交流电机架悬在地铁动车中的可行性研究

交流电机架悬在地铁动车中的可行性研究

摘要：地铁车辆具有先进可靠、容量较大、安全快速、美观使用和环保节能的显著特点，在城市交通中，地铁车辆是一种重要的轨道交通系统，其机电设备的技术含量也较高。为了提高地铁郊区线的运行速度和地铁车辆在市区里小半径曲线的通过能力，本文从转向架的结构上，根据地铁车辆电机的轴悬式与架悬式对车辆动力学性能的影响，对地铁交流电机架悬在转向架上的可行性进行了研究。

关键词：交流电机架悬地铁动车可行性研究 中图分类号：u231+.3 文献标识码：a 文章编号：

地铁车辆具有先进可靠、容量较大、安全快速、美观使用和环保节能的显著特点。在城市交通中，地铁车辆是一种重要的轨道交通系统，其机电设备的技术含量也较高。为了提高地铁郊区线的运行速度和地铁车辆在市区里小半径曲线的通过能力，根据地铁车辆电机的轴悬式与架悬式对车辆动力学性能的影响，本文对地铁交流电机架悬在转向架上的可行性加以分析和研究。 1、地铁车辆电机的驱动原理

轨道交通的电机一般分旋转电机和直线感应电机。从电机的驱动方式来看，传统旋转电机是由旋转电机产生动力，通过相应的齿轮和传动连杆等机械传动装置传到轮轴上，而后在轮轨间的蠕滑作用下，形成牵引和制动力，进而推动或制动车辆。当轮轨间传递的

力超过轮轨允许的最大粘着力时，就会产生轮对空转和滑行问题，使得轮周力丧失，造成车辆牵引或制动失效。因此，旋转电机驱动受着轮轨粘着的。直线电机驱动不同于旋转电机，其力的传递途径不需要中间机械传动装置环节，主要通过直线电机自身的作用，在直线电机车载定子与地面感应板的直接电磁作用下，不需借助轮轨相互作用，就可以产生牵引和制动力，因此，直线电机驱动实质上是一种非粘着驱动系统。

2、地铁车辆电机不同悬挂方式对车辆动力学性能的影响 从直线电机的构成来看，它好像一台旋转电机被沿半径方向切开口展平的感应电机，一般情况下，电机的定子(包括磁铁和线圈)安装在车辆的转向架上，转子(感应板) 安装在车辆和轨道中间的导轨上。定子主要由薄铁芯和三相六级绕组绕制而成，温度传感器和冷却风扇沿电机方向布置安装，电机两端通过机构被悬挂安装在转向架上。从提高电机效率和安全考虑，安装时定子与感应轨之间的间隙不能过大。但是，由于车载定子与地面转子二者处在一个相对直线运动的弹性系统间，因此，相互之间间隙的变化难以避免，一般来说二者之间的间隙应控制在12mm以内。

轨道不是绝对平顺的，电机车辆在运行时，电机两极之间的间隙会发生变化，特别是列车通过曲线时，悬挂系统和磁极间隙、垂向电磁力之间的相互影响会表现得更为复杂化。这种变化，会引起电磁力的变化，电磁力的变化又会作用于车辆悬挂系统和电机悬挂

系统，悬挂系统的响应反过来又会影响磁极间隙。在列车曲线行驶时，曲线外轨超高、轮对横移会引起磁极间隙和垂向电磁力的改变，可能造成磁极之间的接触，对行车安全构成影响；另外，垂向电磁吸力导致左右轮轨之间蠕滑导向力重新分配，一定程度上降低了轮轨的横向力，使列车的脱轨安全性提高。由此可见，电机悬挂系统和磁极间隙之间的相互影响和作用性是明显的。

3、地铁车辆电机轴悬式与架悬式结构及机动力学性能比较 3.1轴悬式结构

轴悬式的悬挂方式是将直线电机通过轴承悬挂在车轴上。在这种结构下，电机定子（磁铁和线圈）与转子（感应板）间的间隙受轮对垂向运动、线路不平顺和转子的影响，与转向架的悬挂无关，因而，直线电机与感应板间的间隙变化范围不大，比较容易保证在一定的幅度之内。但在这种结构方式下，电机和轮对通过轴承连在一起，由于电机的垂向振动加速度很大，因此对电机的抗振性能要求较高，而且这种方式下，牵引力主要通过轴箱传递，机车在通过曲线路径时，强烈的振动力对轮对的径向摇头影响很大，必须采取一定的改进措施才能避免。 3.2架悬式结构

架悬式的悬挂方式是指电机通过吊杆悬挂在转向架h型构架上。采取这种架悬结构，一般不需要对轴箱和轮对进行改变。由于电机悬挂在构架上，因此其垂向振动主要只受构架的影响，只需控制转

向架架构的震动幅度，就可以有效保证直线电机和感应板之间的间隙保持在一定范围之内。架悬式结构的优点是转向架接近传统地铁转向架，便于维护和使用。架悬式转向架在结构上与传统的城市轨道车辆相接近，直线电机悬挂在转向架构架上，结构简单，便于车辆生产厂家生产，也便于运用部门使用和维护，而且常规的传统转向架结构简单、成熟可靠。架悬式结构的缺点是，转向架构架是铰接结构，增加了构架的复杂性，电机和感应板间的间隙较大。 4、地铁郊区线路使用机车电机架悬式结构的可行性 通过上述分析可以看出，地铁车辆电机轴悬式与架悬式结构在动力学性能上各具优势，但根据其不同特点和适用范围，在选用型式时应首先考虑其所运行线路。直线电机转向架结构型式的选取应首先由其所运行的线路来决定，一般的选用原则是：曲线半径小且曲线多时，应选用带迫导向功能转向架；如曲线半径较大的线路，可不用径向转向架；在满足线路要求的情况下尽量选用构架外置转向架，便于运用部门使用和维护；为减小直线电机的振动加速度和提高其使用寿命，宜选用直线电机架悬式结构。因此，根据以上原则，为提高地铁在城市郊区的运行速度和地铁车辆在市区里小半径曲线的通过能力，机车电机选用架悬式结构是可行的。 结论：电机悬挂技术涉及电机的效率发挥、车辆的动力学特性和列车的运行性能等，对于轨道交通系统的安全可靠性具有重要影响。轴悬式与架悬式等方式各有优点，但都还存在着一定的缺陷。

设计工作者只有结合实际，不断创新，广展思路，博采众长，才能开发出越来越完善的技术，以适应社会快速发展的需求。 参考文献：

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[2]姜大斌，地铁电机径向转向架车辆结构及性能[j]，快轨交通，2007（2）

[3]文心杰，漫谈城市轨道交通车辆的基本特点[j]，城市交通研究，2007（3）

[4]裴路忠，论直线电机转向架的架悬式结构特点[j]，机车电传动，2008（3）

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