内侧悬挂转向架在城轨车辆中的应用(2)

　　与传统转向架相比，内侧悬挂转向架具有许多显著的特点：

　　(1)转向架质量及簧下质量大幅度降低，改善了动力学性能。

　　转向架簧下质量对车辆的动力学性能和轮轨作用力都有较大的影响，簧下质量越大，动力学性能越差，轮轨作用力也越大。从上述几种转向架可知，由于采用内侧悬挂结构，减轻了轮对和构架的质量，因而整体质量随之降低，有利于改善车辆动力学性能、减小轮轨作用力、减轻轮轨磨耗和环境污染、降低噪声等，并能达到轻量化的目的。

转向架类型	B5000	TR400	LEILA—DG	SF—30	TSFⅡ	庞巴迪动车转向架
最高运行速度/(km·h-1	200	350	120	70	80	80
轨距/mm	1435	1435	1435	1435-1456	1435	1435
车轮直径/mm	780/716	780/730	920	600	660	630
转向架质量/t	4.7	4.9	＜4	4.5	4.6	4.5
轴重/t	15	15	22.5	15.5	15	12
用途	干线客车		货车	城市轻轨车辆

　　(2)降低轮对摇头角刚度，改善曲线通过性能。

　　轮对的摇头角刚度是影响转向架曲线通过性能的主要因素，随着摇头角刚度的增大，通过曲线时轮轨横向力、轮对冲角、轮轨磨耗、轮轨噪声均有不同程度的增加，反之则减小。轮对的摇头角刚度K。可用式(1)表示：

　

　　b_p——轴箱悬挂横向跨距之半。

　　由式(1)可知，轮对的摇头角刚度与轴箱悬挂横向跨距的平方成正比。与传统转向架相比，采用内侧轴箱悬挂模式，轴箱悬挂横向跨距将缩短约50％，在相同纵向刚度的情况下，轮对的摇头角刚度将降低75％，从而大大改善曲线通过性能。因此，内侧悬挂转向架特别适合在小半径曲线较多的线路上运行。

　　(3)降低转向架的扭曲刚度，提高适应线路扭曲不平顺的能力。

　　转向架扭曲刚度越大，其适应线路扭曲不平顺的能力越差，通过扭曲线路时轮重减载率越高，严重时将危及行车安全。与轮对摇头角刚度一样，转向架的扭曲刚度与轴箱悬挂横向跨距的平方成正比。因此，内侧轴箱悬挂转向架也能大幅度降低转向架的扭曲刚度，极大地提高其适应线路扭曲的能力，非常适合线路刚度大、三角坑深度大、坡度及顺坡率高的线路。

　　(4)改善了空气弹簧的工作条件。

　　二系弹簧一般安装在构架的侧梁上，如果采用内侧悬挂转向架，空气弹簧的横向跨距也可以缩短，从而减小通过小半径曲线时空气弹簧的变形量，既改善了空气弹簧的工作条件，还有利于采用无摇枕结构。

　　(5)便于结构布置，增大车厢过道宽度，实现完全

　　低地板结构。在装有独立旋转车轮转向架的车辆上，如何增大车厢的过道宽度，是设计转向架时必须考虑的问题。尤其是装有牵引电机的动力转向架，电机的尺寸较大，如果将电机安装在轮对内侧，将使过道变得十分狭窄。采用内侧悬挂模式的独立旋转车轮转向架，将电机纵向布置于侧梁外侧，则可以解决过道狭窄问题。

　　(6)降低车辆运行时的噪声。

　　由于轴箱悬挂装置安装在轮对内侧，在车辆运行时轮对可以屏蔽部分轴承滚动时产生的噪声。同时，内侧轴箱悬挂一般采用“人”字形或锥形橡胶弹性元件，有利于吸收高频振动和噪声。

　　(7)采用外置的轮盘制动装置，便于更换和检修。

　　当然，内侧轴箱悬挂转向架也存在不足之处：轴承、轴箱置于轮对内侧，对其使用寿命和可靠性有很高的要求，特别是轴承应尽可能实现免维护，否则需要退轮维修或更换；内侧轴箱悬挂使转向架内部空间变小，对于需要安装电机、联轴器、齿轮箱等驱动装置的动力转向架，设计难度较大；二系空气弹簧横向跨距减小后，降低了转向架的抗侧滚能力，需要另外安装抗侧滚装置，以提高其倾覆安全性。

　　城市轨道交通具有准时、快捷、安全、高效、节能、占地少、对环境污染小等优点，是缓解城市交通拥挤的有效措施，因此受到许多大型城市的青睐，是现代化城市的标志之一。城市轨道交通网络主要包括在市内的地下铁道、在街面上与汽车共道的轻轨交通、高架线路和市郊的轻轨线路。相对于干线车辆而言，城轨车辆轴重较轻，因此也称为轻轨车辆(LRV)。

　　由于城市轨道交通网络分布于城市内的地下、主要街道以及市郊，这些区域建筑物密集，各种管线等城市生活设施星罗棋布。受上述因素的限制，与干线铁路相比，城市轨道交通具有以下显著特点：

　　(1)道床薄，轨重轻，轨道弹性差，对载运工具的轴重要求严格。

　　(2)曲线多，曲线半径小，缓和曲线短，顺坡率大，在街面的有轨线路甚至不设外轨超高和缓和曲线，线路条件较差。

　　(3)线路坡度大，最大可达60‰。

　　(4)列车运行速度不高，但站间距短，启停频繁。

　　(5)行车密度大，行车间隔可小于2 min。

　　(6)载客量大，对整车的轻量化要求高。

　　(7)车辆空重车差别大。为满足连挂的要求以及保持相邻车辆地板面的高度基本一致，轴箱悬挂的垂向刚度较大，增加了常规转向架通过扭曲线路的难度。

　　(8)在人口密集的城市运行，安全可靠性要求高。

　　(9)对列车运行噪声和环境污染有十分严格的要求。

　　由于城轨交通的特殊性，在这些线路上运行的车辆也应与之相适应，因此对城轨车辆转向架提出了更高的要求：首先，城轨车辆转向架应具有较好的曲线通过性能和适应线路扭曲的能力，有高的运行安全可靠性；其次，转向架应轻量化，牵引和制动能力强，启动加速度和制动减速度大；再次，满足空重车载荷变化要求，噪声低，对环境污染小。由前述内侧悬挂转向架的基本特点可知，内侧悬挂转向架能够满足城轨车辆的运行要求，可以解决传统转向架在城轨车辆中难以解决的诸多问题，将在城轨车辆中发挥重要作用。

　　随着我国现代化建设的不断深入和社会的进步，城市化规模不断扩大，城市化率显著提高，但城市交通拥挤现象也日益突出，汽车尾气排放的增加严重污染了城市环境，解决这些问题的有效方法是建设城市有轨交通系统。目前，我国大陆的北京、上海、广州、深圳、天津、重庆、南京、武昌、大连、长春等大型城市已建成部分城市有轨交通系统，更多城市如哈尔滨、成都、沈阳等的有轨交通系统也正在积极兴建和筹建中。我国城市轨道交通建设方兴未艾，即将迎来全面建设的高潮。

　　目前，我国在使用中的城轨车辆转向架与干线车辆转向架无明显区别，轴距基本在2 400 mm左右，转向架质量大，通过曲线时轮轨力和轮对冲角大，导致严重的轮轨非正常磨耗，污染环境。基础制动装置主要采用踏面制动的模式，不但制动能力低，噪声大，闸瓦磨耗产生的大量尘土对城市环境也构成了威胁。

　　《城市快速轨道交通工程项目建设标准》对城轨车辆转向架的轴距、运行噪声、轴重等技术指标提出了基本要求，如城轨B型车辆转向架轴距不大于2 200mm，轴重不大于14 t，客室内噪声不大于83 dB(A)。因此，开发一种新型环保的、运行品质佳的城轨车辆转向架势在必行。

　　轴箱内侧悬挂转向架具有质量轻、运行低噪声、曲线通过性能好、适应线路扭曲能力强等诸多优点，在国外已成功运用于城轨车辆、高速客车和货车上，这充分表明内侧悬挂转向架技术是成熟、可靠的，具有广阔的应用前景。在我国城轨交通系统大量建设的初期，应充分利用国外的成功经验，结合我国城轨车辆发展的实际情况，高起点研制具有自主知识产权的内侧轴箱悬挂城轨车辆转向架，这对于推动城市有轨交通系统的建设、改善城市交通拥挤状况、保护环境、提高人民生活质量具有十分重要的意义。