A型地铁车辆动车转向架设计

摘要

据统计，现今世界上人口超过一千万的城市有18个，而在我国近年来也将近共有50个城市左右的人口超过了一百万。为了减少日益增长的城市交通压力，保证人们的出行便利和城市的环境质量。人们开始发展了地下轨道运输。转向架作为城市轨道车辆的重要组成部分起到了至关重要的作用。本文就对地铁A型动车转向架进行了分析。对地铁A型车辆的转向架的构架，轮对，轴箱，位于构架与轮对之间的一系悬挂，位于构架与车体之间的二系悬挂，驱动装置（牵引电机) 和基础制动装置（踏面制动）进行了设计和详尽的介绍。并采用solid works 和AutoCAD等软件对转向架的装配与和零部件图进行了展示。

关键字：城市轨道车辆转向架设计

ABSTRACT

According to statistics, there are 18 cities with a population of more than ten millions in the world . while in China in recent years has almost 50 city’s with a population of more than one million. . In order to reduce the growing urban traffic pressure, people started to develop the underground rail transport. Bogie as an important part of the urban rail vehicles has played a an important role. This paper analyses the metro bogie type A motor car. On the bogie frame, wheel, axis, a suspension, suspension, drive and foundation braking equipment design, and detailed introduced. Using solid works and Auto CAD software for truck parts and assembly drawing for the display.

Key word: metro bogie design

目录

_ (1)

ABSTRACT (2)

前 (5)

第1章问题的提出 (6)

1.1国内城市交通现状 (6)

1.1.1城市道路拥堵问题 (6)

1.1.2城市的环境问题 (6)

1.2国内城市地铁现状及问题的提出 (6)

第2章设计思路与可行性分析 (10)

2.1总体设计思路 (10)

1.2 2.2设计目标 (11)

2.3可行性分析 (11)

第3章地铁A型动车转向架总体设计方案 (13)

3.1整车简介 (13)

3.2转向架设计总体要求 (14)

3.3.转向架整体结构 (15)

第4章转向架主要零部件设计 (17)

4.1 補 (17)

4.2轮对轴箱装置 (20)

4.2.2轴箱装置 (21)

4.3弹性悬挂装置 (23)

4.3.1 —系弹性悬挂装置 (23)

4.3.2二系弹性悬挂装置 (23)

4.3牵引装置 (27)

4.4制动装置 (29)

30

4.5附属附属 (29)

&棘 (31)

参考文献 (32)

中南大学本科毕业设计论文（设计)

刖S

城市的发展需要发展交通，交通的发展又促进着城市的发展。在现代化的大城市中，城市轨道交通已经成为了城市形象的标志之一。它凭借着大载客量、快捷、准时、安全、环保而成为解决城市交通拥堵的有效手段。

自从世界上第一个地铁系统于1863年在英国伦敦建成运行以来，尽管历经了许多的曲折和发展历程，但是世界上的大城市无不以轨道交通系统作为城市骨干的公共交通系统。我国在建国后期也开始了地下铁道的建设，但当时多是为了战事工程建筑的。我国第一条地铁是在1965年于北京建成的，在接下来的几十年里，上海，广州，天津等城市也纷纷的构建起了城市轨道交通。截止到目前为止，北京地铁通车长度为456公里，上海通车长度为473公里，广州通车长度为 236公里，这些在我国都属于城市轨道交通比较发达的城市。但是即便如此在任何一个国内的城市中都没有形成真正意义上的以轨道交通为骨干的公共交通网络。我国是世界上人口最多的国家，发展公共交通事业这一任务刻不容缓。

转向架作为城市轨道车辆的重要组成部分，可以分为动车转向架和拖车转向架，它对列车的运行起到了十分关键的作用。它的主要任务是负责承载，牵引，缓冲转向和制动。因此转向架可以直接的影响到车辆的运行品质，动力性能和行车安全等。转向架设计的基本原则是尽量采用高柔性的弹性悬挂系统，以获得良好的震动性能；采用高强度，轻量化的转向架结构，以降低轮对间的动力作用；采用能有效的一直转向架蛇形运动，提高转向架蛇形运动临界速度的各种措施；基础制动装置采用复合制动装置系统等。

本次毕业设计的题目是A型地铁车辆动力转向架设计，在我国目前的城市轨道交通车辆中广州地铁一号线，上海地铁一号线等车辆采用的是A型车。因此我们设计参考的是广州地铁一号线的动车转向架。此型号车辆的A1型的制造商是德国adtranz与西门子公司，设计时速为80km/h; A2型是由长春长客-庞巴迪轨道车辆制造的，设计时速90km/h,营运时速是80km/h; A3型是由庞巴迪长春客车制造的设计时速90km/h，营运时速80km/h.

第1章问题的提出

1.1国内城市交通现状

随着社会的发展，许多城市都纷纷的涌来了大批的外来人口，城市中的人口变得越来越多。截止到2012年，北京市人口达到2069. 3万，上海市的人口达到2347. 46万，广州市的人口达到1275万。另外近年来机动车的数量也快速的发展，给城市的道路压力和环境带来了很多不利的影响。城市交通中的矛盾也被体现的越来越突出和明显。

1.1.1城市道路拥堵问题

许多的城市由于机动车的快速增长，道路的压力越来越大，对居民的日常的工作和出行造成了很大的影响，并且已经成为了制约城市发展的重要瓶颈，虽然说有些城市的为了减少这些问题采取了限号出行等方案，但是都没有很根本的解决问题。

1.1.2城市的环境问题

近年来由于经济的快速发展，对我们的环境也产生了非常巨大的问题。机动车尾气的排放已经成为仅次于工业和建筑业的第三大排放源。正是由于这些污染近年来我国的出现的雾霾的情况也越来越多，给居民的生活健康造成了极其重大的影响。另外机动车产生的噪声污染也不可忽视。

所以就目前的现象来看低碳环保的公共交通凭借着它运能大、速度快、无污染等优越的特点已经成为国家发展的趋势。2013年，预计有12个城市将开通运营轨道交通线路，其中新增首次运营的城市有哈尔滨、长沙、宁波、郑州，总计新增运营里程约387公里。

1.2国内城市地铁现状及问题的提出

建国之后，新中国第一条地铁线路始建于1965年07月01日（北京地铁一号线），1969年10月01日建成通车，使北京成为中国第一个拥有地铁的城市。天津地铁始建于1970年4月7日，1976年1月试运行。是中国继北京后第2个拥有城市轨道交通系统的城市。随后上海、广州、深圳等城市也相继开通了地铁。根据每个城市人口的需求和客流的分析，每条城市轨道的车辆基本上可以分为三种型号，分别是A、B、C三种。A型地铁列车（主要应用在人口比较稠密和客流量比较大的城市线路之中）：长22. 8米，宽3米；B型地铁列车（有的城市根据自己的城市轨道特点还会将型号更

改为非标准型）：长19米，宽2. 8米；C 型地铁列车：长19米，宽2. 6米。国内基本上采用B型车的城市比较多，例如北京地铁的车辆除了机场线是A车，其他均为B 车。而天津因为人口没有那么稠密所以地铁的车型基本上全部为B型车。天津地铁1号线为非标准B车，2号线B1型车，3号线标准B型车。广州1、2号线为A车，3号线、广佛地铁为B 车。

转向架作为地铁车辆的重要组成部分承担着很大的作用，由于城市轨道交通需要具有足够的载重量，而且在长度和容积上也要考虑到乘客的安全，因此采用转向架是最好的解决方案之一。另外我们城市的轨道不可能是一路上都是直线，所以蛇形运动在我们的的车辆中是不得不考虑的一个问题。为了减少这个现象，让乘客更加舒适的乘坐。我们可以利用转向架来实现车体的自由回转，这样一来车辆能够最大限度的不受到曲线半径的影响，同时还能降低运行时产生的各种不利因素（环境噪声和阻力等）达到最优状态的运行。最为重要的一点就是乘坐的舒适性问题。为了增加城市轨道交通的稳定性我们必须对地铁的转向架安装减震装置（一系悬挂和二系悬挂），这样一来才能减少车辆在运行过程中的颠簸，使乘客具有良好的舒适度，这样一来才能最大限度的保证车辆具有良好的动力特性和运行品质；另外转向架还能起到平衡车体的重量使车体的各种载荷和作用力均匀的传递到轮轨上面，让车轴的受力可以更加的均匀增加使用寿命。另外车子的制动装置（此车型使用踏面制动）和牵引装置也是安装在转向架上面的，从而满足多方面的牵引力和制动力的要求。

由于我国的地下铁道运输开展的比较晚也比较缓慢，我国的通车里程以及技术条件上面的差异也相较国外相差比较多。但是我们国家正在努力的缓解这样的问题。我国的轨道交通车辆基本上可以分为以下几种类型。长春客车厂制造的客车（天津地体一号线，天津地铁九号线、北京地铁一号线等，）使用的均是标准零部件及成熟的设备。其中很重要的一个生产原则就是生产的模块化，这项原则已经很广泛的应用在我国的机车车辆制造产业之中（我们在戚墅堰实习时也听过类似的讲座）。所谓的模块化就是将转向架分为几个部件，单独生产在进行相互装

配，这样能够使多个工位同时进行，让车辆的维修周期的效用达到最优化。另外在踏面制动的踏面处应进行定期的磨耗检查，轮对也要进行探伤实验。

此类转向架构架为‘H’型结构，也是转向架之中最常见的一种结构（我们此次设计的A型车就是H型构架）。位于车体和转向架之中的二系悬挂装置多采用空气弹簧，也有少数车辆采用的是橡胶弹簧。这些弹簧和减震装置（横向减震器和纵向减震器）基本上是安装在侧架的中部。在横梁上安装有电机吊座（电机的悬挂方式分为轴悬和架悬只有架悬式才安装有电机吊座）。为了防止转向架的侧扭，在侧梁的下部还设置有抗侧滚扭杆座。为了便于维修，侧梁端部设置了四个起吊座，使构架或整个转向架被安全地吊起。对于强度计算的话，基本上是采用了EN10025标准的S275J2G3钢板制造。构架的焊接和探伤检查均采用欧洲标准。在额定载荷下，构架预计疲劳寿命为3〇?35年。轴箱轴承采用符合nc标准的圆锥滚子密封轴承（此次设计的转向架采用的是双列圆柱滚动轴承），整体压装到车轴上。轴箱轴承组件形成整体密封系统，并预先添加了润滑脂，延长了使用寿命和维修间隔的时问。轴承内装有塑钢保持架，可降低内部摩擦并具有良好的自润滑性能。轴箱端部可安装碳刷式轴端接地装置，将电流直接导向钢轨(适用于北方第三轨受电的车辆），防止电流经过轴承产生电蚀。为了保证车辆能够完美的完成制动，在转向架的每根轴上还装有防滑速度传感器，为车上的防滑控制系统提供车轮转动速度信息，防止车轮发生滑行。另外作为附属装置在每列地铁编组头车的轴端还装有ATP速度传感器，用以检测车辆的时速。

本次毕业设计设计的A型动车转向架的构架采用的是“H”型构架，这样可以起到动车与拖车转向架之间的互换作用。转向架的焊接方式一般采用以下几种，包括构架式焊接转向架，三大件式转向架和堆构架式转向架。我们此次设计采用的是全钢焊接构架。它是由横梁和两侧梁组焊而成。在横梁上设有各种零件的安装座，包括电机（架悬式），齿轮装置和牵引装置等。另外在构架的侧梁上也设有踏面单元制动器。在侧梁上也设计了一些安装座，包括了一系悬挂装置(八字形橡胶堆）和二系悬挂装置（橡胶弹簧）等部件。为了保证各部件都能够精准的得到组装，同时在维修时也方便零件的购买和互换。所有出现在安装座的安装孔的尺寸大小都经过精确定位，从而保证了所有部件组装后的转向架运行性能。值得注意的是此次设计的H型构架符合采用了互换性设计的原则，不同转向架的动车和拖车构架在维修中可以互换。另外在额定载荷

的情况下，构架使用寿命为 30年。横梁和侧梁上共有六个比较大的圆形孔，平时用塑料盖封上。这样减少了构架重量，还能提供空间安装部分设备，此外构架底部还有排水孔，构架内腔均匀喷涂保护腊。空气弹簧座位于侧梁和横梁连接处，中心距为1500mm。另外转向架还分为以下的两种形式，有摇枕转向架和无摇枕转向架（适用范围相对较广)。

根据调查，我国的转向架大多数是依靠进口的或者外国研发的，这样一来我们使用的成本就会大大。为本来就无法盈利的地铁更加增添了一个负担。所以就目前的状况来看，A型地铁列车国产化是实现重大突破的主要任务之一，我们此次设计的地铁车辆也是根据材料进行比较设计的。目前我国上海市也新开发研制出来国产的地铁A型列车。新下线的该列车的最大载客量可以达到2460人；不同于一般列车的长度22m，宽度3m，高 3. 8m。据了解我们全新下线的车辆每辆车长度为22. 8米，宽度为3米；最大运行速度每小时80公里。与我国普遍运营的A型、B型、C型列车相比，具有载客量大、功能先进、运行可靠等特点，尤其适合人口密度、流量大的特大型城市使用，可以解决加挂车厢过多带来的诸多难题，有效缓解轨道交通运输压力。

第2章设计思路与可行性分析

2.1总体设计思路

转向架是支承车体并担负车辆沿着轨道走行的支承走行装置。转向架是车辆最重要的组成部件之一，它的结构是否合理直接影响车辆的运行品质、动力性能和行车安全。根据现代地铁车辆的发展趋势，转向架结构设计应该具有的技术原则有以下几点：

1.采用高柔性的弹簧悬挂系统，这样可以获得更加良好的震动性能，使列车能够更加平稳的运行在轨道之中，增加乘客的舒适程度。另外此种高柔性空气弹簧在正常速度下均能表现出优越性。

2.确保良好的动力学性能采用高强度、轻量化的转向架结构，这样可以减少转向架的重量，增加载客量。

3.才用能有效的抑制转向架的蛇形运动的措施，提高转向架蛇形临界速度的各种措施。

4.基础制动装置尽量采用复合制动系统。处采用的常规的空气盘形制动和踏面制动外，可以配以磁轨制动、涡流制动等非粘性制动系统。

5.转向架尽量采用统一的材料，和标准化的参数以确保以后维修的便利。另外为

了方便以后的维修转向架还要具有以下的几个主要特点：重量轻，乘

坐舒适，具有良好的运行性能转向架零、部件少维修费用低易于组装和拆卸(分解)等。

综上所述，我们再考虑到让乘客更稳定的乘坐，让结构尽可能的轻量化同时在减少噪声的环境下。我们设计出A型车转向架。列车设计时速为90km/h，运行时速为80km/h。

1.2

2.2设计目标

1.转向架总体符合GB/T7928-2003《地铁车辆通用技术条件》：

1)车辆行走机构的性能、主要尺寸应与轨道相互协调，并保证其相关部件在允许磨损限度内，仍能确保列车以最高允许速度安全平稳运行。即使在悬挂或减振系统损坏时，也能确保车辆在轨道上安全地运行到达终点。

2)转向架构架结构强度试验可按照UIC 615-4的要求进行。

3)转向架构架应做改善内应力处理。

4)悬挂系统采用如下结构：

A.—系悬挂为八字形叠层橡胶弹簧

B.二系悬挂为空气弹簧，并设置高度自动调整装置：

C.转向架构架与车体之间安装横向减振器和横向止挡。

5)车轮采用整体碾钢轮或弹性车轮，其踏面形状应符合TB/T 449-2004 的要求。

2.转向架为A型车动车转向架，设计时速为90km/h，实际运行时速为80km/h，3?

转向架动力学性能满足TB/T2360-93《铁道机车动力学性能试验鉴定方法

及评定方法》。

4.转向架的性能安全可靠能够保证乘客的乘坐安全舒适，经久耐用。

5.本转向架应该能够在同等条件的型号的转向架达到国内领先水平。

6.转向架要采用标准零件以方便维护，长使用寿命30年到35年。

2.3可行性分析

从1987年与日本联合研制转向架到1994年成功自主设计研制无摇枕地铁转向架，一直到现在，我国在地铁转向架方向的研究一直没有停止脚步，在这个过程中，我们在学习国外地铁转向架的先进技术的同时，也通过自己的努力，在转向架构架的形式、轴箱的定位方式、车体和转向架之间传递载荷的方式等方面，不断的技术创新。目前国内成熟运行的地铁线路中，广州地铁一号线、二号线，深圳地铁一号线等是属于A 型车的。因此我这次的毕业设计参考的是广州地铁一号线的车辆。此型号车辆的A1型的制造商是德国adtranz与西门子公司，设计时速为80km/h; A2型是由长春长客-庞

巴迪轨道车辆制造的，设计时速90km/h, 营运时速是80km/h; A3型是由庞巴迪长春客车制造的设计时速90km/h，营运时速 80km/h.

由此可见，设计出大容量的A型车能够充分的符合大城市对城市轨道公共交通的需求，为大城市的路面交通系统减少了许多无形的压力，对经济发展有促进和推动的作用。

第3章地铁A型动车转向架总体设计方案

3.1整车简介

我们此次设计的转向架是地铁A型动车转向架，设计时速90km/h，运行时速为80km/h.列车采用的是四动二拖六节编组，即Tcp + M + M - M + M + Tcp 或者A+B+C+C+B+A，其中，A代表的是带司机室和受电弓的动车，B代表的是不带司机室的拖车，C代表的是不带司机室的动车，一般A车位于列车两端。A1 型号最大载客人数2592人（9人/m2)，

A2型号坐席载客量310人，载客量为1860 人（6人/m2)。坐席载客量为336人，载客量为1860人（6人/m2)。A1型车规格为140米（长）x3米（宽）x3.8米（高），自重为33吨（A车）36吨（B 车、C车）;A2型车规格为139980mm粒 x 3074mm宽）

A3型车规格为139980mm (长）x 3074mm (宽），自重为35吨（A车）38吨（B车、C 车）。

3.2转向架设计总体要求

1.设计的转向架的综合性能要符合国家规定的限界和线路条件，并且要满足地下铁道运输系统的运用要求。

2.转向架的运行稳定性良好和曲线通过能力符合要求。

3?按GB5599《铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范》对转向架的运行的平稳性

的规定：在多种运营速度和空载到满载的任何载荷条件下，转向架的横向和垂向平稳性指标不得高于2. 5,这样才能够保证车辆运行性能稳定舒适。

4?按GB5599《铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范》的规定执行转向架的安全性，脱轨系数小于1. 0,轮重减载率不得高于0. 6,倾覆系数不得高于0. 8。

5.转向架的关键零部件的静强度和动强度符合TB1335《铁道车辆强度设计及试验

规范》的要求。

6.在满足强度要求的前提下，尽量减轻转向架的重量，使转向架的轻量化程度越

高。

7.高可靠性和维护性

另外在转向架落成后，应对其单元制动缸管路系统进行气密性试验（采用的是踏面制动）来保证它能够正常的工作。当转向架落成后也要对它四个单元制动缸的每一个都要进行动作试验，保证转向架固定轴距两侧之差应小于等于2mm，对角线之间的差值也应该3mm。在车辆静载荷（自重载荷）恒定的情况下，测量转向架构架四角距轨面的高度差，高度差应大于等于3mm，测量空气弹簧上平面距轨面的高度差应大于等于1〇_。空气弹簧左右高度差大于等于〇. 5_。根据轴重的规定，在同一列动车上每根车轴上所测得的轴重与该车各车轴实际平均轴重之差不应超过实际平均轴重的2%。每个车轮的实际轮重与该轴两轮实际平均轮重之差不应超过该轴两轮实际平均轮重的4%。另外我们对转向架自身的重量也是有规定的：A型车动车的重量不超过8. 0t,拖车不的重量超过 6. 0t; B型车动车的重量不超过7. 5t，拖车的重量不超过5. 5t; C型车动车的重量不超过7. 0t，拖车的重量不超过5. 0t。

3.3.转向架整体结构

该转向架为A型动车转向架，设计时速为90km/h，运营时速为80km/h.转向架主要由构架、减振装置、电机驱动装置、一系悬挂装置、二系悬挂装置、牵引拉杆、中心销座、单元制动器及高度调整阀、速度传感器、接地装置等组成。其中该构架为箱型焊接结构，有两根侧粱和两根横梁组成的可替换H型构架，由此以来动车的转向架和拖车的转向架可以达到互换的效果。侧梁两端做成框架形状，框架内部设有弹簧安装座，用以安装八字形橡胶弹簧。横梁上焊有齿轮箱吊座和电机安装座。人字弹簧座焊接在侧梁弯臂中，用于安装一系悬挂人字弹簧。人字弹簧座要求在靠模上定位后焊接，定位要求高。在侧梁弯臂的

下箱板下方，设有安装孔，用来安装垫片以保证轴箱与构架之间的合理间隙。另外在构架上两侧有4个挂架，即每个侧梁弯臂上有一个，用于起吊构架。此外在构架上还设有各种安装座和吊座（牵引电机、弹簧等），用以安装转向架的各种部件。

轴箱是实现论对于构架之间相互连接与相互运动的关键部件，它起到了承上启下的重要作用。在我们设计的轴箱中，采用的定位方式为八字形（人字形）橡胶定位。垂向力、纵向力、横向力均由八字形橡胶堆传递。另外车辆采用双列圆柱滚动轴承。在垂向载荷下，橡胶同时受剪切和压缩变形，改变其安装角度，可得到不同的垂向和纵向刚度。采用此类一系悬挂的优点是具备无摩擦磨损，重量轻、结构简单，吸收高频振动和减少噪音等优点，且寿命可达到150万走行公里以上。

二系悬挂包括橡胶空气弹簧、中央牵引销连接装置和抗测滚扭杆弹簧装置等。各个部件的作用分别是橡胶空气弹簧直接与车体相连负责承载和传递重量；中央牵引销连接装置负责传递纵向力和横向力；抗测滚扭杆弹簧起到限制车体的测滚的作用。

牵引杆在车体与转向架构造之间起着传递牵引力和制动力的作用，同时通过橡胶联接套缓和并减轻传递中的振动和冲击，使力传递平稳。

每个动车转向架的动力装置由两齿轮传动装置及两牵引电机组成。牵引电机悬挂于转向架构架上，齿轮传动装置安装在具有悬挂作用的吊杆上。牵引电机和齿轮传动装置由联轴节连接。车辆采用鼠笼式三相异步交流电机，功率190KW，由主逆变器产生的变频变压三相电流驱动，电机安装在构架上属于架悬式。

制动系统包括电制动（再生制动和电阻制动，仅在动车转向架上）和踏面制动（每个动车和拖车转向架上各有4个踏面制动单元），其中两个踏面制动单元装有附加的弹簧制动装置，起停车制动的作用。

第4章转向架主要零部件设计

4.1构架