新型概念車轉(zhuǎn)向架的研制畢業(yè)課程設(shè)計(jì)外文文獻(xiàn)翻譯、中英文翻譯,新型,概念車,轉(zhuǎn)向架,研制,畢業(yè),課程設(shè)計(jì),外文,文獻(xiàn),翻譯,中英文 新型概念車轉(zhuǎn)向架的研制Yoshiyuki SHIMOKAWA* Masaaki MIZUNO摘要：對(duì)于鐵路車輛而言，在大型曲線行駛中存在側(cè)向力、噪音以及輪緣和軌距角的過(guò)度磨損等諸多問題。 為了解決這些問題，日本東京開發(fā)了 Steel＆ Sumitomo Metal Corporation 和Tokyo Metro 地鐵單軸轉(zhuǎn)向架，采用了這種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為銀座線開發(fā)新的火車系列 1000 轉(zhuǎn)向架。 而且 1000 系列已經(jīng)開始商業(yè)化，在 2012 年 4 月更是得到了更高的增值。 在本文中，描述了 1000 系列的轉(zhuǎn)向架的設(shè)計(jì)概念和輪廓。 根據(jù)彎曲表現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的結(jié)果對(duì) 1000 系列轉(zhuǎn)向架進(jìn)行評(píng)估。1. 介紹地鐵線路有許多尖銳的過(guò)渡曲線，由于對(duì)路線計(jì)劃的限制而導(dǎo)致的轉(zhuǎn)換因素不足以及在諸如大的橫向力的曲線上出現(xiàn)脫軌，高頻噪聲，輪緣嚴(yán)重磨損等車輪負(fù)載在轉(zhuǎn)換曲線上的變化。為了解決這些問題，擬采用軸箱懸架和氣動(dòng)彈簧的改進(jìn)系統(tǒng)，比如重新評(píng)估卡車墊，摩擦控制噴霧等其他措施已經(jīng)開始進(jìn)行研究和開發(fā)，并逐步付諸實(shí)踐。為了解決這些與曲線行駛有關(guān)的問題，鐵路車輛，新日鐵和住友金屬總公司與東京地鐵有限公司合作開發(fā)了一套新型轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向架。與其他類型的轉(zhuǎn)向架不同，發(fā)達(dá)國(guó)家的特點(diǎn)是改善其轉(zhuǎn)向角度和轉(zhuǎn)動(dòng)后輪上的輪組。由于轉(zhuǎn)向架需要輪組，驅(qū)動(dòng)器的位移系統(tǒng)不可避免地就會(huì)變得復(fù)雜，因此，他們的系統(tǒng)使用僅限于對(duì)較少數(shù)量的汽車進(jìn)行卓越服務(wù)。相反，開發(fā)的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向架使用傳統(tǒng)的用于非轉(zhuǎn)向軸的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，因此，它的可靠性和可維護(hù)性非常好。為了欣賞良好的曲線行駛能力和可靠性，新的 1000 系列轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向架采用東京地鐵的銀座線和 SC101 型轉(zhuǎn)向架的列車（見圖 1 和 2） 。本文介紹了發(fā)展的轉(zhuǎn)向架的輪廓，他們的試驗(yàn)結(jié)果和真實(shí)情況一樣，都是測(cè)量車輪載荷，橫向力噪聲等操作。圖 1 東京地鐵銀座線 1000 系列列車圖 2 用于 1000 系列車輛的 SC101 型轉(zhuǎn)向架2. 新型轉(zhuǎn)向架的概念2.1 鐵路車輪在曲線上的表現(xiàn)鐵路車輪的胎面如圖 3 所示呈錐形。當(dāng)通過(guò)一條曲線時(shí)，輪組轉(zhuǎn)移到外軌側(cè)，并作為 a 錐度的結(jié)果，外輪的有效直徑增大內(nèi)輪減速。 由于這種差異鐵路的有效直徑和隨之而來(lái)的自我轉(zhuǎn)向功能使車輛無(wú)需使用轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)即可轉(zhuǎn)彎。在上述基礎(chǔ)上，圖 4 解釋了當(dāng)發(fā)生什么情況時(shí)普通的雙軸轉(zhuǎn)向架沿曲線走。 傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向架傾向于采取轉(zhuǎn)向角度的方式，或者向外到曲線的正切，結(jié)果，前軸有一個(gè)角度對(duì)曲線造成擠壓，這導(dǎo)致了側(cè)向蠕變力將外輪壓向外軌。 另一方面，后方軸保持在軌道中心附近，并因此保持差速器車輪直徑不足，并發(fā)生縱向蠕變后輪和導(dǎo)軌之間的力（切向力） 。 這些力作為轉(zhuǎn)向架上的反轉(zhuǎn)向力矩，并導(dǎo)致高側(cè)向力前輪的力朝向外軌道設(shè)置。圖 3 輪組的自我轉(zhuǎn)向特性圖 4 非轉(zhuǎn)向行為，傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向架的尖銳曲線2.2 曲線行駛的問題和轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向架的功能如上所述，鐵路車輛的問題尖銳曲線是大側(cè)向力和高脫軌系數(shù)的一個(gè)指標(biāo)運(yùn)行安全性定義為車輪的側(cè)向力鐵軌除以垂直載荷。 另外，因?yàn)檐囕喴约怃J的曲線轉(zhuǎn)動(dòng)，其法蘭與儀表轉(zhuǎn)角接觸還有其他問題來(lái)自輪軌。接觸如高頻噪聲和車輪的磨損法蘭和導(dǎo)軌的標(biāo)準(zhǔn)角。鑒于側(cè)向力大，脫軌系數(shù)高，通過(guò)提供防脫軌角度來(lái)防止脫軌或沿內(nèi)軌的脫軌。由于上述較大的橫向力，高頻噪聲，和車輪產(chǎn)生的法蘭和導(dǎo)軌規(guī)角的磨損接觸鐵路，他們已經(jīng)通過(guò)提供油維護(hù)設(shè)施到軌道或輪子間進(jìn)行潤(rùn)滑控制。 然而，油脂經(jīng)常導(dǎo)致車輪在電力運(yùn)行或打滑時(shí)旋轉(zhuǎn)在制動(dòng)過(guò)程中，因此不適合曲線運(yùn)轉(zhuǎn)。 所以采取噴一種特殊的摩擦控制劑，最近已經(jīng)開發(fā)和推出了能在曲線上實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的動(dòng)力運(yùn)行和制動(dòng)的產(chǎn)品，但需要進(jìn)一步改進(jìn)。轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向架可以解決所有這些問題。 如圖 5 所示，轉(zhuǎn)向架是轉(zhuǎn)向輪組或輪組等曲線外側(cè)的軸距比在內(nèi)側(cè)長(zhǎng)，輪軸轉(zhuǎn)向徑向曲線的方向。如圖 6 所示，車輛與車輛運(yùn)行的曲線和轉(zhuǎn)向架的功能被整理出來(lái)。圖 5 車橋轉(zhuǎn)向圖 6 鐵路車輛急彎曲線及功能問題的轉(zhuǎn)向架2.3 新型轉(zhuǎn)向架的概念發(fā)達(dá)的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向架運(yùn)行的機(jī)制，一個(gè)彎曲的軌道如圖 7 所示。開發(fā)的后橋轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)向，因此，轉(zhuǎn)向架的后軸角度增加，導(dǎo)致側(cè)向蠕變力朝向外軌，因此軸向它偏移。結(jié)果，后輪之間的直徑差異減小了車軸在抗扭矩時(shí)的縱向蠕變力。 另外，后軸的換擋朝向外部軌道改善了轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)向不足的角度實(shí)現(xiàn)徑向轉(zhuǎn)彎。 其結(jié)果是，不支持的攻擊角度前軸減小，側(cè)向蠕變力也減小。該減少后軸的縱向蠕變力，前軸的側(cè)向蠕變力減少了防轉(zhuǎn)向力矩的轉(zhuǎn)向架。以及前輪在外軌上的側(cè)向力。2.4 發(fā)達(dá)轉(zhuǎn)向架的輪廓配備了 1000 系列新的轉(zhuǎn)向架的 1000 系列車輛的配置如圖 8 所示，前軸在任一方向上的性能，對(duì)于車輛的后部轉(zhuǎn)向架，前橋或后橋第 3 軸被操縱。 轉(zhuǎn)彎后轉(zhuǎn)向架的轉(zhuǎn)向姿態(tài)如圖 8 所示。由于轉(zhuǎn)向架的導(dǎo)向軸是轉(zhuǎn)向的，它的迎角減小，側(cè)向蠕變力也減小，因此，外軌上的橫向力減小。圖 9 中的圖示顯示了 SC101 型的輪廓為東京地鐵銀座線的 1000 系列轎車設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向架。 非轉(zhuǎn)向（1 號(hào)和 4 號(hào)）軸的軸箱使用傳統(tǒng)的方式將車身側(cè)端連接到轉(zhuǎn)向架框架上單鏈路懸掛。 而且為實(shí)現(xiàn)高可靠性，牽引電機(jī)，齒輪箱和胎面制動(dòng)系統(tǒng)用于轉(zhuǎn)向架，并用傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向架進(jìn)行了時(shí)間驗(yàn)證。隨著車身中心側(cè)的轉(zhuǎn)向（2 號(hào)或 3 號(hào)）軸，制動(dòng)系統(tǒng)存在問題：因?yàn)檐囕喐淖兞宋恢孟鄬?duì)于轉(zhuǎn)向架構(gòu)架，共同的踏板制動(dòng)系統(tǒng)不適用。為了解決這個(gè)問題，應(yīng)用盤式制動(dòng)器轉(zhuǎn)向軸定位其相對(duì)于轉(zhuǎn)向架的框架。 圖 7 單軸轉(zhuǎn)向，前轉(zhuǎn)向架彎曲行為圖 8 銀座線 1000 系列車輛的配置圖 9 單車軸轉(zhuǎn)向，后轉(zhuǎn)向架彎曲行為圖 10 SC 101 轉(zhuǎn)向架輪廓圖2.5 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)用于 SC101 轉(zhuǎn)向架及其運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)如圖 10 所示：它是一個(gè)鏈接式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，其中擺動(dòng)搖枕，卡車框架和軸箱與桿和杠桿連接。當(dāng)車輛進(jìn)入曲線和轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)向車輛中心線和聯(lián)動(dòng)裝置的角度會(huì)改變他們的原來(lái)位置，使軸箱改變。他們的位置與曲率成正比。 因?yàn)檫@個(gè)被動(dòng)的驅(qū)動(dòng)，鏈接式轉(zhuǎn)向非常可靠。由于傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向架改變兩者的位置輪組，機(jī)構(gòu)體積龐大。 相比之下，發(fā)達(dá)國(guó)家新的轉(zhuǎn)向架只能操縱一個(gè)輪組，因此，該機(jī)構(gòu)可以設(shè)計(jì)得緊湊和重量輕，而且適合普通軸箱懸架的空間。圖 11 轉(zhuǎn)向裝置的行為3.新型轉(zhuǎn)向架的研制開發(fā)工作包括使用數(shù)值模擬數(shù)學(xué)模型和假設(shè)真實(shí)的運(yùn)行條件列車和在日本大阪的彎曲測(cè)試線上的測(cè)試運(yùn)行 Steel＆Sumitomo Metal 大阪鋼鐵廠。對(duì)于商業(yè)運(yùn)營(yíng)列車的測(cè)試，該類型的試驗(yàn)單元制造 FS576 轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向架（參見圖12） 。 他們是根據(jù)基本的運(yùn)行性能進(jìn)行測(cè)試，另外，通過(guò)模擬異常情況的測(cè)試來(lái)確認(rèn)運(yùn)行安全如轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的粘著和失效。該圖 13 中的照片顯示了測(cè)試線上的測(cè)試運(yùn)行工作場(chǎng)景。在 Works 中運(yùn)行測(cè)試后，原型 FS576 轉(zhuǎn)向架適用于東京丸之內(nèi)線的 02 系列車輛地鐵試驗(yàn)，以確認(rèn)在商業(yè)線上的表現(xiàn)（圖 14） 。 然后，轉(zhuǎn)向架被用于商業(yè)運(yùn)行從 2010年 2 月到 2011 年 8 月的丸之內(nèi)支線，通過(guò)它可以穩(wěn)定可靠的證實(shí)轉(zhuǎn)向功能。鑒于上述結(jié)果，銀座線 1000 系列列車的轉(zhuǎn)向架終于被決定了。4.真車測(cè)試4.1 測(cè)試條件配備新型轉(zhuǎn)向架的 1000 系列六列列車在銀座線和丸之內(nèi)支線進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，2011 年 12 月比較開發(fā)的轉(zhuǎn)向架與傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向架性能曲線方面進(jìn)行了測(cè)試運(yùn)行比較，在沒有裝載車輛的情況下，脫軌的情況系數(shù)很高。試驗(yàn)列車的組成如下圖 15. 1401 號(hào)車用于轉(zhuǎn)向與非轉(zhuǎn)向?qū)Ρ葴y(cè)試：在轉(zhuǎn)向條件下進(jìn)行試驗(yàn)后，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)從轉(zhuǎn)向架上被移除以進(jìn)行修改成非轉(zhuǎn)向，單鏈路主懸架，并且測(cè)試在同一條線上重新開始。圖 12 FS 576 型原型轉(zhuǎn)向架圖 13 測(cè)試線上的運(yùn)行測(cè)試圖 14 東京地鐵丸之內(nèi)線的 02 列火車圖 15 1000 系列列車的組成，用于試運(yùn)行4.2 曲線運(yùn)行性能的評(píng)估轉(zhuǎn)向和非轉(zhuǎn)向的橫向力的波形在圖 16 中比較了在急轉(zhuǎn)彎處采取的轉(zhuǎn)向架 ;曲線半徑是 197 米，外軌超高 109 毫米，和量規(guī)擴(kuò)寬 13 毫米。而由非轉(zhuǎn)向的穩(wěn)定側(cè)向力轉(zhuǎn)向架是 28KN，轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)向架同樣是 19KN,測(cè)試結(jié)果顯示出有了 32％的改善。圖 17-19 比較轉(zhuǎn)向和非轉(zhuǎn)向外軌上的 1 號(hào)車軸產(chǎn)生的側(cè)向力，同一根軸的迎角以及懸架上的載荷連接（對(duì)應(yīng)于縱向蠕變力）的 2 號(hào)軸箱，每個(gè)在不同曲率的曲線處測(cè)量正常運(yùn)行速度。 每個(gè)繪制點(diǎn)表示平均值的讀數(shù)沿著每個(gè)中心 10 米處的讀數(shù)的曲線。從圖 17 中可以清楚地看出，1 號(hào)軸的側(cè)向力外軌上的轉(zhuǎn)向架低于非轉(zhuǎn)向架在所有曲線上的力。 另外， 圖 18 和 19 中 1 號(hào)軸的迎角懸架上的載荷和 2 號(hào)軸箱的連桿相比較也比較低。 這些結(jié)果證明了轉(zhuǎn)向機(jī)制在上面的 2.3 節(jié)中的解釋，有效地減少了橫向 1 號(hào)軸施加的力。圖 16 1 號(hào)軸施加在外軌上的橫向力的比較17 1 號(hào)軸施加在外軌上的橫向力的比較在不同的曲線圖 18 第 1 軸的攻角比較圖 19 2 軸車架軸箱和轉(zhuǎn)向架之間的連接負(fù)載比較同樣， 圖 20 和 21 顯示了測(cè)量的側(cè)向力外軌和 3 號(hào)軸的攻角分別為有轉(zhuǎn)向和非轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)向架。 這些圖表顯示了外軌側(cè)向力和 3 號(hào)攻角與轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向架相比，車軸小于非轉(zhuǎn)向一個(gè)，這證明了轉(zhuǎn)向機(jī)制在以上 2.4 小節(jié)中提到了有效減少側(cè)向力 3 號(hào)車軸。圖 20 3 號(hào)軸施加在外軌上的橫向力的比較圖 21 三軸攻角的比較4.3 車底噪聲評(píng)估圖 22 中的三維圖形比較了轉(zhuǎn)向和非轉(zhuǎn)向在通過(guò)曲線時(shí)車身下方的噪音方面的波動(dòng)，轉(zhuǎn)向架半徑 172m 的曲線具有 111mm 的傾斜度并且規(guī)格變動(dòng)范圍在正常操作速度下為13 毫米。 有轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)向架的轉(zhuǎn)向明顯低于非轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)向架，在一個(gè) 1 kHz 或更低的低頻范圍以及高頻范圍從 4 到 7 kHz。圖 22 車身噪音比較5.商業(yè)線上的測(cè)量5.1 正常情況下 1000 系列轎車的性能驗(yàn)證商業(yè)運(yùn)作應(yīng)變儀和加速度計(jì)安裝在導(dǎo)軌上銀座線的恒定半徑曲線和輪胎負(fù)載力，和軌道上的橫向振動(dòng)加速度測(cè)量系列 1000 列車的商業(yè)運(yùn)營(yíng)，帶有轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。并在此期間測(cè)量了軌道上的橫向振動(dòng)加速度帶轉(zhuǎn)向架的 1000 系列列車的商業(yè)運(yùn)以及使用傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向架的 01 系列列車的商業(yè)運(yùn)營(yíng)。 為了使測(cè)量條件（裝載，輪 /軌道潤(rùn)滑，等）之間盡可能相等的列車數(shù)據(jù) 1000 列車與 01 列車的列車進(jìn)行了比較之前或之后立即跑步。 表 1 顯示了該條件跟蹤進(jìn)行測(cè)量的位置， 圖 23 和 24 顯示了測(cè)量結(jié)果。 表 1 商業(yè)線上的測(cè)量條件項(xiàng)目跟蹤數(shù)據(jù) 曲線半徑：120 米超高：95 毫米儀表加寬：12 毫米日期 2012/9/11 – 2012/10/3測(cè)量項(xiàng)目1.由導(dǎo)軸施加在外導(dǎo)軌上的側(cè)向力2.通過(guò)內(nèi)側(cè)導(dǎo)軌施加的側(cè)向加速度主軸軸載荷空情況1000 系列轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向架：65 kN01 系列傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向架：65 kN從圖 23 中可以清楚地看出，隨著轉(zhuǎn)向，商業(yè)運(yùn)營(yíng)更低，更穩(wěn)定 1000 系列列車的轉(zhuǎn)向架比傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向架要小 01 系列。同樣，圖 24 顯示了施加到的橫向加速度 1000系列列車的曲線內(nèi)軌顯著降低。 這大概是因?yàn)楣艚嵌容^小所致轉(zhuǎn)向。 因此，明確了轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向架的負(fù)載在軌道上比傳統(tǒng)的非轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向架更溫和。圖 23 通過(guò)導(dǎo)軸施加在外導(dǎo)軌上的橫向力的比較圖 24 施加的內(nèi)鋼軌的橫向加速度比較5.2 東京地鐵的 02 系列轎車的法蘭磨損的調(diào)查丸之內(nèi)線如第 3 節(jié)所述，使用 FS576 轉(zhuǎn)向架在丸之內(nèi)支線進(jìn)行商業(yè)運(yùn)營(yíng)一年。 在那段時(shí)間里長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量轉(zhuǎn)向和非轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向架輪緣之間的磨損差異，圖 25 顯示了列車的組成測(cè)量。圖 26 中的圖表顯示了輪輞磨損期間的磨損情況，商業(yè)運(yùn)行從最初的胎面形狀開始。前進(jìn)法蘭磨損后運(yùn)行大約 4000 公里就減慢了附加措施的結(jié)果，將抑制法蘭磨損的潤(rùn)滑劑等應(yīng)用到法蘭上，并且比較。盡管如此，在轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)向時(shí)，法蘭還是會(huì)磨損。初始階段轉(zhuǎn)向大約是非轉(zhuǎn)向的一半。這表明轉(zhuǎn)向架也有效減少軌道磨損，后續(xù)調(diào)查將進(jìn)行更多的時(shí)間。圖 25 安裝轉(zhuǎn)向架的列車組圖 26 法蘭磨損的比較6.結(jié)束語(yǔ)改進(jìn)曲線運(yùn)行的新型轉(zhuǎn)向架性能是在轉(zhuǎn)向思想基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，已開發(fā)的轉(zhuǎn)向架已被東京地鐵銀座線的 1000 系列轎車。采用在真實(shí)列車測(cè)試中，發(fā)現(xiàn)了已開發(fā)的轉(zhuǎn)向架在軌道上施加明顯較低的橫向力并且發(fā)射較少曲線噪音比傳統(tǒng)的非轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向架所做的要少。 研究還發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)向明顯減少了側(cè)面導(dǎo)軌的振動(dòng)，從而有效減少軌道載荷。長(zhǎng)期測(cè)量在丸之內(nèi)支線上進(jìn)行商業(yè)運(yùn)營(yíng)的列車的輪轂上的輪緣磨損清楚地表明，轉(zhuǎn)向減少了一半的磨損，的磨損鐵軌也預(yù)計(jì)會(huì)減少。進(jìn)一步調(diào)查隨后將出現(xiàn)的輪緣和導(dǎo)軌磨損情況。 新日鐵和住友株式會(huì)社將進(jìn)一步檢查在轉(zhuǎn)彎處轉(zhuǎn)向架的行為，以解決來(lái)自輪子和導(dǎo)軌之間的各種接觸問題的起源。