既有地鐵車輛和轉(zhuǎn)向架提速改造的技術(shù)分析

黃遠(yuǎn)清，蘇 強(qiáng)，穆曉軍，付曹政，王 業(yè)，李 穎

（北京軌道交通技術(shù)裝備集團(tuán)有限公司，北京 100044）

1 引言

目前，我國(guó)各大城市的大多數(shù)地鐵車輛最高運(yùn)營(yíng)速度為80?km/h。然而，隨著近幾年來(lái)城市地域規(guī)模的擴(kuò)大、生活區(qū)域加大以及生活節(jié)奏的加快，人們對(duì)地鐵的運(yùn)營(yíng)速度提出更高的需求。北京地鐵19號(hào)線、上海地鐵16號(hào)線、廣州地鐵3號(hào)線、深圳地鐵11號(hào)線、杭州地鐵16號(hào)線等最高速度都已經(jīng)達(dá)到120?km/h，同時(shí)正在新建的杭州地鐵19號(hào)線設(shè)計(jì)最高運(yùn)營(yíng)速度也要求為120?km/h，目前，北京地鐵15號(hào)線車輛增購(gòu)項(xiàng)目、6號(hào)線車輛增購(gòu)項(xiàng)目、亦莊線車輛增購(gòu)項(xiàng)目也都同時(shí)提出將車輛最高運(yùn)營(yíng)速度提高到120?km/h的需求。所以，提高地鐵線路和車輛的最高運(yùn)營(yíng)速度也成為一種趨勢(shì)。

當(dāng)前，正在運(yùn)營(yíng)的地鐵車輛數(shù)量眾多，如果僅為提速，將其全部更換為新型高速車輛不符合現(xiàn)實(shí)情況。因此，通過對(duì)既有地鐵車輛進(jìn)行改造來(lái)提高運(yùn)營(yíng)速度是一種相對(duì)最優(yōu)的解決辦法。對(duì)既有車輛和轉(zhuǎn)向架進(jìn)行改造，既能節(jié)省增購(gòu)車輛所花費(fèi)的成本，也能夠盡最大可能保持車輛的一致性和互換性。

2 轉(zhuǎn)向架和車輛的提速改造

2.1 轉(zhuǎn)向架和車輛結(jié)構(gòu)介紹

某地鐵車輛的轉(zhuǎn)向架分為動(dòng)車轉(zhuǎn)向架和拖車轉(zhuǎn)向架，兩者均為無(wú)搖枕轉(zhuǎn)向架。2種類型轉(zhuǎn)向架上均安裝有車軸、車輪、軸箱軸承、軸箱及基礎(chǔ)制動(dòng)等裝置，同時(shí)，在輪對(duì)軸箱裝置與構(gòu)架之間安裝一系懸掛裝置；在構(gòu)架和車體之間安裝有二系懸掛裝置和牽引裝置等。另外在動(dòng)車轉(zhuǎn)向架上還裝有牽引電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸節(jié)、齒輪傳動(dòng)裝置等驅(qū)動(dòng)裝置，外觀如圖1和圖2所示。

圖1 動(dòng)車轉(zhuǎn)向架示意圖

圖2 拖車轉(zhuǎn)向架示意圖

某地鐵車輛為B型車輛，設(shè)計(jì)最高運(yùn)營(yíng)速度為80??km/h，其限界滿足既有運(yùn)行線路運(yùn)營(yíng)要求，整車采用3動(dòng)3拖車輛形式，車體采用不銹鋼材料，密封性良好。同時(shí)，車體上裝有車門、貫通道，車下設(shè)置車輛穿線孔等，車輛結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 車輛結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 驅(qū)動(dòng)裝置提速改造分析

速度為80km/h的既有車輛轉(zhuǎn)向架驅(qū)動(dòng)裝置安裝方式為牽引電機(jī)架懸式固定在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架上。齒輪傳動(dòng)裝置采用軸懸式，一端通過支撐軸承安裝在車軸上，而另一端通過吊桿彈性地連接在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架上。每個(gè)轉(zhuǎn)向架配置有2個(gè)輪對(duì)，每個(gè)輪對(duì)由車輪、車軸及降噪阻尼環(huán)等組成。軸箱裝置由軸箱體、軸箱軸承等組成。

當(dāng)車輛提速至120?km/h后，對(duì)于牽引電機(jī)而言，如果保持不變，則電機(jī)軸承轉(zhuǎn)速就會(huì)加快，轉(zhuǎn)速變快必然導(dǎo)致溫度增高和振動(dòng)噪聲加大，以致電機(jī)的熱平衡溫度不再是保證軸承壽命的最佳溫度，從而引起軸承壽命縮短。同時(shí)，所需的牽引逆變器容量會(huì)增大，牽引系統(tǒng)中的主電路電流跟著變大，濾波電抗器的額定電流也會(huì)增大，伴隨而來(lái)的是漏磁量的增大，從而導(dǎo)致電磁干擾增大，增大后的電磁干擾是否還在這些設(shè)備的最大承受范圍內(nèi)，則需進(jìn)一步探究，因此單純提速會(huì)存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。尤其是當(dāng)車輛提速到80～120?km/h區(qū)間后，列車的等效電流變大，會(huì)對(duì)供電系統(tǒng)產(chǎn)生較大的影響，牽引電制動(dòng)特性也會(huì)發(fā)生變化。所以在提速改造前，需要對(duì)牽引系統(tǒng)重新進(jìn)行實(shí)際線路測(cè)試和仿真，檢查這些設(shè)備及參數(shù)是否可以滿足提速后持續(xù)運(yùn)營(yíng)要求。

對(duì)于齒輪傳動(dòng)裝置，在設(shè)計(jì)時(shí)需對(duì)齒輪承載能力、齒輪箱箱體和吊桿強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算校核。由于齒輪承載能力校核是按GB/T?3480-1997《漸開線圓柱齒輪承載能力計(jì)算方法》中80?km/h最惡劣的工況進(jìn)行，并按電機(jī)短路扭矩計(jì)算靜強(qiáng)度和按電機(jī)啟動(dòng)扭矩計(jì)算疲勞強(qiáng)度，但提速到120?km/h后輪齒計(jì)算使用的動(dòng)載系數(shù)會(huì)根據(jù)提速到120?km/h的輪齒轉(zhuǎn)速工況選取，會(huì)對(duì)計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生一定影響。由于齒輪箱箱體和吊桿的強(qiáng)度計(jì)算是按額定扭矩工況、啟動(dòng)扭矩工況、短路扭矩工況對(duì)箱體進(jìn)行有限元強(qiáng)度計(jì)算，在計(jì)算過程中未使用到速度這個(gè)參數(shù)，所以提速后不會(huì)對(duì)齒輪箱和吊桿的強(qiáng)度產(chǎn)生影響。但是由于提速后，尤其是在80～120??km/h速度區(qū)間內(nèi)，齒輪轉(zhuǎn)速提高，輪齒嚙合頻率增大，激振頻率增大，齒輪箱的軸承溫度升高、使用壽命減少，齒輪箱的振動(dòng)和噪聲加大，同時(shí)既有齒輪箱的迷宮密封結(jié)構(gòu)和接觸密封結(jié)構(gòu)的密封能力減弱，箱體內(nèi)油氣會(huì)惡化。綜合分析可知，雖然存在提速后如上所述的不同風(fēng)險(xiǎn)，但是假如電機(jī)輸出功率沒有變化，轉(zhuǎn)速提高后，輸出扭矩反而減少，對(duì)輪齒強(qiáng)度、齒輪箱箱體和吊桿的強(qiáng)度影響有利，后續(xù)可以通過對(duì)既有齒輪傳動(dòng)裝置進(jìn)行相應(yīng)型式試驗(yàn)來(lái)進(jìn)一步驗(yàn)證。

對(duì)于聯(lián)軸節(jié)，在設(shè)計(jì)時(shí)需對(duì)聯(lián)軸節(jié)的強(qiáng)度和變位能力進(jìn)行計(jì)算校核。由于在計(jì)算聯(lián)軸節(jié)強(qiáng)度時(shí)按電機(jī)短路扭矩計(jì)算靜強(qiáng)度，按電機(jī)啟動(dòng)扭矩計(jì)算疲勞強(qiáng)度，假如電機(jī)不改造升級(jí)時(shí)，聯(lián)軸節(jié)的強(qiáng)度是可以滿足相關(guān)要求，同時(shí)相關(guān)計(jì)算中也未涉及速度，所以提速改造后不會(huì)對(duì)聯(lián)軸節(jié)強(qiáng)度產(chǎn)生影響。由于計(jì)算聯(lián)軸節(jié)的變位能力是依據(jù)一系懸掛參數(shù)、牽引電機(jī)和齒輪傳動(dòng)裝置的相關(guān)結(jié)構(gòu)和尺寸以及電機(jī)的懸掛方式來(lái)計(jì)算的，也未涉及速度，故提速改造后不會(huì)對(duì)聯(lián)軸節(jié)產(chǎn)生影響，可正常使用，但需要對(duì)聯(lián)軸節(jié)進(jìn)行相應(yīng)的型式試驗(yàn)（如在80～120?km/h速度區(qū)間內(nèi)）進(jìn)一步確認(rèn)。對(duì)于車軸，在設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù) EN?13103-2010《鐵路應(yīng)用-輪對(duì)和轉(zhuǎn)向架-非動(dòng)力軸設(shè)計(jì)方法》和EN?13104-2010《鐵路應(yīng)用-輪對(duì)和轉(zhuǎn)向架-動(dòng)力軸設(shè)計(jì)方法》進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。在強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，把軸重、簧下質(zhì)量、車輪踏面滾動(dòng)圓間距離、車軸中心至車輛重心間的高度、左右軸徑載中心距、車輪半徑、齒輪箱重心與近齒端滾動(dòng)圓距離、制動(dòng)壓力、齒輪箱質(zhì)量、車軸材質(zhì)、制動(dòng)摩擦系數(shù)作為輸入?yún)?shù)，雖然輸入?yún)?shù)中制動(dòng)摩擦系數(shù)跟速度有一定關(guān)系，但是計(jì)算時(shí)是采用最惡劣的摩擦系數(shù)，這樣計(jì)算出的結(jié)果跟速度沒有直接關(guān)系，因此，車輛提速后車軸可正常使用，但是需要對(duì)車軸進(jìn)行相應(yīng)的型式試驗(yàn)來(lái)進(jìn)一步確認(rèn)。

對(duì)于車輪，在設(shè)計(jì)時(shí)依據(jù)UIC?510-5-2007《整體車輪技術(shù)認(rèn)可》和TB/T?3463-2016《鐵道車輛車輪強(qiáng)度評(píng)定方法》進(jìn)行計(jì)算，把軸重、最高運(yùn)營(yíng)速度、輪對(duì)內(nèi)側(cè)距、車輪直徑、車輪磨耗到限直徑、制動(dòng)方式、車輪材質(zhì)等參數(shù)作為計(jì)算分析的輸入?yún)?shù)。由于最高運(yùn)營(yíng)速度提高到120?km/h時(shí)，計(jì)算產(chǎn)生的車輪制動(dòng)熱載荷已不能滿足車輪的規(guī)定值。通過綜合分析，既有的踏面制動(dòng)方式已經(jīng)不能滿足100?km/h地鐵車輛的頻繁制動(dòng)要求。因此，需要更換制動(dòng)方式。

對(duì)于軸箱軸承及軸箱，在計(jì)算軸箱軸承壽命時(shí)依據(jù)軸重、簧下質(zhì)量、最大速度、新輪直徑、磨耗輪直徑、軸頸配合等參數(shù)和綜合實(shí)際運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行計(jì)算。因此，由于計(jì)算的最大速度與軸承的壽命有直接的關(guān)系，在提速到120?km/h后，軸承的壽命會(huì)縮短，所以需要對(duì)軸箱軸承進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算和型式試驗(yàn)來(lái)進(jìn)一步確認(rèn)。在計(jì)算軸箱強(qiáng)度時(shí)依據(jù)UIC?615-4-2003《動(dòng)力元件-轉(zhuǎn)向架和走行裝置-轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)》和EN?13749-2011《鐵路應(yīng)用-輪對(duì)和轉(zhuǎn)向架-規(guī)定轉(zhuǎn)向架構(gòu)架結(jié)構(gòu)要求的方法》進(jìn)行計(jì)算分析，雖然在計(jì)算中所施加的載荷跟軸重及選取的動(dòng)載荷系數(shù)相關(guān)，但是由于動(dòng)載荷系數(shù)取較大值，故提速改造后不會(huì)對(duì)軸箱產(chǎn)生影響，可正常使用，但需要對(duì)軸箱進(jìn)行相應(yīng)的型式試驗(yàn)來(lái)進(jìn)一步確認(rèn)。

綜上所述，為應(yīng)對(duì)車輛提速改造，車輛驅(qū)動(dòng)裝置改進(jìn)應(yīng)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮：由于踏面制動(dòng)無(wú)法滿足車輛提速后的要求，需將原有車輪改造成帶有制動(dòng)盤車輪；根據(jù)電機(jī)是否需要改動(dòng)的情況，判斷電機(jī)軸承和齒輪箱軸承是否需要重新選擇和校對(duì)；需對(duì)齒輪箱的箱體結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度、吊桿強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)進(jìn)行校對(duì)，輪齒重新設(shè)計(jì)，迷宮密封結(jié)構(gòu)改進(jìn)以便散熱，并對(duì)密封件材料重新選擇以滿足壽命；根據(jù)懸掛參數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸是否改動(dòng)，重新選擇聯(lián)軸節(jié)；根據(jù)提速后動(dòng)力學(xué)性能指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果判斷是否需要改動(dòng)軸箱結(jié)構(gòu)及定位方式等；另外，與構(gòu)架相關(guān)結(jié)構(gòu)均需進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整改進(jìn)并對(duì)涉及的相應(yīng)部件做進(jìn)一步計(jì)算和試驗(yàn)。

2.3 基礎(chǔ)制動(dòng)裝置提速改造分析

既有80?km/h的轉(zhuǎn)向架的基礎(chǔ)制動(dòng)裝置，采用踏面單元制動(dòng)，其中部分帶停放制動(dòng)功能?；A(chǔ)制動(dòng)裝置主要由踏面制動(dòng)單元、閘瓦、手動(dòng)緩解拉線以及制動(dòng)管路組成。每臺(tái)轉(zhuǎn)向架裝有4套制動(dòng)單元，其中2套制動(dòng)單元帶有停放功能，同一功能的制動(dòng)單元分別于轉(zhuǎn)向架對(duì)角安裝。

當(dāng)車輛提速至120?km/h后，需要對(duì)車輛的熱容量，制動(dòng)裝置供風(fēng)量和制動(dòng)力進(jìn)行重新計(jì)算。

四是切實(shí)加強(qiáng)前期工作質(zhì)量管理。隨著國(guó)家行政審批制度改革的深入，一些項(xiàng)目前期工作的審批權(quán)可能由中央下放地方管理，這為水利勘測(cè)設(shè)計(jì)質(zhì)量的監(jiān)督和管理提出了新的挑戰(zhàn)，要研究適應(yīng)新形勢(shì)、新要求的行業(yè)監(jiān)管機(jī)制。積極推動(dòng)注冊(cè)土木工程師（水利水電工程）執(zhí)業(yè)資格制度實(shí)施，繼續(xù)開展行業(yè)信用等級(jí)評(píng)價(jià)，把好市場(chǎng)準(zhǔn)入關(guān)。同時(shí)，繼續(xù)開展水利前期工作成果質(zhì)量評(píng)價(jià)，加強(qiáng)面上水利工程前期工作的指導(dǎo)和培訓(xùn)，促進(jìn)水利工程勘測(cè)設(shè)計(jì)質(zhì)量提高。

根據(jù)既有車輛的熱容量計(jì)算報(bào)告，依據(jù)軸重或者載荷、初始速度、平均減速度、線路及坡道、站間距、站停時(shí)間、初始溫度、車輪和閘瓦材質(zhì)尺寸進(jìn)行分析計(jì)算。因此，由于初始速度的提高，需要重新計(jì)算熱容量，現(xiàn)從2方面考慮計(jì)算。首先，從溫度角度考慮，根據(jù)TB/T?2403-2010《鐵道貨車用合成閘瓦》中的規(guī)定，踏面制動(dòng)摩擦副局部溫度不應(yīng)超過400?℃。另外，在評(píng)價(jià)列車長(zhǎng)時(shí)間處于較高溫度熱負(fù)荷仿真結(jié)果時(shí)，一般建議踏面制動(dòng)摩擦副溫升不超過300?℃。通常情況下閘瓦最高使用溫度超過300?℃后，其磨耗量會(huì)顯著增加，閘瓦壽命隨之大幅縮短。其次，從熱應(yīng)力角度考慮赫茲接觸應(yīng)力和熱應(yīng)力共同作用引起的車輪損傷，如果車輪踏面熱應(yīng)力位于赫茲接觸應(yīng)力和熱應(yīng)力共同作用的安全區(qū)域，則車輪踏面處于正常磨耗狀態(tài)；如果車輪踏面熱應(yīng)力位于赫茲接觸應(yīng)力和熱應(yīng)力共同作用的半危險(xiǎn)區(qū)域，車輪踏面損傷會(huì)加劇，此情況只可允許偶爾出現(xiàn)；如果車輪踏面熱應(yīng)力位于赫茲接觸應(yīng)力和熱應(yīng)力共同作用的危險(xiǎn)區(qū)域，將導(dǎo)致車輪踏面異常損傷，這種情況是不允許出現(xiàn)的，由此可見，速度100?km/h及以上的地鐵車輛的基礎(chǔ)制動(dòng)不適宜采用踏面制動(dòng)。

根據(jù)既有線路條件及車輛基礎(chǔ)制動(dòng)裝置的相關(guān)參數(shù)，以最高運(yùn)營(yíng)速度80?km/h和100?km/h模擬連續(xù)2?次緊急制動(dòng)，其摩擦副溫度曲線如圖4?所示。以最高運(yùn)營(yíng)速度80?km/h和100?km/h模擬正線運(yùn)營(yíng)一個(gè)往返，其摩擦副溫度曲線如圖5所示。兩者最高溫度對(duì)比見表?1。依據(jù)文獻(xiàn)[3]結(jié)論得到踏面制動(dòng)方式已經(jīng)不能滿足100??km/h 和 120?km/h 地鐵的頻繁制動(dòng)要求。

圖4 不同車速踏面制動(dòng)2次緊急制動(dòng)摩擦副溫度曲線

圖5 不同車速踏面制動(dòng)模擬運(yùn)營(yíng)摩擦副溫度曲線

表1 不同車速踏面制動(dòng)熱容量計(jì)算溫度對(duì)比分析 ℃

根據(jù)既有車輛的制動(dòng)裝置供風(fēng)量計(jì)算報(bào)告，供風(fēng)量計(jì)算主要依據(jù)制動(dòng)缸、制動(dòng)管路、空氣彈簧和泄露量等情況，同時(shí)結(jié)合在空壓機(jī)均出現(xiàn)故障的情況下，基于安全考慮，車輛風(fēng)缸容量能夠滿足一定次數(shù)緊急制動(dòng)。因此，由于在計(jì)算中不涉及到最高運(yùn)營(yíng)速度，所以提速不會(huì)對(duì)車輛供風(fēng)量產(chǎn)生影響，但需要進(jìn)行相應(yīng)的試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證。

根據(jù)既有車輛的制動(dòng)力計(jì)算報(bào)告，制動(dòng)力計(jì)算主要依據(jù)車輛載荷、運(yùn)行速度、制動(dòng)工況、制動(dòng)方式、故障模式、動(dòng)力制動(dòng)和空氣制動(dòng)的匹配、輪軌黏著特性、熱負(fù)荷能力、風(fēng)源供風(fēng)能力、風(fēng)缸容積等情況進(jìn)行。由于提速導(dǎo)致輪軌黏著特性變化，制動(dòng)距離變化，所以需要對(duì)制動(dòng)力重新進(jìn)行計(jì)算。

綜上所述，由于既有踏面制動(dòng)方式不能滿足提速到120?km/h的相關(guān)要求，根據(jù)行業(yè)內(nèi)常用措施，可把踏面制動(dòng)方式改為輪盤制動(dòng)。同時(shí)對(duì)熱容量、制動(dòng)力計(jì)算，結(jié)果顯示輪盤制動(dòng)滿足120?km/h的相關(guān)要求。由于制動(dòng)方式改變，需要將車輪更換為帶制動(dòng)盤的車輪，并對(duì)構(gòu)架上制動(dòng)吊座接口結(jié)構(gòu)和尺寸及相應(yīng)的空間進(jìn)行校對(duì)等。

2.4 懸掛裝置提速改造分析

速度為80?km/h的既有車輛的懸掛裝置由一系懸掛裝置和二系懸掛裝置組成。一系懸掛由圓錐橡膠彈簧、調(diào)整墊和壓蓋等組成，圓錐橡膠彈簧能使軸箱在縱向、橫向和垂直方向?qū)崿F(xiàn)無(wú)間隙、無(wú)磨耗的彈性定位，并承受3個(gè)方向的載荷。二系懸掛由組合式空氣彈簧、橫向油壓減振器、自動(dòng)高度調(diào)整閥、差壓閥、調(diào)整墊、調(diào)整桿等組成。

根據(jù)某80?km/h地鐵車輛的動(dòng)力學(xué)計(jì)算報(bào)告及UIC?505-5《UIC?505-1至505-4通用基礎(chǔ)條件、注釋及其規(guī)定》和GB/T?5599-2019《機(jī)車車輛動(dòng)力學(xué)性能評(píng)定及試驗(yàn)鑒定規(guī)范》，對(duì)車輛穩(wěn)定性（脫軌系數(shù)、輪軌減載率、輪軌橫向力、橫向穩(wěn)定性）、運(yùn)行品質(zhì)（垂向加速度和橫向加速度指標(biāo)）、運(yùn)行平穩(wěn)性（平穩(wěn)性指標(biāo)和舒適性指標(biāo)）進(jìn)行分析。根據(jù)既有車的計(jì)算報(bào)告，計(jì)算出車輛的臨界速度在AW0工況為163?km/h；在AW2工況為178??km/h；在 AW3 工況為 198?km/h。所以車輛在臨界速度指標(biāo)上能夠滿足提速到120?km/h的要求。

根據(jù)報(bào)告，對(duì)于平穩(wěn)性指標(biāo)，選擇最惡劣工況下進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果為：當(dāng)車輛速度為100?km/h時(shí)，采用美國(guó)5級(jí)線路譜，直線狀態(tài)下計(jì)算點(diǎn)選在一位端和二位端轉(zhuǎn)向架中心上方距車體中心橫向1?m車體地板面上，在AW0工況下橫向和垂向分別為1.952和1.632；在AW2工況下橫向和垂向分別為1.761和1.498；在AW3工況下橫向和垂向分別為1.721和1.442。此6種工況下，計(jì)算出的數(shù)值均小于2.5（GB/T?5599-2019的優(yōu)級(jí)）。對(duì)于車速為120?km/h的情況，雖未有對(duì)應(yīng)的計(jì)算，但根據(jù)臨界速度和線性比例推算，平穩(wěn)性指標(biāo)滿足2.5的可能性很大，但需進(jìn)一步核算。

根據(jù)報(bào)告，對(duì)于運(yùn)行品質(zhì)指標(biāo)，選擇最惡劣工況下進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果為：當(dāng)車速為100?km/h時(shí)，在AW0工況下橫向和垂向的加速度分別為0.346?m/s2和0.295?m/s2；在AW2工況下橫向和垂向的加速度分別為0.245?m/s2和0.248?m/s2；在AW3工況下橫向和垂向的加速度分別為0.296?m/s2和0.227?m/s2。計(jì)算出的此6種工況數(shù)值均小于2.5?m/s2（GB?5599-2019的規(guī)定值）。對(duì)于120?km/h的情況，雖未有對(duì)應(yīng)的計(jì)算，但根據(jù)臨界速度和線性比例推算，運(yùn)行品質(zhì)指標(biāo)滿足加速度為2.5?m/s2的可能性很大，但需進(jìn)一步核算。

綜上所述，針對(duì)既有車輛穩(wěn)定性、運(yùn)行品質(zhì)和運(yùn)行平穩(wěn)性在提速以后能否滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定指標(biāo)，需在既有線路和既有車輛上進(jìn)行相關(guān)動(dòng)力學(xué)性能試驗(yàn)。假如試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果變化幅度較大，則需進(jìn)行仿真計(jì)算來(lái)優(yōu)化或改動(dòng)相關(guān)結(jié)構(gòu)及參數(shù)，如一系簧剛度和阻尼、二系簧垂向剛度和阻尼、二系簧水平剛度和阻尼、二系橫向減振器阻尼、轉(zhuǎn)臂式軸箱定位結(jié)構(gòu)及定位剛度、構(gòu)架上相關(guān)接口結(jié)構(gòu)等，最后進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)以滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求。

3 車輛限界提速改造分析

車速 80?km/h 的既有車輛滿足 CJJ/T?96-2018《地鐵限界標(biāo)準(zhǔn)》、GB/T?50157-2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》和既有線路的車輛限界的相關(guān)要求，對(duì)車輛提速到120?km/h進(jìn)行分析。

根據(jù)CJJ/T?96-2018，車輛運(yùn)行速度只影響計(jì)算參數(shù)，不體現(xiàn)在計(jì)算公式中。而運(yùn)行速度影響的計(jì)算參數(shù)有一系彈簧橫向彈性變形量、二系彈簧橫向彈性變形量、車體橫向振動(dòng)加速度及一、二系垂向動(dòng)撓度。因此，對(duì)提速影響的計(jì)算參數(shù)，除車體橫向振動(dòng)加速度以外，其余參數(shù)均使用極限進(jìn)行計(jì)算，不會(huì)對(duì)車輛限界造成變化。根據(jù)動(dòng)力學(xué)計(jì)算報(bào)告，當(dāng)提速到120?km/h時(shí)，車體橫向振動(dòng)加速度加大，導(dǎo)致計(jì)算出來(lái)的車輛限界會(huì)產(chǎn)生變化，所以需要對(duì)提速后的車輛限界進(jìn)一步的計(jì)算。

另外，由于車輛速度等級(jí)的提高，車輛限界計(jì)算工況調(diào)整，車輛瞬時(shí)超速計(jì)算速度從90?km/h提高到132??km/h，站臺(tái)作業(yè)模式也改變，A1、A2、B1、B2 型車輛軌道最大超高值需要從120?mm改動(dòng)到150?mm，相應(yīng)的限界計(jì)算結(jié)果需要做一些調(diào)整。

提速后車輛限界改造方案需針對(duì)計(jì)算出的車輛橫向振動(dòng)加速度和車輛軌道最大超高值對(duì)車輛限界的影響情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，如滿足車輛限內(nèi)界要求，無(wú)需進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造，如不滿足，進(jìn)行相應(yīng)車輛結(jié)構(gòu)改動(dòng)。

4 車輛氣密性提速改造分析

根據(jù)既有車輛結(jié)構(gòu)，對(duì)車輛提速到120?km/h后車輛氣密性進(jìn)行分析。對(duì)于車速80?km/h既有車輛所使用的車門中常規(guī)塞拉門通過膠條進(jìn)行密封，而既有設(shè)計(jì)的膠條壓接接觸面積和壓緊變形量存在結(jié)構(gòu)限制，致使密封性能較低，無(wú)法滿足更高速度等級(jí)的車輛運(yùn)行密封性要求。同時(shí)，對(duì)于貫通道兩端的連接，由于既有密封膠條唇部壓縮量、車體平面誤差的存在，可能無(wú)法滿足高速度等級(jí)的車輛的高密封性要求。對(duì)于穿車體的一些開孔，如穿線孔、減重孔等，因速度等級(jí)提高可能會(huì)出現(xiàn)嘯叫等問題。這些情況的客觀存在，會(huì)在一定程度上對(duì)氣密性造成一定的負(fù)面影響。

根據(jù)參考文獻(xiàn)[4]的描述，車輛速度的提升導(dǎo)致車輛客室內(nèi)部的壓力波動(dòng)幅度也相應(yīng)增加，會(huì)直接影響到司乘人員乘坐舒適性。

針對(duì)以上問題的改造方案是先對(duì)提速后的車門氣密性和噪聲進(jìn)行相應(yīng)的試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果提高車門的氣密性要求，采用較好的膠條密封，同時(shí)在工藝上采取增大打膠量和保持膠量的均勻等措施。

5 結(jié)論

（1）通過分析某正在運(yùn)營(yíng)80?km/h地鐵車輛和轉(zhuǎn)向架，認(rèn)為不能未經(jīng)改造直接將車輛最高運(yùn)營(yíng)速度從80??km/h 提速到 120?km/h。

（2）提速至120?km/h后，需要對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行計(jì)算和校核，并通過相應(yīng)的型式試驗(yàn)驗(yàn)證后，再確定是否可以不進(jìn)行改造直接提速。

（3）提速至120?km/h后，需對(duì)轉(zhuǎn)向架基礎(chǔ)制動(dòng)裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)改造，將其改造為盤形制動(dòng)裝置，同時(shí)改造構(gòu)架和車輪等。

（4）提速至120?km/h后，需在既有線路上對(duì)既有車輛的動(dòng)力學(xué)性能進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試和仿真計(jì)算，通過計(jì)算結(jié)果來(lái)確定是否需要改造懸掛參數(shù)或懸掛方式，甚至構(gòu)架等。

（5）提速至120??km/h后，需對(duì)車輛的限界、車輛密封性進(jìn)一步試驗(yàn)和計(jì)算驗(yàn)證后，再確定是否需要改造超限界部分、密封材料和密封結(jié)構(gòu)等。

（6）對(duì)最高運(yùn)營(yíng)速度從 80?km/h 提高到 120??km/h 的轉(zhuǎn)向架和車輛所涉及到的相關(guān)技術(shù)要點(diǎn)和風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，為后續(xù)具體方案實(shí)施提供一定的參考。