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70%低地板轻轨车辆的类型比较

  时间:2019-05-22 10:13

关键词轻轨,低地板车,转向架,独立车轮

1辆低地板轻轨车辆

低地板轻轨车辆是指轨道交通车辆,其地面距离轨道表面一般小于350~400mm。这类车辆的入口高度非常低,上下车非常方便,特别是对于老人鲲儿童和残疾人。低地板轻轨车辆不需要配备高站平台。轨道可直接铺设在道路或原始电车轨道上;车辆可以通过半径小的曲线适应城市地面条件,可以显着降低线路成本。一般情况下,低地板轻轨车辆由2~3节组成,总长20~35m,容量中等。

自20世纪80年代以来,低地板车辆在欧洲和美国取得了快速发展。据不完全统计,全球20多个国家的140多个城市已经拥有低地板轻轨车辆。中国的大连市和长春市也选择了低地板轻轨车辆。目前世界上轻轨车辆的数量已超过5,000 [1]。

根据整车低地板与地面的比例,低地板轻轨车辆的发展经历了三个阶段[2-3]: 1第一阶段,只有低地板表面设置在入口处门,低层不是相互通过;低地板表面与整个车辆地板的比例仅为15%至30%,车辆采用传统的刚性轮对转向架。 2在第二阶段,所有低地板表面都设置在车辆中间,并且车厢的低地板表面彼此连接,而列车的末端是高地板;低地板表面与整个车辆地板的比例为60%~70%;火车的传统末端使用传统的刚性轮对转向架作为动力转向架;而火车中间通常使用一个小型轮式刚性轮组,转向架或独立轮转向架没有动力;轻轨车辆通常使用铰接式车身结构。在第三阶段,整个车辆都是低地板,所有转向架都是独立的车轮转向架。

目前,国际市场已形成以下四个品牌的低地板轻轨车辆。: siemens bino系列鲲al-stom citadis系列鲲bombardier in-centro系列和ansaldobreda sirio系列。

100%低地板车辆一直是追求的目标,并已在欧洲得到广泛应用;但100%的低地板车辆技术复杂,价格昂贵,在应用中暴露出许多问题。与100%低地板车辆相比,70%的低地板车辆具有以下优点[2]: 1采用传统动力转向架,结构简单,技术成熟; 2个中型无动力转向架采用独立轮子或小直径转向架结构相对简单; 3,低层地板门打开,乘客上下车,高层集中在车的两端,给乘客带来一点麻烦; 4常规动力转向架可配备更高功率的牵引电动机每轴功率为100~150kw;对于由空间驱动的独立车轮转向架,由于空间限制,两个独立车轮的牵引电机功率一般不超过70~90kw。基于以上优点,目前美国低地板轻轨车辆使用70%的低地板。这是因为美国轻轨车辆的运行条件与欧洲不同。主要性能是:。美国轻轨车辆的容量相对较大。 2它通常在郊区运营。 3运行速度快。 4起动加速度很大,因此需要很大的牵引力。功率。为了实现低地板,车轮直径不是问题,因为车轮位于车辆的任一侧并且座椅可以放置在该位置以便容纳车轮。重要的是使中间通道进入低层以确保通道通过。因此,实现低地板的关键不是车轮而是车轴。由于低地板轻轨车辆的地板高度仅为约300~400mm,甚至更低,为了确保地板表面的穿透,几乎不可能采用整体刚性轮对。解决问题的唯一方法是使用具有小车轮直径或传统车轮直径的独立车轮。

2辆低地板车辆,带有小轮式刚轮对

图1鲲2显示了两种典型类型的低地板轻轨车辆,带有小轮式刚轮对。两种类型的转向架在结构上基本相同,不同之处在于车身分组形式。 1型采用三车车身方案:。中间体b支撑在两个小轮径的拖曳转向架上,以形成静态固定的结构。在动力转向架的一端支撑两个端部主体鲲c。一端通过铰接结构连接到中间体b。 2型采用两种车身方案。:车身a支持电源鲲以拖动转向架并静态固定。车身b由动力转向架和车身之间的铰链结构静态地确定。

动力转向架采用刚性轮对双轴转向架。当电动机纵向布置时,需要一个大芯盘通过小半径曲线;当电动机横向布置时,需要一个摇枕结构。

阻力转向架采用小轮式刚轮对转向架。车轮的直径在375到410毫米之间。小轮径符合低地板的要求;刚轮对的优点是具有自动转向能力和良好的抗脱轨能力。较小的转向架尺寸和悬架比传统转向架小,并且通常只有一个中央悬架系统(见图3)。

小轮式转向架的缺点在于,由于车轮直径小,:对线路的不规则性敏感,转向架通常只有中央悬架系统,导致车辆稳定性差;小轮的车轮踏面容易划伤。划伤胎面后,不易重绕;轮轨接触应力高,胎面磨损快,轮更换周期短。根据小轮供应商vevey的报告,每个小轮轮可行驶约12万公里。

3辆低地板车辆,带独立车轮

由于小轮径轮降低了车辆的稳定性并且车轮胎面磨损快,因此倾向于使用国内外大轮径独立车轮低地板轻轨车辆。

独立轮是“独立旋转轮”的缩写。最简单的独立旋转轮用于使刚性轮对的左轮和右轮分离,使得它们围绕轴独立地旋转。由于轴不再需要旋转,所以独立轮组的轴可以制成曲轴形状或者甚至取消轴以满足低地板车辆的需要。使用单独的车轮的优点是:转向架结构类似于刚性转向架,并且可以使用相同的部件来简化结构;车轮的车轮直径与刚性车轮的车轮直径相似,因此可以制成弹性车轮,减少车辆的运行噪音和冲击次数。然而,由于独立车轮没有纵向爬行力矩并且只能由重力恢复力引导,因此需要特别设计独立车轮的胎面表面。为了提高独立车轮的引导能力,出现了各种形式的转向架。根据独立车轮的导向原理,独立车轮转向架可分为传统转向架鲲自调节运行部分和强制调节(转向)转向架。根据每个独立车轮转向架,低地板车辆的车身分组具有其特定形式。3.1独立车轮传统转向架方案

3.1.1双铰链三车体型

图4显示了采用传统车轮传统转向架的70%低地板轻轨车辆的双铰链三体版本。它由两个长体组成,一端为鲲c,中间为一个短体b,中间体下方有一个独立的轮式拖车转向架。设置中间短体的目的是:。一方面,当通过小半径曲线以适应极限时,减少车身末端的偏移;更重要的是,减少相邻车体对独立车轮转向架旋转的影响,从而减小车轮副的攻角。

这种双铰链三车车身,每个车身都不是静止的,而且两个车身模块需要铰接到鲲才能形成静态结构。连接铰链具有以下类型的: 1固定铰链,其限制三个方向的平移,但可以在三个方向上旋转,可承受垂直力,并传递大部分纵向和横向力,通常用于下铰链; 2个自由铰链,仅限制相邻车身之间的侧倾运动,通常用于上铰链; 3个旋转铰链,限制纵向和横向的平移,不限制垂直平移和三向旋转,也不限制垂直力通常用于上铰链。图5显示了德国枢纽生产的几种铰链机构。

对于双铰链三车车身类型,车身之间需要固定铰链和旋转铰链一个鲲b,这使得车身在垂直方向上是刚性的,并且不能围绕x鲲y轴旋转,只能在z轴。转。固定铰链和自由铰链布置在主体b鲲c之间,并且主体b鲲c可绕y轴旋转以适应垂直曲线。为了抑制车体之间的摇摆,必须在铰链处提供一定的纵向和横向阻尼。

双铰链三车车身的主要缺点是:。由于车体的长度不均匀,当通过小半径曲线时,端体的横向偏移很大。为了达到极限,一个鲲c车身的末端必须锐利锐化;当通过小半径曲线时,由于末端转向架相对于车身的角度较大,高层地板上的动力转向架必须设计成具有摇枕类型。

中国的大连市,湘潭汽车厂和唐山机车车辆厂已成功生产出这种双铰链三车70%低地板车。

3.1.2模块化体型

克服双铰链三车体缺点的方法是采用五车体型,如图2所示。 6.将三车车身类型的长车身改为两个短车身;动力转向架两端设置在短车体下方一个鲲f,中间浮动车体b鲲d通过连接铰链和端体与中间车体c连接。显然,当五车体型通过曲线时车体的横向量大大减小,并且车体的端部基本上没有变尖锐。五体版本的另一个好处是,:高层的动力转向架可以无摇枕,这简化了动力转向架的设计。五车型符合轻轨车辆模块化的趋势。模块化意味着:标准化车辆组件,如功率转向架鲲到转向架鲲前体鲲浮体鲲中间体鲲铰链等;然后根据需要灵活调整车辆分组形式适应客户对客流量的需求,最大限度地降低成本。图7显示了模块化的七体结构。

3.2独立车轮自动调整运行部门程序

图8显示了由德国Frederich教授[4]开发的独立车轮单轴(自调节)运行部件。其左侧独立轮鲲可以围绕框架外侧的相应旋转中心旋转,从而可以通过重力恢复力产生绕垂直轴的恢复力矩。该扭矩可以驱动独立车轮自动调节和复位,使车轮自动呈现径向位置。仅依赖于车轮和轨道之间的力以将车轮返回到径向位置的独立车轮单轴行驶部分通常被称为独立车轮自调节行驶部分(称为eef)。图9示出了使用自调节运行部分的低地板车辆的一种形式。

70%低地板轻轨车辆的类型比较

独立车轮自调节运行部件的主要缺点是运动部件更复杂。鲲结构复杂。由于旋转轴具有一定的摩擦力,因此只有当轮副偏转一定角度时才能克服摩擦力的影响,这会导致轮辋磨损。与所有独立车轮转向架一样,当制动器不相等时,它需要一个高性能的防滑装置以避免左侧鲲右轮的轮辋,从而使轮辋抵靠导轨。

3.3独立车轮强制调整转向架方案

3.3.1联轴器转向架

独立车轮联轴器转向架是一种具有径向性能的新型转向架。其结构原理如图10所示.:连接两个独立的车轮单轴转向架,与前后车身相邻,带有连接弹性元件。通过选择联轴器弹簧的摇头刚度,单轴转向架可以在二级悬架弹簧和联轴器弹簧的作用下自动将轮对调整到径向位置,实现轮对的径向引导[5] 。

由于悬挂元件的弹性径向变形,联接转向架在通过小半径曲线时的径向引导能力将受到限制。通常,它具有比半径为50米或更大的曲线更好的径向功能。

3.3.2强制转向架

图11是由庞巴迪为维也纳提供的b型低地板轻轨车辆使用的强制转向转向架的示意图。径向原理与西班牙talgo列车基本相同,西班牙talgo列车使用一组杠杆机构通过使用相邻的车身拐角通过曲线时迫使单轴转向架到径向位置。

3.4独立车轮转向架关键技术

独立车轮转向架是实现低地板轻轨车辆的关键。然而,各个车轮的轮辋磨损比传统的刚性轮对大得多。这是因为独立车轮没有纵向爬行扭矩,只能通过重力恢复力来引导。这使得独立车轮对曲线具有更大的迎角,并且车轮和轨道的横向力很大,并且当在直道上行驶时,轮辋倾向于邻接轨道。因此,独立车轮的轮缘磨损更多并且容易脱轨。解决独立轮辋磨损问题的主要措施是以下: 1设计良好的胎面,以避免轮辋沿直线接触钢轨。独立轮由重力恢复力引导,重力恢复力取决于左侧鲲右轮的接触角差。因此,在独立车轮的胎面设计中,应尽可能地增加左侧鲲右轮的接触角差。设计独立的车轮踏面是使用接触角胎面反转方法[6]的有效方法。 2润滑轮辋并将护栏放在小半径部分中,使用后轮引导。 3使用具有径向功能的转向架来减小轮对上的轮对的攻角。此外,还需要控制独立车轮转向架的左侧鲲右轴距差。一般来说,双轴转向架左侧鲲的左轴距应控制在1mm以内。

4。结论

70%低地板轻轨车辆的类型比较

目前低地板轻轨车辆主要集中在西欧和北美。在西欧开发低地板轻轨车辆有两个主要原因。:一个是更换旧电车,另一个是保护环境并节省能源。在美国使用低地板轻轨车辆的另一个原因是实施了ada法案,该法案要求公共交通系统方便残疾人乘坐。

低地板轻轨交通可以被越来越多的城市接受。主要原因是轻轨交通填补了城市轨道交通系统中公交和地铁交通的空白;它的适应能力是10,000到30,000的单向峰值。乘客人数/h通常用作中型城市的干线交通和大城市的支线交通。大连市和长春市的实践证明,轻轨交通系统也是我国城市轨道交通发展的模式之一。

70%的低地板轻轨车辆有多种款式可供选择,其选择主要取决于运行部分。独立式独立车轮转向架的开发是实现70%低地板轻轨车辆的关键。模块化车身是低地板车辆的发展方向。

引用

[1] boozallen,hamiltoninc.applicabilityoflow-floorlightrailve-hiclesinnorthamerica [r] .washington,d.c: transportationresearchboard,nationalresearchcouncil.1995。

[2]包伟谦。独立车轮在低地板轻轨车辆中的应用[J]。 Diesel Locomotive,2001,28(1): 12。

[3]应志定,张玉辉,江敏。低地板轻轨车辆制动技术分析[J]。城市轨道交通研究,2006(6): 64。

[4]陈泽深,王成国。铁路车辆动力学与控制[M]。北京:中国铁道出版社,2004: 116。[5] Chi Maoru,Zhang Hong,Huang Qichen,et al。新型独立车轮低地板转向架曲线通过性能研究[J]。铁路车辆,2005,43(3): 1。

[6]叶智森,沉刚。独立车轮踏面形状设计[J]。铁路车辆,2003,49(1): 19。

[7]吉林,王健。直线电动车与轻轨车的应用比较[J]。城市轨道交通研究,2005(3): 59。



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