摘要：如今，国家的现代化建设正在逐步进行，其中基础性公共设施的建设是现代化建设的关键一步，地铁作为基础性设施的一部分，其在人们日常生活中的重要性不言而喻。转向架则是地铁列车中极为重要的一部分，它直接影响着地铁运营的安全性与平稳性。文章主要对地铁车辆转向架构架强度作了进一步的分析，以供大家研究探讨。

关键词：地铁车辆;转向架;强度分析

1转向架结构概述

转向架是支撑车体并使之在轨道上运行的装置，亦称走行部，它是铁道车辆最为关键的大部件。转向架的各种参数直接决定了车辆的乘坐舒适性，运行稳定性及安全性。城市轨道交通车辆转向架按照车辆类型分有A型、B型、C型车转向架和单轨车辆转向架等;按转向架轴数可以分为二轴转向架和三轴转向架两种;按速度类型可以分为低速转向架和高速转向架两种;按照驱动形式可以分为永磁直驱转向架、直线电机转向架和三相电机转向架三种。可以说，转向架设计制造的好坏，直接关系到铁路车辆安全平稳高速的运行，关系到广大人民群众的生命财产安全。

1.1 转向架的作用

（1）转向架作为车辆最重要的部件之一，在垂向具有支承作用，在纵向具有传递牵引力和制动力的功能，在横向具有使车辆沿轨道运行的导向作用;

（2）转向架式车辆，可以根据转向架定距（中心距）的变化，适应车辆的长度、定员的变化;

（3）转向架相对于车体可以自由回转，车辆可以顺畅地通过曲线，特别是小半径曲线;

（4）转向架采用了弹性悬挂系统，保证了车辆具有良好的动力学性能和舒适性;

（5）安装了牵引电机、传动齿轮箱和基础制动等走行部必不可少的部件。

1.2 地铁车辆转向架的种类

（1）摇枕吊挂式

车体通过心盘坐落在摇枕装置上，而摇枕吊挂在转向架构架侧梁上，使车体和转向架的横向移动成为可能，并缓和了车体的横向振动，同时，对垂向振动起到了减振作用。摇枕装置由上摇枕、下摇枕、吊杆和摇枕弹簧构成。转向架构架的侧梁通过轴箱弹簧支承在车轴上。

（2）螺旋弹簧横向刚性式

由于结构简单，利用螺旋弹簧的横向刚性，兼顾抑制车辆的动摇，省略了吊杆和销等磨耗部件，起到了缓冲作用，并提供了复原力，上摇枕直接通过摇枕弹簧连接到构架上，有利于减轻重量和维修。

（3）车体直接空气弹簧式

车体通过空气弹簧支承在摇枕上，牵引力从转向架构架经过心盘传到摇枕上，由于空气弹簧不能传递牵引力，所以，通过拉杆传到车体上。车体重量经过摇枕、通过旁承支承在转向架侧梁上，旁承、吊杆起到防止蛇行运动的作用。

（4）无摇枕式

省略了作为摇枕装置的摇枕，以实现转向架的轻量化和维修的简单化，这种转向架称作无摇枕转向架，车体与转向架直接由空气弹簧连接，由于运行中振动等原因产生的转向架构架和车体间的相对位移，由空气弹簧的变形来吸收，这种结构的转向架，由于没有摇枕使结构简单，可以大幅度地实现轻量化，同时，由于没有了心盘、旁承等滑动部分，具有易维修特征，成为当前转向架的主流。

传递车体与转向架牵引力时，在容许横向和摇杆相对运动的同时，采用了Z型拉杆等牵引装置。仅由空气弹簧的变形提供转向架回转阻力，使蛇行运动稳定。日本是世界上最早在地铁上采用了这种无摇枕转向架，欧洲为确保高速列车的运行稳定性，首先引入到高速车辆上。

2结构分析

2.1 地铁转向架构架模态分析

作为振动系统特征的一种表征，模态构成了各种结构复杂振动最基本的振动形态，它是结构的固有振动特性。为了避免结构在使用过程中发生共振现象，并降低噪声，就需要得到结构振动的固有频率及其相应的振型。模态分析主要研究机械结构的振动特性，计算得到结构的固有频率和振型等模态参数，为结构动力性能评价、振动分析、声控、故障诊断以及动态优化设计提供依据。模态分析理论与技术己经在航空、航天、造船、机械、建筑、交通运输和兵器等工程领域得到广泛应用。任何结构件都是弹性体，在振动时具有自身的固有频率 与振动形式，车辆的一般构件由于较大的刚度而具有较高的振动频率，但有的部件的弯曲振动自振频率较低，从而有可能与车辆刚体系统的振动发生耦合。车辆结构弹性体振动频率与多自由度刚体系统的振动耦合是影响乘坐舒适性的重要问题，而振动耦合直接对车辆运行品质及其结构疲劳影响较大，因此，改善车辆结构动态特性无论是对改善车辆运行舒适性，还是提高运行安全性都具有重要意义。

2.2 构架疲劳寿命分析

国内外大量研究表明，车辆转向架的破坏形式多为随机交变载荷下引起的疲劳破坏。地铁转向架构架的主要连接形式就是焊接结构，通常焊接结构都要受交变载荷的作用，该类型的破坏性极大，且具有较强的隐蔽性及欺骗性。大量研究表明，构件经历了一定循环次数的交变载荷作用后，在工作应力远低于材料的静强度的交变应力作用下，甚至低于材料的屈服强度条件下，也可能发生突然断裂，即发生疲劳断裂现象。疲劳与断裂是引起工程结构及构件失效的最主要的原因。而采用有限元结构强度分析为基础，能够在随机载荷谱下的疲劳寿命进行研究。

3车辆转向架的发展趋势

3.1 模块化设计方法

以传统的设计方法，转向架从方案设计、完成施工、样品试制到完成60万千米考核运行一般需要5～7年的时间，研发周期较长，难以满足市场需求。为了解决这一问题，模块化的设计方法逐渐被机车制造企业所采用，成为轨道交通车辆转向架的一个发展趋势。模块化设计是上个世纪 50年代提出的一种设计理念，是对现有产品进行分析并划分为一系列的模块，将模块化的设计思路引入到转向架的研发中，可以缩短研发周期，降低制造和维护成本。此外，由于各个模块已经通过大量的试验和实践，较为成熟，采用模块化设计的转向架可靠性相对较高，这对直接关系到地铁行车安全的转向架而言是尤为重要的。

3.2 新型转向架的运用

地铁车辆的载客量大，安全可靠性要求高，这就给对地铁车辆转向架的设计与发展带来了困难。以内侧轴箱悬挂转向架、单轴转向架以及铰接式转向架等为代表的新型转向架在B 型地铁车辆的运用，已经成为轨道交通车辆转向架的一个发展趋势。内侧轴箱转向架的有着轻量化、低噪声以及良好的通过性能，技术成熟、可靠，在国外的城市轨道车辆以及高速列 车上得到了广泛应用。单轴转向架，可以减少轮对数量，降低车辆质量，由于簧下质量的降低，车辆的动力学性能也会有明显提高，此外，由于其自身结构上的原因，与传统的两轴转向架相比，单轴转向架具有非常好的曲线通过性能。铰接式转向架，是由铰接的枕梁与侧梁组成构架，从而使车厢的重量均匀的分布在弹簧装置上，解决了车体设计上扭曲刚度与扭曲柔度之间的冲突，使得车体不受轨道扭曲的影响，防止脱轨事故，提升了车辆的安全可靠性。

4结语

总之，构架的强度可靠性对列车安全运行起着重要的作用。因此，研究构架结构的疲劳设计对发展地铁转向架技术有着重要的工程意义。

参考文献

[1]李芳.焊接转向架构架疲劳强度评定的工程方法[J].内燃机车，2019，（2）.

[2]张帅.地铁车辆转向架构架有限元强度计算与分析[J].机械设计与制造，2021，（10）.

[3]李建.地铁车转向架构架的强度计算与评定[J].现代设计与先进制造技术，2020，（3）.