摘 要：电力单轨架空游览车与跨座式单轨交通车辆相比，具有更小的转弯半径、更大的爬坡度、较低的运行速度、较轻的自重及载重，因此必须对车辆的转向架进行专项设计，本文以P24电力单轨架空游览车为对象，通过结构设计和受力分析，提供了一套完善的转向架设计方案。

关键词：单轨;游览车;转向架;ANSYS

1 引言

随着我国旅游行业的蓬勃发展，电力单轨架空游览车也先后在张家界十里画廊等景点落地运营，并深受游客喜爱，有较高的投资回报率。

电力单轨架空游览车的车辆结构、原理与跨座式单轨交通车辆有一定的相似之处，同时又有三个主要方面的不同：1）架空游览车多运行在旅游景区，环境复杂、建设施工困难，往往需要车辆具有更大的爬坡度、更小的转弯半径、更轻的重量等要求;2）作为游览车辆用，运行速度低（一般在10～40km/h）;3）轨道梁多采用钢板焊接成箱形梁截面，其截面形式多不同于混凝土PC梁。因此该转向架与跨坐式轨道交通车辆转向架也有较多区别。

2 现状分析

目前电力单轨车转向架结构多采用以P6、P8车型为代表的铰接式的结构，即将转向架布置在相邻两节车辆中间，承担来自相邻车辆的垂向、横向、纵向等载荷。这种结构最大的优点式转向架数量少，同时车辆地板可以做到最低。

但该结构有两个主要缺点：1）大多需要在转向架和车厢中间设置一组底架，用于在底架和车厢之间安装减震悬挂装置，如此该类车辆在维修时，拆解及安装较为麻烦;2）不易做到自由编组，该类结构的车辆比功率会随着编组数量的变化而变化，列车的动力性能会随着编组数量的变化而变化。

3 P24型电力单轨架空游览车转向架设计

3.1 主要方案确定

P24电力单轨架空游览车，每节车厢载客24人，根据客流量可实现3～6编组。每节车辆车厢部分采用轻质材料，具有整车重量轻等特点。

P24车辆单节车厢长度尺寸约6m，长度尺寸上允许每节车辆配置两台转向架。

根据整车参数设计，P24满载轴荷单个转向架承载约5.5t，载荷较小。通过单、双轴转向架研究对比分析，双轴转向架在弯道时走行轮法向与线路径向会产生一个转向夹角α，转向夹角α的存在会致使转向架在过弯时走行轮会发生横向滑动，转向夹角越大横向滑移量越大。转弯半径越小，双轴转向架的转向夹角越大，转向架过弯阻力越大，走行轮胎的磨损也快;而电力单轨架空游览车又有转弯半径小的要求（目前最小转弯半径在25m左右），因此双轴转向架也就不适合电力单轨架空游览车，因此该车型选择单轴转向架方案。

3.2 主要结构设计

P24转向架构架采用Q355D钢板焊接后加工而成，具有较好的工艺性，同时保证转向架结构的精度。

P24转向架四角各布置一组导向轮机构，迫使转向架沿线路走向行驶，转向架下方左右各设一组稳定轮，其与导向轮、走行轮一起形成稳定力矩，抵抗转向架在过弯等工况下产生的侧倾力矩，保证转向架的侧倾稳定性。

单轴转向架悬挂装置往往比较复杂，为了更加适合电力单轨架空游览车，在P24构架上面四角位置设置四组弹簧减震装置，弹簧顶部与车厢底架接触面采用尼龙滑板，减少车辆在过弯时车架与弹簧之间的摩擦力。四组弹簧可根据车厢载荷的变化，进行负载不断重新分配，与抗侧滚扭杆一起形成抵抗俯仰、侧滚等的力矩，保证车厢在车辆运行过中的稳定性，同时也使转向架保持稳定的姿态。在转向架前后位置各设置一组限位拉杆，防止车辆在振动过程中弹簧跳脱。转向架同时还设置有抗蛇行、垂向减震器，保证车辆在运行过程中的舒适性。

单轴转向架的牵引装置与双轴转向架有很大的不同，双轴转向架一般采用芯盘或锥形橡胶堆牵引，保证弯道牵引时转动中心与转向架几何中心重合。单轴转向架由于中心位置布置有驱动轮，无法采用上述思路牵引，因此该单轴转向架采用放大杆系实现弯道牵引时转向架与车厢的转动中心在转向架中心附近，保证车辆有良好的通过性。由于悬挂部分已经保证了转向架的稳定性，因此可采用单杆系实现牵引功能。

和跨座式单轨交通车辆一样，该转向架也配置了安全轮，用于走行轮胎压不足或爆胎时，保证车辆能够顺利拖回，也可采用含橡胶支撑的走行轮，同样具有该功能。

4 构架强度分析

4.1 载荷分析

构架是转向架的主要承载结构，主要承担车辆的垂向、纵向、横向的力载荷及各种力矩。这些载荷一是来自车厢自重及载重的垂向载荷，该载荷在惯性力的影响下在转向之间会发生偏移;二是车辆的惯性力，车辆在弯道、启动加速及紧急制动时产生的惯性力及相关力矩;三是在风载、偏载等影响下的倾覆力矩。

4.2 工况分析

根据车辆在整个运行过程中的状况分析确定，车辆在运行过程中存在以下两种极限工况：

工况一：在横风风速15m/s的环境下，列车满载状态在弯道处（速度15km/h）紧急制动。

工况二：在横风风速15m/s的环境下，列车偏载状态在弯道处（速度15km/h）紧急制动。

通过车辆多体动力学计算，布置在车辆前端的转向架载荷较大，该转向架构架两种工况下的外部载荷如下表（取冲击系数k=1.2）：

利用ansys软件，建立构架的有限元模型，网格划分采用壳单元，针对上述工况分别加载边界条件进行计算，计算是考虑转向架自身的重力、及惯性力，得到结果如下：

构架采用Q355D，根据GB8408-2018要求，许用应力为，工况一最大计算应力为，工况二最大计算应力为，因此该结构强度满足标准要求。

5 结论

该转向架的设计具有较强的针对性，有效解决铰接式转向架在较大载客量的电力单轨架空游览车辆上的不足，满足P24型电力单轨架空游览车的线路及使用要求。且经过计算分析该结构设计安全可靠。架空游览车作为正在蓬勃发展的大型游乐设施，该转向架具有结构简单，转弯半径小、安全舒适，对架空观光游览车的发展和创新具有一定的参考意义。

参考文献：

[1]夏赞鸥.庞巴迪单轨关键技术的改进与革新[B].现代城市轨道交通，2016（02）：96-99.

[2]张文涛，秦涛.跨座式单轨转向架牵引悬挂系统的设计研发[A].科学技术创新，2019（12）：165-166.

[3]朱向阳.新型单轨电动游览车走行部的设计[A].电力机车与城轨车辆，2014，27（06）：20-22.

[4]大型游乐设施安全规范：GB8408-2018[S].

作者简介：张宁（1979-），男，陕西宝鸡人，本科，高级工程师，研究方向： 新型城轨交通系统工程车辆机械結构研究与设计。