直接驱动转向架机理研究及结构设计

摘要

与传统齿轮传动转向架相比，永磁同步电机直接驱动转向架在可靠性、全寿命周期成本(LCC)、节能环保等方面有着很大的优势，所以对这种转向架的研究和开发具有重要的实际意义。
　　本文首先对直接驱动转向架的直接驱动装置进行了选型分析，指出对于运营速度不高的城市轨道交通车辆来说，应选用永磁同步电机刚性轴悬式的直接驱动装置，并定性分析了永磁同步电机内置式电阻制动的自然制动特性。此外还分析了直接驱动转向架的轴重转移现象，分析结果表明采用直接驱动转向架动车的粘着重量利用率要大于同轴距的传统动车。
　　利用多体动力学仿真软件Simpack建立了直接驱动转向架动车模型，接着分析了不同构架形式，以及一系悬挂参数对车辆动力学性能的影响。分析指出，为了达到较高的临界速度，一系悬挂应同时具有较大的纵向刚度和横向刚度；并且出于对转向架抗侧滚性能的要求，还需要一系悬挂具有较大的垂向刚度。根据动力学分析的结果，确定了直接驱动转向架构架应采用铰接构架结构、一系悬挂应采用三角形拉杆+双圈钢弹簧的基本结构形式。
　　在充分借鉴国外直接驱动转向架结构特点的基础上，根据动力学计算和分析结果，给出了直接驱动转向架的重要结构尺寸。对转向架的主要结构，如构架、轴箱装配、一系悬挂系统、电机轮对单元等进行了比较详细的三维结构设计，最后得到了直接驱动转向架的总体三维结构。
　　本文从分析直接驱动转向架的工作机理出发，将机理分析和结构设计结合在一起，利用机理分析的结果来指导结构设计，最终利用三维设计手段得到了较为详细的转向架结构装配图，这样的过程对新产品的研发来说具有重要的指导意义。