机械与设备 地铁转向架牵引装置设计探讨 黄毅徐放 （沈阳地铁集团有限公司运营分公司） 【摘要】本文从地铁转向架牵引装置的功能和结构形式出发， 对其设计方面的问题进行探讨，然后进行强度校核计算方面的分析， 最后讲述了基于ＡＮＳＹＳ牵引装置的强度计算问题。 【关键词】牵引装置；地铁转向架；技术参数；设计 地铁转向架牵引装置的设计是使转向架能够更好地配合车身运 重要承力零件实施校核，主要需要校核的零件包括牵引杆、牵引座、 中心销、芯轴与橡胶关节。具体步骤如下： ３．１计算载荷工况的确定 按照ＵＩＣ ６１５—１标准“转向架与车体的连接部件”里的要求“连 接部件承受纵向３０ｍ／ｓ。的冲击的时候不发生永久变形；承受５０ ｍ／ｓ 冲击的时候不发生破坏，但允许产生永久变形”以确定实际的载荷 动，并将牵引力以及制动力传送到车身，进而让地铁正常行驶。由 此可见，牵引装置的设计对地铁的运行质量有很大影响，而牵引装 置在设计的时候受到的限制比较多，需要遵循多个条件的要求。总 体而言，牵引装置的设计需要尽量满足五个要求：可以平稳传送力、 转向架对车身的偏移量尽量小、牵引点尽量低、刚度强度达标以及 结构不能太复杂。 １牵引装置影响地铁运行的因素分析 地铁转向架牵引装置主要是用来传送牵引力与制动力。其中对 其运行性能影响最重要的两大因素就是：结构形式以及布置方式。 若想提高地铁的运行性能，事实上就是要尽量降低轴重转移。 而地铁的轴重转移就是指在牵引工况的时候，产生了轴荷重的改变。 产生这种改变的主要原因是由于作用在地铁上的外力一轮固牵引 力与车钩牵引力不在一个作用面高度，这就导致产生了力偶。最终 造成了前后转向架各轴的载荷不同，此外，因为在机车起动的时候 以及上坡的时候，机车的载荷量要比平路以及下坡的时候要大很多， 所以轴重转移在地铁起动的时候以及上坡的时候产生的影响更大。 车辆最大轴重转移量的计算公式如下：△Ｇ＝（Ｈ×ｌ＋（Ｌ－１）×ｈ） ＸＦ／Ｌ×１ 根据公式可知，若想减小△Ｇ，就要使Ｌ或者ｈ尽量降低，尽量 减少车辆中心距与牵引点的高度。因此，在改善地铁性能的时候， 应当从这两方面入手。 ． ２地铁转向架牵引装置的结构形式 不同的地铁都有不同的需求，在设计过程中所要遵循的条件也 不同。一般情况下，包括下面三种结构形式。 ２．１“Ｚ”字型牵引拉杆中心销式牵引装置 这种结构形式的牵引装置设置于转向架的中间，主要包括二系 横向止档、中心销组装、横向止档座、连杆销、牵引座之类的零件。 此类结构形式与其他相比最大的优势就是对称性好、灵活性高，并 且能够增添起吊限位作用与空气弹簧防过充作用。但是也有一定的 局限性：占地面积大，不好安置。当今，在北上广的多条地铁线上 使用了这种结构形式，比如上海的ｌ、２、４号地铁线。 ２．２单拉杆牵引装置 这种结构形式相对比较简单，一般包括牵引座与牵引杆组装。 前者直接安装在车身，而后者用于连接构架横梁上的牵引杆安装座 与牵引座。一般情况下，后者包括一根牵引杆以及两个牵引橡胶关 节。橡胶的材料特性使得转向架能够很好地适应了车身的运动。这 种结构形式简单易行、体积小。但是由于在牵引杆长度方面有要求， 而且安装的高度不好下降，对于地铁运行性能的提高有限制。所以 在实际应用中不如“ｚ”字型牵引拉杆中心销式牵引装置多，比如在 上海ｕ号线有使用。 ２．３中心销板式牵引装置 这种结构形式把中心销设置到了车身下面，利用中心销板中的 橡胶复合弹簧使其联接到中心销板上，这样很好地使转向架能够适 应车身在行驶中遭受的碰撞，从而降低了噪音。这种结构形式和单 拉杆牵引装置一样简单、占地面积小，然而也是牵引点难降低，造 成性能难以提升。现在这种结构已经很少看见了，在早期的车辆实 际中有运用。 ３地铁转向架牵引装置的强度校核计算 对于地铁转向架的牵引装置是否能够投入使用，应当先实施强 度的校核，以确保符合使用的要求。一般情况下，是分别对其中的 工况。此外，在分析情况的时候，还需要将拉力与压力情况分开考 虑。具体工况分为六种，启动时的拉力应力工况、受到３０ ｍ／ｓ 冲击 的拉力应力工况以及受到５０ｍ／ｓ。冲击的拉力应力工况。 ３．２强度评定依据 在不同的工作条件下，应力极限要求不同。因此，要分为纵向 启动时，限制在材料的疲劳强度极限内；承受纵向３０ｍ／ｓ。的冲击时， 限制在材料的屈服强度极限内；承受５０ｍ／ｓ 冲击时，限制在材料的 强度极限内。 ． ３．３牵引座强度计算 牵引座主要受两个力：牵引力与横向减振器阻尼力。而牵引座 是对称的，拉力与压力对其造成的应力分布是一样的，因此只要计 算拉力就行。此外，应当在导向筒和复合弹簧连接的内孔增加位移 约束，并使销孔和连接座的位置受力。 ３．４连杆体强度计算 连杆体一般选择的是与牵引座一样的材料。而其受力分析，计 算过程也与之相似。 ３．５中心销组装强度计算 中心销组装包括中心销与中心销座，可以当成一个整体处理。 其主要受到的是牵引力以及减振器的分力，并且两种力垂直。又因 为其是对称设计，拉力与压力的应力分布相同，所以也可以只计算 拉力。此外，应当在其底面增加位移约束，并使其设置复合弹簧的 部位受力。 ４基于ＡＮＳＹＳ牵引装置的强度计算 结合使用有限元软件进行强度分析，可以更加直观的观察牵引 装置各个重要部件三维模型的受力情况。目前，这种有限元仿真分 析方法在全球应用越来越广泛。 这里以“Ｚ”字型牵引拉杆中心销式牵引装置为例。首先应当搞 清楚整个牵引装置里的重要受力部位一牵引座、连杆体、中心销、 中心销座四个部分，然后使用软件处理。分析在工作条件最差的情 况下，它们的应力云图分布格局。并且根据相关的参数，计算各种 情况下，它们的最大屈服应力。 中心销与中心销座是对称零件，拉力和压力的应力分布一致， 所以只要处理拉力情况即可。根据计算结果，判定是否符合车辆所 需的强度要求。此外，需要考虑所选的材料，对其参数应当进行对 比，计算的最大值不可以超过材料的屈服强度。 ５总结 综上所述，地铁在城市发展的进程中建设的越来越多，对其运 行的性能提出的要求也越来越高。如何让地铁更好地满足人们的生 活需要，应当对影响其性能的因素仔细分析，从结构、布置等方面 找出改善性能的方法。其中对于牵引装置设计的探讨，是为了增强 地铁的动力性性能，改善轴重转移的情况。多种多样的牵引装置层 出不穷，对地铁整体结构、动力性性能进行了不同程度的改善。但 是仍然需要进一步优化，以获得更加成熟的技术。 参考文献： 『１１朱向阳．Ａ型地铁车辆ＺＡＭ０８０型转向架牵引装置ｍ．电力机车 与城轨车辆技术．２０１０（３）． 『２１周立秋，颜志军．地铁转向架牵引装置设计探讨［丌．现代机 械，２０１３（１）． 【３】周殿买，徐彬，孔瑞晨，程建会．快速地铁转向架结构设计Ⅱ］．设计制 造，２０１２（５）． ２０１４．０２ Ｉ ３０３
