引言
地板有轨电车是近年在国内兴起的一种新型轨道交通车辆,作为一种中等运量的轨道交通车辆,其具有地铁和公共汽车无法比拟的优势。低地板有轨电车属于中等运量运输系统,只需对城市现有道路稍加改造即可满足其运行需求,具有建造成本低、周期短等特点,是国内中型城市发展轨道交通、满足居民出行的最优选择,在国内具有非常广阔的发展前景。
作为低地板有轨电车走行机构的关键零部件,独立轮对需要在满足其走行、承载功能的基础上,实现大幅降低车厢地板面高度的目标。目前,国内零部件厂家尚不具备单元整体设计供货能力,该独立轮对的设计开发,能够及时满足车辆厂国产化和模块化组装需求。
1低地板有轨电车轮对发展概况
低地板有轨电车是区别于传统有轨电车的新型城轨车辆,其车厢的部分或全部地板面距地面高度应不超过0.4m,而传统有轨电车地板距地面高度普遍在1m左右。在其近40年的发展历程中,低地板有轨电车的发展共经历了三个阶段
20世纪80年代,随着城市交通的不断发展,
第一代低地板有轨电车应运而生,当时的城轨车辆
仍然只能使用钢轮加钢轴的传统结构,受结构限
制,轮对上方的车厢地板面距地面最小为0.8m,由
于车辆需和汽车共用城市道路,无法在道路上建设
如此高的站台,为此,比利时BN公司将车辆分成
了有轮对支撑的车厢和无轮对支撑的车厢,将无轮
对车厢的地板面降低至0.35m,两种车厢之间由台
阶过渡(如图1所示),将车门设置在无轮对车厢两
侧。这种设计潜在问题较多,如噪音大、车厢内落差
高存在安全隐患等,因此只在Amsterdam等几个城
市实现了运
行。
第二代低地板有轨电车轮对仍然采用直轴轮对
的结构,但使用弹性车轮取代了钢轮,从而能够在减
少振动的同时降低车辆运行噪音,同时将齿轮传动
系统从轮对中间转移至轮对两侧,实现了车厢地板
面高度的有效降低(如图2所示)。虽然高度依然无
法彻底满足要求,但通过设置小角度斜坡,基本能够
满足车辆在市内运行乘客上下车的需求。最先使用
这种设计的有Bombadier公司的Flexity2、Alstom公
司的Citadis X04、PESA公司的Swing等
汽车地板胶
随着人们生活水平的不断提高,对于车辆的舒
适性要求也越来越高,国内外车辆制造厂家陆续推
出了第三代低地板有轨电车,其所使用的轮对不再
是传统的直轴结构,而是将车轴设计为中间向下凹
的曲轴结构,同时保留第二代低地板轮对在轮对两
侧牵引传动的结构,从而彻底实现车厢地板面全部
为统一高度且低于0.4m(如下页图3所示)。车轮采
用改进后的弹性车轮,在保证减震降噪的基础上提
升了安全性,第三代低地板有轨电车轮对有效地提
升了乘客的舒适度。
低地板有轨电车独立轮对设计
李志远
(智道铁路设备有限公司,山西太原030032)
摘要:根据用户需求,设计了一种能够实现100%低地板要求的独立轮对,并对其内置式轴箱、多功能集成等
进行了重点优化。经有限元计算和模拟加载试验表明,该独立轮对能够完全满足用户在轴重、使用维护周期、
减震降噪等方面的要求,具有很好的市场应用前景。
关键词:轨道交通低地板独立轮对轴桥
中图分类号:U260.331+.1文献标识码:A文章编号:1003-773X(2021)04-0006-02
收稿日期:2020-12-15
作者简介:李志远(1988—),男,山西晋中人,毕业于大连理工
大学机械工程专业,硕士研究生,工程师,研究方向为轨道交
通车辆转向架零部件开发。
DOI:10.16525/jki14-1134/th.2021.04.003总第216期
2021年第4期
机械管理开发
MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT
Total216
No.4,
2021
图1第一代低地板有轨电车轮对及低地板实现方
图2第二代低地板有轨电车轮对及低地板实现方式
设计理论与方法
2021年第4期与前两代低地板轮对相比,第三代低地板轮对
的车轮不再与车轴共同转动,
而是实现了独立转动,因此我们也将其称作独立轮对。
目前,国际上几款有名的低地板转向架,如Variobahn 转向架、Citadis 转向架、Combino 转向架等,均采用了独立轮对作为其走行部件。国内中车长客、中车唐山、中车青岛四方等主机厂新开发的低地板车也均采用独立轮对作为走行部件。由于现有的国内厂家只能单轮或单轴供货,无法满足主机厂的模块化采购、模块化组装需求,因此,大部分的独立轮对仍需进口。2低地板有轨电车独立轮对方案研究
第三代低地板有轨电车轴重一般在11t 左右,最高设计时速为80km/s ,2动2拖共4节车厢为一个编组,车厢全部地板面高度均应小于0.4m 。以最小车轮直径Φ0.6m 、轴身直径Φ0.13m 为例,轴身
顶部距地面高度已接近0.4m ,再考虑到限界、
减震系统安装、地板面厚度等因素,
直轴轮对显然无法满足用户需求。因此,
将轴身下凹、采用独立轮对是实现100%低地板的唯一解决方案。
独立轮对与直轴轮对相比,首先需要解决的就是将轮对两侧车轮的旋转自由度解耦,通过将轮轴
压装改为轮轴之间安装轴承
实现车轮独立旋转,车轴方可由直轴改为中部下凹的“U ”形结构,
我们将这种车轴称为轴桥。同时,传统轮对的轴箱结构、电流接地、传动制动接口以及信息自动采集等功能也
都需要转移至轮对两侧的有限空间,
为此,我们需克服如下难点:
1)由于轴承被安装在弹性车轮轮箍孔内,
受空间限制,传统的大直径双列圆锥滚子轴承或双列圆柱滚子轴承无法被继续使用,但轴重及使用寿命等要求必须得到满足。
2)轴承被安装在弹性车轮内部,
这就意味着传统轴箱不复存在,但传统轴箱所承担的一系减震弹簧载体功能仍需由独立轮对来实现。
3)从受电弓到车厢再到车轴、
车轮、轴承直至铁轨,构成一个完整的电流传导回路,
需在保证接地效果的同时,采取有效措施,避免因轴承滚子电蚀而影响车辆运行安全。
4)牵引传动、制动、
走行承载、信息自动采集等多种功能在独立轮对两侧有限空间的高度集成。
3
低地板有轨电车独立轮对总体结构
针对研究过程中识别出的设计难点,我们在方案中进行了如下设计:
1)创新设计车轮内部的轴箱传动结构,
将传统的双列轴承改为背靠背安装的一大一小圆锥滚子轴承,通过布局优化,使得大直径轴承作为主要承载轴
承,以满足车辆轴重要求,同时,
将小直径轴承布置在靠近轮对外侧的车轮内部,从而最大限度地为轮
对其他功能集成让出空间。同时,
为轴承系统设计密封、润滑循环等结构。
2)在轴桥两侧靠近车轮的位置设置两侧伸出的
承重梁结构,用于对接一系减震弹簧,
与车轮内部的轴箱结构一起,完整替代传统轴箱功能。
3)轮对两侧设计接地装置,
直接连接车轮与车轴,以将轴承组短路,从而避免电流腐蚀导致轴承滚子受损,危害车辆运行安全。
4)将轮对按照动力轮对和非动力轮对分别进行设计,对动力轮对预留牵引传动接口,并满足联轴节
限界要求,将制动盘转移至齿轮箱外侧,
对非动力轮对预留制动接口,并整合测速系统等。
设计的独立轮对结构如图4所示,设计参数如表1所示。
4
结论1)独立轮对的结构设计难点主要在于内置式轴箱结构以及多种功能在轮对两侧狭图3第三代低地板有轨电车轮对及低地板实现方式
图4低地板有轨电车独立轮对
参数
数值轴身距地板面高度/mm 200
轮径(新轮/磨耗)/mm 620/540(半磨耗560)
轮对内侧距/mm 1380轨距/mm 1435轴重/t
11两侧车轮踏面间电阻/m Ω≤0.5承载电流有效值/mA 180可承受牵引扭矩/(N ·m )≤4000可承受短路扭矩/(N ·m )
≤25000检修周期
600000km 或4年
设计最高速度/(km ·h -1)
80
表1独立轮对设计参数
接地回流装置
弹性车轮
轴桥
内置轴箱
(下转第44页)李志远:低地板有轨电车独立轮对设计7··
第36卷
机械管理开发
*****************
统计结果如图4所示。
由图4可以看出,原隔振器工作时,电控箱振动加速度较大,
减振效果较差;而新隔振器的振动加速度较小,
减振效果明显,低频段未加剧电控箱的振动,在50Hz 之后的频段减振效果突出。由此可见,新隔振器的减振效果明显优于原隔振器,取得了很好的应用效果。
参考文献
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(编辑:
贾娟)图4优化前后隔振器的电控箱振动响应对比图
Structural Optimization and Analysis of Electric Control Box
Vibration Isolator for the Roadheader
Duan Xiao
(Huozhou Coal &Power Group,Huozhou Shanxi 031400)
Abstract:In view of the poor vibration reduction effect of the mechanical and electrical control box of the roadheader in service in a coal mine enterprise,the optimization design of the vibration isolator is carried out.The strength of the new isolator before and after the improvement is compared and analyzed.The results show that the stress and strain of the elastomer are significantly reduced after the improvement,and the material properties of the support seat are fully utilized.It is verified that the vibration reduction effect of the new isolator is obviously better than that of the original isolator.
Key words:roadheader;electric cabinet;vibration isolator;structural optimization;application
频率/Hz
原隔振器电控箱
优化后隔振器电控箱
小的集成,本设计能够有效解决上述难题,且具有维修方便等特点。
2)经过有限元仿真计算,
以及多项试验测试,该独立轮对能够完全满足用户在轴重、
使用维护周期、减震降噪等方面的要求,具有很好的市场应用前景。
参考文献
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李芾.独立旋转车轮及其在低地板城轨车辆上的应用[J].电力机车与城轨车辆,2013,36(2):5-9;14.(编辑:
胡玉香)Design of Low Floor Tram Independent Wheelset
Li Zhiyuan
(Zhidao Railway Equipment Co.,Ltd.,Taiyuan Shanxi 030032)
Abstract:According to the user's demand,an independent wheel pair which can realize perfect low floor requirement is designed,and its built-in axle box and multi-function integration are optimized.The finite element calculation and simulated loading test show that the independent wheel pair can fully meet the requirements of users in axle load,service maintenance period,shock absorption and noise reduction,and has a good market application prospect.Key words:rail transit;low floor;independent wheelsets;axle bridges
(上接第7页)
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