对地铁工程车转向架动力学的几点分析

王志勇

摘要：本文针对地铁工程车转向架设计过程中的动力学原理进行了探讨，并且对设计过程中用到的动力学原理进行了分析，加以实际案例进行举证，并且结合地铁车辆的转向架设计的便利性，提出有效的工程车转向架设计方案，以此广泛应用于自带动力的地铁工程车。

关键词：地铁工程车；转向架；动力学

1地铁工程车概念及转向架的基本结构

随着城市化的迅速推进，地铁交通迅速发展，在地铁的建设、运营、维护过程中都需要地铁工程维护车辆，即本文所说的地铁工程车，主要是以内燃机为动力，为了适应地铁运行过程中的建设、运营以及维护要求而设计的工程车辆，在地铁工程车运行的过程中，为了保障其运行的安全性以及稳定性，需要为地铁工程车选择合适的悬挂系统安装在转向架上，并且通过对地铁工程车运行稳定性的计算，保障工程车的正常运行。

地铁工程车的转向架一般都采取中心销牵引方式，而其组成部分主要是构架、轮对轴箱、一系悬挂装置、二系悬挂装置、单元制动设备以及轮缘润滑器组成，并且安装一级车轴齿轮箱和二级车轴齿轮箱。在转向架的构造中，构架是其主体，是进行转向架安装的基础，同时传递各部件在工作过程中产生的负荷以及牵引力、制动力、惯性力，构架的焊接方式为整体焊接，主要由低密度合金钢板以及钢管焊接而成，整体结构呈现“H”形状，详见图1。此外，构架侧梁为箱梁构造，中间加入隔板，以此提高侧梁的抗压能力，转向架构造中的旁承安装座以及润滑器安装座都安装于侧梁之上。构架中的横梁采取无缝钢管作为横梁材料，并且分别安装了车轴齿轮箱和制动器安装座，横梁之间的连接部分还安装有二系横向减振器，侧梁两端装有一系垂向减振器安装座。

2转向架设计标准

2.1转向架设计要求

根据现代地铁及其工程车的设计标准，工程车的转向架设计应该具有良好的曲线通过性能、良好的动力学性能以及良好的通用性，此外，转向架还应该在满足设计强度需求的基础上降低转向架的质量，也就是采取高强度、低密度的优质材料降低质量，以此减少轮轨冲击力，提高转向架的使用质量和使用寿命，同时转向架的设计工艺需要简洁易懂。在转向架的设计过程中，设计人员需要尽可能达成工程车零部件设计标准的一体化，从而为日后的检修工作提供便利。对于转向架来说，由于地铁及其工程车在运行过程中需要通过一些半径较小的曲线线路，因此往往导致车轮轮缘贴靠钢轨，形成尖锐的噪音，同时加快轮缘外侧损耗，因此工程车的转向架在设计过程中必须具备良好的曲线通过性能，以此降低损耗，提高使用寿命。

要想保障工程车的安全运行，转向架必须具备良好的动力学性能，以此通过地铁线路以及部分通行困难线路，安装了具备良好动力学性能的转向架的工程车在运行过程中可以减少车轮与轨道之间的磨损，并且使得工程车具有较高的运行稳定性，保障其安全运行。此外，转向架主要配备在接触网作业车、牵引车、起重车以及牵引机车等工程车上，并且上述工程车在运行过程中具有相似的运行原理，因此转向架需要具备良好的通用性，以此能够在上述工程车上互相通用。

2.2转向架设计的技术参数

本文提出了转向架的设计要求，并且对相应的技术参数进行了列举，详见表1。

3转向架结构设计

3.1构架设计

上文已经提及，转向架的构架是其进行设计组装的基础，用来承载大量负荷，是转向架所有部件中受力最多、受力类型最为复杂的部件，当前的转向架构架主要采取对称式设计，结构较为紧凑，构架受力均匀，在满足工程车车体宽度要求的同时，有效降低转向架质量，降低轮轨和转向架之间的冲击力，并且较为紧凑的构架设计可以提高曲線通过能力和动力学性能。

3.2轮对轴箱及轴箱定位设计

目前地铁工程车转向架轴箱与构架越来越多的采用橡胶弹簧连接，该连接方式进一步加强了轮对的固定效果，有效提高工程车的曲线通过能力。

轴箱定位装置包括轴箱弹簧和垂向减振器，其中轴箱弹簧主要用来降低轨道对车辆的冲击，减振器则是吸收振动能量来降低转向架的振动幅度，从而提高工程车运行的稳定性。

3.3牵引承载装置以及制动装置的设计

牵引承载装置的设计目的是为了使工程车能够安全通过曲线线路，牵引承载装置主要传递转向架与工程车间的牵引力，从而使得车辆的车体与转向架进行相对转动，提高车辆的曲线通过能力。由于全中心销承载无法提供有效的回转力矩，而全旁承承载的曲线通过性能较低，因此在现代工程车的转向架设计中，通过将两种承载模式进行结合，来提高承载装置的性能。现代工程车的制动装置主要采取盘形制动系统，制动效率较高，并且制动响应较快，制动距离短，此外，不会产生粉尘污染和噪音污染，因此在当前的工程车转向架设计中，普遍采取盘形制动系统。

4小结

本文针对工程车的转向架的部件结构进行了论述，并且举出了转向架设计要求及其相关的技术参数，结合现有的工程车转向架设计情况，对转向架设计过程中的构架设计、轮对轴箱设计、轴箱定位设计、牵引承载装置设计以及制动装置设计分别进行论述，以此为地铁工程车的转向架设计工作提供参考。

参考文献

[1]曲长霖.轨道工程车转向架概述[J].城市建设理论研究（电子版），2016，（9）：2509-2509.

[2] 葛金明.一种地铁工程车转向架的设计研制[J].现代城市轨道交通，2017，（10）：5-8.

（作者单位：南京地铁运营有限责任公司）