關(guān)于模塊化設(shè)計(jì)地鐵車輛轉(zhuǎn)向架的研究

李楊

摘要：目前，國(guó)內(nèi)的地鐵車輛轉(zhuǎn)向架型號(hào)多，比如內(nèi)側(cè)軸箱懸掛轉(zhuǎn)向架、單軸轉(zhuǎn)向架、鉸接式轉(zhuǎn)向架等。不同型號(hào)的轉(zhuǎn)向架會(huì)導(dǎo)致相關(guān)零部件的通用性不強(qiáng)，這就導(dǎo)致使用方需要個(gè)性化定制這些產(chǎn)品，存在資金浪費(fèi)、維護(hù)復(fù)雜、重復(fù)開發(fā)等問題，極大的制約了國(guó)內(nèi)地鐵的快速和統(tǒng)一發(fā)展。筆者根據(jù)對(duì)地鐵車輛的研究，在本文提出了統(tǒng)一接口和參數(shù)的方式，將轉(zhuǎn)向架模塊化的設(shè)計(jì)、研發(fā)，這樣便于統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，快速生產(chǎn)通用性強(qiáng)的轉(zhuǎn)向架產(chǎn)品，提升它的使用效率。

關(guān)鍵詞：地鐵車輛;轉(zhuǎn)向架;模塊化設(shè)計(jì);研究

中圖分類號(hào)：U462?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?文章編號(hào)：1672-9129（2020）08-0057-01

軌道車輛轉(zhuǎn)向架是保證動(dòng)車組運(yùn)行能力的關(guān)鍵部件，轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)方案的合理性直接影響動(dòng)車組的性能、可靠性等質(zhì)量特性。因此，有必要研究一套系統(tǒng)化的快速定制設(shè)計(jì)方法，并開發(fā)對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)工具。所以，模塊化配置設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模定制設(shè)計(jì)的關(guān)鍵支撐技術(shù)之一，該方法可在個(gè)性化需求的驅(qū)動(dòng)下，通過選擇與組合預(yù)定義模塊來構(gòu)成定制化的產(chǎn)品，是一種可實(shí)現(xiàn)“高效率、低成本”定制設(shè)計(jì)的方法。

1?關(guān)于城市地鐵市場(chǎng)的概要分析

市場(chǎng)調(diào)研是開展前期工作的準(zhǔn)備，能清楚了解用戶的需求，各種轉(zhuǎn)向架的市場(chǎng)占比，運(yùn)用中的性能表現(xiàn)，故障問題、原因和解決措施等，以便掌握現(xiàn)狀。

1.1設(shè)計(jì)方面的需求。通過模塊化的設(shè)計(jì)，讓地鐵車輛的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能有效減輕車輛重量，降低車輛運(yùn)行時(shí)的噪聲;輪重的調(diào)整較傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向架更簡(jiǎn)便;還要提高車輛的性能，易于實(shí)現(xiàn)輪對(duì)的徑向調(diào)節(jié)功能，有利于曲線（特別是小半徑曲線）通過，降低輪軌作用力和磨耗，改善空氣彈簧的工作條件。

1.2制造方面的需求。轉(zhuǎn)向架的制造工作主要是構(gòu)架的焊接和加工、輪對(duì)的壓裝，以及轉(zhuǎn)向架的組裝和試驗(yàn)。從制造的角度考慮，主機(jī)廠希望每個(gè)項(xiàng)目的轉(zhuǎn)向架盡量不要有太多的設(shè)計(jì)變化，能充分利用既有工裝，保持穩(wěn)定的生產(chǎn);零部件通用化程度高，接口可以互換，實(shí)現(xiàn)通用化。

1.3維護(hù)方面的需求。有利于降低維護(hù)成本，減少檢修工作量。轉(zhuǎn)向架上的關(guān)鍵部件和一些易損易耗件需要定期維護(hù)和更換，更換這些零部件需要架車和拆解轉(zhuǎn)向架，動(dòng)用很多的設(shè)備，可以說地鐵車輛段有80%的設(shè)備是圍繞轉(zhuǎn)向架的維護(hù)展開的。從用戶的角度考慮，轉(zhuǎn)向架的零部件能運(yùn)行的時(shí)間或里程越長(zhǎng)越好，更換的零部件數(shù)量和品種越少越好。

2?模塊化設(shè)計(jì)地鐵車輛轉(zhuǎn)向架的研究思路

2.1產(chǎn)品總體配置。在所有實(shí)例中選擇相似度值最大的實(shí)例并根據(jù)預(yù)先設(shè)定的閾值判斷該實(shí)例是否滿足要求。若相似度值大于等于閾值，則視為該實(shí)例滿足設(shè)計(jì)要求，輸出該實(shí)例作為本次設(shè)計(jì)的方案，記錄并結(jié)束本次設(shè)計(jì);若相似度值小于閾值，則視為該實(shí)例不滿足設(shè)計(jì)要求，需要進(jìn)行轉(zhuǎn)向架的模塊配置設(shè)計(jì)。

2.2轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。轉(zhuǎn)向架骨架設(shè)計(jì)提取轉(zhuǎn)向架配置模型中定義的多層級(jí)三維骨架模型，根據(jù)相關(guān)的轉(zhuǎn)向架特征參數(shù)對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，確定新的轉(zhuǎn)向架布局方案，并確定關(guān)鍵的布局參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)。

2.3模塊化的配置設(shè)計(jì)。根據(jù)建立的模塊配置設(shè)計(jì)過程模型，依次對(duì)轉(zhuǎn)向架各模塊進(jìn)行配置設(shè)計(jì)。對(duì)于通用模塊，直接選擇其對(duì)應(yīng)的模塊實(shí)例;對(duì)可配置模塊，基于實(shí)例推理技術(shù)檢索其對(duì)應(yīng)的一組模塊實(shí)例，若存在滿足要求的模塊實(shí)例，則選擇該實(shí)例，若現(xiàn)有實(shí)例均無法滿足設(shè)計(jì)要求，則需向供應(yīng)商請(qǐng)求供應(yīng)新實(shí)例;對(duì)于柔性模塊，同樣采用基于實(shí)例推理技術(shù)對(duì)其進(jìn)行配置設(shè)計(jì)，直至滿足設(shè)計(jì)要求。

2.4模塊化設(shè)計(jì)的具體分析。地鐵車輛轉(zhuǎn)向架的變量很多，要做好平臺(tái)化和模塊化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)全方位的需求是不可能的，有些甚至是相互矛盾的。因此必須有所取舍，力求滿足大部分地鐵車輛的需要。目前，現(xiàn)有的大多數(shù)項(xiàng)目的列車編組方式多為四動(dòng)兩拖（4M2T），首先要選擇的關(guān)鍵變量是運(yùn)行速度和軸重。結(jié)合市場(chǎng)統(tǒng)計(jì)的結(jié)果，統(tǒng)型化、模塊化的工作重點(diǎn)應(yīng)該集中在80km/h和120km/h速度等級(jí)的A、B型四種車型轉(zhuǎn)向架上。關(guān)鍵零部件速度和軸重確定后，就要抓好幾個(gè)引起轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)改動(dòng)的關(guān)鍵部件，比如傳動(dòng)系統(tǒng)的電機(jī)、聯(lián)軸節(jié)、齒輪箱，制動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)制動(dòng)器，信號(hào)系統(tǒng)的ATC天線等。傳動(dòng)系統(tǒng)的電機(jī)、齒輪箱、聯(lián)軸節(jié)與制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)器差不多是處于同一橫向截面，也有少數(shù)項(xiàng)目的制動(dòng)器安裝在構(gòu)架的端部，與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不在同一截面的，但不是主流安裝方式。車輛的運(yùn)行速度決定了制動(dòng)器的方式，120km/h速度等級(jí)的車輛采用輪盤制動(dòng)，80km/h速度等級(jí)的車輛采用踏面制動(dòng)。我國(guó)采用的軌距是標(biāo)準(zhǔn)軌距，輪對(duì)內(nèi)側(cè)距1353mm是固定不變的。如果采用輪盤制動(dòng)，就要在輪對(duì)內(nèi)側(cè)距的基礎(chǔ)上減去制動(dòng)夾鉗所占的空間才能用于安裝驅(qū)動(dòng)單元。如果采用踏面制動(dòng)，基礎(chǔ)制動(dòng)單元安裝在車輪的踏面與構(gòu)架橫梁之間，能安裝驅(qū)動(dòng)單元的空間就接近1353mm。兩者比較可以知道，采用輪盤制動(dòng)的轉(zhuǎn)向架安裝驅(qū)動(dòng)單元的空間小。

3?結(jié)語

綜上所述，地鐵車輛轉(zhuǎn)向架的模塊化設(shè)計(jì)、制造、生產(chǎn)是一個(gè)很復(fù)雜的工作，涉及面太寬。如果行業(yè)內(nèi)能形成一致的思路，著眼于用戶關(guān)心的維護(hù)問題去統(tǒng)型，兼顧制造的方便性和未來技術(shù)的發(fā)展，那么統(tǒng)型工作就具有生命力，就能推動(dòng)地鐵車輛轉(zhuǎn)向架模塊化的順利進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]李華建，王功全，趙艷梅.地鐵A型車輛ZMA100型轉(zhuǎn)向架的技術(shù)特征[J].電力機(jī)車與城軌車輛，2019（17）：8-12.

[2]王功安，周若冰，陶喜紅等.地鐵B型車輛ZMA120型轉(zhuǎn)向架的技術(shù)特征[J].城市軌道交通研究，2019（11）：13-19.