工學(xué)交通運(yùn)輸畢業(yè)論文 徑向轉(zhuǎn)向架及其在地鐵、輕軌車輛中的應(yīng)用

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1、湖南師范大學(xué)本科畢業(yè)論文考籍號(hào)：XXXXXXXXX姓名：XXX專業(yè)：工學(xué)交通運(yùn)輸論文題目：徑向轉(zhuǎn)向架及其在地鐵、輕軌車輛中的應(yīng)用指導(dǎo)老師：XXX二〇一一年十二月十日摘要：論述了徑向轉(zhuǎn)向架的原理及其在減輕輪軌表面磨耗方面的作用。根據(jù)地鐵、輕軌車輛走行部的結(jié)構(gòu)及技術(shù)特點(diǎn)，探討了徑向轉(zhuǎn)向架在我國地鐵、輕軌車輛中運(yùn)用的必要性和可行性。進(jìn)入21世紀(jì)，我國城市軌道交通獲得了較快的發(fā)展，由于安全、快捷、舒適等優(yōu)點(diǎn)，城市軌道交通備受青睞，在改善城市交通擁擠狀況、快速集散客流、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起了非常重要的作用。然而，在我國已經(jīng)開通地鐵的北京、上海、廣州等城市都不同程度地存在著曲線上鋼軌內(nèi)側(cè)面和輪緣磨耗過快

2、，導(dǎo)致維修費(fèi)用高居不下的問題。同時(shí)，車輪輪緣切咬鋼軌產(chǎn)生的尖嘯聲，也對(duì)城市環(huán)境造成了噪聲污染。采用徑向轉(zhuǎn)向架是解決上述問題的途徑之一。1徑向轉(zhuǎn)向架徑向轉(zhuǎn)向架是為了提高車輛的曲線通過能力而在常規(guī)轉(zhuǎn)向架的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出的轉(zhuǎn)向架，廣泛應(yīng)用于貨車、準(zhǔn)高速列車和擺式列車上。近年來出于減輕輪軌磨耗，提高運(yùn)行安全性的需要，徑向轉(zhuǎn)向架開始應(yīng)用于城市軌道交通車輛上，并在日本、加拿大等國家獲得了成功。徑向轉(zhuǎn)向架與普通轉(zhuǎn)向架的區(qū)別在于曲線通過方式的不同，如圖1所示。圖中左側(cè)是普通轉(zhuǎn)向架，右側(cè)是徑向轉(zhuǎn)向架。從圖中可看出，徑向轉(zhuǎn)向架在通過曲線時(shí)的沖角比普通轉(zhuǎn)向架要小，因此第一輪對(duì)的橫向力可以降低，從而減輕輪軌磨耗[

3、1]。徑向轉(zhuǎn)向架的歷史相當(dāng)久遠(yuǎn)。根據(jù)舍菲爾的報(bào)告，13世紀(jì)的馬車時(shí)代就出現(xiàn)了十字交叉拉桿的車輪連接方式。舍菲爾在博物館發(fā)現(xiàn)了資料，受到啟發(fā)，設(shè)計(jì)了舍菲爾型徑向轉(zhuǎn)向架。而轉(zhuǎn)向角連鎖方式徑向轉(zhuǎn)向架的發(fā)明者稱，其基本思路是出自18世紀(jì)后期已經(jīng)在美國注冊(cè)的專利。早期設(shè)計(jì)的徑向轉(zhuǎn)向架由于未經(jīng)過車輛動(dòng)力學(xué)方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)，連接機(jī)構(gòu)多帶有多余結(jié)構(gòu)，不僅增加了轉(zhuǎn)向架制造成本，而且由于簧下重量的增加還影響了振動(dòng)特性，因此多數(shù)難于推廣普及?？梢哉f，這正是鐵道機(jī)圖1徑向轉(zhuǎn)向架的曲線通過方式車車輛及轉(zhuǎn)向架動(dòng)力學(xué)理論得以問世的緣由之一。徑向轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是在保證輪對(duì)按照預(yù)想的軌跡順利回轉(zhuǎn)而通過曲線的同時(shí)，還要保證

4、轉(zhuǎn)向架具有較高的運(yùn)行穩(wěn)定性。所謂穩(wěn)定性，就是在直線運(yùn)行時(shí)無論外界怎樣干擾均不發(fā)生蛇行運(yùn)動(dòng)失穩(wěn)。一般來說，這兩者互相限制，難以兼顧。1973年英國國鐵研究所的wickens提出了具有劃時(shí)代意義的等價(jià)定位剛度理論，為開發(fā)徑向轉(zhuǎn)向架提供了理論上的依據(jù)?；谶@一理論，世界各國開發(fā)出各種不同結(jié)構(gòu)的徑向轉(zhuǎn)向架。最簡(jiǎn)單的徑向轉(zhuǎn)向架是適當(dāng)減小輪對(duì)縱向定位剛度，利用輪軌之間的蠕滑力使輪對(duì)自動(dòng)導(dǎo)向。具有十字交叉拉桿連接機(jī)構(gòu)的徑向轉(zhuǎn)向架也是利用輪對(duì)的自導(dǎo)向功能進(jìn)行導(dǎo)向。但是這兩種徑向轉(zhuǎn)向架的導(dǎo)向能力有限，因此又出現(xiàn)了利用車體與構(gòu)架和輪對(duì)之間的連接機(jī)構(gòu)強(qiáng)迫輪對(duì)轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)向角連鎖方式。按照是否利用了輪對(duì)的自導(dǎo)向功能

5、可以把徑向轉(zhuǎn)向架分為兩類——自導(dǎo)向轉(zhuǎn)向架和迫導(dǎo)向轉(zhuǎn)向架。為了進(jìn)一步提高輪對(duì)的導(dǎo)向功能，法國有關(guān)研究機(jī)構(gòu)又提出了采用控制方式的徑向轉(zhuǎn)向架的概念，本質(zhì)上也屬于迫導(dǎo)向轉(zhuǎn)向架。根據(jù)徑向轉(zhuǎn)向架功能和結(jié)構(gòu)的不同，表1列出了到目前為止世界各國正在研究和已經(jīng)應(yīng)用的徑向轉(zhuǎn)向架。縱向欄目是概念和功能，橫向欄目表示以常規(guī)轉(zhuǎn)向架為基礎(chǔ)，增加的附加裝置的結(jié)構(gòu)特征。該表不一定包括全部，表中帶“*”的表示已達(dá)到實(shí)用化，其它表示處于試制階段。表1徑向轉(zhuǎn)向架的分類2．徑向轉(zhuǎn)向架在減輕輪軌磨耗方面的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)徑向轉(zhuǎn)向架的出現(xiàn)，為鐵路提高運(yùn)行性能，降低維護(hù)費(fèi)用提供了可能，因此很快在西方鐵路發(fā)達(dá)國家得到廣泛的應(yīng)用，尤其是在機(jī)車和

6、擺式列車上。運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)表明徑向轉(zhuǎn)向架在減輕輪軌橫向力和磨耗方面的確有著顯著的效果。美國SD60MAC型機(jī)車裝用EMD徑向轉(zhuǎn)向架之后輪緣磨耗明顯減少[2]；裝有自導(dǎo)向徑向轉(zhuǎn)向架的德國VT611擺式動(dòng)車組在曲線上可提高運(yùn)行速度25%，當(dāng)線路曲線半徑大于400m時(shí)，輪對(duì)的徑向能力較強(qiáng)，有效降低了橫向力；瑞士SIG公司的迫導(dǎo)向轉(zhuǎn)向架擺式客車，在半徑為300m的曲線上輪軌磨耗減小30%，橫向力降低50%，效果非常好；日本的283系客車采用徑向轉(zhuǎn)向架在曲線上運(yùn)行時(shí)，輪軌橫向力降低了33%～50%[3]。我國首次在擺式客車試驗(yàn)車上應(yīng)用徑向轉(zhuǎn)向架，已經(jīng)通過了線路試驗(yàn)，試驗(yàn)階段取得了良好效果。表2是在運(yùn)行速

7、度80km/h時(shí)，我國在擺式實(shí)驗(yàn)車上分別采用迫導(dǎo)向、自導(dǎo)向、傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向架情況下的第一輪對(duì)橫向力（單位為KN）。表2.在不同曲線半徑時(shí)轉(zhuǎn)向架第一輪對(duì)橫向力比較從表中可看出，在通過小半徑曲線時(shí)，與普通轉(zhuǎn)向架相比，迫導(dǎo)向轉(zhuǎn)向架的輪軌橫向力大幅度降低；與裝配209HS轉(zhuǎn)向架的試驗(yàn)車相比，裝配迫導(dǎo)向轉(zhuǎn)向架的客車在小半徑（300～400m）曲線通過時(shí)，輪軌橫向力明顯降低；與裝配209HS轉(zhuǎn)向架的試驗(yàn)車相比，裝配自導(dǎo)向轉(zhuǎn)向架的客車在大半徑（大于50