城市轨道交通车辆转向架的结构分析剖析.docx
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城市轨道交通车辆转向架的结构分析剖析
毕业设计(论文)
题目:
城市轨道交通车辆转向架结构分析
专业:
城市轨道交通车辆
班级:
11转车2501
学生姓名:
***
学号:
***********
指导教师:
***
2016年3月29日
北京交通运输学院毕业论文任务书
题目:
城市轨道交通车辆转向架结构分析
适合专业:
城市轨道交通车辆
指导教师:
提交日期年月日
专业:
城市轨道交通车辆班级:
11转车2501
学生姓名:
于景逵学号:
***********
中文摘要
北京地铁大兴线车辆装用的转向架为技术先进、可靠、结构简单、维护量小、轻量化的成熟产品。
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。
转向架构架采用钢板焊接H型结构,其横梁采用无缝钢管结构。
两种转向架均采用弹性轴箱定位装置,整体自密封双列圆柱滚子轴承,有效直径为φ540mm的组合式空气弹簧,“Z”字型中央牵引装置,自动高度调整阀,差压阀,横向油压减振器,踏面制动单元,装有降噪阻尼器的整体辗钢车轮,接地装置等。
动车转向架装有牵引电动机、一级减速齿轮传动装置和联轴节等。
拖车转向架构架横梁没有牵引电机悬挂座和齿轮减速箱吊杆座。
进行空气弹簧及其管路的气密性试验。
在空气弹簧工作高的条件下,两侧空气
弹簧及附加气室同时充入500kPa压力空气,保压15min,压力下降不大于25kPa,同时用肥皂水检查各管路及空气弹簧座平面不得有泄漏。
TI天线安装在水平安装梁上,水平梁的弹性设计可以有效抵消转向架构架端梁
在各种模态下产生的扭曲变形量。
1TI天线安装完成后需调平;
2TI天线、接近传感器均采用齿调方式进行高度调节,避免螺栓受剪,每个齿的高度为5mm,TI天线螺栓安装面距轨面高度321±3mm,接近传感器底面距轨面高度115±3mm。
第一章转向架................................................................1
1.1概述...................................................................2
1.1.1转向架的互换性.....................................................3
第二章转向架的结构..........................................................4
2.1转向架的构架...........................................................5
2.2轴承.................................................................6
第一章转向架
1.1概述
北京地铁大兴线车辆装用的转向架为技术先进、可靠、结构简单、维护量小、轻量化的成熟产品。
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。
转向架构架采用钢板焊接H型结构,其横梁采用无缝钢管结构。
两种转向架均采用弹性轴箱定位装置,整体自密封双列圆柱滚子轴承,有效直径为φ540mm的组合式空气弹簧,“Z”字型中央牵引装置,自动高度调整阀,差压阀,横向油压减振器,踏面制动单元,装有降噪阻尼器的整体辗钢车轮,接地装置等。
动车转向架装有牵引电动机、一级减速齿轮传动装置和联轴节等。
拖车转向架构架横梁没有牵引电机悬挂座和齿轮减速箱吊杆座。
转向架总体结构见图1:
动车转向架三维实体模型;图2:
动车转向架;图3:
拖车转向架。
图1动车转向架三维实体模型
北京地铁大兴线工程电动车辆项目培训教材第一分册第七章转向架部分
南车青岛四方机车车辆股份有限公司1-7-21构架组成2轮对轴箱定位装置3中央悬挂及牵引装置
4驱动装置5基础制动装置6转向架配管7受流器
图2动车转向架
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1构架组成2轮对轴箱定位装置3中央悬挂及牵引装置
4基础制动装置5转向架制动管路6附件安装
图3拖车转向架
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2转向架互换性
转向架在下列方面可以互换:
(1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、牵引梁、复合弹簧、牵引拉杆、横向油压减振器、单元制动缸、车轮等,均可以互换。
(2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、防尘挡圈等可以互换。
(3动车转向架用轮对(包含电机、齿轮箱、联轴节组件和接地装置)均可互换。
(4拖车转向架用轮对可以互换。
(5动车转向架的构架均可互换。
(7拖车转向架的构架可互换。
(8具有相同功能的动车转向架可以互换。
(9具有相同功能的拖车转向架可以互换。
3转向架主要参数
转向架参数表1
项目转向架型式
M1、M2、M3车T3车TC1、TC2车
轴距(mm220022002200
轴箱间距(mm193019301930
最大长度(mm3130(没有排障器3610(有排障器
最大宽度(mm2920(有受流器
车轮直径(mm840
车轮半磨耗(mm805
车轮磨耗到限(mm770
轮对内侧距1353±2mm
牵引点距轨面高度(mm270
空气弹簧距轨面高度(mm870
空气弹簧横向间距(mm1850
空气弹簧有效直径(mm540
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基础制动装置单侧踏面制动单元,每轴配一个停车制动单元
基础制动闸瓦高磨合成闸瓦
齿轮传动比137/18=7.611
制动倍率2.9
每台转向架重量692245954595
通过最小曲线半径正线:
R300m车场线:
R150m
4转向架结构
4.1.转向架构架
构架侧梁采用箱型全钢板焊接结构,与侧梁相贯通的横梁用无缝钢管制成。
无缝钢管选用Q345D。
构架使用寿命为330万公里。
构架结构见图4:
构架组成。
图4构架组成三维实体图
图5电机座和齿轮箱吊座及牵引座三维实体图
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南车青岛四方机车车辆股份有限公司1-7-61侧梁组成2横梁组成3电机吊座4齿轮箱吊及牵引座5轴箱定位器座
6横向止挡座7空气弹簧安装座8钢丝绳座
图6构架组成
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4.2.轮对轴箱定位装置
4.2.1.车轮采用HDS型整体辗钢车轮,并安装了降噪阻尼器。
踏面形状为标准型LM踏
面。
4.2.2.车轮压装于车轴,传动齿轮压装在动车的车轴上。
4.2.3.轴箱采用铸钢箱体,内装RCC整体自密封轴承。
1轴箱组成2轮对组成3叠层橡胶弹簧(左)4叠层橡胶弹簧(右)5齿轮箱驱动系统图7轮对轴箱定位装置
4.2.4.轴承
4.2.4.1.轴承在正常使用情况下800,000km免维护,使用寿命大于2000,000km。
4.2.4.2.轴承采用日本NSK公司产品。
型号:
120JRF11S8CG125。
外形尺寸为:
φ120³φ215³146
4.2.5.一系悬挂装置
一系悬挂装置采用圆锥叠层橡胶弹簧,动、拖车的一系弹簧性能参数值不同。
4.2.5.1.轴箱弹簧结构
转向架构架上弹簧座的直径232mm,由两个螺栓固定。
轴箱的顶部和转向架构架的止挡之间的间隙可以用调整垫进行调整。
叠层橡胶弹簧的使用周期为3~4年,寿命为6~8年。
一般按3年换修一次。
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图8
叠层橡胶弹簧外形图
4.2.5.2.叠层橡胶弹簧特点
1)叠层橡胶弹簧基本材料为橡胶,具有一定的阻尼,对减振和降噪极有好处;
2)在径向开挖缺口槽,可实现纵向和横向不同的定位刚度,以适应动力学对两个方向刚度的不同要求。
3)结构简洁,安装方便。
4.2.5.3.按有关国际标准对叠层橡胶弹簧所用橡胶进行下列试验:
1)橡胶加速老化试验;
2)橡胶硬度试验;
3)橡胶蠕变试验;
4)橡胶与金属零件粘接强度试验;
5)耐酸碱试验;
6)拉伸强度试验;
7)扯断伸长率试验;
8)扯断永久变形试验;
9)压缩永久变形试验;
10)脆性温度试验。
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4.2.5.4.叠层橡胶弹簧参数
动车叠层橡胶弹簧参数表2
垂向载荷(kN)AW0AW1AW2
弹簧参数18.2019.5226.50
垂向挠度(mm)21.423.031.2
垂向刚度(kN/mm)0.85
横向刚度(kN/mm)2.6±15%2.8(参考)3.7(参考)
纵向刚度(kN/mm)3.3±15%3.5(参考)4.7(参考)
AW0时的高度(mm)227±1
拖车叠层橡胶弹簧参数表3
垂向载荷(kN)AW0AW1AW2
弹簧参数14.5716.2623.54
垂向挠度(mm)20.823.233.6
垂向刚度(kN/mm)0.70
横向刚度(kN/mm)2.45±15%2.6(参考)3.6(参考)
纵向刚度(kN/mm)3.3±15%3.5(参考)4.3(参考)
AW0时的高度(mm)227±1
4.2.5.5.叠层橡胶弹簧的蠕变特性
1)初始蠕变:
96小时平均蠕变量不超过5mm。
2)老化蠕变:
10年之内平均蠕变量不超过10mm。
4.2.5.6.叠层橡胶弹簧的安装
当车辆运营6~8年后,叠层橡胶弹簧达到使用寿命,需进行更换。
1安装要求
1)产品表面清洁、光滑、完整,不允许有裂纹存在;表面的气泡不得多于三处,每处的直径不得大于3mm;
2)装车时,动车转向架装有带”M”标识的叠簧,拖车转向架装带“T”标识的叠簧。
产品更换也应采用此方法;
3)产品装车后,应有装车记录以便于质量跟踪及服务。
2安装步骤
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1)叠层橡胶弹簧,组装前A面应涂润滑脂;
2)组装时需涂抹Molykote1000扭矩系数稳定剂,其涂抹范围为螺栓距端部10~20mm长度,螺纹1/2圆周范围内;
3)整车落成后,在AW0状态下96h后,测量一系止挡间隙A,保证尺寸A=47~53mm。
如果超出范围,可通过在一系弹簧下面加垫调整。
一系止挡间隙A的调整方法,具体如下:
1.拆下螺栓及压盖;
2.用千斤顶同时顶起两侧叠层橡胶弹簧,并插入所需调整垫,见图10。
3.同时松开千斤顶,用M16(10.9级的螺栓及相应的垫圈进行固定。
图9轴箱定位装置
图10千斤顶作用位置
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4.叠层弹簧的左右件在每辆车的安装位置详见图。
图11叠层弹簧安装位置
5.注意事项:
1选用尽量少的调整垫以满足所需调整垫厚度的要求;
2调整垫最大厚度为14mm;
4在车辆运营维护过程中,一系止挡间隙要求控制在A=40~53mm;
5在正常运用条件下,车辆在运营过程中无需加垫调整一系止挡间隙A。
(3)落车后检查要求
1)产品表面清洁、光滑、完整,不允许有裂纹存在;表面的气泡不得多于三处,每处的直径不得大于3mm;因操作造成的痕纹不得多于三处,每处的长度不得超过12mm,宽度不得超过0.2mm;
2)修边整齐美观。
4.2.6.运用过程中的检查要求:
1应用过程中,应避免与其他物品碰撞,橡胶部分不允许与碱性、油性等会伤害橡胶的化学物质接触,不允许有强电流通过橡胶。
2动车轴箱弹簧使用6个月后应进行外观检查,之后每年进行一次外观检查。
3金属与橡胶粘合处边缘轻微开裂,深度小于15毫米;橡胶层表面有深度小于15毫米的裂缝现象,无需更换。
4金属与橡胶粘合处边缘开裂,深度超过20毫米;橡胶层表面周边任何四分之一的区域开裂深度超过20
毫米,需要更换。
注:
橡胶材料当中添加了抗氧化剂以便保护其不受臭氧以及其他环境因素的北京地铁大兴线工程电动车辆项目培训教材第一分册第七章转向架部分
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破坏。
这种抗氧化剂在产品有效使用期间可能会在橡胶表面产生一层白色物体。
在橡胶起皱周边区域,这一白色表层可能呈一种粉末状,这种状态下,如果不仔细观察,会误以为是橡胶开裂。
由于产品本身的挠度和橡胶材料的不可压缩性,橡胶表面起皱现象属正常情况。
4.3.中央悬挂及牵引装置
二系悬挂又叫中央悬挂,由组合式空气弹簧、自动高度调整阀、差压阀、横向油压减振器、横向止挡、安全钢索、调整垫等组成。
1空气弹簧2高度阀杆座3钢丝绳4高度阀杆5中央牵引装置6横向止挡7横向止挡座8高度阀(右)9高度阀(左)10横向油压减振器11差压阀图12中央悬挂及牵引装置
4.3.1.空气弹簧
在转向架构架与车体之间设置空气弹簧。
当任一空气弹簧失去压力时该转向北京地铁大兴线工程电动车辆项目培训教材第一分册第七章转向架部分
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架的另一空气弹簧将立即放气,保证其作用不影响车辆上其它气动系统的功能。
当空气弹簧失效时,橡胶弹簧止挡使车辆地板面高度的下降不超过40mm。
空气弹簧有效直径为Φ540mm,最大外径为Φ680mm,工作高度为200mm。
1胶囊2上盖3橡胶堆4橡胶座5下底座6螺母
7弹簧垫圈8O型圈9O型圈10O型圈
图13Φ540空气弹簧外形图
4.3.1.1.转向架构架横梁为空气弹簧储气缸,保证空气弹簧能得到正常的补充需求,而
又不使车辆上其他气动系统的功能受到损害。
储气缸设有手动排水阀,内部进行防锈处理。
图14手动排水阀
4.3.1.2.胶囊下部的叠层橡胶堆是为了通过曲线时减小胶囊的载荷。
另外,当空气弹
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簧无空气压力时,此叠层橡胶堆起垂直减振作用。
4.3.2.空气弹簧的吊装
搬运空气弹簧时,应使用附送的专用吊具,以免造成对空气弹簧的损坏及人身安全事故。
图15空气弹簧吊装
4.3.3.空气弹簧组装和分解
4.3.3.1.工具及工装
硬木棒、撬棒、手锤、扳手、组装试验台一套、风源(压力大于0.7MPa)、专用吊具。
4.3.3.2.组装
1.组装上盖2与胶囊1。
1首先,将上盖2放到安装台架上;
2)然后,用手将胶囊1大致均匀的压入上盖2的密封部位;
3)接着,使用前端宽度30mm、厚度5mm的硬木棒顶住,并用手锤敲入,直至密封部位完全嵌合。
注意事项:
密封部位禁止涂抹润滑油。
吊装工具
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图16上盖2与胶囊1组装
2.组装橡胶堆组成
橡胶堆组成包括橡胶堆3、橡胶座4、下底座5等。
1)首先,将橡胶堆组成放在台架上;
2)将胶囊1的密封部位均匀地嵌入下底座5的密封部位(可涂抹少量水作为润滑剂;
3)将台架高度H设置在330~350之间;
4)然后逐渐向空簧内充入300kPa的气压,保压3分钟。
并注意检查密封部位(图17中标※处)是否结合良好;
5)最后,释放空簧内压,并用专用工具进行吊装。
图17组装橡胶堆组成4.3.3.3.分解
1分解橡胶堆组成。
1)首先,向空气弹簧内充入10~20kPa的气压;
硬木棒
密封部位密封部位
台架
密封部位
※
H=330~350
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2)使用前端光滑的撬棒撬开密封部位的任一处,然后逐步扩大密封部位的开启范围。
注意事项:
撬棒不要划伤下底座5的密封部位。
图18分解橡胶堆组成
2分解胶囊1和上盖2
1)放入比胶囊1密封部位内径约大30mm的金属支架;
2)用千斤顶在金属支架的中部顶起而拔出胶囊1。
图19分解胶囊和上盖
4.3.4.空气弹簧装车
1安装空气弹簧时,上部进风口和下部通风口的外部表面,需涂润滑脂防锈。
撬棒
千斤顶
金属支架
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图20空气弹簧进风口示意图
2空气弹簧及其管路气密性试验
本试验在拆卸空气弹簧后的再次组装时,务必实施。
进行空气弹簧及其管路的气密性试验。
在空气弹簧工作高的条件下,两侧空气弹簧及附加气室同时充入500kPa压力空气,保压15min,压力下降不大于25kPa,同时用肥皂水检查各管路及空气弹簧座平面不得有泄漏。
3产品装车后,应有装车记录以便于质量跟踪及服务。
4.3.5.注意事项
4.3.5.1.运输和保管中的注意事项
1)运输空气弹簧时,应采取妥善措施,避免淋雨和损坏。
2)搬运空气弹簧时,应使用专用吊具,以免造成对空簧的损坏及人身安全事故。
3)避免长期保存在高温高湿的地方;避免粘着酸、碱和各种有机溶剂。
4)避免长期裸露保存在日光直射的地方。
5)空气弹簧长期保存1年以上,重新使用时,须进行如下工作:
检测各部件是否损伤;
检测金属部件是否生锈;
气密性检验;
更换所有O型圈。
4.3.5.2.使用注意事项
1)每套空气弹簧在出厂前已做过气密性试验,装车前检查各部无异常后方可北京地铁大兴线工程电动车辆项目培训教材第一分册第七章转向架部分
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直接装车使用。
2)为使空气弹簧正常工作,装车时应保证正常工作高度。
3)上盖、支承座与胶囊接触部位之间不得有异物嵌入。
4)不得用列检锤(或其他铁器)敲击空簧胶囊。
5)放置空气弹簧时,应让橡胶堆的下板支撑空气弹簧,避免横放或上下颠倒放置。
4.3.6.外观检验
若存在超限及影响空气弹簧正常使用的部件应立即更换,检验准则,见表2。
表
2
零件缺陷现象更换判定标准
臭氧
龟裂
由于臭氧恶化产生的龟状裂纹深度不允许超过1mm。
磨损
产生在滑动部位,即胶囊与上盖
板、胶囊与支承圈(或橡胶堆)之
间的接触摩擦
深度不允许超过1mm,胶
囊帘线不得外露
(1)由弯曲疲劳产生
深度不允许超过1mm,裂
纹长度不允许超过30mm
(2)由外伤疲劳产生(石块、玻
璃、金属利器等撞击引起)
同上
裂纹
(3)接缝部位的裂痕、裂纹同上
胶囊
鼓
泡
局部产生凸起
用手压后感觉柔软,表明
层与层脱开
变形
由偏载或局部集中载荷引起上盖
变形
不能保证与胶囊密封
上盖板
缺损橡胶硫化时缺损或组装时碰伤同上
臭氧龟裂由于臭氧恶化而龟裂深度不允许超过1mm
分离橡胶与金属板的粘接面产生脱离
橡胶与金属板脱离者不得
使用
橡
胶
堆
裂纹由于疲劳、外伤产生的裂纹深度不允许超过1mm
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4.3.7.横向止档
横向止挡用来限制车体的横向摆动。
所有与弹性橡胶堆相接触的转向架零件都经特殊涂层处理以防腐蚀。
图21横向止挡外形图
4.3.7.1.外观检查要求
1)产品表面清洁、光滑、完整,不允许有裂纹存在;表面的气泡不得多于三处,每处的直径不得大于3mm;因操作造成的痕纹不得多于三处,每处的长度不得超过12mm,宽度不得超过0.2mm;
2)修边整齐美观。
4.3.7.2.横向止挡安装
1)横向止挡预先安装在横向挡座的凹槽中,要保证横向缓冲挡的端面伸出横向挡座侧板外0
115−mm。
如果超出尺寸,通过加垫调整,或者更换横向缓冲挡或
横向挡座进行调整。
尺寸0
115−调整好后,拧紧横向缓冲挡的螺母。
2)待整车落成后,要保证横向止挡与中心销组成的间隙为10±1。
如果超出尺寸,通过加垫调整。
间隙10±1调整好后,拧紧横向挡座的螺母时。
3)产品装车后,应有装车记录以便于质量跟踪及服务。
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1横向止挡2横向止挡座
图22横向止挡安装
4.3.7.3.运用过程中的检查要求
1)应用过程中,应避免与其他物品碰撞,橡胶部分不允许与碱性、油性等会伤害橡胶的化学物质接触,不允许有强电流通过橡胶。
2)横向止挡使用6个月后应进行外观检查,之后每年定期进行一次外观检查。
3)金属与橡胶粘合处边缘轻微开裂,深度小于15毫米;橡胶层表面有深度小于15毫米的裂缝现象,无需更换。
4)金属与橡胶粘合处边缘开裂,深度超过20mm;橡胶层表面周边任何四分之一的区域开裂深度超过20mm,需要更换。
4.3.8.减振装置
采用液压减振器来阻尼车辆的横向振动,见图23;采用空气弹簧中阻尼节流孔来阻尼车辆的垂向振动,见图13。
油压减振器的质保期为80万公里或5年,空气弹簧使用寿命为6~8年。
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图23油压减振器安装图
4.3.8.1.结构
转向架采用萨克斯横向油压减振器(代号:
401300000242,具体结构如下:
1工作缸活塞2活塞3活塞杆4防尘罩5外筒6底阀7活塞杆导向器
8螺纹环9活塞杆密封件10工作缸密封件11阀片
图24油压减振器剖视图
4.3.8.2.油压减振器特征
油压减振器的特征由防尘罩上的钢印来识别。
主要技术参数见表3。
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