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1、城市轨道交通车辆检修工城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆项目艺设备及工程车辆项目7 7 城市轨道交通工程车辆城市轨道交通工程车辆出版社理工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页2工程车辆是城市轨道交通的重要组成部分。那么工程车辆有哪些种类?其用途又分别是什么?通过本项目的学习,就能解决这些问题。【学习目标】通过本项目的学习,要求掌握以下基本知识:1.掌握工程车辆的种类和用途。2.熟悉工程车辆的组成及技术参数。3.掌握工程车辆的一般操作方法。4.掌握工程车辆遇到常见问题的处理方法。【技能目标】1.能熟知工程车辆的基本种类及相关用途。2.能进行工程车辆一般故障的处理。【项目描述】出版社理
2、工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页出版社理工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页出版社理工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页出版社理工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页出版社理工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页出版社理工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页出版社理工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页9出版社理工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页10任务2工程车辆基本构造认知【活动场景】在检修现场教学或用多媒体协助展现。【任务要求】掌握工程车辆的基本构造。出版社理工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页11【知
3、识准备】1.工程车辆的基本构造除网轨检测车、隧道清洗车、放线车、平板车没有动力外,其余工程车辆的基本构造包括发动机、传动装置、车体和车架、走行部、制动系统、电气系统及辅助装置七大部分,为讨论方便,以下简称此类车辆为机车。发动机是机车的动力装置,其作用是将燃料的化学能转变为机械能。机车主要采用的是柴油机,即利用柴油燃烧时所产生的燃气直接推动活塞做功。传动装置的作用是将发动机的机械能传给走行部分,力求发动机的功率得到充分发挥,并形成乘务人员的工作场所。出版社理工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页12进站需要停车时产生制动力,使机车减速或停车。电气系统的功能是通过各种电器元件实现机车启动、
4、调速、充电、照明等,保证机车各系统正常运行。辅助装置的作用是保证发动机、传动装置和走行部的正常工作和可靠运行,辅助装置包括有:燃油供给系统、冷却水系统、机油系统、空调系统、液压系统等,此外还有信号装置、灭火器以及随车工具等。走行部(转向架)的作用是承受机车的上部质量,将传动装置传递来的功率转换为机车的牵引力和速度,保证机车运行平稳和安全。制动系统的主要作用是机车遇到紧急情况需要降低速度,或者出版社理工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页132.工程车辆的牵引作为牵引动力机车,影响机车运行的力主要有3种:机车牵引力,使机车运动并可以控制的外力。列车阻力,在运动中产生的与列车运行方向相反的
5、不可控制的力,列车阻力包括机车阻力和车辆阻力。制动力,与列车运行方向相反的使机车减速或停止的可控制的外力。以上3种力在一般情况下不是同时存在的。在牵引工控下,牵引力和阻力同时存在;在惰行工况下,只有阻力存在;在制动工况下,制动力和阻力同时存在。出版社理工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页14(1)牵引力牵引力的形成设柴油机产生的扭矩通过输出轴、传动装置、最后使侧动轮获得扭矩W,如果机车被调离钢轨,则扭矩作为内力矩,只能使车轮发生旋转运动,而不能使机车发生平衡运动。当机车置于钢轨上使车轮和钢轨成为有压力的接触时,就产生车轮作用可以控制的力F,F所引起的钢轨作用于车轮的反作用力F1就是使
6、机车发生运行的外力。这种有钢轨沿及机车运行方向加于动轮轮周的切向外力就是机车轮周牵引力,简称机车牵引力。出版社理工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页15黏着定律轮周牵引力是钢轨对动轮的反作用力,所以它的大小随着作用在动轮上的力矩M的大小变化,并由司机改变主控制器手柄来实现。当力F增大时,反作用力F1同样随之增大,这时动轮上的接触点与钢轨上的接触点没有相对滑动。车轮与钢轨间的黏着力F黏的极限接近于轮轨间的摩擦力,即一个动轴黏着力的最大值。(7.1)式中F黏max由轮轨间的黏着条件决定的黏着力,N;Wmin轮轨间的最大物理黏着系数(接近静摩擦系数);Q动轮荷重,kN。出版社理工分社城市轨
7、道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页16黏着系数物理黏着系数W是一个由多种因素决定的变化,它在一定的范围内变化。当车轮在钢轨上滚动时,Wmin接近于静摩擦系数。Wmin值与轮荷重、线路刚度、机车传动装置和走行部的结构、轮箱和钢轨的材质及其表面状态、车速等因素有关。在干钢轨上撒上一层细石英砂,Wmin值可高达到0.6,而一般干钢轨的Wmin值为0.30.5变化。轨面上有一层微观薄油膜,将使值减少,甚至可能小到0.15以下。轮荷重不同,则凹凸不平的轮轨接触面的变形(弹性变形和塑性变形)也不同,使Wmin值也发生变化,最大黏着系数作为物理值具有随机性,变化范围很大,而且影响因素很多,所以很难准确计算。
8、黏着系数的确定一般都是根据大量实验,将实验结果用于统计方法整理成经验公式用作计算的依据。由经验公式计算求得的黏着系数称为计算黏着系数,用W计表示。出版社理工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页17我国目前内燃机车常用的计算黏着系数公式为(7.2)式中v机车运行速度,km/h。这个计算黏着系数在正常条件下不需要撒砂就能实现,在恶劣条件下,通过撒砂也能基本实现。在曲线半径R=300600m的曲线上,计算黏着系数有所下降,可用式(7.2)计算:(7.3)式中W曲线上的计算黏着系数;R曲线半径,m。近年来,由于科学技术的发展,特别是电力牵引的发展,牵引力和制动力都逐渐增大,轮轨间的黏着已成为限
9、制增大牵引力和制动力的关键问题。出版社理工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页18目前,提高黏着系数的措施,除了减少轴重转移,减少簧下质量、撒砂以及轮对在构架内的定位刚度不过大外,还采用对轨面进行化学处理。(2)阻力机车在牵引过程中需要克服列车阻力。列车阻力包括机车阻力和车辆阻力两部分。根据引起阻力的原因,阻力可分为基本阻力和附加阻力两类。基本阻力基本阻力在列车运行中总是存在。由于列车在平直道上运行时一般只有基本阻力,所以基本阻力常称为平直道上的阻力。基本阻力是由列车内部之间和列车在外部之间相互摩擦和冲击产生的。机车或者列车在各种工况下都有基本阻力存在。引起基本阻力的主要因素有:出版社
10、理工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页19滚动轴承的滚动摩擦或滑动轴承的滑动摩擦。a.车轮与钢轨间的滚动摩擦和滑动摩擦。b.冲击和振动引起的阻力。c.冲击阻力。出版社理工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页20机车车轮的基本阻力与车轮的构造有关。附加阻力附加阻力只发生在特定情况下,如列车在坡道上运行时,有坡道阻力;在曲线上运行时有曲线阻力;列车启动时,有启动附加阻力,等等。A.坡道阻力列车进入坡道后,列车重力产生的沿坡道斜面的分力称为坡道阻力。出版社理工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页21B.曲线阻力曲线阻力是列车通过曲线时增加的阻力,引起曲线阻力的原因有:a.车
11、轮对于钢轨的横向及纵向滑动。b.轮缘与钢轨头内侧的摩擦。c.滚动轴承的轴端摩擦或滑动轴承的轴瓦轴颈的摩擦。d.车辆心盘及旁承因转向架的回转而发生的摩擦。曲线阻力与许多因素有关,如曲线半径、运行速度、外轨超高、车重、轴距、轮面的磨耗程度等。出版社理工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页22隧道空气附加阻力列车进入隧道后,使隧道的空气产生阻塞现象。由于列车进入隧道,使空气流动的截面积减少,因而空气流动的速度提高,以及列车头部的空气被压缩和尾部的空气被稀释的情况比隧道外加剧,所以使得作用在列车上的空气阻力增大。这种增加的空气阻力称为隧道空气附加阻力。列车的隧道空气阻力与许多因素有关,如隧道内
12、的运行速度、列车长度、列车进风面积、隧道长度、隧道净空面积、隧道洞门形状、列车头部和尾部形状等。出版社理工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页23启动阻力列车停车后,轮载使轨面下沉,轴颈轴承间有油膜破坏,油的黏度因油温下降而显著增大(特别是在低温情况下),以致重新启动时的阻力远大于基本阻力。这种因车辆停留而增加的阻力称为启动阻力。启动阻力的大小与启动停留时间、外界温度、轴重润滑油种类、轴承种类及车辆走行部分的状态有关。列车阻力随所处环境的不同而变化,也与机车车辆的结构设计、保养质量以及减振材料等有关。影响阻力的因素极为复杂,变化也很大,很难进行理论推算。因此,在实际计算中,阻力数值都是
13、结合具体情况从多次试验中找到的一般平均值。出版社理工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页24(3)制动力机车车辆进行速度调整控制或者停车时,需要施加制动,机车车辆的制动力主要由空气制动装置产生,一般制动是通过空气制动系统,使闸瓦压紧轮对产生制动力,当列车在长大坡道上运行时,电力机车或者电传动的内燃机车还采用电阻制动,部分液力传动的内燃机车采用液力制动,以减少闸瓦磨耗。出版社理工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页25在制动工况时,列车依靠惯性惰性,现以一个轮对为分离体来讨论闸瓦压紧轮对产生的制动力。轮对以角速度在轨面惯性滚动,车辆以线速度v惰性,设一块闸瓦压力为K,一个轮对的闸
14、瓦压力为K,车轮与闸瓦间的摩擦系数为&K。在K的作用下,产生摩擦系数K&K。该摩擦力仍为轮对系数的一个内力,不能对其位移产生影响,但由于K&K以及车轮在钢轨上黏着状态的存在,使得车轮对钢轨有一个作用力B,因而引起钢轨对轮的反作用力B,这个外力B就是一个轮的制动力。机车或列车运行时,增大制动力可以缩短制动距离,提高行车的安全性。但是,也和实现机车的牵引力一样,必须遵守黏着定律,不能无限制地增大制动力。出版社理工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页263.工程车辆的牵引性能(1)内燃机车的功率内燃机车的功率一般是指机车柴油机的功率。柴油机的功率有小时功率、持续功率及装车功率之分,三者的概念
15、是:持续功率:在指定的环境下(按国际标准,气压100kPa和气温300K),在正常修理周期内,柴油机能够持续发出的最大功率。小时功率:在和持续功率同样的环境下,紧接着持续功率工作后,柴油机允许连续运转1h所发出的最大功率,在这样的运转情况下,柴油机的零部件的热负荷(即活塞、活塞环和缸套的温度)和机械负荷(运动件的机械应力)均须在允许值内,小时功率一般为持续功率的110%。装车功率:也称最大运用功率,是在正常修理周期内,由环境状况和使用条件决定的柴油机最大有效功率。出版社理工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页27环境状况和使用条件的变化对柴油机工作有很大的影响。气温和海拔高度的增加均会
16、导致柴油机功率的下降。柴油机因其用途不同,负荷状况不同,故装机功率也不同。在标定以上功率时,首要是考虑柴油机的质量,因为质量是柴油机出力大小、工作可靠和使用寿命的根本保证。在同样的质量下,柴油机功率定得大,其工作可靠性和工作寿命就会相应降低,只有通过持续的试验,并对实际运用情况和结果作系统的调查研究,在切实掌握所生产的柴油机的质量的基础上,才能比较正确地标定以上各功率。(2)机车理想牵引特性机车的司机手柄有若干挡位,或者由柴油机转速控制手柄,每一挡位(或者手柄每个位置)对应某一转速和某一功率。当司机手柄在最高位置,那么柴油机就会运行在全功率,为了保证柴油机的功率在不同的机车转速下充分发挥,牵引
17、力应该按一定功率变化。出版社理工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页28根据公式(7.4)式中FK机车轮周牵引力,N;Ne柴油机输出功率,kW;N辅考虑驱动辅助装置消耗功率的系数;N传传动装置效率。当Ne、N辅、N传等一定时,FKv=常数,就是机车轮周牵引力FK与机车速度v成反比关系,该关系曲线为一双曲线,这个曲线称为等功率曲线。低速时,牵引力大,随着速度的增加,牵引力逐渐降低,称为机车理想牵引特性。机车设置传动装置就是使论证的牵引力与速度的关系接近于理想牵引特性,从而使柴油机功率得到充分发挥。在高速工况下,速度受到最大运用速度vmax的限制;在低速工况下,牵引力受到机车黏着的限制,根
18、据轮轨的黏着条件(不发生空转)。机车可能实现的最大论证牵引力Fmax不能大于机车的最大黏着牵引力出版社理工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页29F黏max。(7.5)(7.6)式中P机车质量,kN;Wmax机车最大物理黏着系数。出版社理工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页304.内燃机车的3个特征速度(1)机车的最大运用速度机车的最大运用速度vmax是设计机车给定的最大速度,根据这个速度确定传动装置、走行部等结构和参数,校验曲线通过以及选用制动方式等。机车最大运用速度的确定是个比较复杂的问题,并由多种因素决定。按照任务的不同,对机车的最大运用速度有不同的要求:线路允许的最大
19、速度,如通过曲线的限制速度;机车制动能力所允许的最高速度等。机车的最大运用速度就是在综合考虑上述因素以及运行品质、强度等因素后确定的,机车的试验速度一般要求比最大运用速度大10km/h。机车计算速度机车牵引规定质量的车列通过计算(限制)坡道的最低运行速度出版社理工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页31称为机车计算速度v计,或者说,用以计算机车牵引质量的速度称为计算速度。机车持续速度机车持续速度v持是指机车在全功率工况下,其冷却装置的能力所能允许的持续最低速度。对液力传动内燃机车来说,在持续速度v持下,液力工作油的油温允许接近平均值。因此,液力传动机车的持续速度是由冷却液力工作油的能力
20、决定,实际运用中,要求机车的最低持续运行速度不低于v持,总之,冷却液力工作油的能力是v持的决定因素。(2)内燃机车的3个特征牵引力内燃机车的3个特征牵引力是指启动牵引力、计算牵引力和持续牵引力。启动牵引力机车启动时所能发出的最大牵引力称为启动牵引力。出版社理工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页32根据统计资料,对于成组驱动的机车,可取(7.7)式中F启启动牵引力,kN;P机车质量,kN。计算牵引力在全功率工况下,对应机车的计算速度v计下的牵引力称为计算牵引力F计。计算牵引力受计算速度的机车黏着的限制。根据实验,对于成组的动力机车,可取(7.8)持续牵引力机车在全功率工况下运行时,对应
21、持续速度的牵引力称为持续牵引力。出版社理工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页335.工程车辆的限界要求为保证地铁的运营安全,一切建筑物、设备设施在任何情况下均不得侵入地铁的建筑接近限界。与机车、车辆直接相互作用的设备,在使用中不得超过规定的侵入范围。地铁线路在设计时已经规定了相应建筑物的接近限界和机车车辆限界,并根据要求制订了限界图和限界门。地铁工程车设计要求必须满足车辆的限界要求,工程车到达地铁后要经过相应的限界门检验后,才能在相应的车辆段和正线上运行。出版社理工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页34投入使用后的工程车,如需进行改造,必须符合车辆限界的要求,在不能确定的情
22、况下,必须重新进行限界门检测,不符合要求的必须整改合格后才能上线运用。在检修和运用中,要加强工程车侧门、走行部的紧固检查,防止因侧门打开、部件松脱而造成侵界从而引发行车事故。出版社理工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页356.工程车辆的车体和车架机车车体的作用在于保护机车上的机器设备不受雨、雪、风、沙的侵袭,并通过隔音、隔热改善乘务人员的工作条件。车体底架是机车各种设备如柴油机、传动装置及车体的安装基础,同时又承受和传递垂向力、纵向力、横向力。因此,要求底架在铅垂面和水平面内具有足够的强度和刚度,以保证安装在它上面的各种设备和部件的工作安全可靠。车体分非承载式车体及承载式车体两种。非
23、承载式车体不必进行特殊设计,只要求能保证其本身工作可靠所必需的强度和刚度即可。承载式车体,即车体及车架作为一个整体结合在一起,成为一个完整的、具有足够强度和刚度的、能更好地承受各种方向的力的承载体系。出版社理工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页36按车体外形分,非承载式车体分罩式(外走道式)和棚式(内走道式两种)。a.罩式车体罩式车体:外形矮小,动力室、冷却室内不通行,司机室布置在机车的一端或中部,当工作人员检查机器设备时,必须打开车体侧面的门。西安地铁的JW0201、JW0202就是罩式车体。(1)非承载式车体及车架非承载式车体出版社理工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页
24、37b.棚式车体棚式车体外形高大,其内部除安放柴油机、传动装置外,还有供工作人员通行的走道,以便在运行中随时进行设备检查和排除临时发生的故障。这种车体的司机室布置在车体的一端或两端。西安地铁的GD0201、GD0202、GD0203就是棚式车体。车体由外表面和骨架组成,在外表面和内壁之间填充隔音、隔热材料。非承载式车架非承载式车体的车架,一般为中梁承载式车体。中梁承载式车架一般包括中梁、侧梁、横梁、端梁、车钩牵引箱、上心盘、架车座等部分。中梁是车架的主要受力部件。例如GD0201接车的主车架由左、右两根纵向中梁,前后牵引梁,中间横梁和外围板组成,具有足够的强度和刚度。出版社理工分社城市轨道交通
25、车辆检修工艺设备及工程车辆页38(2)承载式车体及车架承载式车体按结构形式的不同,承载式车体分为桁架式和框架式两种。a.桁架式侧壁承载车体桁架式侧壁承载车体一般由桁架、侧壁、斜杠、底架、车顶和司机室等部分组成。这种结构的优点是:车体外壁不承受载荷,可以对电焊工工艺要求低些。缺点是侧壁斜杠、侧壁开孔的大小和位置往往受到限制,同时也不能最大限度地减轻机车的质量。b.框架式承载车体框架式承载车体具有加强的立柱。由立柱、中间杠、上下弦杠构成框架。由框架覆盖在其外面的钢板构成侧壁,承受全部载荷和纵向力。这种结构的优点是:车体有增大的强度和刚度;侧壁开孔不大受限制;能最大限度地减轻机车质量。缺点是对钢板和
26、焊接工艺有较高要求。出版社理工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页39承载式车体的底架无论是桁架式侧壁承载车体还是框架式承载车体,其车底架一般都由箱形侧梁、牵引梁、横梁和纵梁组成。机车上设备的质量是通过底架结构而传到侧壁上去的。纵向力是通过端部牵引梁而传到侧壁。承载式车体的底架与非承载式车架相比较,承载式车体的底架没有两根贯穿车辆上的长粗工字梁。因而使车架高度降低,质量轻、节约钢材。一般大功率机车多采用框架式承载车体。出版社理工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页407.车钩及缓冲器车钩及缓冲器是机车车辆的重要部件,它们的用途是:将机车与车辆连接成列车,在列车运行中传递牵引力,
27、缓和及衰减在列车运行中由于牵引力变化和制动力前后不一致而引起的冲击和振动。因此它们具有连接、牵引和缓冲作用。列车牵引时,机车牵引力经车架、车架上的缓冲铁、缓冲器、车钩尾框和尾销作用给车钩,冲击力(压缩力)与牵引力相反,它是经缓冲器传递给车架。总之,牵引力或冲击力都是经缓冲器传递的,所以在牵引或制动过程中产生的冲击力都可通过缓冲器得到缓冲和衰减,以提高机车车辆运行的平稳性。出版社理工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页41态,此时两钩抱合。开锁位置,是摘车时的位置。全开位置,是准备连挂钩时的位置。车钩能相对于车体上下左右略作移动,以适应机车车辆通过曲线和坡道。(2)缓冲器缓冲器用来减少机
28、车车辆受到冲击时产生的作用力,以防止机车车辆损坏。缓冲器一般有板弹簧缓冲器和橡胶缓冲器两种。(1)车钩车钩由钩体、钩舌、钩舌锁铁、钩锁、钩舌销和钩提组成。钩体、钩舌、钩舌锁铁由铸铁制成。地铁工程车一般使用13#车钩。车钩的主要作用有:闭锁位置。为机车车辆联挂后的车钩状出版社理工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页428.工程车的走行部走行部是支撑车体并担负机车、车辆沿着轨道走行的支撑走行装置。工程车辆走行部分为车架式走行部和转向架走行部。铁路发展的初期,世界各国大多采用将轮对安装于车体下面的二轴车上的车架式结构。西安地铁的接触网作业车就是这种结构。由于通过小半径曲线的需要,二轴车的轴距
29、不能太大,另外,机车(车辆)的轴重、长度和容积均受到限制。如果把两个或多个轮对专用的构架(或侧架)连接,组成一个小车,称为转向架,车体坐落在两个转向架上,由于这种带转向架结构具有许多明显优势,因此现代大多数轨道机车(车辆)的走行装置都采用转向架结构形式。西安地铁的内燃机车和网轨检测车就是这种结构。为了改善车辆的运行品质,在走行部上设有弹簧减振装置和制动装置等,有转向架的车辆,为了便于通过曲线,一般在车体和转向架之间设有心盘或回转轴,转向架可以绕一中心轴相对车体转动。出版社理工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页43(1)车架式走行部车架式走行部,相当于整个车架就是一个转向架。其结构包括
30、轮对、轴箱和弹簧装置。轮对:是走行部的重要部件,是直接向钢轨传递机车质量,通过钢轨间的黏着产生牵引力或制动力,并通过轮对的回转实现机车在钢轨上的运行。轮对主要由车轴、车轮及驱动装置组成。出版社理工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页44轴箱:轴箱是联系车架和轮对的活动环节,它除了保证轮对进行回转运动外,还能使轮对适应线路等条件,相对于车架上下、左右和前后活动、轴箱装在车轴两端座上,用来将全部簧上载荷包括铅垂方向的动载荷传递给车轴,并将来自轮对的牵引力或制动力传到车架上,轴箱有滚动轴承轴箱和滑动轴承轴箱之分。地铁工程车一般采用滑动轴承轴箱。弹簧装置:用来保证一定的轴重分配,缓和线路不平稳
31、对机车的冲击并保证机车在垂向的运行平稳性。弹簧装置一般由弹簧(圆弹簧、板弹簧、橡胶簧)减振器组成。两轴车的轴箱分别通过弹簧装置和轴箱拉杆直接连接到车架上,其他驱动机构,基础制动装置与有转向架的机车基本相同。出版社理工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页45(2)转向架的功能与结构大多数机车的走行部采用转向架机构。其任务是:承受车架以上各部分的质量,包括车体、车架、动力装置以及辅助装置等。保证必要的黏着,并把轮轨接触处产生的轮周牵引力传递给车架车钩,牵引列车前进。缓和线路不平顺对机车的冲击和保证机车具有较好的运行平稳性。保证机车顺利通过曲线。产生必要的制动力,以便使机车在规定的制动距离内
32、停车。出版社理工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页46图7.1图7.2出版社理工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页47(3)转向架的主要组成部分:构架:是转向架的骨架,承受和传递垂向力及水平力。弹簧装置:用来保证一定的轴重分配,缓和线路不平稳对机车的冲击并保证机车在垂向的运行平稳性。机车的弹簧装置一般由弹簧(圆弹簧、板弹簧、橡胶簧)、均衡梁、各连接件(杠件、销、垫片、螺帽等)和减振器组成。设置在转向架与轴箱之间的弹簧装置是一系弹簧,设置在车体与转向架之间的是二系弹簧。采用两系弹簧悬挂,可减少弹簧装置的合成刚度,改善机车在铅垂方向的运行平稳性和减少机车对线路的作用力。减振器不
33、仅可以装在铅垂方向,也可装在水平方向。减振器有摩擦减振器和液压减振器两种,其中液压减振器主要是利用液体黏滞阻力做负功来吸收振动能量,地铁工程车一般是采用液压减振器。出版社理工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页48车体与转向架的连接装置:用以传递车体与转向架间的垂向力及水平力(纵向力如牵引力或制动力,横向力如通过曲线的车体未平衡离心力等),使转向架式机车通过曲线时能相对于车体回转,它既是承载装置,又是活动关节。轮对和轴箱:轮对直接向钢轨传递机车质量,通过轮轨间的黏着产生牵引力和制动力,并通过轮对的回转实现机车在钢轨上的运行。轴箱是联系构架和轮对的活动环节,它除了保证轮对进行回转运动外,
34、还能使轮对适应线路等条件,相对于构架上下左右和前后活动。地铁工程车一般采用滚动轴承轴箱。出版社理工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页49驱动机构:将机车动力装置的功率最后传递给轮对。机械、液力传动内燃机的驱动机构由万向轴、车轴齿轮箱等组成。电传动内燃机车的驱动机构由牵引电机、车轴齿轮箱组成。万向轴由法兰盘、花键套、花键轴、十字头组、轴承盖等组成。车轴齿轮箱结构有:单缓车轴齿轮箱、两级车轴齿轮箱。单级车轴齿轮箱只有一对锥齿轮。它的优点是结构简单、质量轻;缺点是减速比不大。两级车轴齿轮箱由一对锥齿轮及一对圆柱齿轮构成。它的优点是减速比比较大,缺点是结构复杂。基础制动装置:由制动缸传来的力
35、,经杠杆系统增大若干倍,传递给闸瓦,使其压紧车轮,对机车进行制动。出版社理工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页50(4)转向架的分类转向架的形式有多种多样,其主要区别在于:转向架的轴数和类型,弹簧悬挂系统的结构与参数,轴箱定位方式,垂向载荷的传递方式,轮对支撑方式,制动装置的安装类型等多方面,机车的转向架主要按照转向架的轴数、弹簧悬挂方式,轴箱定位方式等分类。出版社理工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页51按转向架的轴数分类按轴数分类,转向架有二轴、三轴和多轴。西安地铁的内燃机车、网轨检测车等就是二轴转向架,铁路客货运主型东风DF4内燃机车、韶山SS型电力机车的转向架就是三
36、轴转向架,国外大功率机车还有四轴转向架。如美国的DD35型内燃机车的转向架就是四轴转向架。转向架的轴数一般是根据机车或车辆总重和每根车轴的允许轴重确定的,例如,某机车有两根三轴转向架,转向架的每根允许轴重为25t,因此,其最大质量(自重与载重之和)不能超过150t(625=150)。按弹簧装置的悬挂方式分类按照弹簧悬挂方式分为一系弹簧悬挂转向架和二系弹簧悬挂转向架。出版社理工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页52a.一系弹簧悬挂转向架:在采用一系弹簧悬挂的车辆上,在车体至轮对之间,只设有一系弹簧悬挂减振装置。所谓“一系”,就是指车体的振动只经过一次(空间三维方向均包括)弹簧减振装置实
37、施减振。该装置在转向架中设置的位置,有的是设在车体(摇枕)与构架之间;有的是设在构架与轮对轴箱之间。采用一系弹簧悬挂,转向架构造比较简单,便于检修、构造,成本比较低。一般一系弹簧转向架多用于低、中速机车。b.二系弹簧悬挂转向架:在采用二系弹簧悬挂的车辆上,在车体至轮对之间,设有二系弹簧悬挂装置。在转向架中同时有摇枕弹簧减振装置和轴箱减振装置,使车体的振动经历2次弹簧减振装置衰减。出版社理工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页53度,明显地改善了车辆的运行品质。所以,二系悬挂多用在高速机车上。另外,多系悬挂转向架,因其结构过分复杂,而且只要设计合理,二系悬挂装置已能满足车辆运行平稳性要求
38、,因此,多系悬挂很少使用。除了以上分类方式外,还可按机车车速进行分类,可分为高速转向架(车速在200km/h及以上),快速转向架(车速为140200km/h),以及普通转向架(车速在140km/h以下)。显而易见,二系悬挂的转向架结构比较复杂,采用的零部件数目明显增多,但由于它是从上向下返回再从上向下先后两次充分利用从车体底架至轮对之间的有限空间,具有较大的弹簧装置总静扰度,并对摇枕悬挂和轴箱悬挂分别选择各自的阻尼及刚度,确定适宜的扰出版社理工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页549.弹簧与减振器机车的弹簧装置一般由弹簧(圆弹簧、板弹簧、橡胶簧)、均衡梁、各连接件(销、垫片、螺母等)
39、和减震器组成。弹簧装置有两个作用:一是给机车各轴以一定的质量分配,并使所分配的质量在车轮行经不平线路时不致发生显著变化;二是当机车车轮行经不平稳处或车轮不圆而发生冲击时,弹簧装置可缓和其对机车的冲击。(1)机车常用的弹簧圆弹簧圆弹簧一般安装在转向架构架和轴箱之间作为一系弹簧,这种弹簧比较轻,静扰度小,工作灵敏,但无减振能力,可与减振器配合使用。有时圆弹簧的尺寸受到安装处所的位置限制或者簧条太粗,为了利用弹簧内部空间,往往采用双圈圆弹簧,甚至三圈圆弹簧来代替单圈圆弹簧。为了防止因震动而导致内外圈卡死,两个弹簧的螺旋方向应相反,地铁绝大多数工程车辆使用的就是这种弹簧。出版社理工分社城市轨道交通车辆
40、检修工艺设备及工程车辆页55橡胶弹簧橡胶弹簧一般安装在车体与转向架之间作为二系弹簧,这种弹簧减振性能好,特别是能吸收高频振动的能力;并且质量轻,不存在突然折损的可能,使用中不需经常检查。(2)液压减振器现代机车上,广泛采用圆弹簧与减振器相结合,既达到能衰减振动,又能保持弹簧装置工作灵活的目的。减振器不仅安装在铅垂方向,也可安装在水平方向,减振器有摩擦减振器和液压减振器两种。出版社理工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页56液压减振器液压减振器主要是利用液体黏滞阻力做负功来吸收振动能量。液压减振器的优点在于它的阻力是振动速度的函数,因此它有较好的减振性能,得到广泛应用,地铁工程车多是采用
41、液压减振器。摩擦减振器摩擦减振器是借摩擦面的相对滑动产生阻尼的减振器,摩擦减振器结构简单,成本低,制造维修比较方便,缺点是摩擦力随表面状态的改变而变化,摩擦力与振动速度基本无关,所以可能出现低速时阻尼过大,影响弹簧的灵敏度;较高速度下出现阻尼不足,振幅过大。出版社理工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页5710.车体与转向架的连接装置车体与转向架的连接装置的作用是:保证机车的质量、纵向力(牵引力及制动力)、横向力的正常传递,轴重的均匀分配和车体在转向架上的安定;允许转向架在机车进出曲线时能相对于车体回转运动,因此,它既是承载装置,又是活动关节。车体与转向架之间的连接装置有多种类型,普遍
42、使用的有两类:一类为有心盘(或牵引销)和旁承的结构;另一类为有牵引杆装置和旁承相结合,地铁工程车辆一般采用有心盘(或牵引销)和旁承的结构。(1)有心盘(或牵引销)和旁承的连接装置在车体与转向架之间的连接装置中,心盘(或牵引销)只传递总向力和横向力,车体质量全部由盘承传递。盘承可以是弹性的,也可以使刚性的,根据设计要求的不同,一个转向架上可以设置2个盘承,也可以设置4个盘承。出版社理工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页58引销和4个盘承,牵引销只传递纵向力和横向力,并作为机车过曲线时,车体与转向架相对回转的中心,车体质量全部由4个盘承支撑,盘承在车体与转向架相对回转式,还启动摩擦副的作
43、用。(2)有牵引杆装置和旁承的连接装置为了传递牵引力,降低牵引电,使转向架相对于车体转动和横动,以及在转向架中部空间被其他部件占用的时候,在液力传动、电传动内燃机车上多采用杆件系统来替代心盘(或牵引销的作用),这套杆件系统就叫牵引杆装置。牵引杆机构的特点是转向架并没有固定的回转中心,而是在一个有限面的范围内变动,并且允许车体相对于转向架横向移动。西安地铁内燃机车就是这种连接装置,转向架与车体的连接有牵出版社理工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页5911.轴箱和轮对轴箱是联系构架和轮对的活动关节,它除了保证轮对进行回转运动外,还能使轮对适应线路等条件,相对于构架上下、左右和前后摇动,轮
44、对直接向钢轨传递机车质量,并通过钢轨间的黏着产生牵引力和制动力,通过轮对的回转实现机车在钢轨上的运行。(1)轴箱轴箱装在车轴两端端颈上,用来将全部簧上载荷包括铅垂方向的动载荷传给车轴并将来自轮对的牵引力或制动力传动到构架上去,此外,它还传递轮对与构架间的横向及纵向作用力。轴箱对构架而言是个活动关节,轴箱与构架的连接方式对机车的运行品质有很大影响,这一连接通常称为轴箱定位。轴箱定位应保证轴箱能够相对于转向架构架在弹簧振动方向作垂向运动,在机车通过曲线时还能少量横移。轴箱定位一般分为导框定位、无导框定位和W型橡胶堆式定位3种形式。出版社理工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页60图7.3导
45、框式定位轴箱一般结构上,导框是焊在构架侧壁上的一个铸钢件,轴箱上的导槽和构架上的导框相配合组成导框定位。轴箱导框定位中,轴箱在导框内可上、下移动,也可在规定的轴箱内对构架的横动量范围内左、右移动。考虑到机车振动、轴重分配不均等引起的弹簧变形可能使轴箱碰到侧梁或轴箱托板,轴箱顶至侧梁底面的距离和轴箱底部至轴箱托板的距离有一定要求,为了便于修理,在轴箱导框与轴箱相接触的摩擦面上,各装有耐磨的衬板,为了保证车轮经线路不平处时轴箱可作垂向运动而不被卡住,侧面衬板上、下部可做成倾斜面,在机车保养上应定期向轴箱与导框之间加润滑油。出版社理工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页61无导框定位无导框定
46、位也称拉杆式定位,它是指轴箱用两根带有橡胶关节的轴箱拉杆与构架相连接,当轴箱上、下跳动时,两个轴箱拉杆分别以构架拉杆做的两个心轴为圆心做一定弧度的上、下摆动。如果拉杆为纯钢性的,则轴箱中心的运动轨迹为一条曲线,即一方面上下跳动,一方面转动;但由于拉杆两端是橡胶关节,所以在实际上,轴箱中心运动的轨迹接近一条直线。轴箱拉杆由拉杆体、长芯轴、短芯轴、橡胶套、橡胶垫、卡环及端盖组成。拉杆的两端通过长、短芯轴与轴箱拉杆座连接。采用这种带有橡胶关节的轴箱拉杆定位方式,轴箱可依靠橡胶关节的径向、轴向及扭转弹性变形,实现各个方向的相对位移,使轮对与构架的联系成为弹性,适当增加它的横向刚度和纵向刚度,可以显著改
47、善机车的运行平稳性。出版社理工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页62损,轮对不能横向运动,有利于改善蛇形运动;轮对与构架的弹性连接具有缓和冲击、隔音的作用,轮对磨耗比导框定位的小,因此,无导框轴箱已在我国轻型机车上广泛采用。地铁的内燃机车就是这种拉杆式定位轴箱。应该指出,采用拉杆定位的轴箱,轴箱相对于构架的上、下位移,将受到拉杆轴套的约束,实际上就相当于在垂向加入了一个并联弹簧,因而使一系列弹簧悬挂的刚性增大。V型橡胶堆式定位轴箱采用这种V型橡胶堆式轴箱定位方式,V型橡胶堆支承构架质量起轴箱弹簧作用,还能传递纵向力及横向力,每一轴箱前后各装一个金属橡胶夹层弹簧。一端与车架固结,另一端
48、与轴箱固结,此橡胶弹簧在垂向载荷作用下,橡胶受到剪切机压缩变形,改变橡胶弹簧的安装角度,可以得到不同的垂向刚度和纵向刚度。这种无导框轴箱的优点是:轴箱与构架不需要润滑,也不存在磨出版社理工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页63图7.4优点,但是弹性能力强的橡胶容易老化。地铁的网轨检测车就是这种V型弹簧定位轴箱。(2)轮对轮对是机车走行部分最重要的部件之一,它由车轴和车轮组成。轮对的主要作用是:机车全部质量通过轮对支承在钢轨上;通过轮对与钢轨的黏着力产生牵引力和制动力;通过轮对滚动使机车前进,此外,轮对在机车运行中的受载作用力比较复杂繁重,当车轮行经钢轨接头、道岔等线路不平顺处,轮对承
49、受全部垂向和纵向的冲击。轮对是由一根车轴和两个相同的车轮组成。在车轴与车轴部位采用过盈配合,使两者牢固地结合在一起,为保证安全,绝对不允许有任何松动的现象发生。V型橡胶弹簧具有质量轻、结构简单、吸收高频振动,减少噪声等出版社理工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页64因此,对车辆轮对的要求是:应有足够的强度,以保证在容许的最高速度和最大载荷下安全运行;应在强度足够和保证一定使用寿命的前提下,使其质量最小,并具有一定弹性,以减小轮轨之间的相互作用力,应能适应车辆直线运行,同时又能顺利通过曲线,还应具有必要的抗脱轨的安全性。在车轮的故障中,有踏面磨耗、轮缘磨耗、踏面擦伤与剥离、车轮裂纹等,
50、它们直接威胁到行车安全,因此,必须加强检查,及时发现并妥善处理。(3)车轴车轴是机车转向架中最重要的部件之一,铁路机车车辆的车轴绝大多数是圆截面心轴,它的质量好坏直接关系到运行的安全,所以在制造和维修中,必须严格要求。由于车轴各部位受力状态不同及装配的需要不同,其直径也不一样,车轴分轴颈、轮座、轴身、防尘板座4部分。各部位作用如下:出版社理工分社城市轨道交通车辆检修工艺设备及工程车辆页65图7.5轴颈:用以安装滚动轴承(或安装滑动轴承的轴瓦),负担着车辆质量,并承载各方向的静、动载荷。轮座:是车轴与车轮配合的部位。轴身:是车轴中央部分,该部位受力较小。防尘板座:为车轴与防尘板配合部位,其直径比