与车轮一体式牵引电动机驱动的转向架

城市轨道车辆转向架新技术之——与车轮一体式牵引电动机驱动的转向架讲解：王伯铭联系方式（E—mail）：[e-mail]13980611609西南交通大学机械工程学院机车车辆系2012年04月2012年6月19日3时16分我努力了！！你呢？？2绪论传统铁路机车车辆的动力传递方式多数是借助弹性联轴节以及减速齿轮装置将安装在转向架构架上的驱动用电动机（下称牵引电动机）的轴功率传递到车轮和车轴为一体的轮轴装置上——属于间接驱动。•优点：使用这种传动方法,可以把牵引电动机的质量从簧下解放出来。这不仅能缓和对轨道的冲击，同时也可以减少对牵引电动机自身的反冲击作用。另外，与车轮相比，由于牵引电动机的转速能取得很高，所以牵引电动机本身的重量也可做得很轻。•缺点：对于转向架来说,必须留出足够的空间，以便安装由牵引电动机以及弹性联轴节和减速齿轮装置所构成的动力传递装置（即驱动装置）。而该驱动装置在传动效率、噪声和保养维修等方面也就会随之产生各种问题。2012年6月19日3时16分我努力了！！你呢？？3动力转向架驱动装置分类轴悬式间接驱动（电机+联轴节+齿轮箱结构——传统铁路机车和动车采用）架悬式体悬式动力转向架驱动装置分类内转子式（车轴转动）直接驱动（与车轮一体式牵引电机结构）外转子式——亦可称为轮毂电机驱动装置（车轴固定）两轮同时驱动式两轮分别驱动式（独立旋转车轮）2012年6月19日3时16分我努力了！！你呢？？4与车轮一体式牵引电动机驱动装置•与车轮一体式牵引电动机则是将车轮和电动机连成一体，将牵引电动机的电枢轴输出功率直接传递到车轮上——属于直接驱动！•有两种类型：内转子型（式）和外转子型（式）2012年6月19日3时16分我努力了！！你呢？？5•优点：1、不需要预留安装牵引电动机的空间；2、不需要齿轮传动装置，省去保养维修工作；3、没有传动损失、高效率；4、噪声小——无齿轮啮合和联轴节噪音；5、等效惯性力矩小，控制性能好；6、容易实现低地板化。•缺点：1、对牵引电动机的反冲击较大；2、因电动机的转速低,有重量增加的倾向；3、转矩脉动可直接传递到车轮上；4、簧下质量较大。2012年6月19日3时16分我努力了！！你呢？？6内转子型和外转子型•一类为内侧旋转的内转子型。在该方案中,牵引电动机的转子与车轴是直接连在一起的,而其定子则借助于轴承由车轴支撑。车轴旋转，而电机外壳不转2012年6月19日3时16分我努力了！！你呢？？7•另一类为外侧旋转的外转子型（亦可称轮毂电机驱动装置）。采用这种结构时,车轴在固定侧,牵引电动机的定子则直接安装在车轴上。而车轮则是借助轴承装在车轴上,牵引电动机的转子直接与车轮相连。电机外壳旋转，而车轴不转2012年6月19日3时16分我努力了！！你呢？？8两轮同时驱动与两轮分别驱动•通常的铁路动车车轮均采用左、右为一体同时转动式（即两轮同时驱动）,但在采用外转子型的情况下，其左、右车轮均能独立转动,形成各轮分别驱动方式的两轮单独驱动方式。2012年6月19日3时16分我努力了！！你呢？？9•与两轮同时驱动方式相比，两轮分别驱动方式虽然在结构上复杂了许多，但出于其左、右车轮可独立转动，因而也就可以构成独立旋转车轮式的电动转向架。为此，通过对转速差巧妙地控制可获得提高列车在直线区段运行的稳定性和能顺利地通过曲线的性能等好处。由于左、右车轮在机械上做成独立的，使得可变轨距式转向架的制造变得较为容易。2012年6月19日3时16分我努力了！！你呢？？10•根据牵引电机安装位置不同，又可将两轮分别驱动式进一步分为：车轮外侧型（即轨距外型）——牵引电机安装在车轮外侧车轮内侧型（即轨距内型）——牵引电机安装在车轮内侧两轮分别驱动式（独立旋转车轮）车轮两侧型——牵引电机安装在车轮两侧车轮轮芯型——牵引电机安装在车轮轮芯部2012年6月19日3时16分我努力了！！你呢？？111.车轮外侧型（即轨距外型）——牵引电机安装在车轮外侧2012年6月19日3时16分我努力了！！你呢？？122.车轮内侧型（即轨距内型）——牵引电机安装在车轮内侧2012年6月19日3时16分我努力了！！你呢？？133.车轮两侧型——牵引电机安装在车轮两侧2012年6月19日3时16分我努力了！！你呢？？144.车轮轮芯型——牵引电机安装在车轮轮芯部位2012年6月19日3时16分我努力了！！你呢？？15与车轮一体式牵引电动机（独立旋转车轮转向架）的特点1.优点：¾直线上不会产生蛇行；¾通过曲线时，不会产生切轨噪声（尖啸声）；¾对曲线处的钢轨磨损小；¾能控制因扭矩差造成的偏转角；¾可以较容易地实现可变轨距（即变轮距）结构；¾容易实现低地板化。2.缺点：¾对牵引电动机的扭矩控制要求很高；¾必须在每个车轮上都安装牵引电动机。2012年6月19日3时16分我努力了！！你呢？？16•举例：SyntegraSyntegra转向架转向架2012年6月19日3时16分我努力了！！你呢？？172012年6月19日3时16分我努力了！！你呢？？182012年6月19日3时16分我努力了！！你呢？？19简介•传统转向架为了传递由牵引电动机至轮对的牵引转矩，必须使用复杂的变速机构及相应的中间元件。这样就造成了转向架成本的增加，而且又降低了传递效率。这类变速机构也是产生噪声和造成润滑油泄漏的主要原因，同时也增加了技术保养的难度。•Syntegra转向架由西门子公司设计的“机电一体化系统”创新动力转向架。传统转向架中牵引、制动与转向架是分开的，但Syntegra转向架集牵引和制动功能为一个系统，减轻了转向架总质量，提高了可靠性和效率，降低了使用寿命期间内的费用。2012年6月19日3时16分我努力了！！你呢？？20直接传动技术•Syntegra转向架不用变速器，可直接将永磁励磁的大转矩同步牵引电动机的转矩传递给轮对。这种牵引传动的最新颖的设计之一是将电动机转子轴承与轮对轴承结合成一体。这种整体轴承是在轮对的普通轴承基础上又考虑到运用特点而设计的。轴承理论上的使用寿命为30年。1—车轮2—一系弹簧座3—定子4—永磁铁5—带转子的轮对轴6—组合的主轴承2012年6月19日3时16分我努力了！！你呢？？212012年6月19日3时16分我努力了！！你呢？？222012年6月19日3时16分我努力了！！你呢？？23Syntegra转向架结构•Syntegra转向架长2400mm，轴距为1600mm，车重14t，轮径为690/630mm，空气弹簧上端面距轨面的高度在700-800mm之间。•Syntegra动力转向架的研制目的，是要提高机车车辆走行部的效率，即在有效载荷不变的情况下降低转向架的自重和减小安装转向架所需要的车体下的空间，从而有利于进入车底进行检修。•Syntegra转向架构架由枕梁和2根侧梁铰接在一起，枕梁承受着所有水平力的作用。来自机车车辆车体质量的垂直负荷，通过侧梁传递给弹簧悬挂的轴箱部分，这样就可以消除转向架构架的扭转（曲）。•通过这样一种结构形式，就克服传统转向架结构的一大缺点。因为轴箱一系弹簧悬挂的结构刚度就能保证避免脱轨的可能性，从而提高了运行的安全性。因此装有Syntegra转向架的机车车辆可望有更大的有效载荷。2012年6月19日3时16分我努力了！！你呢？？24侧梁构架铰销横梁/枕梁轮对导向连接2012年6月19日3时16分我努力了！！你呢？？252012年6月19日3时16分我努力了！！你呢？？26a：Dreiecklenker/三角形导向杆；b：Quertraeger/横（枕）梁；c：fahrmotor/驱动电机2012年6月19日3时16分我努力了！！你呢？？272012年6月19日3时16分我努力了！！你呢？？282012年6月19日3时16分我努力了！！你呢？？29枕（横）梁电机/轮对车体（架）与车体间直接牵引力传递的原理牵引杆平衡杆2012年6月19日3时16分我努力了！！你呢？？302012年6月19日3时16分我努力了！！你呢？？31•传统构架与轮对轴箱的连接是通过结构复杂的中间元件来完成的。这样就增加了转向架的成本，并且也给技术保养带来了难度。•在Syntegra转向架中，这些连接是利用连接枕梁与电动机机架的简单传动杆来完成的，而不用弹性元件。转向架与车体之间的连接结是用一副受压或受拉的连杆来完成的。连接杆一端与车体底架相连，而另一端则与一台牵引电动机的机架相连。通过这些连接杆，实现2台牵引电动机的牵引力或制动力的传递，在转向架中不会产生反转矩。反转矩会在牵引或制动工况下，使转向架中的一副轮对卸载。由此更好地发挥了2副轮对间的性能配合作用。另外一个优点牵引电机负荷对称，可以最佳利用牵引功率。2012年6月19日3时16分我努力了！！你呢？？32基础制动装置•Syntegra转向架需要机械制动，用作站台上停车制动或车库中的停放制动以及安全制动时的辅助制动。为此使用了轻型的、小而经济的闸瓦制动。•与异步牵引电动机相反，永久磁极牵引电动机作为连接到相应的有效电阻的闭合环，会产生制动转矩。采用永久磁极牵引电动机后，就不再需要电动空气制动装置了。这就意味着可以有效节约设备费用，腾出车体下很大的空间，减轻机车车辆自重，以及其他方面带来的益处，如消除了闸瓦或闸片的机械磨损和释放出的磨耗粉尘，降低了制动产生的噪声水平，减轻了制动装置维护的工作量。并且从开始制动到提供最大制动力的时间小于150ms，明显小于空气制动系统平均动作时间(空气制动的典型方式是上1.5s以后才动作）。2012年6月19日3时16分我努力了！！你呢？？33Syntegr转向架优点1.通过降低能耗，自重减轻、提高牵引传动效率、降低轮轨磨耗、由于结构简化而使技术保养的支出减少以及由于排出的磨耗物下降而减轻对环境的污染。2.取消了复杂的驱动装置中间部件(变速器、联轴节)。3.采用全密封式的牵引电动机，提高了工作可靠性。4.减少了转向架部件对安装空间的要求。5.不必采用牵引电机通风机，并且牵引电机电感较高，电机转速较低，没有传动齿轮，因此可降低噪声。2012年6月19日3时16分我努力了！！你呢？？34Syntegra转向架与传统转向架的尺寸比较2012年6月19日3时16分我努力了！！你呢？？35Syntegra非动力转向架——结构非常简单2012年6月19日3时16分我努力了！！你呢？？36Syntegra动力转向架中三个力的传递过程：•垂向力：车体→空气弹簧→枕梁→铰销→侧梁→轴箱弹簧→轴箱→轮对→钢轨•纵向力：钢轨→轮对→轴箱→三角形导向杆（定位杆）→枕梁→牵引杆和平衡杆→车体→车钩•横向力：钢轨→轮对→轴箱→三角形导向杆（定位杆）→枕梁→空气弹簧（力较小时）→车体弹性侧挡（力较大时）