李濤，陳選民，鄧景山，陸超，景小鋒

工藝轉(zhuǎn)向架總體方案和牽引/制動計(jì)算

李濤1，陳選民1，鄧景山2，陸超1，景小鋒2

（1.廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)車車輛學(xué)院，廣東 廣州 510430； 2.廣州地鐵集團(tuán)有限公司 運(yùn)營事業(yè)總部，廣東 廣州 510000）

對地鐵車輛檢修用工藝轉(zhuǎn)向架進(jìn)行了研究，開發(fā)了一種新型工藝轉(zhuǎn)向架組，該工藝轉(zhuǎn)向架組由動力工藝轉(zhuǎn)向架和非動力工藝轉(zhuǎn)向架組成，能夠適應(yīng)不同廠家車輛車體的架修要求。地鐵車輛檢修時(shí)，車體和轉(zhuǎn)向架分離，工藝轉(zhuǎn)向架組支撐車體，運(yùn)載到指定檢修區(qū)間。介紹了工藝轉(zhuǎn)向架優(yōu)點(diǎn)和總體方案；對工藝轉(zhuǎn)向架進(jìn)行了牽引計(jì)算和制動計(jì)算，計(jì)算結(jié)果表明，工藝轉(zhuǎn)向架組牽引地鐵車輛車體在平直軌道上行駛時(shí)，不會出現(xiàn)打滑現(xiàn)象；動力工藝轉(zhuǎn)向架組牽引地鐵車輛車體在平直濕滑軌道上行駛并采取制動措施時(shí)，也不會出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。

工藝轉(zhuǎn)向架；總體方案；牽引計(jì)算；制動計(jì)算

地鐵車輛經(jīng)過一定時(shí)期的運(yùn)行，各部件會發(fā)生磨耗、變形或損壞，為了使地鐵車輛在良好狀態(tài)下穩(wěn)定可靠地運(yùn)行，延長使用期限，必須進(jìn)行有計(jì)劃的檢查和檢修。在檢修轉(zhuǎn)向架時(shí)，把車體和轉(zhuǎn)向架分離后，采用工藝轉(zhuǎn)向架替換轉(zhuǎn)向架，牽引并承載地鐵車輛車體，完成車體在各檢修區(qū)的檢修任務(wù)[1-4]。

本文開發(fā)了一種新型工藝轉(zhuǎn)向架組分為動力工藝轉(zhuǎn)向架和非動力工藝轉(zhuǎn)向架兩類。動力工藝轉(zhuǎn)向架采用電力驅(qū)動，只需1～2人操作，降低了人力成本，提高了生產(chǎn)效率，效益顯著。而目前大部分采用非動力工藝轉(zhuǎn)向架，一種是通過人力推動工藝轉(zhuǎn)向架負(fù)載車體，需要7～8人協(xié)同完成，推車過程中還有可能發(fā)生磕碰事故，存在安全隱患，生產(chǎn)效率較低；另一種是采購軌道牽引車牽引工藝轉(zhuǎn)向架，設(shè)備購置成本高。

工藝轉(zhuǎn)向架組適應(yīng)性廣，可多自由度調(diào)節(jié)，適應(yīng)不同廠家的車輛車體的架修要求：軸距可調(diào)，能滿足不同型號的架車機(jī)支撐工藝轉(zhuǎn)向架的使用要求；橫向和縱向定位裝置采用無級調(diào)節(jié)，可滿足不同車型地鐵車輛對位；支撐定位裝置的安裝座可橫向滑動，可滿足不同車型地鐵車輛支撐。工藝轉(zhuǎn)向架能夠適應(yīng)不同車型，采購工藝轉(zhuǎn)向架種類少，占用空間小，采購和維護(hù)成本低。

1 工藝轉(zhuǎn)向架組總體方案

新型工藝轉(zhuǎn)向架組設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

表1 新型工藝轉(zhuǎn)向架組設(shè)計(jì)參數(shù)

工藝轉(zhuǎn)向架組由動力工藝轉(zhuǎn)向架和非動力工藝轉(zhuǎn)向架組成，作業(yè)時(shí)由一臺動力工藝轉(zhuǎn)向架與一或兩臺非動力工藝轉(zhuǎn)向架組對，共同支撐一輛地鐵車輛的車體運(yùn)行。動力工藝轉(zhuǎn)向架（圖1）主要包括構(gòu)架、驅(qū)動機(jī)構(gòu)、主動走行機(jī)構(gòu)、從動走行機(jī)構(gòu)、支撐定位裝置、電源、電氣控制系統(tǒng)和附件等[5-7]。非動力工藝轉(zhuǎn)向架（圖2）主要包括構(gòu)架、從動走行機(jī)構(gòu)和支撐定位裝置等。動力工藝轉(zhuǎn)向架與非動力工藝轉(zhuǎn)向架的構(gòu)架、支撐定位裝置、走行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)可以通用。

1.構(gòu)架 2.驅(qū)動機(jī)構(gòu) 3.主動走行機(jī)構(gòu) 4.從動走行機(jī)構(gòu) 5.支撐定位裝置 6.電源 7.電氣控制系統(tǒng)和附件

1.構(gòu)架 2.從動走行機(jī)構(gòu) 3.支撐定位裝置

構(gòu)架（圖3）主要由標(biāo)準(zhǔn)型材和鋼板焊接而成，包括一根中央橫梁和二根側(cè)梁。構(gòu)架側(cè)梁下蓋板上設(shè)有2300/2500 mm兩套軸距安裝孔，橫梁上的懸吊裝置安裝座有兩個(gè)安裝孔。將走行機(jī)構(gòu)的軸箱定位裝置（圖4）聯(lián)接不同安裝孔，懸吊裝置安裝在相應(yīng)的安裝孔內(nèi)，即可獲得2300/2500 mm的軸距。

圖3 構(gòu)架

圖4 軸箱定位裝置

支撐定位裝置由安裝座、安全定位裝置和承載托盤裝置等組成。安全定位裝置上設(shè)有縱向和橫向伸縮機(jī)構(gòu)，可以夾緊地鐵車輛的牽引座，承載托盤可以橫向滑動，以適應(yīng)不同廠家的車輛。

走行機(jī)構(gòu)分為主動走行機(jī)構(gòu)和從動走行機(jī)構(gòu)。主動走行機(jī)構(gòu)設(shè)置于動力工藝轉(zhuǎn)向架上，由軸箱定位裝置、軸箱緩沖橡膠墊、軸箱、輪軸組成、長、短聯(lián)軸套及扭矩銷等組成，通過驅(qū)動裝置牽引地鐵車輛車體自行。從動走行機(jī)構(gòu)只有一根聯(lián)軸套。

驅(qū)動裝置由車軸齒輪箱、永磁無刷直流電機(jī)和懸掛裝置等組成。車軸齒輪箱的輸出軸嵌入主動走行機(jī)構(gòu)的軸套中，形成抱軸結(jié)構(gòu)。永磁無刷直流電機(jī)安裝在車軸齒輪箱體的高速端，其后端部安裝有制動器，斷電時(shí)，制動器制動。懸吊裝置彈性吊掛在工藝轉(zhuǎn)向架的懸吊梁上，安裝結(jié)構(gòu)簡單、安全、可靠。

電源由直流電壓48 V的磷酸鐵鋰電池組和充電機(jī)等組成。當(dāng)蓄電池組電量不足、處于虧電狀態(tài)時(shí)，電量運(yùn)行器就會顯示紅色，提示及時(shí)充電。采用智能自動鋰電專用充電機(jī)，可根據(jù)蓄電池的充電特性曲線，自動對蓄電池的充電電流、電壓和時(shí)間進(jìn)行設(shè)置并自動充電，蓄電池充滿電后，自動停止充電。

電氣控制系統(tǒng)由走行控制系統(tǒng)、充電控制系統(tǒng)和安全警示系統(tǒng)等組成。電氣主控柜、走行控制柜、操作手柄、緊急按鈕和警示燈均采用礦用防爆型結(jié)構(gòu)，防護(hù)等級IP65。動力工藝轉(zhuǎn)向架分為線遙控和面板控制兩種運(yùn)行方式。

附件由電源箱體、電氣控制柜體和連掛裝置等組成。蓄電池箱和充電機(jī)走行控制箱具有防水防爆功能和良好通風(fēng)散熱能力。蓄電池箱底部開有進(jìn)氣孔，上側(cè)面開有排氣孔。散熱孔采用內(nèi)藏式，可防止沖洗水噴入，進(jìn)排氣孔處采用金屬網(wǎng)柵進(jìn)行隔爆。蓄電池組上方設(shè)有金屬網(wǎng)柵進(jìn)行隔爆。充電走行控制箱內(nèi)裝有電氣主控柜、充電機(jī)和走行控制柜。電氣主控柜和走行控制柜也采用礦用防爆箱結(jié)構(gòu)，外側(cè)開有推拉門，方便充電插頭、遙控手柄及線纜收納。

2 牽引計(jì)算

根據(jù)TB/T 1407－1998《列車牽引計(jì)算規(guī)程》[8]和相關(guān)文獻(xiàn)[9-10]進(jìn)行車輛牽引計(jì)算。

一臺動力工藝轉(zhuǎn)向架、一臺非動力工藝轉(zhuǎn)向架和地鐵車輛的車體組成臨時(shí)車輛，由動力工藝轉(zhuǎn)向架牽引，在平直軌道上運(yùn)行。

2.1 車輛啟動單位基本阻力

參照《列車牽引計(jì)算規(guī)程》[8]2.4.1車輛起動單位基本阻力ω'，動力工藝轉(zhuǎn)向架與非動力工藝轉(zhuǎn)向架走行機(jī)構(gòu)類似，起動阻力相同，臨時(shí)車輛的起動基本阻力ω'取為5 N/kN。

2.2 車輛附加阻力

（1）坡道附加阻力ω：臨時(shí)車輛在平直軌道上運(yùn)行，坡道坡度為0，根據(jù)《列車牽引計(jì)算規(guī)程》[8]（2-24），ω＝，故ω＝0。

（2）曲線附加阻力ω：臨時(shí)車輛在車間直線上運(yùn)行，故ω＝0；

（3）隧道附加阻力ω：臨時(shí)車輛車間內(nèi)運(yùn)行，無隧道，故ω＝0；

故根據(jù)《列車牽引計(jì)算規(guī)程》[8]（2-29），加算附加阻力ω＝ω＋ω＋ω＝0。

2.3 車輛啟動運(yùn)行單位總阻力ωq

ω＝ω＋ω'＝5 N/kN，即為5‰。

2.4 輪周牽引力、運(yùn)行阻力和計(jì)算粘著牽引力

一個(gè)動力工藝轉(zhuǎn)向架包括一條主動輪對與一條從動輪對。主動輪對上安裝YP132B5-48V 3.0-600型電機(jī)，電機(jī)上的制動盤制動力轉(zhuǎn)矩為電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的1.5倍。根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)，車軸齒輪箱的傳動效率＝85%。

則電機(jī)功率為：

式中：為電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，N·m；為轉(zhuǎn)速，r/min。

由式（1）推導(dǎo)出：

計(jì)算得：＝47.75 N·m。

電機(jī)經(jīng)過車軸齒輪箱減速后，車軸齒輪箱的輸出轉(zhuǎn)矩T為：

式中：為車軸齒輪箱傳動比；為車軸齒輪箱的傳動效率。

計(jì)算得：T＝1294.3 N·m。

車軸齒輪箱的輸出軸與主動輪軸組成采用軸套與扭矩銷聯(lián)接，輸出轉(zhuǎn)矩直接傳送至主動輪軸組成的車輪上，主動輪軸組成的車輪圓周轉(zhuǎn)矩等于車軸齒輪箱的輸出轉(zhuǎn)矩。

該轉(zhuǎn)矩輸出的輪周牽引力1為：

式中：0為新輪輪徑，mm。

計(jì)算得：1＝5177.2 N。

該臨時(shí)車輛的總質(zhì)量P為：

式中：01為動力工藝轉(zhuǎn)向架質(zhì)量，t；02為非動力工藝轉(zhuǎn)向架質(zhì)量，t；03為車體質(zhì)量，t。

計(jì)算得：P＝33.3 t。

該臨時(shí)車輛在平直軌道上運(yùn)行時(shí)的運(yùn)行總阻力2為：

式中：P為臨時(shí)車輛總質(zhì)量，t；為重力加速度，m/s2；w為臨時(shí)車輛啟動運(yùn)行單位總阻力。

計(jì)算得：2＝1633.4 N。

由于地鐵車輛結(jié)構(gòu)基本是對稱的，因此前、后兩個(gè)轉(zhuǎn)向架各承載一半車體的質(zhì)量，即動力轉(zhuǎn)向架承受的載荷1為：

計(jì)算得：1＝137340 N。

動力工藝轉(zhuǎn)向架自重2為：

計(jì)算得：2＝30214.8 N。

動力轉(zhuǎn)向架為兩軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)基本是對稱的，因此主動輪軸組成承受載荷為該轉(zhuǎn)向架自重與其承載的一半，即主動輪軸組成承受的載荷3為：

計(jì)算得：3＝83777.4 N。

由于主動輪軸組成承受的載荷通過車輪組成全部作用在鋼軌上，因此主動輪軸組成載荷就是主動輪軸組成的粘著重量。

參照《列車牽引計(jì)算規(guī)程》[8]5.2.1.1國產(chǎn)各型電力機(jī)車的計(jì)算粘著系數(shù)μ為：

式中：為工藝轉(zhuǎn)向架組最大行走速度，km/h。

計(jì)算得：μ＝0.345。

主動輪軸組成的計(jì)算粘著牽引力3為：

計(jì)算得：3＝28903.2 N。

通過以上計(jì)算，得出粘著牽引力3＞＞輪周牽引力1＞＞運(yùn)行阻力2，動力工藝轉(zhuǎn)向架可以滿足其牽引地鐵車輛的車體在平直軌道上行駛的動力要求，不會出現(xiàn)打滑的現(xiàn)象。

3 制動計(jì)算

3.1 電機(jī)主軸輸出的制動力矩

當(dāng)電機(jī)接到制動指令時(shí)，電機(jī)停止工作，制動盤制動，電機(jī)主軸輸出的制動力矩T為：

計(jì)算得：T＝71.63 N·m。

3.2 車軸齒輪箱的輸出轉(zhuǎn)矩

電機(jī)經(jīng)過車軸齒輪箱減速后，車軸齒輪箱的輸出轉(zhuǎn)矩T為：

計(jì)算得：T＝2687.4 N·m。

3.3 輪周制動力

車軸齒輪箱的輸出軸與主動輪軸組成采用軸套與扭矩銷相聯(lián)，車軸齒輪箱輸出的制動轉(zhuǎn)矩直接傳遞至主動輪軸組成的車輪上。該制動轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的輪周制動力F為：

計(jì)算得：F＝10749.6 N。

3.4 臨時(shí)車輛的總制動力

臨時(shí)車輛的總制動力F為制動力矩產(chǎn)生的輪周制動力與運(yùn)行總阻力之和，即：

計(jì)算得：F＝12383 N。

3.5 制動粘著系數(shù)

計(jì)算得：μ＝0.152。

3.6 制動粘著力

主動輪軸組成的輪軌制動粘著力F0為：

計(jì)算得：F0＝12734.2 N。

通過以上計(jì)算可知，輪周制動力F小于制動粘著力F0，動力工藝轉(zhuǎn)向架牽引地鐵車輛的車體在平直濕滑軌道上行駛并采取制動措施時(shí)，主動輪軸組成的車輪制動時(shí)不打滑。

4 現(xiàn)場應(yīng)用

2018年底，在廣州地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營事業(yè)總部基地維修中心車輛大修部（以下簡稱車輛大修部）完成了工藝轉(zhuǎn)向架組牽引車體走行試驗(yàn)（如圖5所示）、制動試驗(yàn)、車體落在轉(zhuǎn)向架上對位等試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，工藝轉(zhuǎn)向架各項(xiàng)性能均滿足要求。

圖5 工藝轉(zhuǎn)向架組牽引車體走行試驗(yàn)

該新型工藝轉(zhuǎn)向架在車輛大修部的試用報(bào)告結(jié)論如下：

（1）該工藝轉(zhuǎn)向架軸距可調(diào)、支撐裝置間距可調(diào)、中心銷定位裝置可調(diào)，接口與廣州地鐵A2、A5型車接口匹配；

（2）該工藝轉(zhuǎn)向架與廣州地鐵西朗車輛段架車機(jī)、移車臺、軌道（試驗(yàn)段）接口匹配；

（3）該工藝轉(zhuǎn)向架的承載能力、牽引力及制動力滿足廣州地鐵A2、A5型車車重要求；

（4）該工藝轉(zhuǎn)向架采用電力驅(qū)動，使用方便，在一定程度上提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動強(qiáng)度。

5 結(jié)束語

根據(jù)地鐵車輛檢修需求設(shè)計(jì)了一種新型工藝轉(zhuǎn)向架，該工藝轉(zhuǎn)向架采用電力驅(qū)動，可多自由度調(diào)節(jié)，能夠適應(yīng)不同廠家車輛車體的架修要求，可提高自動化程度和生產(chǎn)效率，減輕工人勞動，工藝轉(zhuǎn)向架采購種類少，占用空間少，采購和維護(hù)成本低。對工藝轉(zhuǎn)向架進(jìn)行了牽引計(jì)算和制動計(jì)算和試驗(yàn)，計(jì)算和試驗(yàn)結(jié)果均滿足要求。

[1]牛曉波. 機(jī)車檢修用工藝轉(zhuǎn)向架的設(shè)計(jì)[J]. 鐵道機(jī)車車輛工人，2015，13（2）：3-5.

[2]馮娜娜，趙慧. 一種智能工藝轉(zhuǎn)向架的設(shè)計(jì)研究[J]. 鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2016，28（1）：26-28.

[3]李鵬程，熊禾根. 基于AWE的工藝轉(zhuǎn)向架構(gòu)架優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[J]. 工業(yè)技術(shù)與職業(yè)教育，2011，33（23）：110-113.

[4]戴俊，魏云平. 可調(diào)寬度中空軸動車工藝轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)與分析[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程，2017，46（6）：67-70.

[5]連青林. 動車組通過小半徑曲線工藝轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)研究[J]. 鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2017，14（9）：1814-1819.

[6]費(fèi)久利，赫宏聯(lián)，孫應(yīng)東，等. 具有曲線通過能力的動車組工藝轉(zhuǎn)向架研究[J]. 機(jī)車車輛工藝，2014（5）：31-33.

[7]戴俊，魏云平. 可調(diào)寬度中空軸動車工藝轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)與分析[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程，2017，46（6）：67-70.

[8]TB/T 1407－1998，列車牽引計(jì)算規(guī)程[S]. 中華人民共和國鐵道部，1999.

[9]張帥，魏偉. HXD1組合列車牽引與電制動模型的驗(yàn)證[J]. 鐵道機(jī)車車輛，2018，38（5）：39-44.

[10]肖冰. 新型速度160km/h交流傳動客運(yùn)內(nèi)燃機(jī)車運(yùn)用考核的牽引適應(yīng)性研究[J]. 鐵道機(jī)車與動車，2018（8）：39-42.

Overall Scheme of Process Bogie and Traction/Brake Calculation

LI Tao1，CHEN Xuanmin1，DENG Jingshan2，LU Chao1，JING Xiaofeng2

( 1.Locomotive and Rolling Stock College, Guangzhou Railway Polytechnic, Guangzhou 510430, China; 2.Operation Headquarter, Guangzhou Metro Group Co., Guangzhou 510000, China )

In this paper, the process bogie used for subway vehicle maintenance is studied, and a new process bogie set is developed, which is composed of power process bogie and non-power power bogie and can adapt to different intermediate repair requirements of vehicle bodies of different manufacturers. During the maintenance of subway vehicles, the vehicle body and the bogie are separated, the process bogie set supports the vehicle body, and the vehicle is carried to the designated maintenance area. Besides, the advantages and overall scheme of the process bogie are introduced; the traction calculation and braking calculation of the process bogie are carried out and the results show that when the process bogie set draws the body of the subway vehicle on a straight track, there will be no skidding; when the body of the subway vehicle is drawn by the bogie set on a straight and slippery track and the braking measures are taken, there will be no skidding, either.

process bogie；overall scheme；traction calculation；braking calculation

U279.3

A

10.3969/j.issn.1006-0316.2020.11.007

1006－0316 (2020) 11－0043－06

2020－03－18

2017年廣東省教育廳應(yīng)用研究重大項(xiàng)目：地鐵車輛檢修用工藝轉(zhuǎn)向架（2017GKZDXM009）；廣州市教育局2018年高?？蒲许?xiàng)目：軌道交通機(jī)車車輛檢修裝備研發(fā)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)（201831844）；廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院新引進(jìn)人才科研啟動項(xiàng)目（GTXYR1701）；機(jī)車車輛應(yīng)用技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心項(xiàng)目

李濤（1975－），男，湖南衡陽人，碩士，教授級高級工程師，主要研究方向?yàn)闄C(jī)車車輛轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)，E-mail：litao98512@126.com。