關于模塊化設計地鐵車輛轉向架的研究

李楊

摘要：目前，國內的地鐵車輛轉向架型號多，比如內側軸箱懸掛轉向架、單軸轉向架、鉸接式轉向架等。不同型號的轉向架會導致相關零部件的通用性不強，這就導致使用方需要個性化定制這些產品，存在資金浪費、維護復雜、重復開發等問題，極大的制約了國內地鐵的快速和統一發展。筆者根據對地鐵車輛的研究，在本文提出了統一接口和參數的方式，將轉向架模塊化的設計、研發，這樣便于統一標準，快速生產通用性強的轉向架產品，提升它的使用效率。

關鍵詞：地鐵車輛;轉向架;模塊化設計;研究

中圖分類號：U462?文獻標識碼：A?文章編號：1672-9129（2020）08-0057-01

軌道車輛轉向架是保證動車組運行能力的關鍵部件，轉向架設計方案的合理性直接影響動車組的性能、可靠性等質量特性。因此，有必要研究一套系統化的快速定制設計方法，并開發對應的設計工具。所以，模塊化配置設計是實現大規模定制設計的關鍵支撐技術之一，該方法可在個性化需求的驅動下，通過選擇與組合預定義模塊來構成定制化的產品，是一種可實現“高效率、低成本”定制設計的方法。

1?關于城市地鐵市場的概要分析

市場調研是開展前期工作的準備，能清楚了解用戶的需求，各種轉向架的市場占比，運用中的性能表現，故障問題、原因和解決措施等，以便掌握現狀。

1.1設計方面的需求。通過模塊化的設計，讓地鐵車輛的結構簡單，能有效減輕車輛重量，降低車輛運行時的噪聲;輪重的調整較傳統轉向架更簡便;還要提高車輛的性能，易于實現輪對的徑向調節功能，有利于曲線（特別是小半徑曲線）通過，降低輪軌作用力和磨耗，改善空氣彈簧的工作條件。

1.2制造方面的需求。轉向架的制造工作主要是構架的焊接和加工、輪對的壓裝，以及轉向架的組裝和試驗。從制造的角度考慮，主機廠希望每個項目的轉向架盡量不要有太多的設計變化，能充分利用既有工裝，保持穩定的生產;零部件通用化程度高，接口可以互換，實現通用化。

1.3維護方面的需求。有利于降低維護成本，減少檢修工作量。轉向架上的關鍵部件和一些易損易耗件需要定期維護和更換，更換這些零部件需要架車和拆解轉向架，動用很多的設備，可以說地鐵車輛段有80%的設備是圍繞轉向架的維護展開的。從用戶的角度考慮，轉向架的零部件能運行的時間或里程越長越好，更換的零部件數量和品種越少越好。

2?模塊化設計地鐵車輛轉向架的研究思路

2.1產品總體配置。在所有實例中選擇相似度值最大的實例并根據預先設定的閾值判斷該實例是否滿足要求。若相似度值大于等于閾值，則視為該實例滿足設計要求，輸出該實例作為本次設計的方案，記錄并結束本次設計;若相似度值小于閾值，則視為該實例不滿足設計要求，需要進行轉向架的模塊配置設計。

2.2轉向架的結構設計。轉向架骨架設計提取轉向架配置模型中定義的多層級三維骨架模型，根據相關的轉向架特征參數對其進行調整，確定新的轉向架布局方案，并確定關鍵的布局參數和結構參數。

2.3模塊化的配置設計。根據建立的模塊配置設計過程模型，依次對轉向架各模塊進行配置設計。對于通用模塊，直接選擇其對應的模塊實例;對可配置模塊，基于實例推理技術檢索其對應的一組模塊實例，若存在滿足要求的模塊實例，則選擇該實例，若現有實例均無法滿足設計要求，則需向供應商請求供應新實例;對于柔性模塊，同樣采用基于實例推理技術對其進行配置設計，直至滿足設計要求。

2.4模塊化設計的具體分析。地鐵車輛轉向架的變量很多，要做好平臺化和模塊化設計，實現全方位的需求是不可能的，有些甚至是相互矛盾的。因此必須有所取舍，力求滿足大部分地鐵車輛的需要。目前，現有的大多數項目的列車編組方式多為四動兩拖（4M2T），首先要選擇的關鍵變量是運行速度和軸重。結合市場統計的結果，統型化、模塊化的工作重點應該集中在80km/h和120km/h速度等級的A、B型四種車型轉向架上。關鍵零部件速度和軸重確定后，就要抓好幾個引起轉向架設計改動的關鍵部件，比如傳動系統的電機、聯軸節、齒輪箱，制動系統的基礎制動器，信號系統的ATC天線等。傳動系統的電機、齒輪箱、聯軸節與制動系統的制動器差不多是處于同一橫向截面，也有少數項目的制動器安裝在構架的端部，與驅動系統不在同一截面的，但不是主流安裝方式。車輛的運行速度決定了制動器的方式，120km/h速度等級的車輛采用輪盤制動，80km/h速度等級的車輛采用踏面制動。我國采用的軌距是標準軌距，輪對內側距1353mm是固定不變的。如果采用輪盤制動，就要在輪對內側距的基礎上減去制動夾鉗所占的空間才能用于安裝驅動單元。如果采用踏面制動，基礎制動單元安裝在車輪的踏面與構架橫梁之間，能安裝驅動單元的空間就接近1353mm。兩者比較可以知道，采用輪盤制動的轉向架安裝驅動單元的空間小。

3?結語

綜上所述，地鐵車輛轉向架的模塊化設計、制造、生產是一個很復雜的工作，涉及面太寬。如果行業內能形成一致的思路，著眼于用戶關心的維護問題去統型，兼顧制造的方便性和未來技術的發展，那么統型工作就具有生命力，就能推動地鐵車輛轉向架模塊化的順利進行。

參考文獻：

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