跨坐式單軌與傳統(tǒng)地鐵車輛轉(zhuǎn)向架的比較探討

彭斌，朱建國(guó)，卞榮俊

（蕪湖市運(yùn)達(dá)軌道交通建設(shè)運(yùn)營(yíng)有限公司，安徽 蕪湖 241000）

跨坐式單軌車輛與傳統(tǒng)地鐵車輛相比較而言，最大的差異就在于轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與構(gòu)造。因此本文將重點(diǎn)對(duì)兩種不同制式的軌道車輛轉(zhuǎn)向架的主要部件進(jìn)行簡(jiǎn)要的比較探討，從而為跨坐式單軌車輛在研發(fā)、設(shè)計(jì)和改進(jìn)時(shí)提供更好的科學(xué)依據(jù)。

1 轉(zhuǎn)向架的各部件對(duì)比

1.1 構(gòu)架

傳統(tǒng)地鐵車輛轉(zhuǎn)向架構(gòu)架[1]主要由左、右側(cè)梁，一根或幾根橫梁及前后端梁組焊而成。沒(méi)有端梁的構(gòu)架，稱開(kāi)口式構(gòu)架亦稱“H”型構(gòu)架；有端梁的構(gòu)架，稱封閉式構(gòu)架（見(jiàn)圖1）。

圖1 傳統(tǒng)地鐵車輛轉(zhuǎn)向架構(gòu)架

跨坐式單軌車輛轉(zhuǎn)向架構(gòu)架[2]為一面焊接組件，包括兩條橫梁和兩條側(cè)梁（見(jiàn)圖2）。其中橫梁的作用是負(fù)責(zé)傳遞每一條側(cè)梁的負(fù)荷，并在牽引連桿機(jī)構(gòu)發(fā)生多重故障時(shí)作為整體縱向止擋為車體端緩沖梁提供制動(dòng)。單一故障可在牽引連桿機(jī)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)部自行消除。而側(cè)梁的作用為懸掛元件、導(dǎo)向輪胎基座和轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的推進(jìn)安裝法蘭部分提供固定。這種設(shè)計(jì)可以方便與永磁輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置、摩擦制動(dòng)總成及承載輪總成相配合。

圖2 跨坐式單軌車輛轉(zhuǎn)向架構(gòu)架

1.2 車輪

傳統(tǒng)地鐵車輛均在鐵路鋼軌上運(yùn)行，所以選用的車輪均為輾鋼整體車輪[3]（見(jiàn)圖3），且每個(gè)轉(zhuǎn)向架設(shè)有兩個(gè)輪對(duì)。

圖3 輾鋼整體車輪

跨坐式單軌車輛由于通過(guò)單根軌道支持、穩(wěn)定和導(dǎo)向，因此車體采用橡膠輪胎騎在軌道梁上運(yùn)行。因此對(duì)于車輪組成包含以下3 種類型：走行輪、導(dǎo)向輪、穩(wěn)定輪[2]（見(jiàn)圖4）。其中走行輪內(nèi)置ACM 裝置采用鑄造型鋁合金，分3 塊相同型材，插銷式組裝合成，便于拆裝。如果走行輪爆胎，將依靠設(shè)置在走行輪內(nèi)部的ACM 裝置支撐來(lái)維持車輛平衡，并能自行"跛行"行駛至就近車站，清客后返回車輛段。導(dǎo)向輪則緊密壓在軌道梁側(cè)面上部，在直線蛇形或轉(zhuǎn)彎運(yùn)行時(shí)，通過(guò)牽引機(jī)構(gòu)使轉(zhuǎn)向架平穩(wěn)跨座在軌道梁行走，起導(dǎo)向作用。如果導(dǎo)向輪爆胎，將依靠安裝在導(dǎo)向輪下方的安全輪支撐來(lái)維持車輛導(dǎo)向和運(yùn)行。穩(wěn)定輪則緊密壓在軌道梁側(cè)面下部，在車輛偏載或轉(zhuǎn)彎運(yùn)行時(shí)，使轉(zhuǎn)向架平穩(wěn)跨座在軌道梁行走，防止車體側(cè)翻。如果穩(wěn)定輪爆胎，將依靠安裝在穩(wěn)定輪下方的安全輪支撐來(lái)維持車輛平穩(wěn)。

圖4 跨坐式單軌車輛轉(zhuǎn)向架構(gòu)架

1.3 減振器安裝

傳統(tǒng)地鐵車輛轉(zhuǎn)向架同時(shí)安裝橫向和垂向減振器[1]（見(jiàn)圖5）。

圖5 橫向和垂向減振器

跨坐式單軌車輛由于轉(zhuǎn)向架空間結(jié)構(gòu)緊實(shí)，為充分利用有效空間，可在設(shè)計(jì)安裝減振器時(shí)與傳統(tǒng)方式有所差異。根據(jù)文獻(xiàn)[4]可知：選取減振器阻尼為30 kN·s·m-1 且安裝角度與垂向夾角為45°時(shí)（見(jiàn)圖6），可使車輛獲得較佳的動(dòng)力學(xué)性能且符合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，以此減少了減振器的安裝數(shù)量，從而相應(yīng)地減少了制造成本。

圖6 跨坐式單軌車輛轉(zhuǎn)向架構(gòu)架

1.4 輔助裝置

相比傳統(tǒng)地鐵車輛而言，跨坐式單軌車輛轉(zhuǎn)向架還另外增設(shè)了一些輔助裝置，例如：牽引拉桿、防傾桿總成、橫向連桿、雙臂曲柄、輔助轉(zhuǎn)向缸等，這些都屬于牽引連桿總成部分[2][5]（見(jiàn)圖7）。

圖7 牽引連桿總成

其中縱向安裝的牽引拉桿將牽引力和制動(dòng)力傳送到車體。牽引拉桿通過(guò)彈性橡膠元件連接至轉(zhuǎn)向架，最大程度減少振動(dòng)傳遞到車體。

雙臂曲柄使轉(zhuǎn)向架可獨(dú)立旋轉(zhuǎn)，不受車體影響，從而在轉(zhuǎn)彎時(shí)將牽引力和制動(dòng)力持續(xù)傳送到車體，不受轉(zhuǎn)向架和車體之間角度的影響。

橫向連桿連接上部的兩個(gè)雙臂曲柄，是系統(tǒng)的一個(gè)組成部分。橫向連桿使轉(zhuǎn)向架可獨(dú)立旋轉(zhuǎn)，不受車體影響，同時(shí)確保將縱向牽引力和制動(dòng)力傳送到車體。列車加速或減速時(shí)，根據(jù)列車行駛方向，橫向連桿處于拉伸或壓縮狀態(tài)。

輔助轉(zhuǎn)向缸作用在于轉(zhuǎn)彎時(shí)向轉(zhuǎn)向架提供轉(zhuǎn)向助力。轉(zhuǎn)彎時(shí)，轉(zhuǎn)向缸總成引入牽引連桿機(jī)構(gòu)的力用于中和承載輪和縱向剪切懸掛元件產(chǎn)生的力。通過(guò)減少曲線內(nèi)部占主導(dǎo)的上導(dǎo)向輪胎的荷載，可平衡單個(gè)轉(zhuǎn)向架上4 個(gè)導(dǎo)向輪和2 個(gè)穩(wěn)定輪的整體荷載。

防傾桿總成垂直安裝于車體上，用于限制轉(zhuǎn)向架的點(diǎn)頭運(yùn)動(dòng)。防傾桿的扭轉(zhuǎn)剛度決定傾斜約束度。防傾斜桿通過(guò)限制各組垂直排列的牽引拉桿的相對(duì)運(yùn)動(dòng)達(dá)到防傾斜目的。

2 結(jié)論

相比傳統(tǒng)地鐵車輛而言，跨坐式單軌車輛具有其獨(dú)特的優(yōu)越性，因此在對(duì)轉(zhuǎn)向架進(jìn)行研發(fā)、設(shè)計(jì)、安裝時(shí)，需要因地制宜的對(duì)比傳統(tǒng)地鐵轉(zhuǎn)向架的設(shè)計(jì)思路，同時(shí)還需要兼顧車輛的安全性、合理性以及維修成本的經(jīng)濟(jì)性等進(jìn)行綜合考慮。