转向架总体技术方案杭州1号线汇编.docx
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转向架总体技术方案杭州1号线汇编
转向架
转向架总体技术方案
目录
1概述3
2互换性要求4
3转向架特点4
4主要技术参数4
5转向架具体结构5
6防腐保护17
7理论分析计算17
8型式试验18
1概述
转向架为ALSTOM公司的MetropolisB23型转向架，分为两种结构相似的动车转向架和拖车转向架，均为无摇枕结构。
两种转向架均采用橡胶弹簧的轴箱定位装置、由箱形焊接结构的侧梁和横梁对接而成的焊接构架、大胶囊空气弹簧、牵引橡胶装置、自动高度调整阀、差压阀、横向及垂向油压减振器、单元踏面制动装置和轮对装置等。
动车转向架还有牵引电动机、齿轮传动装置、联轴节等，拖车则还有轮缘润滑装置、ATC天线装置等。
动、拖车转向架具体结构分别如图1和图2所示。
图1动车转向架
图2拖车转向架
2互换性要求
转向架在以下条件下可以互换：
Ø在动车转向架和拖车转向架的结构中，空气弹簧、高度调整阀、差压阀、调整杆、中心销组成、横向挡、牵引装置、一系橡胶堆、垂向和横向油压减振器、单元制动缸、车轮、抗侧滚扭杆、轮缘润滑装置等，均可以互换；
Ø在轴箱组成部分，由于所安装的外部设备不同，轴端压盖和前盖不同，但其他部分如轴箱体、轴承等可以互换；
Ø相同功能配置的转向架可以互换
Ø动车转向架构架可互换
Ø拖车转向架构架可互换
Ø动车转向架用轮对（包含电机、齿轮箱、联轴节组件）均可互换；具有相同功能的拖车转向架用轮对可以互换；
不需采用加工工艺的方法即可满足互换性的要求。
3转向架特点
Ø成熟结构，模块化设计。
以ALSTOM公司有成熟运用经验的B25、B20转向架为基础，针对B型车特点进行局部变动，总体结构及各关键零部件均采用模块化设计并已有成熟运用经验；
Ø轻量化设计。
采用无摇枕结构，降低总体重量；
Ø采用大柔度空气弹簧来改善车辆乘坐舒适性。
Ø采用抗侧滚扭杆装置，提高车辆抗侧滚能力，从而提高了车辆乘坐的舒适性和曲线通过性能。
Ø牵引装置采用橡胶堆弹性牵引装置，为无磨耗结构。
通过优化三向刚度，隔离转向架振动通过中心销向车体的传递。
牵引装置结构可实现整车起吊时同时吊起转向架。
Ø采用进口自密封滚动轴承，实现轴承的免维护。
轴承的检修周期为6年或80万公里，按照ISO标准L10的寿命大于200万公里。
Ø一系悬挂采用圆锥橡胶堆结构，结构简单，无磨耗，易于维护和调整高度。
4主要技术参数
4.1动车转向架
转向架轴距
2300
mm
车轮直径（新轮）
840
mm
车轮直径（全磨耗轮）
770
mm
车轮内侧距
13530/+2
mm
轴重
14
t
动车转向架最大重量（包括电机）
6800
kg
动车转向架总长（基本转向架）
3160
mm
动车转向架总宽（基本转向架）
2470
mm
车轴轴颈中心距
1940
mm
二系悬挂间距
1760
mm
空载时二系悬挂上的车体接口高度:
可能调整值为（二系悬挂下）
840
+30
mm
mm
中心销处车体接口高度
807
mm
最大运营速度
80
km/h
下部限界
60
mm
4.2拖车转向架
转向架轴距
2300
mm
车轮直径（新轮）
840
mm
车轮直径（全磨耗轮）
770
mm
车轮内侧距
13530/+2
mm
轴重
14
t
拖车转向架最大重量（包括电机）
4800
kg
拖车转向架总长（基本转向架）
3160
mm
拖车转向架总宽（基本转向架）
2470
mm
车轴轴颈中心距
1940
mm
二系悬挂间距
1760
mm
空载时二系悬挂上的车体接口高度:
可能调整值为（二系悬挂下）
840
+30
mm
mm
中心销处车体接口高度
807
mm
最大运营速度:
80
km/h
下部限界
60
mm
5转向架具体结构
5.1构架
转向架构架采用全钢焊接“H”型结构。
动车构架和拖车构架分别如图3和图4所示。
侧梁采用U型结构，断面为箱形结构。
横梁也为箱形结构，由上下盖板、腹板、若干加强板组焊而成。
横梁和侧梁分别组焊后再对焊成构架组成。
图3动车构架图4拖车构架
动车构架上焊有各种类型的安装座。
其中横梁上设有电机安装吊座、齿轮箱吊座、横向和垂向减振器座、横向和垂向止档座、抗侧滚扭杆座等；侧梁上设有空簧安装座、轴箱弹簧座等。
拖车转向架构架与动车构架基本相同，侧梁是可互换，只是横梁组成上由于没有牵引传动装置取消了电机吊座和齿轮箱吊座。
构架由板材、铸件和锻件焊接组成。
为了保证最佳的焊接特性和结构强度，钢板采用P355NL1（EN10028），铸钢件的材料为E260/450MS（根据UIC840）或GE230（根据NFA32054），锻件的材料为C22（根据EN100083）。
构架整体组焊后对关键焊缝进行探伤检查，然后整体退火消除焊接应力并进行整体加工。
构架使用寿命不低于30年，在使用期间不产生裂纹等重大缺陷。
构架按以下标准进行制造:
Ø焊工资质符合EN287.1
Ø无损探伤操作人员资质符合EN473。
Ø程序按照EN288-3进行验证，原型产品按照EN288.6进行验证
Ø焊接材料符合EN440（焊丝），EN758（管状焊心）和EN499（被覆焊条）。
Ø焊接气体符合NFEN439。
Ø焊缝缺陷的验收标准按照ENISO5817。
Ø构架焊接后，根据NFF01-810在590°C下进行消除应力退火。
Ø热处理后喷丸并用水性漆（单一材质，单层，RAL7012）进行保护。
Ø构架在有平台的数控铣床进行机加工。
Ø机加工后，在3维检测仪上确定构架各关键尺寸符合设计要求。
5.2轮对轴箱装置
每个转向架有两根带外置轴箱的轮对。
动车转向架的每根车轴配有一个齿轮箱。
轮对内侧距为1353mm。
除车轴外，动拖车轮对组成各零部件均可互换。
动车轮对轴箱装置结构如图5所示。
图5动车轮对轴箱装置
5.2.1轮对组成
5.2.1.1车轮
车轮为实心的整体辗钢轮，符合TB/T2817标准，考虑轮轨降噪车轮采用直辐板型式。
轮毂处钻有一注油槽，车轮通过冷压安装到轴上，通过油压退轮，避免车轮擦伤车轴。
车轮踏面为LM型磨耗踏面，符合TB449标准。
整体轮包括 :
Ø位于轮辋外侧表面的磨耗到限参考槽
Ø一个堵头和一个注油孔
Ø车轮踏面为LM磨耗型踏面，符合TB449
Ø新轮直径:
840mm,磨耗轮直径:
770mm
Ø轮辋宽度 :
135mm,轮毂宽度 :
170mm
Ø允许最大不平衡值为125g.m
按照TB2817标准要求对车轮进行标识。
对车轮喷保护漆进行防腐保护，轮辋和踏面除外。
5.2.1.2车轴
车轴按14吨轴重设计，动车车轴还需承受由牵引产生的额外负载。
采用的疲劳设计方法符合EN13103和EN13104。
转向架车轴将按照TB/T1027标准进行生产并符合客户的特殊要求：
Ø车轴进行整体机加工。
Ø按照TB/T1619-1998和TB/T1618-2001规定进行磁粉和超声波探伤检查。
Ø按照TB/T1027标准的要求对车轴进行标识。
车轴须进行防腐保护。
对于轮座、齿轮箱座以及轴颈和轴端面等未油漆表面采取临时保护措施。
5.2.1.3轮对
转向架的轮对组成将符合TB1718标准：
Ø车轮通过冷压安装到车轴上。
Ø在压装过程中，按照TB1718标准控制压装力。
Ø要求对轮对进行NDT检测，并按照TB1718进行。
Ø组装过程中，应该按照TB1718标准的规定，车轮在一根车轴上的剩余不平衡应该在相对于车轴的相同方向定位。
应在每个车轮上面标识出不平衡的位置。
该标识应在交付的轮对上清晰可见。
Ø首次组装轮对需按照标准要求进行反压试验。
按照TB1718标准以及图纸中的标识打标记。
5.2.1.4轴承和轴箱
采用自润滑的密封滚动轴承，可以保证80万公里免维护。
已经特别注意了进水和腐蚀的风险。
轴承寿命超过2,000,000km（L10）。
采用整体铸钢结构轴箱，使用寿命为30年。
轴箱盖的设计用于确保良好的密封，能够检查组装并替换接地刷或速度传感器。
5.2.2轴端安装
根据列车总体布置，在转向架车轴端部可能布置不同的装置。
列车供电回流和为防止电流经过轴承产生电蚀，轴箱端部安装碳刷式接地回流装置。
每根轴上还装有WSP防滑传感器，为车上的防滑控制系统提供车轮转动速度信息，保证列车行车安全。
此外部分转向架还装有ODO里程表速度传感器，为列车ATC系统收集行驶速度。
三种装置如图6所示。
图6轴端装置
5.3一系悬挂
5.3.1一系悬挂的功能
转向架的一系悬挂设计主要实现下列功能：
Ø降低由轨道引起的冲击载荷对转向架和车辆的影响；
Ø防止车辆在不规则轨道运行时产生脱轨；
Ø通过合理地匹配轮对的定位刚度，使转向架能顺利的通过小半径曲线，同时保证其在运行速度范围内的动态稳定性。
Ø为无磨耗结构；
5.3.2一系悬挂的结构（见图7）
一系悬挂主要由一对圆锥形橡胶弹簧组成，安装在轴箱两侧，可提供转向架所需的三向定位刚度。
当轮重差大时，可以在橡胶弹簧上加调整垫来调整。
一系悬挂还设有轮对起吊，在吊起转向架时能够吊起轮对，同时还可以防止轮对的过量偏移。
由于橡胶堆具有一定的阻尼，可以起到衰减振动的作用，所以不用设置专门的一系垂向减振器。
橡胶簧也能为车轴轴承提供绝缘功能。
图7一系悬挂装置
为了补偿作用在转向架上的不同重量，将在锥形簧下加垫片使车辆在空载时得到正确的运行高度：
Ø从空载位置的拉伸行程:
25mm（起吊为35mm）
Ø从空载位置的压缩行程:
35mm
5.4二系悬挂
5.4.1二系悬挂的功能
二系悬挂系统在设计上的主要实现两个功能：
Ø确保为乘客提供良好的乘座舒适性；
Ø保证车辆轮廓在各种规定的动态条件下保持在动态限界以内。
5.4.2二系悬挂的结构
二系悬挂装置包括空气弹簧、横向和垂向减振器、横向缓冲器、抗侧滚扭杆、高度阀、差压阀等装置，其中高度阀、差压阀设置在车体底架上。
二系悬挂结构如图8所示。
图8二系悬挂
5.4.2.1空气弹簧
为了满足上述要求，转向架和车体之间采用空气弹簧作为主要悬挂组件。
每辆车由四个空气弹簧支承车体的重量，并在车体和转向架之间提供垂向、横向和回转刚度。
空气弹簧下部带有一个辅助橡胶弹簧，并在空气弹簧无气时提供紧急状态下的支撑刚度，保证在空簧意外破损后车辆能够正常运营到终点。
空簧的行程：
Ø拉伸行程为30mm，位于中心销的防过充螺栓限制此行程。
Ø垂直压缩行程为55mm。
5.4.2.2高度调整阀
每个空气弹簧由一个高度调整阀控制充风和排风。
对于一辆在轨道上静止的车辆，高度阀系统将能使车辆地板面相对于转向架构架的高度偏差保持在10mm范围内。
在不同载
荷条件下，高度调整阀使车辆地板面相对于站台的高度差保持相对稳定。
该装置设置在车体底架上。
5.4.2.3二系调整垫
车轮直径由于磨耗或镟轮加工造成车辆高度降低时，可在空气弹簧下加12mm厚调整垫来补偿，确保车体地板面与站台之间的高度保持相对稳定。
加垫的同时需要调整高度阀杆的长度，该调整不需要特殊工具即可操作，具体操作如图9所示。
5.4.2.4差压阀
同一转向架上的两个空气簧之间连接了一个差压阀。
当某个空气簧破裂或高度阀故障使空气弹簧过充时，差压阀确保两个空气簧一起受控地排气，防止车体过于倾斜并超出车辆的动态限界。
因此在计算车辆动态包络线时，除正常运行工况外，还需特别考虑空气弹簧发生破裂和过充等极端的故障工况。
该装置设置在车体底架上。
图9二系调整垫安装示意图
5.4.2.5抗侧滚扭杆
由于空气弹簧的垂向刚度较小，以及高度调整阀系统的滞后效应，车辆容易产生侧滚运动而影响乘座的舒适性及车体动态包络线。
因此需要在车体和转向架之间设置一个抗侧滚扭杆装置，用以抑制车体过分的侧向滚动。
抗侧滚扭杆的垂向连杆采用无磨耗的橡胶节点结构进行连接，减少了维护的工作量，降低了传递给车体的振动。
车轮磨耗补偿不需要抗测滚扭杆系统相应加垫。
5.4.2.6横向缓冲挡
弹性的横向缓冲挡提供了车辆在一定的横向位移后附加的非线性横向刚度，控制车辆的动态横向偏移，提高横向的乘座舒适性。
横向缓冲挡行程：
Ø总横向行程为（实心止挡之间）±40mm
Ø自由间隙为±15mm
5.4.2.7液压减振器
每个转向架设有一个横向液压减振器，装在中心销和转向架侧梁之间，吸收车体横向振动的能量。
转向架两侧均设置二系垂向液压减振器与空气簧并排安装，吸收车体垂向振动的能量。
5.5牵引装置
牵引组成由中心牵引销、牵引销座、锥形牵引橡胶套、牵引橡胶堆等构成。
中心牵引销固定在车体枕梁上。
牵引橡胶堆一端固定在牵引销座上，另一端固定在构架横梁上。
车辆运行时，由牵引橡胶堆传递运动所需的纵向力。
同时牵引橡胶堆具有较低的垂向和横向附加刚度，以减少转向架振动传递到车体。
橡胶堆的特性:
Ø纵向刚度 :
约1100daN/mm
Ø其它方向的刚度 :
约10daN/mm
在牵引销座两侧安装一定长度的防过充螺栓，在高度调整阀发生故障空气弹簧过充时，车体高度异常上升，牵引装置（包括牵引销座）随车体抬高，销座上的螺栓顶住构架横梁的防过充止挡，从而使车体高度保持安全的高度。
牵引装置结构如图10所示。
图10牵引装置
5.6基础制动装置
基础制动装置包括踏面制动单元、闸瓦以及供风的管路，其中管路布置在转向架下方，转向架的制动装置结构如图11所示。
图11基础制动装置
5.6.1制动缸
动车转向架制动装置采用单侧踏面制动的单元制动缸，单元制动缸分为两种：
一种为具有停放功能的单元制动缸，另一种为不带停放功能的单元制动缸。
制动缸采用克诺尔PEC7型单元制动缸，图12所示为带停放的制动缸。
图12停放制动缸
单元制动缸内均设有闸瓦间隙自动调整器，当由于闸瓦或车轮的磨耗，使闸瓦和车轮的间隙大于某一规定值时，闸瓦间隙调整器就会自动动作，保证闸瓦间隙始终保持在规定的范围内。
单元制动缸通过安装螺杆安装在构架侧梁上。
5.6.2制动闸瓦
制动闸瓦符合UIC标准，由高级的复合材料制成，摩擦材料不包含石棉或其他任何对人体有害的材料，符合有关环保标准。
闸瓦宽度80mm，厚度50mm，最大磨耗40mm。
5.6.3制动管路
使用带O型环配件的不锈钢气管。
管子一般采用材质为0Cr18Ni9的不锈钢材料；配套的管接头采用密封性能良好的接头，其材质为与管子材料兼容的不锈钢材料；管卡采用不锈钢或塑料卡子；紧固件全部采用不锈钢材料；支架采用不锈钢或铝材。
5.7牵引传动装置
牵引传动装置包括牵引电机、联轴节、齿轮传动装置。
杭州地铁的牵引传动系统由西门子公司提供，具体技术参数见其投标文件，结构如图13所示。
转向架为安装牵引系统提供满足强度和连接可靠的安装方式，以保证其正常的工作，并在电机非正常最大转矩时，能承受其所带来的载荷工况。
图13电机齿轮箱传动系统
电机齿轮箱传动系统主要参数：
序号
名称
数值
1
标称电压
1050V
2
标称电流
133A
3
标称功率
190kW
4
标称转速
1800min-1
5
起动转矩
1696Nm
6
最大电压
1403V
7
最大电流
283A
8
牵引电机最大转速
3630min-1
9
电机重量
535kg
10
齿轮箱传动比
6.32
11
齿轮箱重量
390
5.8信号天线装置
天线装置只在拖车头部转向架上安装。
为列车运自动控制需要，在列车行驶方向第1个转向架靠近1位车轴的构架上安装ATC/PTI天线装置，具体位置在构架侧梁端部和横梁侧面中部。
天线装置负责收集行驶线路情况和列车位置等信号，对列车自动安全驾驶起着重要作用。
ATC/PTI天线装置的安装参见图14。
图14信号天线装置
5.9轮缘润滑
轮缘润滑装置安装在列车前进方向上第一对车轮附近并将润滑剂喷射到轮缘根部，一列车安装两套润滑装置。
第一对轮缘得到润滑剂后，通过接触，轨道也得到了润滑剂，轨道上的润滑剂又会传送到后面的车轮上。
该装置所用的压缩空气取自列车的压缩空气管路。
系统的特点是采用了单质喷嘴和分配器结构。
轮缘润滑装置当以时间控制和弯道控制为基础时，能确保车辆在直道上快速行进时喷出的润滑剂较少，而在弯道行驶时喷出较多润滑剂。
当车辆时速低于5公里时，计时器停止工作且无法被唤醒直到车辆行驶时速高于5公里，这样车辆停止运行时润滑系统就不会工作。
轮缘润滑装置可以有效降低车轮和轨道之间的干磨擦，使车轮轮缘的使用寿命比原先延长数倍。
轮缘润滑系统安装方案如图15中红色部分所示。
图15轮缘润滑系统
6防腐保护
6.1油漆
油漆
干膜厚度
表面
颜色和亮度
水基油漆，
单一组成，单层，抗腐蚀性等级C4
抗盐雾≥1000h
平均120µm
具体的部件，分组成和整个转向架
RAL7012
光亮度≤5%
（灰）
6.2防烟防火
NFF16-101标准中的M1F1等级。
保证一个很低的可燃性和较低的烟雾排放。
6.3其它腐蚀保护
未油漆的金属部件或者为不锈钢或者进行了特殊的表面防腐保护处理。
在任何情况下，根据ISO9227，防腐保护至少能抵御500小时的盐雾，对应炎热，潮湿以及相当恶劣的环境。
7理论分析计算
7.1构架强度计算
转向架设计满足车辆主要技术要求规定的运行30年所需保证的静强度、疲劳强度要求。
并提供相应的计算报告。
采用著名有限元分析软件，按照UIC615-4、UIC515-4标准中关于静态载荷和疲劳载荷的要求确定载荷边界条件，对构架进行强度试验。
其中包括超常静态载荷试验、模拟运营静态载荷试验和1200万次疲劳强度试验。
除对构架的主体结构的母材和焊缝静强度和疲劳强度进行评估分析外，对横梁上牵引电机悬挂座和齿轮箱悬挂座及其相邻区域的结构强度和疲劳强度进行充分的分析和试验。
在疲劳试验过程中中试验结束后，均对构架焊缝进行无损探伤检查，不允许有影响安全运用的裂纹或永久变形存在。
7.2动力学性能分析计算
动力学分析计算采用的是多体动力学软件包。
软件中把车辆简化成一个具有弹簧、减振器和质量块，并具有三个平移平面（x，y，z）和三个旋转轴（侧滚、点头、摇头）的系统模型，输入曲线半径、超高、扭曲等线路参数，以及轨道的长短波激扰。
轮轨接口的
几何特性可按不同条件的蠕滑和等效锥度来模拟。
通过软件可计算出来各悬挂组件的位移、速度、加速度或力，预测车辆的平稳性、稳定性和动态包络线，分析出主要部件的自振频率以避免产生共振现象。
乘座舒适性主要受轨道、转向架和车体等多方面关系的影响，情况比较复杂。
通过动力学分析软件对悬挂系统的刚度和减振特性进行了优化，保证车辆的乘座舒适性满足下列要求：
在符合正常运行的轨道上，新造车辆在载荷为AW0到AW3之间的任何载荷和各种速度情况下，乘座舒适性指标在垂向和横向均不超过2.5；
在正常的线路条件下，在直线段、曲线段、道岔，规定的任意载荷和速度，车辆脱轨系数的最大值在正常情况下不超过0.8，在极限情况下不超过1.2；车轮的轮重减载率不超过0.6。
8型式试验
转向架设计过程中虽然进行了理论分析，但为了保证运营安全还需要按有关标准对关键部件和整个转向架进行型式试验，主要包括以下内容：
Ø构架静强度和疲劳强度试验；
Ø车辆动力学性能试验；
Ø空气弹簧型式试验；
Ø一系橡胶弹簧型式试验；
Ø称重试验；
Ø转向架均衡试验；
Ø限界试验等。
按合同文件要求，在试验前向买方提供试验大纲并请确认，试验结束后提供试验报告并请确认。
B23转向架与B25、B20转向架结构对比分析
序号
项目
B23转向架
B25转向架
B20转向架
备注
1
构架装置
“H”型焊接构架
√
√
注：
转向架结构类同项目打“√”；可互换项目打“☆”
2
箱形横梁
√
√
√
3
箱形侧粱
√
√
√
4
轮对轴箱装置
带簧座轴箱
☆
☆
5
直辐板车轮
☆
☆
☆
6
自密封轴承
☆
☆
☆
7
一系橡胶弹簧
√
√
8
二系悬挂
大柔度空气弹簧
☆
☆
☆
9
横向止挡
☆
☆
☆
10
减振器
☆
☆
☆
11
牵引装置
牵引橡胶堆组成
☆
☆
☆
12
防过充装置
☆
☆
☆
13
铸造中心销
☆
☆
☆
14
制动装置
踏面制动缸
√
√
15
连接螺栓安装方式
√
√
升级会员 