新型有轨电车的回归

新型有轨电车的回归（精选4篇）

新型有轨电车的回归 篇1

有轨电车作为公共交通工具出现在世界各大城市已经有上百年的历史。上海市的3 路、8 路有轨电车对许多老上海人还记忆犹新, 留下美好的回忆。虽然其因城市交通改造有一段时期淡出了人们的视野, 但是随着城市交通新一轮的发展, 尤其是在倡导环保、节能的背景下, 新型有轨电车开始回归, 受到了广大市民的热烈欢迎。

新型的城市有轨电车采用了许多高新技术, 其特征是低地板、模块化、无接触网、信息化和列车化。

一、低地板

城市新型有轨电车作为公共交通工具, 首先考虑方便老、弱、病、残、孕等上下车, 无例外地都采用了低地板设计。目前使用的低地板中, 有70% 低地板电车和100% 低地板电车两大类。

70% 低地板电车车门入口地板高度为0.35 米, 车长28.4 米, 车宽2.65 米, 车高3.7 米; 坐席数量64 个, 最大载客量341 人 (图1) 。

100% 低地板电车车门入口地板高度为0.33 米, 能够让残疾车直接驶入车厢就位, 或直接驶离车厢下车。车长32.23 米, 车宽2.65 米, 车高3.7 米;当每平方米站立6 人时, 载客量300 人;当每平方米站立8 人时, 载客量382 人 (图2) 。

二、模块化

现在城市新型有轨电车均采取模块化设计和制造, 然后编组投入营运。如图3, 电车包含5 个基本模块——1 个拖车转向架模块、2 个动车转向架司机室模块、2个悬浮的客室模块, 经过总装配、编组连接后就成了一列拥有5 节车厢的新型城市有轨电车。其改变了过去“一动一拖”的常规, 合理地配置了动车与拖车的资源, 使得载客量达到最大化、动力效率最优化、客流量分布又较均匀, 每侧的6 个车门上下车也很迅速、便利。

三、无接触网

新型城市电车采用PRIM0VE无接触网运行系统, 可获得安全、经济、可靠和灵活的运行性能。

新型低地板无接触网有轨电车的电力来自于在轨道上和车辆上装备的PRIM0VE组件, 即通过由它们构成的无接触网便可实现有轨电车的运行。铺设在地下的电缆连接到动力调节和供电网络, 安装在车辆底部的感应线圈会把埋在地下的电缆所产生的磁场, 转化为车辆牵引系统所需的电流 (图4) 。该网络只有在被车辆完全覆盖时才会供电, 因此, 对于道路上的行人以及通行的自行车和摩托车都无影响, 甚至连汽车和驾驶员都可以照常无害行驶, 并确保他们的安全。

四、信息化

城市新型有轨电车内安装有视频录像、直播电视、WIFI网络传输、实时广播、电子站牌显示、无人售票, 以及空调温度采集、显示与调控。

城市新型有轨电车采用智能化的驾驶台, 配有多面显示屏, 分别由电子地图和显示屏实况显示行车的路线和路况, 反映车厢内和车辆外的动态, 控制车速, 防止碰撞、超车和闯红灯。而且其使用纯粹的电传操纵系统, 以座椅左侧小巧的侧驾驶杆取代了传统的机械式方向盘, 大大减轻了驾驶员的工作强度;操作面板上五颜六色的操纵按钮、触摸键以及动作指示, 还增添了许多现代化气息 (图5) 。

随着信息化、自动化程度的提高, 城市新型有轨电车驾驶员开车时可以更多时间用于全程的行车监控及应急处理, 今后的方向则是实现无人驾驶。

五、列车化

城市新型有轨电车既有3节一列的, 也有5节一列的, 开起来就像个巨龙阵, 十分壮观, 酷似轻轨列车或小地铁 (图6) , 载客量已经大大超过了传统的有轨电车和无轨电车。对特大型城市而言, 只要有大客流需求和保证, 并且道路情况良好、基础设施完备, 这种列车化的城市有轨电车发展前景十分美好。

列车化的城市有轨电车可以根据运行路线、运行时间段和客流量等具体情况组织营运。上下班高峰时间段增投5 节一列的有轨电车, 就能满足大客流的需要;过了客流高峰时段, 则可以投入3 节一列的有轨电车, 以维持中等客流量的需要。这也充分显现出城市新型有轨电车在使用上的灵活性。

列车化的城市有轨电车其独特的防撞性能、先进的转向架, 代表着最前沿的技术。其转向架采用带轴轮对, 多节车厢连接后仍然具备良好的曲线行驶的平顺性;轮轨磨损低、运行平稳, 乘坐的舒适性得到改善, 能够最大限度地满足城市公共交通的需求。而且, 它在沿线运行中无二氧化碳排放以及其他环境污染。

具有百年历史的有轨电车在世界各大城市的回归, 受到了广大市民的欢迎和喜爱。在先进、高效、可靠、节能、环保、安全、经济和实用等综合指标的考核和竞争中, 它既恢复了新生, 又显现了优势, 还赢得了荣誉。这也充分展现了城市公共交通发展的生机活力和大趋势, 表明有轨电车在未来城市公共交通中不仅能够占据一席之地, 还将大有作为。

新型有轨电车自动防护系统的研究 篇2

ATP ( automatic train protection) 系统是一种保证行车安全的系统, 其基本功能如下: 1保证有轨电车不能超过规定的速度运行; 2保证有轨电车不能冒进禁止信号或冒进规定的停车点［2，3］。对保障新型有轨电车的安全舒适和提高运输效率、行车密度来说不可缺少［4，5］。有轨电车在运行时其数学模型很难精确地描述, 现利用模糊预测算法对有轨电车ATP系统进行研究, 模糊预测算法对模型的要求不高, 更符合有轨电车的控制过程, 该方法对有轨电车的防护具有很好的效果。

1基于模糊预测算法的ATP建模

有轨电车的运动过程相对复杂, 会受到很多因素的影响, 而模糊预测的方法可以克服这些因素, 很适合有轨电车的控制过程, 现应用模糊预测的方法和运动学方程, 并结合有轨电车的特点建立ATP模型, 以求达到更好的速度防护效果。

ATP系统由动力学模块、ATP防护模块、基础数据模块、运行监督模块组成［6］。动力学模块用来计算有轨电车的速度和位置; ATP防护模块是核心部分, 利用ATP模糊预测模型计算出有轨电车ATP防护预测曲线; 基础数据模块是由有轨电车数据和相关线路数据组成; 最后一部分运行监督模块可以实时监督有轨电车的运行状态。ATP系统计算出有轨电车运行防护曲线［4］, 实时监督有轨电车的速度是否超过了防护曲线限制的速度, 如果超过限制速度, 则ATP系统发出制动请求。ATP系统的输入为线路数据和有轨电车运行状况, 输出为有轨电车的控制请求和运行防护曲线。有轨电车运行状况由运动学方程表示, 因此, 在对ATP建模之前, 先给出有轨电车的运动学模型。

1. 1有轨电车动力学模型

有轨电车在运行过程中受到的力主要有: 单位制动力b、单位牵引力f、单位阻力w［7］。要对有轨电车的运行过程进行模拟, 首先要计算出作用于有轨电车上的合力c, 然后再根据有轨电车的运动方程计算出有轨电车的运行速度、运行距离。

有轨电车单位合力:

单位牵引力f的计算一般是根据牵引电机的牵引特性曲线, 在速度已知的情况下, 可以利用线性插值法从牵引特性曲线中计算出在该速度下的牵引力大小［7］。

有轨电车运行阻力包括基本阻力和附加阻力, 在电车的运行过程中基本阻力始终存在, 它的大小和速度直接相关, 基本阻力的计算公式为

式 ( 2) 中, a、b、c为经验常数, 不同的车辆其数值不同。

附加阻力是由线路等原因形成的阻力, 包括曲线附加阻力、坡道附加阻力。

根据线路情况和运行要求, 电车有三种工况, 牵引、惰行和制动, 在这三种不同的工况下, 电车的受力不同。由受力分析, 可以计算电车的加速度、速度和距离。

加速度计算公式如下

式 ( 3) 中, a为加速度, m/s2; c为单位重量合力, N或k N; γ 为回转质量系数; M为有轨电车质量, kg。

计算得到加速度之后, 可以推导出有轨电车的速度和位置推导公式。

式 ( 4) 中, Vi为i时刻的速度; Vi +1为i + 1时刻的速度; Δt为步长; Si为i时刻的位置; Si +1为i + 1时刻的位置。

1. 2模糊预测模型

模糊预测控制是将预测推理和模糊决策结合起来的一种智能控制, 利用预测模型预测出有轨电车下一时刻的速度和位置, 然后通过模糊决策判断有轨电车应采用何种控制策略才能保证安全运行。

在复杂的控制系统领域, 该技术得到了很好的应用和发展, 由于有轨电车的控制系统具有时变、多变量、大滞后、非线性的特点, 所以采用模糊预测控制可以很好地对有轨电车进行控制。模糊预测控制由三部分组成, 分别是模糊预测模型、反馈校正和滚动优化。模糊预测模型是模糊预测控制的关键, 是根据被预测对象的历史信息和未来输入预测未来输出［8］。由于在实际中, 模型的预测值与实际可能不相等, 因此运用反馈, 校正模型的预测值; 滚动优化是通过某一性能指标的最优来确定未来的控制作用。

模糊预测控制系统的结构如图1所示。模糊预测控制器的输出u作用在有轨电车上, 产生牵引、惰行和制动的运行工况, 输出速度v ( k) , 为了使有轨电车的运行速度v ( k) 能很好地跟随目标速度vm ( k) , 将k时刻的输出值经过预测模型和反馈校正反馈到控制器的输入端, 即在k时刻预测k + 1时刻的输出vy, 并与目标速度做差值计算误差e。

论文根据模糊预测控制原理, 首先建立了ATP系统的预测模型, 然后引入模糊控制技术, 建立起ATP模糊规则库。

假设有轨电车在时刻k的控制输入为u ( k) , 当前的位置为s ( k) , 速度为v ( k) 。根据有轨电车的运动学公式可以如下预测。

有轨电车的单步预测模型为

有轨电车运行控制系统是一个复杂、大滞后系统, 如果用单步预测模型, 很难达到满意的控制效果, 所以需要用多步预测模型来控制。则有轨电车的多步预测模型为

有轨电车运行过程中控制性能有安全性、停车距离、速度跟随等性能决定。其模糊预测控制算法由公式 ( 7) 表示［9］。

式 ( 7) 中, ui为控制输入; μ ( ui) 为综合评价指标的满意度; μm1 ( ui) , μm2 ( ui) , μm3 ( ui) 为控制输入对安全性、停车距离、速度跟随3个控制目标的满意度m1为安全性; m2为停车距离; m3为表示速度跟随w1为表示安全性权重系数; w2为表示停车距离权重系数; w3为表示速度跟随权重系数。

1. 3模糊评价函数

在有轨电车运行过程中, 当其速度接近或超过防护速度时ATP系统会根据超速程度发出相应的制动请求, 但是这个超速程度很难用精确的模型来表示, 所以建立恰当的模糊隶属函数, 描述这些不确定的特征量, 从而控制有轨电车的运行。在判断有轨电车的超速程度时, 我们可以采用速度和距离这两个指标, 而有轨电车的ATP防护是否合理, 取决于有轨电车的运行状态对其隶属函数的隶属度。

1. 3. 1有轨电车安全评价函数

假设有轨电车在运行过程中速度为v, 限制速度为vmax, 目标速度为vmb, 有轨电车的安全性可以通过v、vmax和vmb的关系体现, 其速度评价函数 μ ( v) 为

1. 3. 2有轨电车制动停车距离评价函数

有轨电车在停车时, 必须在规定停车点前停车, 不允许冒进, 假设有轨电车规定停车点为smax、目标停车点为smb、预测停车点为s, 其停车距离评价函数 μ ( s) 为

1. 3. 3有轨电车速度跟随评价函数

速度跟随是指有轨电车运行过程中的预测速度v与目标速度vmb的一致性。限制速度vmax降低3 ~ 5 km / h是目标速度, 有轨电车速度跟随评价函数 μ ( Δv) 为

式 ( 10) 中, Δv = v - vmb。

1. 3. 4 ATP系统模糊规则库

在实际的ATP防护过程中, 有轨电车的控制可以用舒适性、停车精度、安全性这些指标来描述。根据有轨电车的运动过程和控制原理, 模糊规则库可以描述如下。

式中, vs、vm、vb分别表示速度过大的隶属度, 按程度分为大、过大、非常大; ss, sm, sb分别表示离目标停车点距离过大的隶属度, 按程度分为小、过小、非常小; qs、qm、qb分别表示列车控制状态, 分别代表制动、惰行、牵引。

以R1为例, 规则可以解释为: 当前列车状态为牵引且速度非常大, 离目标距离非常小时, 如果采取惰行策略能够使列车在下一个预测点的速度不与防护曲线有交点, 则应采取惰行策略, ATP发出解除牵引请求。

2 ATP模糊预测算法的基本原理

有轨电车在运行过程中具有多个控制目标, 如运行速度、安全性、舒适性、节能、停车精度等。根据推理方式, 在运行过程中, 一边遵守限制速度, 一边以舒适性和节省能源为目的的断档 ( 断电) 惯性运行交替控制, 本控制系统能够给出柔性的控制对策。

( 1) 有轨电车自动防护曲线的生成。控制中心可以实时获得线路上正在运行的有轨电车的速度和位置。如图2所示, 对于有轨电车B而言, 控制中心以有轨电车B的速度v ( k) 、位置s ( k) 和运行前方的轨道信息为基础, 并选取前行有轨电车A所在的区间入口作为有轨电车B运行的目标点, 加入安全防护距离, 确定目标点位置为s ( k + l) , 且其目标速度v ( k + l) 为0; 根据已经确定好的目标点和目标速度, 用最大制动能力反向递推至电车B位置s ( k) , 从而得出从s ( k) 到s ( k + l) 的电车自动防护曲线［10］。

( 2) 有轨电车速度和位置的预测过程。利用模糊预测算法和运动方程, 有轨电车速度和位置的预测过程如图3所示。

3 ATP模型仿真

该仿真系统使用了Visual C + + 6. 0进行仿真, 对沈阳浑南新区有轨电车一号线进行仿真测试, 该线路全程长度为11 860 m, 选取其中一个区间 ( 线路长度为1 265 m) 进行仿真实验。图4是模糊预测控制的有轨电车运行防护曲线, 图5是PID控制的有轨电车运行防护曲线, 如图所示, 红色曲线代表有轨电车防护曲线, 黄色曲线代表有轨电车目标速度曲线, 绿色曲线代表有轨电车的速度距离曲线［11，12］。

在区间上选取14个采样点, 获取其防护速度, 目标速度和仿真速度, 并将采样点的速度值带入式 ( 8) 、式 ( 10) , 计算有轨电车的安全性和速度跟随的隶属度。

对两种不同情况下的仿真结果进行对比分析, 有轨电车在模糊预测控制的条件下其运行曲线和防护曲线拟合得相对较好, 从表中可以看出, 在880 m、920 m、960 m、1 000 m、1 040 m、1 080 m采样点处, 模糊预测控制时仿真速度更接近目标速度, 可见, 对于同一条线路, 采用同一目标速度, 则模糊预测控制的安全性要高于PID控制, 速度跟随性更加好。

图6是有轨电车速度跟随误差变化曲线, 红色虚线是PID控制下的速度跟随误差变化曲线, 蓝色实线是模糊预测控制下的速度跟随误差变化曲线, 通过对比分析, 模糊预测控制时的速度跟随误差比PID控制时的速度跟随误差小, 说明模糊预测控制时有轨电车安全性更高, 特别在距离为860 ~ 1 000 m, PID控制和模糊预测控制的速度跟随误差的值都小于0, 表明有轨电车在此段运行时其实际速度大于其目标速度, 此时有轨电车的安全性较低, 但PID控制时其速度差值更大, 综合分析表明, 模糊预测控制时有轨电车的速度跟随性和安全性优于PID控制。

4结论

以模糊预测算法为基础, 对有轨电车的ATP系统进行研究。建立了有轨电车ATP系统的模型, 并提出了有轨电车ATP模糊预测控制的隶属函数, 阐述了有轨电车ATP系统模糊预测算法的基本原理, 最后利用Visual C ++ 6. 0对模型进行仿真。在使用模糊预测控制后, 有轨电车的安全性, 舒适性都得到了改善。该仿真系统还有许多工作要做, 数学模型和控制策略的参数还需优化。相信随着研究的深入, 该系统会越来越完善。

参考文献

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新型有轨电车的回归 篇3

目前, 虽然全国有多个城市有轨电车已经开通或者处在规划中, 但由于有轨电车形式多样, 不同的有轨电车性能及车辆参数不一致, 因此有轨电车设计未形成统一的技术规范。为了有轨电车更好的发展, 优化设计, 本文根据广州市海珠区新型有轨电车试验段工程的设计过程, 着重介绍几点有轨电车的线路设计经验。

1 海珠区新型有轨电车试验段工程概况

试验段为海珠区环岛新型有轨电车的一部分, 位于其东北端。线路起始于万胜围, 终止于广州塔, 大致沿新港东路、琶洲塔路侧、阅江路北侧珠江边绿化带内敷设, 沿线景观怡人, 是人们休闲娱乐的好地方。试验段全长约7. 6 km, 共设置11座车站, 平均站间距为0. 73 km, 均为地面站 ( 见图1) 。初期采用4节编组的超级电容新型有轨电车, 最高设计车速为70 km/h。

2 有轨电车线路设计经验

2. 1 确定技术规范

由于目前全国未形成统一的有轨电车设计规范, 且有轨电车形式多样, 因此大量搜集国内外有轨电车相关资料, 研究学习并综合考虑所采用的有轨电车的实际车辆参数, 结合当地的城市特性加以应用, 是有轨电车设计的最基本的先决条件。“无规矩不成方圆”, 海珠区新型有轨电车试验段在设计初期, 缺乏技术规范, 通过参考《地铁设计规范》《北京市现代有轨电车技术标准》《波特兰有轨电车设计规范》《美国低地板轻轨设计手册》以及研究学习现已开通运营的苏州有轨电车的设计技术要求等, 确定了海珠区新型有轨电车试验段的技术规范。

2. 2 结合城市规划

总体规划、各分区规划总体布局及空间结构形态、用地规划是线路选线的重要考虑因素, 尤其是要研究线路与各外围片区规划、重要基础设施及公共服务设施、风景名胜区等衔接的可行性。

海珠区新型有轨电车试验段的位置定在海珠岛东北侧的万胜围至广州塔处, 主要考虑到该处沿线控制点相对较少, 实施条件好, 见效快; 且试验段串联了万胜围、保利天悦小区、会展中心、珠江琶醍以及广州塔等客流密集地。

2. 3 形成有轨电车线网

大容量、无污染、高效率的轨道交通系统日益成为大城市交通发展的首选模式, 城市要建有轨电车, 首选应做好有轨电车线网规划, 这样才能合理地确定规模, 最经济地建设每一条有轨电车线路和每一座有轨电车车站; 才能在车站设计时预留好换乘条件, 保证换乘线的可实施性, 避免工程的浪费; 才能更加合理的与其他交通接驳, 在其他交通线路建设时就预留好接驳条件, 避免工程的浪费。

2. 4 收集基础资料

全面准确的基础资料是做好设计的基础。由于海珠区有轨电车试验段采用地面敷设方式, 与地下或高架轨道交通相比, 具有更多的协调量。因此在收集基础资料时, 不仅仅收集了试验段沿线的地形资料, 还进行了多次定测, 保证沿线控制点, 诸如桥墩、大树、电塔等位置及规模准确。同时, 为了保证沿线景观不受到破坏, 线路纵断面设计过程中采取了轨面高出地面10 cm ~15 cm的设计原则, 因此, 需要对地面高程数据进行加密精确定测, 以满足设计需求。

2. 5 掌握现场情况

熟悉沿线地形、地貌、建筑物与道路等, 才能了解沿线平面与纵断面设计的控制点, 选好线位与站位; 才能充分考虑各种线路方案, 比选优化出经济合理的线路方案。

海珠区新型有轨电车设计期间, 进行了多次现场踏勘, 掌握了准确直观的现场资料, 将每一个控制点, 例如华南大桥、220 k V高压电塔、水闸、珠江琶醍、河涌甚至江边的大树都考虑在内, 以尽量避免破坏滨江沿线的风景 ( 见图2, 图3) 。

2. 6 加强专业配合

线路设计是土建、机电设计的先行专业, 其接口专业有行车、限界、轨道、车站建筑、结构、信号、牵引供电、环控、给排水、道路、交通等专业, 而线路平面又受地质、行车、车站建筑、区间结构等专业的影响。采用“以线布点, 以点定线”的程序设计, 故应加强与相关专业间的协调, 及时互提资料, 各专业配合好, 才能做出优秀、完善的设计。

2. 7 方案综合比选

由于海珠区新型有轨电车试验段采用地面敷设方式, 因此需考虑的控制点较多。例如珠江琶醍段, 线路不仅需要考虑珠江啤酒厂的水泵房、珠江琶醍的酒吧餐厅和悬挑出去的220 m琶醍旧码头, 还要考虑珠江的治导线等等。线路在设计过程中充分考虑各种方案, 进行了多次综合比选, 以选出最优的路线, 减少对城市的不利影响, 节约工程投资 ( 见图4) 。

2. 8 结合现状交通

本工程沿新港东路路中、琶洲塔路和阅江路路侧地面敷设, 因此在过路口处会与社会交通形成平面交叉。线路在过路口段纵断面设计时尽量保证轨面与现状道路面平齐, 并采取信号灯统一控制有轨电车和机动车辆, 减少对现状交通的影响。对于受影响的路口, 如新港东路与琶洲塔路路口等进行道路改造 ( 见图5) 。

2. 9 保证排水

为保障轨面顺畅排水, 线路专业也充分考虑了纵断面及横断面设计。本工程新港东路段沿路中敷设, 完成铺轨后, 发现有轨电车轨面低于现状路面, 主要原因在于未考虑定测的地面高程数据的精确性。因为按照一般的轨道交通测绘规范, 测量的地面高程数据与实际高程会存在10 cm左右的误差。而线路纵断面设计时采取了轨面高出地面10 cm ~ 15 cm的原则。后吸取经验教训, 测绘单位采取水准仪等仪器重新定测了地面高程数据, 保证地面高程数据误差在3 cm内。线路专业根据精确的地面高程数据重新调整了轨面标高, 保证了轨面的顺利排水。此外, 线路在纵断面设计时, 通过调整左线坡度坡长, 保证了同一个横断面的左右线轨面标高基本一致, 使得有轨电车横向排水顺畅。

2. 10 优化设计方案

本工程为地面敷设方式, 线路专业在整个工程中的作用至关重要。线路方案是否优化, 对整个工程的造价以及对沿线周边的影响都有巨大影响。线路在平面曲线设计过程中, 对曲线进行了类同心圆设计, 即: Rw= Rn+ D + W。其中, Rw为外侧曲线半径长度; Rn为内侧曲线半径长度; D为曲线两段直线段间距; W为曲线加宽量。通过采用类同心圆设计, 尽量保证了圆曲线范围内任意一点的线间距相等。这有利于横断面尺寸保持一致, 便于设计施工和养护维修, 并可最大限度地节约占地。

3 结语

本文是作者在从事广州市第一条新型有轨电车线路设计后的一点体会及经验总结。新型有轨电车作为一种新型、便捷、灵活、环保、工程造价低的交通工具, 其设计还有待将来更深入的研究, 以为将来有轨电车的普及提供有力的保障。

参考文献

[1]GB 50157—2013, 地铁设计规范[S].

[2]建标104—2008, 城市轨道交通工程项目建设标准[S].

[3]易思蓉.铁道工程[M].第2版.北京:中国铁道出版社, 2011.

[4]广州地铁设计研究院有限公司.广州市新型有轨电车线网规划[R].2013.

新型低地板有轨电车一系悬挂系统 篇4

关键词：100%低地板车辆,一系悬挂系统,四连杆机构,原理

1 一系悬挂系统基本结构形式

发展城市轨道交通是改善现代城市交通运输效率的主要手段之一,有轨电车作为城市轨道交通车辆广泛运用于欧洲各国,在国内主要有大连市和长春市运用。转向架在轮对和构架(侧架)之间设有一系弹性悬挂装置(又称轴箱悬挂装置)[1],如图1所示。常规的一系悬挂装置结构形式如图2～4所示,分别为:(1)圆柱形螺旋钢弹簧加橡胶垫结构;(2)导柱式橡胶复合弹簧结构;(3)钟形橡胶弹簧结构等。其主要结构一般由一个或一组弹簧构成,上端与构架连接,下端与轴箱定位装置连接。其共同特点都是构架横跨轮对,且构架与轮对之间必须留有足够的空间安装一系悬挂,致使构架离轨面较高,从而导致车体地板面距轨面的距离也随之增高,无法实现低地板设计。

2 一系悬挂系统结构设计

2.1 设计原理

铁道车辆一系悬挂系统将转向架的轮对在构架上实现弹性定位,保证转向架在直线线路上具有良好的运行稳定性;具有良好的曲线通过性能;且具有传递纵向牵引力和制动力。因此,轮对在转向架构架上的弹性定位满足以下条件:(1)具有较大的垂向变形;(2)具有较大的纵向刚度;(3)具有适当的横向刚度。

2.2 新型一系悬挂系统结构

新型一系悬挂系统由上连杆、下连杆、4个橡胶节点和橡胶弹簧组成,如图5所示。

1.下连杆2.橡胶节点3.橡胶弹簧4.上连杆

上连杆:刚性体,是一系悬挂系统的骨架之一,尾部呈翼状折弯成锐角,主要作用为连接零部件和传递载荷。

下连杆:刚性体,是一系悬挂系统的骨架之一,尾部呈翼状折弯成钝角,主要作用为连接零部件和传递载荷。

橡胶节点:橡胶金属复合件,由金属外套、金属芯轴、中间橡胶弹性体三部份组成。主要作用是作为一种关节连接连杆与构架、连杆与轴箱定位装置。当连杆与轮对或连杆与构架产生相对运动时,提供一定的弹性变形和吸收冲击能量,在传递载荷的同时确保转向架稳定运行所需的横向刚度、纵向刚度和偏转刚度。

橡胶弹簧:橡胶金属复合件,由多层橡胶和多层钢板组成叠形结构,安装在上、下牵引杆尾部的翼板之间。当一系悬挂系统垂向受力时,上、下连杆尾部翼板组成一对平衡力压缩橡胶弹簧,橡胶弹簧提供弹性变形,吸收一定的能量,衰减振动。橡胶弹簧有垂向刚度、抗失稳等要求。

新型一系悬挂系统在转向架上装配结构如图6所示。上、下连杆各与两个橡胶节点通过过盈连接为一体;上、下连杆同一端的橡胶节点与轴箱定位装置连接,另一端的橡胶节点与构架连接。

1.轮对2.轴箱定位装置3.一系悬挂系统4.构架5.空气弹簧

3 新型一系悬挂系统工作原理

3.1 四连杆机构

如图7所示,4个橡胶节点(O1～O4)与上、下连杆过盈配合,然后分别安装在轴箱定位装置和构架上。O1～O4分别为平行四边形的4个顶点,4条边分别为上连杆、下连杆、轴箱定位装置、构架。上连杆尾部成锐角向左下方折弯,下连杆尾部成钝角向右上方折弯。

3.2 工作原理

3.2.1 静态载荷

如图8所示,当车辆在静止状态或平稳运行时,由于O1、O4与轴箱定位装置连接,O2、O3与构架连接,故O1与O4相对不运动,O2与O3相对不运动。

假设构架固定不动,即O1、O3固定不动,轴箱定位装置受的力F通过橡胶节点O1传递给上连杆,上连杆将围绕另一端的橡胶节点O2顺时针转动,此时上连杆的尾部朝左上方压缩橡胶弹簧。与此同时,载荷F通过橡胶节点O4把力传递给下连杆,下连杆将围绕另一端的橡胶节点O3顺时针转动,此时下连杆的尾部朝右下方压缩橡胶弹簧。在上述运动过程中,上、下连杆尾部翼板发生相向运动,从而压缩橡胶弹簧产生一反力F′,系统达到力平衡。

3.2.2 瞬间冲击载荷

当车辆在运行过程中轮对受到钢轨瞬间冲击力F时,如图9所示。假设构架瞬间固定不动(即O2、O3固定不动),轮对上受的载荷F通过橡胶节点O1传递给一系悬挂系统,力传递与图8相同。反之,受力相反时,上述运动过程则相反。

4 有限元分析

4.1 工况

分别以上连杆组件和下连杆组件为受力分析对象,其极限使用工况如图10所示。建立笛卡尔坐标系,工况1为y方向力130kN;工况2为z方向力35kN;工况3为x方向的力25kN;工况4为一系弹簧纵向力35kN。

4.2 连杆应力分布

各工况同时作用于连杆上时的应力分布云如图10和图11所示。

上连杆的最大应力为416.3MPa,下连杆的最大应力为397.9MPa。

4.3 校核结论

选取屈服强度[σb]≥600MPa的金属材料能够满足设计强度要求。

5 结语

本文设计了一种新型一系悬挂系统,打破了传统思维,在满足一系悬挂系统设计要求的基础上,最大限度地降低二系悬挂系统在构架上安装面距轨面的垂向高度,进而降低了车体地板面到轨面的垂向高度,实现了有轨电车100%低地板设计,进一步推进城市轨道交通的发展和广泛应用。

参考文献