地铁车辆转向架调研报告-张建国
毕业设计内容—3.调研内容
北京建筑大学 机电学院09-3班 张建国学号:[1**********]01 作为地铁车辆关键的零部件,非常重要的一个组成部分一转向架,被称为是轨道列车的双腿,起着支承车体。承受并传递从车体至轮对之间或从轮轨至车体之间的各种载荷及作用力:充分利用轮轨之间的黏着作用,传递牵引力和制动力;均匀分配轴重;保证车辆能灵活地沿轨道安全运行及顺利地通过曲线等功能。转向架构架还主要起着把车体经空气弹簧传来的垂向载荷传递给轮对,通过心盘和中心销使车体与转向架彼此可以相对转动,便于车辆通过曲线等作用
1.城市轨道交通车辆转向架组成和种类
1.1转向架组成:
转向架由轮对、轴箱、构架、悬挂装置、基础制动装置等组成,而其中,转向架构架是转向架其他零部件的安装基础,通过它把轮对轴箱、弹簧减震系统、基础制动、牵引电机和齿轮箱等零部件组合成一个整体。
1.2转向架种类:
1.按轴箱定位方式分为:拉板式轴箱定位转向架、拉杆式轴箱定位转向架、转臂式轴箱定位转向架和层叠式橡胶弹簧定位转向架。
2.按弹簧系统分为:一系弹簧悬挂、二系弹簧悬挂。
3.按车体与转向架间载荷传递方式分为:心盘集中承载、非心盘承载和心盘部分承载
2.转向架构架的类型,结构,作用载荷
由于车辆用途运行条件差异,制造维修方法的制约和经济条件等具体因素的影响,对转向架的性能结构参数和采用的材料及工艺等要求就要差别,因而出现了多种形式的转向架。我国国内目前使用的客车转向架、货车转向架就有几十种,各种转向架主要区别于转向架的轴数和类型,弹簧悬挂系统的结构与参数,垂向载荷的传递方式,轮对支撑方式,轴向定位方式,基础制动装置的类型安装,以及构架、侧架结构形式等诸多方面。
2.1按转向架的轴数、类型、及轴箱定位方式分类
(1) 轴数与类型
车辆所用的轴型基本上可分为B、C、D、E、F、G六种。轴直径越粗,容许轴重越大,但是大容许轴重要受线路和桥梁的强度标准的限制,一般货车采用B、
D、E、F、G五种轴型,客车采用C、D两种轴型,随着我国铁路的发展,其趋势是发展重载和快速运输,因此新型货车主要运用E型轴,新型客车主要运用D型轴按轴数分类,转向架有二轴、三轴和多轴,转向架的轴数一般根据车辆总重和每根车轴容许的轴重确定,我国大多数客货车采用二轴转向架,一些大吨位货车及公务车等采用三轴转向架,在长大重载货车上用多轴转向架或转向架群。
(2) 轴向定位方式
① 固定定位:轴箱与转向架铸成一体,或是轴箱与侧架用螺栓及其他紧固件连接成为一个整体,使得轴箱和侧架之间不能任何相对运动。如图2.10a所示 ② 导框式定位:轴向上有导槽,构架上有导框,构架的导框插入轴箱的导槽内,这种结构可以容许轴箱与构架之间沿着在垂向有较大的相对位移,但在前后、左右方向仅能在容许的范围内,有相对较小的位移。如图2.10b所示
③ 干摩擦导柱式定位:安装在构架上的导柱及坐落在轴向弹簧托板上的支持环均装有磨耗套,导柱插入支持环,发生上下运动,两磨耗套之间是干摩擦。它的作用原理是轴箱橡胶垫产生不同方向的剪切变形,实现弹性定位作用。如图(c)
④ 油导筒式定位:把安装在构架上的轴箱导柱和坐落在轴向弹簧托板上的导筒分别做成油缸和活塞的形式,导柱插入导筒,导柱上下移动时,油液可进出导柱的内腔,产生减振作用,它的作用原理是,当构架与轴箱之间产生水平方向的相对运动时,利用导柱与导筒传递纵向力和横向力,再通过轴箱橡胶垫传递轴箱体,使橡胶垫产生不同方向剪切变形,实现弹性定位作用。如图所示(d)
⑤ 拉板是定位:用特种弹簧材料制成的薄型定位片,一端与轴箱连接,另一端通过橡胶节点与构架连接,利用拉板在纵横方向的不同刚度来约束构架与轴箱的相对运动,以实现弹性定位,拉板上下弯曲变形刚度小,对轴箱与构架上下方向的相对位移约束很小。如图(e)
⑥ 拉杆式定位:拉杆两端分别与构架和轴箱销连接,拉杆可以容许轴箱与构架在上下方向有较大相对位移,拉杆中的橡胶垫、套分别限制轴箱与构架之间的横向与纵向的相对位移实现弹性定位。如图(f)
⑦ 转臂式定位:定位转臂一端与圆筒型轴箱体固接,另一端以橡胶弹性节点与焊在构架上安装座相连接。橡胶弹性节点容许轴箱相对构架有较大的上下方向位移。但它里边的橡胶件使轴箱纵向与横向位移的定位刚度有所不同,以适应纵横两个方向的不同弹性定位刚度要求。如图(g)
⑧ 橡胶弹簧定位:构架与轴箱之间设有橡胶弹簧,这种相对构架在上下方向有比较大的位移,而它的纵横方向具有适宜的刚度实现良好的弹性定位。如图(h)
图1:轴箱定位方式
2.2按弹簧悬挂方式分类
(1) 一系弹簧悬挂:在采用一系悬挂的车辆上,从车体至轮对之间只设有一系弹簧减振装置,所谓“一系”,一般是指车体的振动只经过一次弹簧减振装置实施减振,该装置在转向架中设置的位置,有的是设置在车体与构架之间,有的设置在构架与轮对轴箱之间,采用一系弹簧悬挂,转向架结构比较简单,便于检修、制造、成本比较低。如图(a)。
(2) 二系弹簧悬挂:在采用二系弹簧悬挂的车辆上从车体至轮对之间设有二系弹簧减振装置,转向架中同时有摇振弹簧减震装置和轴箱弹簧减振装置,使车体的振动经历二次弹簧减震装置衰减。如图(b)
图2:弹簧悬挂装置
2.3按垂向载荷的传递方式分类
车体与转向架之间衔接部分的结构形式,要相互吻合而组成一个整体。显然,他与载荷的传递方式密切相关,按不同的载荷配及载荷的作用点可分为以下几种:
(1) 心盘集中承载:车体上的上的全部重量通过前后两个上心盘分别传递给前后转向架的两个下盘。如图(a)
(2) 非心盘承载:该种型式的转向架没有心盘装置虽然有的转向架还有类似新盘的装置存在,但它仅作为传递纵向力及转动中心之用,而车体上的全部重量通过中央弹簧悬挂装置与构架之间安装有旁承装置时,对这种转向架又称为旁承承载。如图(b)
(3) 心盘部分承载:这种承载方式的结构是上述两种承载方式结构的组合,即车体上的重量按一定比例分配,分别传递给心盘与旁承,使之共同承载。它是目前我国货车主要采用这种承载形式。如图(c)
图3:车体载荷传递方式
2.4转向架中央弹簧悬挂装置的载荷传递:
(1) 具有摇动台装置的转向架:通过心盘支撑在摇枕上,摇枕两端支撑在摇枕弹簧的上支撑面,摇枕弹簧下支撑面坐落在弹簧托板上,弹簧托板通过吊轴、吊杆与吊销悬挂在构架上,这样摇枕,摇枕弹簧、弹簧托板、吊轴与吊杆连同车体,在侧向力作用下,可做类似钟摆的摆动,使之相对构架产生左右摆动,转向架中可以横向摆动的部分叫做摇动台装置,它具有横向弹性特性,这种结构的载荷传递特点是心盘承载后通过摇动台将载荷传递给转向架。
图4:心盘承载的摇动台装置
(2) 无摇动台装置的转向架:
① 非心盘承载装置的转向架:车体直接通过中央弹簧将载荷传递给构架,没有摇动台装置。车体的左右摇动位移,以及车辆通过曲线时转向架与车体之间的转动位移均是依靠中央弹簧的横向纵向弹性变形来实现这种结构的特点是无需心盘承载中央弹簧不仅须有良好的垂向弹性,还具有良好的横向弹性特性。为此,一般采用的弹簧是空气弹簧或高圆螺旋弹簧,由于它的结构简单,在新型高速转向架得到应用。如图:
图5:非心盘承载,无摇动台结构
② 心盘集中或部分承载的无摇动台转向架:车体通过心盘或旁承坐落在摇枕上,摇枕两端坐落在左右摇枕弹簧上,左右摇枕弹簧又直接坐落构架的两个侧梁上,这种转向架设有摇枕弹簧装置,但无摇动台结构,三大件式的转向架都是这种承载方式。如图
图6:心盘承载,无摇动台结构
3车体通过心盘或旁承支撑在构架上:构架直接坐落在轴箱弹簧上车体与○
构架之间没有弹簧减振装置,整体焊接构架货车转向架采用这种结构方式。如图
图7:心盘承载,轴箱弹簧悬挂的装置
2.5构架与轮对轴箱之间的载荷传递方式
(1) 转向架侧架直接置于轮对轴箱上,无轴箱弹簧装置。
(2) 转向架的每侧有一个纵向布置的、较长的均衡梁,均衡梁两端之于连个轴箱上,均衡梁上有均衡梁弹簧及弹簧座,转向架构架支悬于均衡梁弹簧上,如图。
(3) 转向架构架由轴箱顶部的弹簧支撑,如图。
(4) 每个轴箱左右两侧铸有弹簧托盘,转向架构架由弹簧托板上的轴箱弹簧支撑。如图所示:
图8:构架与轴箱轮对的载荷传递方式
3.转向架构架强度计算方法和过程
3.1载荷计算及工况
构架的运营静载荷计算参数见表1
4.构架和轮对的主要参数
主要技术参数
构造速度 /km/h
轴重 /t
自重 /t
固定轴距 /mm
轮径 /mm
轴颈中心距 /mm
旁承间距 /mm
中央弹簧横向间距 /mm
轴箱弹簧横向间距 /mm
制动倍率
一系垂向刚度 /kN/m
一系定位刚度 /kN/m
一系垂向阻尼 /kN · s/m
二系垂向刚度 /kN/m
二系横向刚度 /kN/m
二系垂向阻尼 /kN · s/m
二系横向阻尼 /kN · s/m
通过最小曲线半径 /m
5.构架和轮对的设计和加工
5.1构架的设计原则:
(1)全面考虑构架与各零部件的相互位置;
(2)各梁应设计成等强度梁;
(3)各梁的布置应尽量对称;
(4)各梁本身和构架应注意减少应力集中;
(5)要有足够的强度和刚度;
地铁车辆为代表的“结合型”构架:结构特点(1)H型结构,横梁和侧梁3大件组合。(2)侧梁为U型结构(3)轴向弹簧座为8处阶梯平面结构,通过一系橡胶弹簧和轮对轴箱组成联接。(4)横梁结构复杂,连接转向架其他系统。 加工工艺特点:1,工序分散,关键部位整体加工。2,一面两销定位,工艺基准统一。3,三座标全尺寸检测。
工艺流程:一次划线—正反粗,精加工—其他工序—全尺寸检测。
6.构架的常见故障
转向架构架承受并传递车体的垂直载荷及纵、横向作用力,经过轮对传给钢轨,它是转向架受力最大的部件。转向架构架的主要损伤形式有裂纹、弯曲变形和磨耗。转向架的架构采用焊接架构,由于焊接工艺、结构设计和运用等方面的
原因,易于在弯角处、吊座耳孔处、原有焊缝缺陷处等受力较大部位产生集中应力,在往复动载荷作用下就易于出现裂纹。
7.轮对的维修方法
轮对是铁道机车车辆安全行车的关键部件,在高速运输中对机车车辆运行舒适性有着极大的影响,为此需对轮对作定期检查,必要时应进行修理。对轮对做IS一1级(修复踏面)和IS一2级(修复踏面同时检修轮对轴承)检修。一维修级包括作为附加工序的“更换轮心”和“更换车轴”。
维修前期步骤:
(1)分析车间的现实情况;
(2)初步布置和材料流程设计:
(3)设计新的加工和检测工艺;
(4)详细的布置设计和工作台位设计;
(5)生产能力和人员的规划;
(6)边生产边改造设计。
在对轮对车间生产工序及结构实际进行详细分析的基础上,确定轮对车问应补充的工艺装备,例如车轮压装机、以及配用的车轴及立式车床。与此同时,初步设计轮对车间今后的整个结构,接着在这个框架内进行详细的最后设计,这里着重考虑的是IS一3级检修用的工地。在设计阶段和进行IS一1级和IS一2级检修的同时就开始了必要的改造措施。结果:成改造后轮对车间的材料流程如图2所示。首先拆卸轮对附件,然后清洗及拆卸轴箱及内环(只有IS一3级检修有上述工序)。如果仅需作IS一1级检修,就不拆卸轴箱和内环。接着所有轮对进行制动圆盘检测并在光学试验台上进行测量。随后分IS一1级、IS一2级和IS一3级检修环节。在IS一1和IS一2检修级中纳入了轮心轮廓加工以及整平摩擦环。接着进行 轮心的超声波检查新的IS一3级检修包括下列主要工序:
(1)做好轮对压装的准备;
(2)压出轮心和需要时压出制动盘,车轴和轮心分类;
(3)修复车轴和轮毂的配合,需要时对车轴和轮心轮座进行车削加工;
(4)为车轴配装制动盘和轮心、压装轮心和装配内环。
IS一3级检修的核心设备是轮对自动压装机,它可实施液力压装和压出轮心及制动盘。压装过程是自动监控的 应提供压装记录和其他主要数据的文件.为使轮对压装操作花费尽可能少,压装应尽量自动化。压装机通过运输小车与组合旋转和装配的装置(用于车轴和轮心分类及组装)相连接。为确保顺畅地进行IS一3级维修作业,车轴和轮心必须按规定的匹配尺寸压装。IS—l级、IS一2级和IS一3级检修的摩擦环更换工地合并在一起,接着进行轮对车轴的超声波检查,随后作动平衡试验,必要时通过切割消除不平衡。
图2