径向转向架(径向转向架及其在地铁、轻轨车辆中的应用)

本文论述了径向转向架的原理及其在减少轮轨表面磨损方面的作用。根据地铁和轻轨车辆运行部件的结构和技术特点，论述了我国地铁和轻轨车辆采用径向转向架的必要性和可行性。

21世纪的进入，中国城市轨道交通实现了快速发展。城市轨道交通因其安全、快捷、舒适的优势而备受青睐，在改善城市交通拥堵、快速汇集散客客流、促进经济发展方面发挥着非常重要的作用。然而，在北京，上海，广州和其他已经在中国开通地铁的城市，存在着曲线轨道内侧和轮缘磨损过快的问题，导致维护成本过高。与此同时，在对的城市环境中，由于钢轨上的轮缘被切割而产生的尖叫噪声也造成了噪声污染，采用径向转向架是解决上述问题的途径之一。

1径向转向架

径向转向架是在常规转向架的基础上设计的，以提高车辆的曲线通过能力，广泛应用于货车、准高速列车和摆式列车。近年来，为了减少轮轨磨损，提高运营安全性，径向转向架被应用于城市轨道交通车辆，并在日本，加拿大等国家取得了成功。径向转向架与普通转向架的区别在于曲线，的不同通过模式，如如图1所示。图中左侧为普通转向架，右侧为径向转向架。从图中可以看出，径向转向架通过曲线时的冲击角小于普通转向架，因此可以减小第一轮对的横向力，从而减少轮轨磨损[1]。

径向转向架历史悠久。据舍菲尔报道，十字拉杆车轮连接方式出现在13世纪的马车时代。舍菲尔在博物馆发现了这些数据，并受到启发设计了舍菲径向转向架。转向角链径向转向架的发明者说，它的基本思想来自18世纪末注册，美国的专利。

早期设计的径向转向架在车辆动力学方面没有得到优化，连接机构存在冗余结构，不仅增加了转向架的制造成本，而且由于簧下重量的增加影响了振动特性，因此大部分难以推广。可以说，这就是铁路机器

图1径向转向架曲线通过模式

车辆动力学和转向架动力学理论产生的原因之一。径向转向架设计的关键是保证轮对按照预期轨迹平稳旋转，通过曲线，同时保证转向架具有较高的运行稳定性。所谓稳定是指当直线在运行时，无论外界如何干扰，它都不会失去狩猎运动的稳定性。一般来说，两者是相互限制的，很难兼顾两者。1973年，英国国家铁路研究所的威肯斯提出了具有划时代意意义的等效定位刚度理论，为径向转向架的发展提供了理论基础。基于这一理论，世界各地开发了各种不同结构的径向转向架。

最简单的径向转向架是适当降低轮对，的纵向定位刚度，利用轮轨间的蠕滑力使轮对自动导向。带有交叉拉杆连接机构的径向转向架也受车轮对的自导向作用的引导，但这两种径向转向架的转向能力有限，因此出现了利用车体与车架和车轮对之间的连接机构迫使车轮对转向的转向角联锁方式。根据是否使用轮对的自导向功能，径向转向架可分为——自导向转向架和强制导向转向架两种。为了进一步提高车轮对，的转向功能，法国相关研究机构提出了带控制模式的径向转向架的概念，这在本质上也是一种强制转向转向架。根据径向转向架的不同功能和结构，表1列出了迄今为止世界各国正在研究和应用的径向转向架。立柱是概念和功能，而水平立柱代表在常规转向架基础上增加的附加装置的结构特征。该表不一定包括所有这些。表中带“*”的指示已投入实际使用，其他指示处于试生产阶段。

表1径向转向架的分类

2.径向转向架降低轮轨磨损的应用经验

径向转向架的出现使改善铁路运行性能和降低维护成本成为可能，因此在西方发达国家得到了广泛应用，尤其是在机车和摆式列车上。应用经验表明，径向转向架在降低轮轨横向力和磨损方面效果显著。

美国， SD 60 MAC机车安装EMD径向转向架后，轮缘磨损明显减少[2]；德国VT611摆式电动车组配有自导向径向转向架，在曲线可提高运行速度25%，当曲线半径大于400米时，对的径向承载能力较强，有效减小了侧向力；在瑞士， SIG公司的带强制转向转向架的摆式客车上，在半径300米的曲线上，轮轨磨损减少30%，横向力减少50%，效果很好；日本283系列客车采用径向转向架在曲线，运行时，轮轨横向力降低33% ~ 50% [3]。

径向转向架在国内首次应用于摆式客车试验车，并通过了线路试验，在试验阶段取得了良好的效果。表2显示了在80公里/小时的运行速度下，在中国倾摆试验车上使用强制转向、自导向和传统转向架时，第一轮对的横向力(单位为千牛)

表2 .不同曲线半径下转向架第一对横向力的比较

从表中可以看出，当通过半径较小的曲线时，强制转向转向架的轮轨侧向力比普通转向架大大减小；与装有209HS转向架的试验车相比，装有强制转向转向架的客车通过小半径(300 ~ 400m)曲线，时，轮轨侧向力明显减小；与装有209HS转向架的试验车相比，装有自导向转向架的客车通过大半径(500 m以上)曲线时，轮轨侧向力减小。

3.径向转向架在地铁和轻轨车辆中的应用

城市轨道交通线路，如地铁和轻轨，是在城市现有布局下规划和建设的。这些线路串联到主要的客流集中点，并与铁路和公共汽车等其他交通系统相交。跑步路线受到街道和建筑物的限制。因此，曲线路段多，曲线半径小，使得通过曲线的车辆产生过大的冲击角，增加轮轨力，加剧轮轨磨损。因此，与传统车辆相比，城市轨道交通车辆的运行部分应具有以下性能特点：1)运行噪声低；2)曲线传球性能好；3)车辆运行平稳。为了实现这些性能，有必要采用这样的方法

单电机转向架(悬挂转向架)轮轨冲击小，噪声低，但应用经验较少。此外，轻轨车辆一般采用交流牵引电机，转向架有足够的空间，单电机转向架使用较少；弹性车轮的使用也可以降低噪声和轮缘磨损，但它不仅适用于轴重小于12t时，而且当轴重较大时，由于橡胶强度等的限制，独立车轮在降低噪声和磨损方面有很好的效果，并已成功应用于国外先进的轻轨车辆，如MGT-6D和NGT-6C在德国，的TRAM CAR轻轨车辆在奥地利，等。[4]，但这项技术在中国没有应用经验；径向转向架在国外已经成功应用，在国内的研究也已全面展开。在干线铁路上的线路试验证明，它能有效地减小横向力。因此，在我国城市轨道交通建设中，采用径向转向架来减小轮缘与轨道之间的冲击角，减小轮轨侧向力和轮轨磨损，从而降低维护成本，降低噪声，提高乘坐舒适性，是提高车辆技术含量的最佳选择。

事实上，自20世纪80年代以来，日本，加拿大等国就已经将径向转向架应用于地铁车辆。20世纪80年代中期，加拿大开发的直线机动轻轨车辆采用了Mk 型强制转向转向架，并在多伦多， 温哥华和底特律， 美国成功应用。最近，在MK型的基础上，开发了MK型强制转向转向架，并在吉隆坡，高架轻轨运营站取得了良好的效果

径向转向架已在城市轨道交通领域投入实际使用，这是对城市交通建设的一大目标。摆式试验车的试验结果表明， 我国研制的强制导向转向架和自导向转向架在直线以120公里/小时、曲线以80公里/小时(半径300-1000米)的速度运行时，其垂直和水平运行稳定性能够满足《铁道 车辆动力学性能评定和试验鉴定规范》 (GB5599-85)的要求。借鉴日本的经验，我国可以在根据现有条件引进关键技术的基础上，模仿和进一步发展具有中国特色的地铁和轻轨径向转向架。

4结束语

国内外应用经验表明，轮轨面过度磨损是地铁和轻轨系统的惯性问题，而成本低、维护方便的径向转向架是从根本上解决这一问题的有效途径。目前最重要的是立足于我国科研开发机构简单可靠的径向转向架，并尽快将其应用于已建成的地铁和轻轨系统中，以产生经济效益。