1.概述
城市轨道交通车辆的主牵引传动系统是列车牵引动力和电制动力得以实现的载体，采用电动机机械传动来满足车辆牵引的电气部分，称为电力牵引传动控制系统。踏实以牵引电动机作为控制对象，通过控制系统对电动机的熟读和牵引力进行调节，以满足车辆牵引和制动特性的要求。城市轨道交通车辆的控制实际上是对牵引电机的控制。
电机作为转向架驱动装置中的重要组成部件，为车辆牵引提供牵引力，制动提供电制动力。其动力学特性的优劣对于转向架系统甚至整车的动力学指标都有着影响，电机悬挂方式的选择一定程度上决定了其动力学特性，进而影响电机轴承的使用寿命。合理选择电机悬挂方式，有利于改善电机的动力学性能，延长电机轴承使用寿命、降低构架应力水平。
2.电机悬挂连接方式介绍
目前轨道交通车辆的电机均采用架悬式结构，架悬式是将牵引电机安装在转向架构架上，牵引电机质量在簧上部分，簧下质量较小，有利于车辆高速运行。构架与电机吊座有两种连接方式，分别是刚性悬挂和弹性悬挂。
刚性悬挂连接是指电机与电机吊座之间通过螺栓钢对钢的连接在一起，连接后可以视为电机与构架成为一体，随之振动，动力学性能受构架影响较大。
弹性悬挂连接是指电机与电机吊座之间通过橡胶节点等弹性元件连接在一起，节点的径向及横向刚度可根据需要进行优化。其与刚性悬挂连接的主要区别在于电机与电机吊座之间的连接是由弹性节点来代替刚性悬臂。
3.电机弹性悬挂与刚性悬挂技术方面对比
1）重量方面
一般的牵引电机（根据制造厂家的不同重量稍有不同）刚性电机重量为571kg，弹性悬挂为597kg（每节点3.77kg）。弹性悬挂比刚性悬挂重26kg，其重量增加4.5%，就整个列车而言重量增加并不多。
2）动力学方面
结合目前执行的项目情况，选择A地区地铁14号线项目与B地区地铁2号线项目的电机悬挂方式进行比较。为了进行合理的比较，两个项目所采用的转向架型号完全相同，一系悬挂全部采用金属橡胶弹簧，二系悬挂全部采用欧式大柔度的空气弹簧，两系悬挂的技术参数相同，即与电机动力学特性（主要表现在各项的加速度）相关的外部因素都是相同的。另外，对于电机的疲劳寿命，垂向加速度是主因，所以下面的对比分析主要集中在垂向加速度上。电机的振动主要来源于通过电机吊座连接的构架、通过联轴节连接的齿轮箱以及电机自身旋转。齿轮箱对于垂向加速度影响不大，电机的垂向加速度主要受构架影响。
根据A地区地铁14号线动力学报告，可得到如表1所示的试验数据：
表1 A地区地铁14号线动力学数据
根据B地区地铁2号线动力学报告，可得到如表2所示的试验数据：
由表1和表2可以看出，B地区地铁2号线的构架垂向加速度要远远高于A地区地铁14号线的构架垂向加速度，然而B地区地铁2号线的电机垂向加速度却明显小于同速度级的A地区地铁14号线的电机垂向加速度。在这里通过各项目电机与构架垂向加速度的比值来衡量不同的电机悬挂方式对于垂向加速度衰减的不同效果。对于A地区地铁14号线，电机与构架垂向加速度值的比值约为59%；对于B地区地铁2号线，电机与构架垂向加速度值的比值约为17%。说明B地区地铁2号线的电机垂向加速度衰减是很明显的，要比A地区地铁14号线多衰减42%。
表2 B地区地铁2号线动力学数据
另外，从曲线还可以看出，随着列车运行速度的提高，两项目电机垂向加速度之间的差值越大，说明电机弹性悬挂的衰减振动效果在速度等级50～80km/h范围内更加明显。
3）维保成本
弹性悬挂连接的电机是由弹性节点相连，起到缓冲作用，但其也存在一些弊端弹性节点主要是由橡胶材料制成，其存在自然老化的现象，目前牵引生产厂家给出的更换时间一般为10年或运行120万公里；更换弹性节点需要使用专用工器具及液压装置将橡胶垫拉出，增加运营维保成本。
刚性悬挂连接的电机不需要更换节点，一般情况下可以满足使用30年的需求，与整车寿命相吻合，并且在10年或运行80万公里大修期内不用解体电机进行维护工作。
通过以上一系列的对比分析，我们能够很清晰的得出如下结论：
（1）电机弹性悬挂连接比刚性悬挂连接重量增加4.5%，差异并不明显。
（2）电机弹性悬挂构架的垂向加速度要远远大于同速度等级的电机刚性悬挂构架的垂向加速度；
（3）电机弹性悬挂的电机垂向加速度要小于同速度等级的电机刚性悬挂的电机垂向加速度；
（4）电机采用弹性悬挂方式，起到了很好的衰减振动冲击的作用，降低了电机垂向加速度，衰减程度与电机刚性悬挂相比要高出42%；
（5）列车运行速度等级50～80km/h范围内，弹性悬挂电机衰减振动效果越明显，能够减小电机振动对构架的冲击；
（6）从电机及电机轴承的疲劳寿命考虑，弹性悬挂的电机及轴承寿命理论上要高于刚性悬挂的电机。
（7）从维保角度来看，弹性节点需要定期维护，且需要专用工器具进行安装和拆卸。而刚性节点不存在维护的问题，且能保证30年的使用寿命，可以减少维保工作量。
4.结论及建议
综上所述，牵引系统的车辆电机弹性悬挂重量方面相比刚性悬挂重4.5%，差异不明显；动力学方面弹性悬挂电机垂向加速度衰减程度与电机刚性悬挂相比要高出42%，确实能够起到减小和衰减电机冲击震动的作用。但是，弹性节点的更换给维保工作会带来维护成本的增加及提高维保作业难度。因此，两种电机悬挂连接方式各有优势，具体采用哪种电机悬挂连接方式需要综合考虑线路的环境状况、轨道条件及维保投入成本后再决定。若线路的环境及轨道条件非常好的情况下，可以直接采用刚性悬挂连接的电机，一是可以减少维保成本，二是可以减轻维保作业难度和工作量。若线路条件较差，为了转向架的构架能长期使用，尽量减少对构架的冲击，可采用弹性悬挂连接方式。
论文作者:王传鲁,钟廷
论文发表刊物:《基层建设》2018年第9期
论文发表时间:2018/5/30
标签：电机论文; 加速度论文; 刚性论文; 弹性论文; 构架论文; 动力学论文; 节点论文; 《基层建设》2018年第9期论文;