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轨道车辆设计基本原则概述

已有 968 次阅读 2019-8-9 20:17 |个人分类:科普集锦|系统分类:科普集锦| 轨道车辆, 设计, 铁道车辆, 车体, 转向架

轨道车辆设计基本原则概述

伍赛特

 

1车辆设计总体原则

对动车组和客运车辆的设计制造应遵循先进、成熟、经济、适用、可靠的方针,遵循标准化、系列化、模块化、信息化的原则。

1)具有良好、可靠的运行安全性。采用了先进成熟的转向架、轻量化和模块化车体、具有先进的防滑、防空转控制系统和自动列车保护系统。牵引单元采用先进的IGBT功率元件以及VVVF控制牵引方式。设置安全行车监控系统,车下悬吊装置均采用安全防护设施。

2)以人为本的人性化设计。以舒适性、适用性为出发点,充分考虑旅客的旅行需求。如采用密接式车钩,避免纵向冲动。

3)节能和环境保护的设计理念。采用再生制动方式,低阻力走行装置降低运行能耗;采用阻燃、环保材料,整列车设真空集便装置,减少环境污染。

4)采用信息化技术,提升可靠性。有行车安全监测诊断系统和无线传输系统,实现列车监控、诊断的信息向地面设备的传输。

对货运车辆,同样应该遵循先进、成熟、经济、适用、可靠的方针,标准化、系列化、模块化、信息化的原则。重点包括:

1)具有良好、可靠的运行安全性。采用了先进成熟的转向架、轻量化和模块化车体,以降低产品的制造成本。

2)节能和环境保护的设计理念。低能耗转向架设计、低噪声技术的应用,减少环境污染,可循环材料的使用等。

3)便捷的可用性和可维修性,降低产品的运用成本。

4)对快捷货运车辆和特殊货物运输车辆应装备有车辆运行状态监测诊断系统,保障运用安全。

 

2车体设计原则

车体是运送旅客和承载货物的基础,因此对轨道车辆的相关“安全、舒适、节能、环保”的总要求同样适用于车体的设计,具体体现在:

1)车体轻量化设计要求:采用合理的承载结构和新材料,在保障结构寿命和安全的前提下,降低车体自重;

2)车体耐碰撞安全设计要求;

3)客车车体的密封要求;

4)货车车体的可用性和可维护性。

 

3 转向架设计原则

在客车和高速动车组转向架的设计中,通常采用空气弹簧悬挂系统、无磨耗轴箱弹性定位、盘形制动为主的复合制动系统等。以下的设计原则在国内外基本上形成共识:

1)采用能有效地抑制转向架蛇行运动,提高转向架蛇行运动临界速度,提高转向架运行稳定性的各种措施。

2)采用高柔性的悬挂系统,降低轮轨间动力作用,以获得良好的振动性能,提高车辆和转向架运行的平稳性。

3)采用高强度、轻量化的转向架结构,提高转向架结构运用安全性。

4)驱动装置采用简单、实用、可靠、成熟的结构,尽量减小簧下质量和簧间质量改善轮轨间的动作用力,提高运行可靠性。

5)基础制动装置采用复合制动系统,提高运行安全性。

对货车转向架的一般要求是:结构简单合理,工作安全可靠,运行性能良好,制造成本低廉,维护检修方便等。一般货车转向架主要由轮对轴箱装置、弹簧减振装置、构架或侧架和摇枕、基础制动装置等几部分组成。

对快速货车转向架,由于运行速度的提高,许多设计方法参考了客车转向架,但是由于货物运输的要求,需要在运行安全性、可靠性、成本和可维护性等方面兼顾,基本的准则包括:

1)采用轴箱和中央弹性悬挂,减轻簧下重量。簧下重量对车辆的动力学性能和轮轨作用力都有较大影响,簧下重量越大,动力学性能越差,轮轨作用力也越大,因此,快速货车转向架应采用轴箱弹性悬挂来减少簧下重量。

2)采用空重车非线性悬挂系统,满足装载要求。由于货车在空重车工况下载荷变化大,受限界和车钩高度的限制,货车转向架垂向总挠度及空重车状态下垂向挠度差有严格限制。为使空、重车都具有良好的动力学性能,主悬挂系统应采用两级及以上线性弹性元件的组合或非线性刚度弹性元件。

3)减少悬挂中的磨耗件。随着运行速度的提高,转向架各部件的振动加剧,如转向架中磨耗件太多,将严重影响车辆运行性能的稳定,缩短维修周期,加大维修工作量和维修成本。所以快速货车转向架应尽量减少悬挂中的磨耗件,最好实现无磨耗。在结构上可采用弹性定位、液压减振器等方式来实现。

4)采用整体焊接构架或控制转向架蛇形运动稳定性。三大件转向架的菱形变形是影响车辆运行稳定性的主要因素,因此采用三大件式结构的快速货车转向架应在结构上采取相应措施增加转向架抗菱形变位的能力。而整体焊接构架则彻底消除了菱形变形。具有良好的横向运动稳定性,同时整体构架为安装盘形制动提供了条件,使转向架具有较好的制动性能,所以整体构架在快速货车转向架中得到了广泛的运用。

5)采用车体/车专向架回转装置,提高转向架蛇形运动稳定性。货车速度提高以后,对稳定性的要求相应提高,因此在车体和转向架构架间应加装合适的抗蛇形装置,提高转向架的蛇形运动稳定性。比如采用常接触弹性旁承十纵向拉杆方式,安装油压式的抗蛇行减振器,或其他主动控制元件等。

6)采用盘形或轮盘制动装置。车辆速度提高后,对转向架的基础制动装置也提出了新的要求。由于不同国家对制动距离的要求不尽相同,所以快速货车转向架的制动方式也有较大区别。如欧洲铁路对制动距离要求较高,120 km/h以下的转向架采用单侧或双侧踏面制动,当速度提高到140 km/h以上时,普遍采用盘形(轮盘)制动十防滑器的方式。

对重载货车转向架,目前国际上采用的常用设计准则包括:

1)采用高强度转向架结构,提高转向架结构安全性;

2)采用具有径向作用的转向架结构,以减小曲线轮轨横向力、降低车辆和钢轨磨耗,同时降低运行阻力;

3)采用一系悬挂系统,以减小簧下质量,改善轮轨间的垂直动作用力,实现低动力作用,提高转向架走行部和钢轨的使用寿命;

4)采用空重车非线性悬挂系统,满足装载要求;

5)基础制动装置采用复合制动系统,简化制动系统,提高运行安全性。

 

参考文献

[1] 陆正刚. 轨道车辆设计[M]. 上海:同济大学出版社, 2015.12.

[2] 严隽耄. 车辆工程[M]. 北京:中国铁道出版社, 1992.




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1 杨正瓴

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