而提高工程車運行的穩定性。

3.3牽引承載裝置以及制動裝置的設計

牽引承載裝置的設計目的是為了使工程車能夠安全通過曲線線路，牽引承載裝置主要傳遞轉向架與工程車間的牽引力，從而使得車輛的車體與轉向架進行相對轉動，提高車輛的曲線通過能力。由于全中心銷承載無法提供有效的回轉力矩，而全旁承承載的曲線通過性能較低，因此在現代工程車的轉向架設計中，通過將兩種承載模式進行結合，來提高承載裝置的性能。現代工程車的制動裝置主要采取盤形制動系統，制動效率較高，并且制動響應較快，制動距離短，此外，不會產生粉塵污染和噪音污染，因此在當前的工程車轉向架設計中，普遍采取盤形制動系統。

4小結

本文針對工程車的轉向架的部件結構進行了論述，并且舉出了轉向架設計要求及其相關的技術參數，結合現有的工程車轉向架設計情況，對轉向架設計過程中的構架設計、輪對軸箱設計、軸箱定位設計、牽引承載裝置設計以及制動裝置設計分別進行論述，以此為地鐵工程車的轉向架設計工作提供參考。

參考文獻

[1]曲長霖.軌道工程車轉向架概述[J].城市建設理論研究（電子版），2016，（9）：2509-2509.

[2] 葛金明.一種地鐵工程車轉向架的設計研制[J].現代城市軌道交通，2017，（10）：5-8.

（作者單位：南京地鐵運營有限責任公司）