跨座式單軌轉(zhuǎn)向架中央懸掛裝置的設(shè)計(jì)研發(fā)

陳明勇 楊華

通訊作者：陳明勇，1989年8月，男，漢族，重慶市巴南區(qū)人，現(xiàn)任重慶市軌道交通（集團(tuán)）有限公司技術(shù)管理，中級(jí)工程師，本科。研究方向：軌道交通（車輛）。

摘要： 本文主要針對(duì)跨座式單軌車輛轉(zhuǎn)向架中央懸掛裝置的設(shè)計(jì)研發(fā)問(wèn)題進(jìn)行分析，結(jié)合車輛運(yùn)行的整體特點(diǎn)，重點(diǎn)介紹了牽引橡膠堆、二系懸掛裝置以及止檔等相關(guān)部件的結(jié)構(gòu)和工作原理，發(fā)現(xiàn)跨座式單軌轉(zhuǎn)向架中央懸掛裝置具有較強(qiáng)的可維修性，結(jié)構(gòu)較為緊湊，可以將車體尺寸和系統(tǒng)部件等占用在轉(zhuǎn)向架上的空間降低。

關(guān)鍵詞：跨座式單軌;轉(zhuǎn)向架;中央懸掛裝置

一、前言

承擔(dān)車體載荷、傳遞制動(dòng)力以及牽引力是跨座式單軌車輛轉(zhuǎn)向架牽引懸掛裝置的主要功能。除此之外，跨座式單軌車輛轉(zhuǎn)向架牽引懸掛裝置還可以起到承擔(dān)轉(zhuǎn)向架相對(duì)車體沖擊以及滿足轉(zhuǎn)向架和車體之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的作用[1]。其中構(gòu)成跨座式單軌車輛轉(zhuǎn)向架牽引懸掛裝置的部件較多，主要包括空氣彈簧、橫向止擋、縱向橡膠止檔、牽引橡膠堆、油壓減震器等[2]。以下是本文對(duì)跨座式單軌轉(zhuǎn)向架中央懸掛裝置的設(shè)計(jì)研發(fā)問(wèn)題的有關(guān)介紹。

二、跨座式單軌轉(zhuǎn)向架功能說(shuō)明

跨座式單軌轉(zhuǎn)向架具有以下功能，一是承載性，可以支撐整車荷載;二是導(dǎo)向性，能確保車輛沿固定軌道運(yùn)行;三減振性，可以降低車輛運(yùn)行過(guò)程中輪軌之間的振動(dòng)和沖擊力，為乘客提供舒適良好的乘車環(huán)境;四驅(qū)動(dòng)性，可以產(chǎn)生并傳遞驅(qū)動(dòng)力;五制動(dòng)性，可以產(chǎn)生并傳遞制動(dòng)力。轉(zhuǎn)向架主要有兩種形式，一種為動(dòng)力轉(zhuǎn)向架，另一種為無(wú)動(dòng)力轉(zhuǎn)向架[3]。其中動(dòng)力轉(zhuǎn)向架設(shè)置有相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)裝置，可以結(jié)合設(shè)備的布置情況將動(dòng)力轉(zhuǎn)向架分為不同的型號(hào)。無(wú)動(dòng)力轉(zhuǎn)向架不存在驅(qū)動(dòng)裝置，也可以結(jié)合設(shè)備的布置情況將動(dòng)力轉(zhuǎn)向架分為不同的型號(hào)。其中典型動(dòng)力轉(zhuǎn)向架主要由以下幾部分構(gòu)成，分別是構(gòu)架組成、走行輪、導(dǎo)向輪穩(wěn)定輪、走行輔助輪、中央懸掛系統(tǒng)、基礎(chǔ)制動(dòng)裝置配管、驅(qū)動(dòng)裝置、內(nèi)壓檢測(cè)裝置、集電裝置、接地裝置、隔音板以及轉(zhuǎn)向架配線卡座等[4]。

三、轉(zhuǎn)向架主要技術(shù)分析

轉(zhuǎn)向架主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

除了上述表格顯示的內(nèi)容外，最好運(yùn)行速度為75 km/h，空氣彈簧橫向間距為2050 mm，空氣彈簧距軌軸距為2990 mm，導(dǎo)向輪軸距為2500 mm，空氣彈簧公稱有效直徑為450 mm。

四、結(jié)構(gòu)分析

（一）現(xiàn)有結(jié)構(gòu)分析

現(xiàn)有中央懸掛裝置中的轉(zhuǎn)向架中心是牽引裝置所處位置，中間橫梁上部件安裝位置由于存在走行輪，因此，會(huì)影響到現(xiàn)有中央懸掛裝置中的牽引裝置。在部件損壞的情況下，要想對(duì)損壞的部件進(jìn)行更換需要借助架車才可以[5]。此外，中央懸掛裝置結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，在拆卸和維修上都較為困難。并且橫向減震器安裝座在牽引懸掛裝置上、空氣彈簧安裝座安裝在車體上，安裝座的存在直接影響了各個(gè)部件之間的緊湊性。此種部件布局方式下，中間橫梁上部件安裝位置受走行輪限制，導(dǎo)致作業(yè)空間較小，直接增大了落車聯(lián)接的難度。期間一旦部件出現(xiàn)損壞，要想對(duì)其進(jìn)行修理，只有借助架車才可以更換新的部件?；谏鲜龃嬖诘膯?wèn)題，如何進(jìn)一步簡(jiǎn)化跨座式單軌轉(zhuǎn)向架中央懸掛裝置牽引裝置各個(gè)部件的維修和拆卸工作流程，提高維修和拆卸工作的便捷性，促使懸掛系統(tǒng)裝置各個(gè)結(jié)構(gòu)之間變得更加緊湊，且具有較好的可維修性是設(shè)計(jì)人員關(guān)注的重點(diǎn)[6]。結(jié)構(gòu)緊湊、可維修性好的懸掛系統(tǒng)可以明顯將車體尺寸和系統(tǒng)部件等占用在轉(zhuǎn)向架上的空間降低。這就需要改領(lǐng)域上的研究設(shè)計(jì)人員，強(qiáng)化對(duì)跨座式單軌轉(zhuǎn)向架中央懸掛裝置的技術(shù)研究，進(jìn)一步提高懸掛系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)緊湊性和可維修性。

（二）改進(jìn)后跨座式單軌轉(zhuǎn)向架中央懸掛裝置主要構(gòu)架說(shuō)明

改進(jìn)后跨座式單軌車輛轉(zhuǎn)向架中央懸掛裝置，見(jiàn)下圖1所示。其中1-8分別表示牽引懸掛裝置（1）、高度調(diào)節(jié)閥（2）、中心銷（3）、高度調(diào)節(jié)閥座（4）、牽引橡膠堆（5）、橫向橡膠止擋（6）、橫向油壓減震器（7）、空氣彈簧（8）。

其中一般需要設(shè)置構(gòu)架，此時(shí)的構(gòu)架會(huì)呈現(xiàn)出整體的橫梁形狀，導(dǎo)向輪設(shè)置在下面，上面用來(lái)安裝承載其余零部件并連接車體底架。在架構(gòu)上需要設(shè)置牽引系統(tǒng)中的牽引裝置，其中構(gòu)架兩側(cè)外壁是牽引裝置系統(tǒng)中牽引裝置的主要安置部位，牽引裝置的主要作用是實(shí)現(xiàn)對(duì)車體的帶動(dòng)并完成轉(zhuǎn)向功能。構(gòu)架兩側(cè)上平面可以設(shè)置二系懸掛系統(tǒng)空氣彈簧（8），主要起到連接車體底架的作用，可以確保橫向剛度以及垂向剛度。構(gòu)架中間位置可以設(shè)置橫向減振器（7）主要起到減緩與車體之間橫向震動(dòng)的作用。

五、中央懸掛裝置概述

（一）結(jié)構(gòu)概述

所謂的無(wú)搖枕中央懸掛裝置是通過(guò)安裝在轉(zhuǎn)向架上的空氣彈簧作為底座來(lái)直接支撐車體采用空氣彈簧的目的是減少重量。穩(wěn)定輪支架在轉(zhuǎn)向架的左右兩側(cè)分成兩個(gè)部分，每個(gè)部分都為空氣彈簧配有一個(gè)輔助氣室。空氣彈簧與輔助氣室間的連接是通過(guò)一個(gè)節(jié)流閥孔完成的，目的是在縱向提供減振阻尼?？諝鈴椈珊陀蛪簻p振器在縱向，橫向，提供有效的波動(dòng)減振[7]。自動(dòng)高度調(diào)節(jié)裝置，可以使車體的地面高度保持穩(wěn)定，即使當(dāng)車體的載荷發(fā)生變化的時(shí)候。另外，也可以防止當(dāng)附加在空氣彈簧上的載荷發(fā)生劇烈變化時(shí)車體突然上跳，中心銷座和牽引橡膠堆座起到防止車身上跳的縮緊作用。同時(shí)，轉(zhuǎn)向架的空氣彈簧配管上還裝有壓力開(kāi)關(guān)，用來(lái)檢測(cè)空氣彈簧的刺破情況。左右空氣彈簧之間安裝有差壓閥，如果其中一個(gè)空氣彈簧被損，那么另外一個(gè)空氣彈簧中的壓力空氣會(huì)自動(dòng)釋放。

中心銷和中心銷橡膠的結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

1. 中心銷和上/下中心銷橡膠

中間銷通過(guò)螺栓與轉(zhuǎn)向架構(gòu)架底部相連，配有圓錐形中心銷橡膠（上），和中心銷座，中心銷座也安裝在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架上，配有圓錐形中心銷橡膠（下）。另外，中心銷橡膠（上，下）通過(guò)專用螺栓如圖3和專用螺栓和專用螺母如圖4進(jìn)行緊固，通過(guò)緊固的方法來(lái)壓緊中心銷。這種配置，使中心銷和中心銷座通過(guò)中心銷橡膠（上，下）緊密地結(jié)合在一起，消除了產(chǎn)生于中心銷部位的摩擦，同時(shí)也降低了運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的噪聲。

同樣，這種車輛懸掛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也使得車體和轉(zhuǎn)向架的連接變得相對(duì)容易，只是按照以上與分離過(guò)程相反地次序，通過(guò)安裝車身上的錐形中心銷將車身與轉(zhuǎn)向架緊緊地連接在一起。即使懸掛系統(tǒng)和車體的連接中心是彼此偏移的，這種連接操作也可實(shí)現(xiàn)，因?yàn)橹行匿N橡膠（上，下）是錐形的。

2. 牽引橡膠堆和縱向橡膠止擋

縱向載荷是通過(guò)轉(zhuǎn)向架和中心銷座來(lái)傳遞的，它們通過(guò)牽引橡膠堆安裝在一起。安裝在轉(zhuǎn)向架的中心銷座與縱向橡膠止擋之間有3 mm的間隙，所以當(dāng)牽引橡膠堆產(chǎn)生一定程度的壓縮時(shí)，縱向橡膠止擋可以用來(lái)充當(dāng)緩沖器。

3. 橫向橡膠止擋

同樣地，橡膠止擋被安裝在轉(zhuǎn)向架頂端面中心銷的在右兩側(cè)，所以當(dāng)車體橫向移動(dòng)時(shí)它們將充當(dāng)緩沖器。

（二）空氣彈簧

空氣彈簧由氣囊，頂板，底座，緩沖器，壓圈，壓座組成。頂板的接觸面為不銹鋼板，壓座覆以聚四氟乙烯。所以即使空氣彈簧失去壓力，頂板和壓座依然可以光滑地滑動(dòng)。氣囊通過(guò)壓圈和壓座進(jìn)行緊固，達(dá)到自密封的目的。同時(shí)，它通過(guò)O形圈來(lái)防止空氣泄漏。

六、中央懸掛裝置主要零部件的作用

中心銷、中心銷專用螺栓、中心銷專用螺母、中心銷座起到連接車體與轉(zhuǎn)向架的作用。中心銷和中心銷座通過(guò)中心銷上下橡膠緊密地結(jié)合在一起，消除了產(chǎn)生于中心銷部位的摩擦，同時(shí)也降低了運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的噪聲。

左右橡膠止擋起到減輕橫向負(fù)載從車體傳遞到轉(zhuǎn)向架上，左右橡膠止擋被安裝在轉(zhuǎn)向架頂端面中心銷的左右兩側(cè)，所以當(dāng)車體橫向移動(dòng)時(shí)它們將充當(dāng)緩沖器。

前后橡膠止擋起到減輕縱向負(fù)載從車體傳遞到轉(zhuǎn)向架上，當(dāng)牽引橡膠堆產(chǎn)生一定程度的壓縮時(shí)，前后橡膠止擋可以用來(lái)充當(dāng)緩沖器[8]。

橫向油壓減振器安裝在轉(zhuǎn)向架和車體之間，目的是減輕轉(zhuǎn)向架和車體之間的相互振動(dòng)，同時(shí)也提高了使用安全性并防止車輛受到損害。

牽引橡膠堆起到減輕縱向、橫向、垂向負(fù)載從車體傳遞到轉(zhuǎn)向架上，中心銷座和牽引橡膠堆座起到防止車身上跳的縮緊作用。縱向、橫向、垂向載荷是通過(guò)轉(zhuǎn)向架和中心銷座來(lái)傳遞的，它們通過(guò)牽引橡膠堆安裝在一起[9]。

七、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，如何提高運(yùn)輸效率、降低物流成本已成為提升現(xiàn)代物流發(fā)展的重要課題，多式聯(lián)運(yùn)作為一種高效能的運(yùn)輸方式，代表著物流業(yè)發(fā)展方向。多式聯(lián)運(yùn)貨運(yùn)動(dòng)車系統(tǒng)借助于空中軌道系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了各種集裝箱集散中心之間的互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)鐵路、水運(yùn)、公路、航空等物流體系之間的有機(jī)銜接，完全達(dá)到“零距離換乘、無(wú)縫化銜接”要求。單軌懸掛式動(dòng)力轉(zhuǎn)向架作為多式聯(lián)運(yùn)貨運(yùn)動(dòng)車系統(tǒng)的主要核心部分之一，轉(zhuǎn)向架通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，利用軌道交通牽引與控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)車輛的自動(dòng)運(yùn)行。轉(zhuǎn)向架采用膠輪承載，同時(shí)配備導(dǎo)向及穩(wěn)定輪，具有爬坡能力強(qiáng)，轉(zhuǎn)彎半徑小等特點(diǎn)以上就是本文對(duì)跨座式單軌轉(zhuǎn)向架中央懸掛裝置的設(shè)計(jì)研發(fā)問(wèn)題進(jìn)行分析，對(duì)跨座式單軌轉(zhuǎn)向架功能說(shuō)明，分析轉(zhuǎn)向架的主要技術(shù)，闡述相關(guān)部件的結(jié)構(gòu)和工作原理，發(fā)現(xiàn)跨座式單軌轉(zhuǎn)向架中央懸掛裝置具有較強(qiáng)的可維修性，結(jié)構(gòu)較為緊湊，可以將車體尺寸和系統(tǒng)部件等占用在轉(zhuǎn)向架上的空間降低。

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