动车组技术--国外高速动车转向架.ppt

,动车组转向架技术,国外高速动车组转向架,日本新干线高速动车组转向架,法国高速动车组转向架,德国高速动车组转向架,西班牙高速动车组转向架,意大利高速动车组转向架,瑞典高速动车组转向架,*,*,日本新干线高速动车组转向架概况,一代,二代,三代,*,日本新干线高速动车组转向架转向架轻量化,300系转向架轻量化的措施，主要有：,*,日本新干线高速动车组转向架转向架悬挂技术,1.一系悬挂和轴箱定位表4-8列出了日本新干线高速动车组的一系悬挂和轴箱定位的有关参数。300系、500系和700系均采用螺旋弹簧和圆柱橡胶弹簧并用的方式，取代了拉板定位的方式。螺旋弹簧承受全部垂向载荷，橡胶弹簧专门承受纵向、横向载荷，这样就能合理地设计和配置纵向和横向刚度。,2二系悬挂空气弹簧日本新干线高速动车组的所有车辆均采用空气弹簧作为二系悬挂,*,日本新干线高速动车组空气弹簧主要参数,*,日本新干线高速动车组转向架转向架悬挂技术,从0、I00系采用约束膜式空气弹簧，发展到以后采用自由膜式空气弹簧。节流孔的形式从100系、200系的固定节流孔变成400系、E1系、300系的可变节流孔，而500系列车的空气弹簧系统又采用了固定节流孔。l00、200系转向架为有摇枕结构，其空气弹簧横向刚度大，水平方向变位小；而以后的转向架均采用无摇枕结构，因此其空气弹簧水平刚度小，以减少来自轨道的振动干扰。在车辆通过曲线时，为了减小对中心销横向止挡的磨损，又要求空气弹簧具有非线性刚度，随变位的增加刚度要增大。,*,日本新干线高速动车组转向架转向架悬挂技术,日本新干线高速动车组500系和700系采用了半有源悬挂装置，将装在转向架上的横向油压减振器换成半有源减振器，根据振动情况来调节控制减振器的阻尼力。在邻近转向架的车体上安装一个横向加速度传感器，每辆车上有一台控制装置，前后转向架独立控制。与有源悬挂相比，半有源悬挂结构简单，可靠性高，但对振动的抑制作用有一定的局限性。而有源悬挂是采用反馈控制，从外部提供能量（气压），积极地抑制车辆的随机振动。,*,日本新干线高速动车组转向架其它技术,采用了抗蛇行减振器，以提高转向架高速运行的稳定性，该装置柱塞速度在接近零时仍能产生一定的衰减力，使减振效果不间断。日本高速动车组所采用的动力分散式动力转向架的一个特点是采用单拉杆牵引装置来代替传统的摇枕和中心销，承担传逸牵引力和制动力的同时，通过拉杆两端的弹性球铰和偏心转臂，实现转向架在曲线上的回转功能。取消摇枕后的空气弹簧，承担着车体与转向架之间3个方向的载荷传递功能，因此空气弹簧设计成横向变位大，复原能力强和隔离垂向振动的特点。,*,日本新干线高速动车组转向架车轴轴承,随着新干线高速动车组运行速度的不断提高，车轴轴承有了很大的变化。0、100、200系动车组的转向架车轴轴承采用滚柱轴承加端面滚珠止推轴承，300系动车组的车轴轴承采用带凸缘的圆柱滚动轴承，用凸缘承受轴向力，省去了端面止推球轴承l以后新型转向架的车轴轴承则采用密封型圆锥滚柱轴承取代圆柱滚动轴承，减少了维修工作量。日本新干线高速动车组车轴轴承的标准寿命值为200万250万km。新干线高速动车组一年大约运行30万km，按照有关规程，每运行30万km台检一次，90万km进行拆检。拆检中大约40%的轴承还可继续使用，其余须更新。,*,日本新干线高速动车组转向架牵引电动机悬挂（架悬式）,牵引电动机与车轴平行悬挂于转向架构架的横梁侧面，通过齿轮联轴节与传动齿轮箱连接。传动齿轮箱一端抱挂在车轴上，另一端吊挂在构架横梁的吊挂座上。齿轮箱内包含车轴驱动齿轮和中间传动齿轮及润滑油。这种悬挂方式和传动结构，一般适合于动力分散型的动力车。这种电机悬挂方式的优点是减轻了簧下质量，悬挂机构也比较简单，而且电机与轮对之间的相对位移量较小，驱动装置结构紧凑。缺点是牵引电动机压在转向架构架上，增加了构架质量。另外，轮对传来的振动也会传给牵引电动机。,*,日本新干线高速动车组转向架驱动装置,*,法国高速动车组转向架动力转向架Y230,*,*,法国高速动车组转向架动力转向架Y230,第一代高速列车TGV-PSE的动力转向架Y230是在法国燃气轮动车组转向架Y226型的基础上发展而来的，并被法国所有的第二代、第三代高速列车用作动力转向架。Y230型转向架为无摇枕式转向架，它最明显的优点是结构简单明快，便于组装和拆卸，可靠地实现了牵引电机体悬和较好的驱动动力学性能，是典型的动力集中式高速列车体悬式动力转向架。,*,法国高速动车组转向架动力转向架Y230,*,法国高速动车组转向架转向架Y230轻量化,Y230型转向架自重7.263t，采取如下措施减轻转向架的重量：（1）采用无摇枕式转向架，取消了摇枕，由螺旋型圆弹簧直接支承车体，为防止车体相对于转向架横移过量，在枕梁中部装有两个刚度递增的横向橡胶止挡；（2）构架由箱型的鱼腹形侧梁和横梁组成，采用H形焊接结构；（3）齿轮箱体采用铝合金铸造。,*,法国高速动车组转向架转向架Y230牵引电机悬挂与驱动装置,Y230型转向架的牵引电机与其输出端相连的三级变速齿轮箱构成一个整体单元，通过三点支撑在车体上。,*,法国高速动车组转向架Y230一系悬挂,Y230型转向架的一系悬挂和轴箱定位方式采用钢螺旋圆簧和圆柱形橡胶金属叠层弹簧的复合结构方式，每轴箱各配一个垂向液压减振器。,*,法国高速动车组转向架Y230悬挂与轴箱定位,Y230,二系悬挂采用高挠度圆簧两组，每组两个，两端加橡胶垫，以缓解弹簧横向变形的应力，并降低噪声。同时，还加装了两个垂向液压减振器、一个横向液压减振器和两个抗蛇型液压减振器。,二系悬挂,轴箱与轮对,Y230型转向架固定轴距为3000mm，车轮直径为920mm（磨损到限850mm），车轮踏面采用1/40锥形踏面，簧下质量为4.3t。轴承采用TIMKEN-AP型双排锥形滚柱轴承。,*,法国高速动车组转向架Y230中心销牵引装置,*,法国高速动车组转向架从动铰接式转向架,TGV列车属于载客列车，主要用于运送乘客。TGV是继日本新干线之后的世界第二条商业运行的高速铁路系统。TGV列车采用铰接式动力集中配置方式，列车编组始终保持两端为动力车，拖车之间铰接式连接，整个动车组不可分解独立运行。,*,法国高速动车组转向架从动铰接式转向架,法国铁路认为这种结构方式具有一系列优点：（1）动力学性能好，利于安全运行。这种列车具有优良的整体性，对列车蛇形运动加强了约束，有利于列车安全运行。（2）转向架数量少，空气阻力小。由于两个车辆共用一个转向架，因此使转向架数量少；又由于车辆之间没有车钩，铰接式联接，则使车辆之间纵向间隙小，可平滑过渡，空气阻力小，列车整体空气动力学性能好。（3）振动小、噪声低。由于铰接式转向架二系悬挂支点高，车辆重心低，从而改善了侧滚振动；同时转向架位于两辆拖车之间，使得旅客座位处振动小、噪声低，提高了旅客乘坐的舒适性。（4）转向架轴距大，高速稳定性好。铰接式转向架便于加大轴距，从而可以提高转向架高速时的运行稳定性。（5）提高双层客车的载客量。由于采用铰接式转向架，可以将双层客车的通道设在上层，从而减少了楼梯占用面积，增加了座席面积，为列车增加载客量提供了最佳结构。,*,法国高速动车组转向架铰接式转向架主要参数,*,法国高速动车组转向架铰接式转向架Y231及其铰接方式,法国第一代高速动车组TGV-PSE的拖车采用Y231型铰接式转向架，它是从燃气轮动车组拖车铰接式转向架Y229型发展而来的。,*,法国高速动车组转向架铰接式转向架Y231,1.由一组螺旋圆弹簧和两组钢一橡胶夹层弹簧组成。两组钢一橡胶夹层弹簧用来保证轴箱的纵向和横向定位。不安装垂直减振器。2.采用两组高挠度圆簧。提高临界速度，增加横向运动的稳定性。3锥形踏面。其轮辐形状为波纹形。轴承采用TIMKEN-AP型双排锥形滚柱轴承，专用油脂润滑。,*,法国高速动车组转向架铰接式转向架Y231,铰接方式与结构,*,法国高速动车组转向架铰接式转向架Y231,*,法国高速动车组转向架第二代铰接式转向架Y237型及其铰接方式,欧洲之星,法国第二代高速动车组，大西洋线高速动车组TGV-A型及其派生的路网高速动车组TGV-R、欧洲之星高速动车组TGV-TMST、塔利斯高速动车组TGV-PBKA、西班牙高速动车组AVE和韩国高速动车组TGV-K型的拖车从动转向架均采用Y237型铰接式转向架。这种转向架与Y231型转向架相比有了很大的改进，其主要原因是第一代高速动车组TGV-PSE在运行中发现车体振动较大，影响了旅客的舒适性，经分析其主要原因是：,*,法国高速动车组转向架第二代铰接式转向架Y237型及其铰接方式,TGV,*,法国高速动车组转向架第二代铰接式转向架Y237型及其铰接方式,*,法国高速动车组转向架Y237型转向架具有如下特点：,2构架轻量化Y237型的构架经过了缜密的轻量化设计，对构架结构进行了改进，两侧梁由管形横梁相连，在横粱上焊有用于安装制动装置的吊座，以及用于安装扭杆支座的纵向辅助梁等。同时，Y237型的构架采用A42FP钢板焊接，使其质量减轻了170kg，达到0.8t。另外，还采用退火、喷丸等工艺，提高其疲劳寿命，再经历严格的疲劳试验的考验，以保证其30年的使用寿命。3轴箱定位结构Y237型转向架与Y231型相比，轴箱定位结构由轴箱悬挂改为转臂式定位(图4-40)，以改善由于一系悬挂刚度过大，而经常出现卡滞，导致振动性能不良的现象。由于载荷都由螺旋弹簧承受，所以其挠度特性是线性的，可以消除高频振动中的刚性冲击和弹性体的蠕变以及滞后影响。而其纵、横向定位刚度由转臂关节中的橡胶球铰元件来实现，其定位刚度值与Y231型的相同，每轴箱纵向刚度为29MN/m，横向刚度为7.9MN/m，这种定位橡胶衬套几乎不承受垂向载荷。4一系悬挂为了改善振动性能，增大了一系悬挂的柔度，轴箱圆簧的刚度减小为540kN/m，柔度增大到18mm/t。为减小构架的点头振动，在每一轴箱处设置了一个小阻尼的垂向液压减振器，较好地改善了转向架的动力学性能，表明Y237的一系悬挂比Y231具有更好的性能和更低的价格。5抗蛇行减振器Y237与Y231-样，在转向架的两侧装有抗蛇行减振器，以提高临界速度。其具有非线性特性和适宜的刚度。当车体与转向架在横向平面内的相对转角小于310-3rad时，其角刚度高达107Nm/rad，6轮对Y237型转向架的轮对与Y231型基本相同，踏面型式为1/40锥面，以提高临界速度和稳定性，但其轮缘根部是R36的圆弧，当轮对偏离平衡位置后，可使等效斜度加大，以减少轮缘磨耗。所以这种踏面不同于纯锥面踏面，其介于锥形和磨耗形之间。这种轮对的旋轮平均里程为25万km。,*,法国高速动车组转向架第二代铰接式转向架Y237型及其铰接方式,铰接方式与结构,*,法国高速动车组转向架第三代铰接式转向架Y237A型及其铰接方式,法国第三代高速动车组TGV-2N是双层列车，其拖车从动转向架仍然采用Y237型铰接式转向架，但根据双层客车的特点作了局部修改，命名Y237-A型。Y237-A型转向架与Y237相比，主要作了如下改进：,*,德国高速动车组转向架,德国ICE高速动车组转向架,*,德国ICE高速动车组转向架,*,*,德国ICE1高速动车组转向架ET401动力转向架,*,德国ICE1高速动车组转向架ET401动力转向架,ICE1动力车装有2台ET401型动力转向架，以牵引拉杆与车体相连。它是在ICE/V型动车组动力转向架的基础之上发展而来的。保留了ICE/V动力转向架的主要结构，只在下列方面作一些改进：(l)取消线性涡流制动；(2)每轴的外空心轴仍为制动轴，但制动盘由3组改为2组；(3)轮径由l000mm增大到l030mm以允许车轮踏面有较大的磨损；(4)拉压牵引杆做成b1分的，用法兰连接，从而使转向架的更换更简便；(5)安装加速度传感器，以连续监视运行的稳定性；(6)采用车轴轴箱体，并配置用的不落轮踏面车床；(7)车轴轴承采用锥型滚柱轴承和整体密封。,*,德国ICE1高速动车组转向架ET401动力转向架基本特点,兼顾直线和曲线的运动性能,减少定行部的质量和转动惯量轮对的纵向和横向定位刚度保持一定的比例；适当的轴距采用磨耗型踏面驱动制动单元的横向可转换连接采用优化的一、二系静挠度分配和减振器的阻尼配置。,尽量降低轮规间的动力作用,高黏着利用,采用交流异步电动机各动轴单独控制轮对空心轴驱动系统在转向架和车体之间采用低位牵引装置簧下质量和一系簧上质量很小轮对和构架连接的运动学及弹性阻尼特性,利于维修,框形无中间横粱的焊接结构具有单侧轴箱拉杆的简单轴箱定位方式；驱动制动单元集中布置拉压牵引杆单边布置在转向架的端梁上；简单的一、二系悬挂方式，采用螺旋弹簧加橡胶垫。,采用大功率交流异步牵引电动机,采用尽可能简单的结构,采用轮对双空心轴驱动制动单元采用体悬方式；拉压牵引杆对转向架适动无约束作用合理的一、二系悬挂方式及其参数肛配尽可能使转动质量集巾于回转中心分布采用质量最轻的大功率异步牵引电动机采取一系列转向架结构轻嚣化措施使用高效能的电子防滑装冕。,*,德国ICE1高速动车组转向架ET401动力转向架一二系悬挂,德国ICE1高速动车组转向架MD530型从动转向架,*,德国ICE1高速动车组转向架MD530型从动转向架,*,德国ICE1高速动车组转向架MD530型从动转向架,*,主要结构和技术参数其最高速度可达300km/h，设计速度为280km/h。转向架质量为7500kg，转向架长3.84m，宽2.80m，轴距为2500mm，可通过的最小曲线半径为150m。中心销座距轨面高910mm，旁承距轨面高965mm，旁承中心距为2.40m。而且加大了旁承支座，采用塑料旁承，使转向架的转动阻尼加大，运行稳定性得以提高。MD530型从动转向架构架是由ST52-3钢板焊接而成的箱型结构，构架为H形抗扭柔性结构，整个构架结构紧凑，只需较小的安装空间。MD530型转向架宽度比MD52型转向架减少了100mm，可使车体裙板安装到距轨面750mm处。通过试验表明，由于弹簧支座的横向跨距特别大，不会由于转向架宽度减少而影响侧滚特性，即使不安装抗侧滚扭杆，也能保证倾覆系数达到0.22，没有倾覆危险。,德国ICE2高速动车组转向架SGP400型拖车转向架,*,德国高速ICE2动车组转向架SGP400型,*,德国ICE2高速动车组转向架SGP400型拖车转向架,*,如前所述ICE2动力车与ICEI动力车基本相同，相应的动力转向架ET402与ICE1的ET401转向架也基本相同。但ICE2拖车转向架采用SGP400型转向架SGP400型转向架与MD530型转向架相比，有较大的改进，主要表现在以下几个方面：,德国高速ICE3、ICE350动车组转向架SF500型,*,德国高速ICE3、ICE350动车组转向架SF500型,*,德国高速ICE3、ICE350动车组转向架SF500型,*,ICE3型动车纽的动力转向架和从动转向架均采用S(;P500型转向浆，其绐构型式完仝相同，只是安装在它们上面的部件：水同f已。SGI，公司统将其sGP系列转向架更名为SF系列，因此SGP500型转向架也更名为SF500型转向架。,德国高速ICE3、ICE350动车组转向架SF500型,*,德国高速ICE-T动车组转向架SF600型,*,由于ICE-T动车组是在ICE3动车组的基础上研制的摆式列车，因此ICE-T动车组所用的SF600新转向架，是在ICE3动车组SF500转向架和ICE2动车组SF400型转向架的基础上，采用了意大利ETR460和ETR470动车组的主动倾摆技术。,德国高速ICE-T动车组转向架SF600型结构特点,*,该转向架的主要特点是：采用了模块化设计，最高运行速度h250km/h，所有倾摆控制机构都布置在转向架上，转向架与车体有明确的分界面，采用了SIBAS32诊断和控制系统，具有较低的噪声、良好的舒适性和低的寿命周期费用。SF600型转向架与常规转向架的区别主要在于采用了3个与舒适性有关的新型部件：(l)电机驱动的倾摆系统，它比液压控制系统更简单；(2)主动横向悬挂系统，它在列车通过曲线时，保持车体与转向架对中，从而改善了列车运行平稳性；(3)半主动控制减振器，它可以根据线路情况，调整阻尼大小。,德国高速ICE-T动车组转向架SF600型技术参数,*,SF600型转向架的基本结构和主要技术参数ICE-T列车的SF600型转向架参考了比较成熟的SF400(ICE2动车组用)和SF500（ICE3动车组用）型转向架。其构架为H形轻量化结构。一系悬挂钢制螺旋弹簧，二系悬挂为空气弹簧，它在3个方向均具有适当的柔度。,德国高速ICE-T动车组转向架SF600型倾摆系统,*,ICE-T动车组的所有设备均安装在地板下方，但实现起来要比ICE3困难，尽管两者总体方案一致，并且ICE-T车辆还比ICE3稍长，这主要是由于：(1)纵向布置的牵引电机和纵向安装的万向轴占据了车底下相当一部分空间l(2)由于动车组快速通过曲线时要求的轮对最大静荷重不得超过16t，因此给设备的布置带来了困难；(3)必须尽可能避免设备布置在旅客空间。与意大利ETR470动车组相比，ICE-T动车组设备所占的地板长度仅为ETR470动车组的60%;(4)由于采用了列车倾摆机构，要求重心必须位于轨面上方16001780mm范围内。,德国高速ICE-T动车组转向架SF600型倾摆系统,*,完全采用了意大利ETR460和ETR470动车组的倾摆系统，包括主动对中装置。倾摆系统完全集成在转向架构架上，并通过一个明确的分界面使转向架与车体分开，车体则通过自动调整的轴承支承。摆式系统由一个机电式动作器控制，并由交流伺服电机驱动一个星形齿轮轴，使车体发生倾摆，最大倾摆角可达80。车体倾摆能够提高列车曲线通过速度30%，而且不会使旅客感到自身离心力增加。当倾摆系统发生故障时，在重力作用下，车体可自动恢复到零位。但纵向力不通过倾摆机构传递，而是直接由连杆在构架和车体之间传递。,德国高速ICE-T动车组转向架SF600型,*,倾摆系统的设备有数台，按其功能基本可分为3类：(1)陀螺仪传感器和加速度计，安装在拖车转向架上，并具有内部冗余；(2)每辆车上均设微机。处理传感器信号，并通过伺服阀控制液压缸；(3)供油装置。给控制倾摆角度的液压缸提供液压油。需要处理的信息来自下列4个信息源：(1)在带司机室的拖车T和Ti的前转向架上有2个陀螺仪；(2)在T和Ti车的每台转向架上各设1个，共4个横向加速度计；(3)在每辆车控制倾摆的微机系统内部设1个加速度计，以检验军体横向加速度是否超过允许值。(4)每辆车设2个角度传感器，连续测量车体实际倾摆角度。,德国高速ICE-T动车组转向架SF600型其他特点,*,主动横向悬挂装置转向架设有主动横向悬挂装置，当动车组以较大的横向加速度通过曲线时，能够使车体在转向架使保持对中，以确保更高的舒适性。在每台转向架的对角线上安装了2个车体横向移动的气压缸，这些气压缸由微机控制的空气分配阀提供能量。在动车组整个运行速度（直至230km/h）范围内，主动横向悬挂装置均有效地工作，它们独立于倾摆机构工作。一条具有内部冗余的总线MVB将所有微机彼此连接在一起，用以交换信息，确保系统更加可靠。控制系统电子控制系统充分利用了集成技术，集成电子元件包括加速度计、多功能车辆总线MVB和SIBAS32控制器。传感器得出的有关车体侧向加速度或滚角信息，经MVB系统传到SIBAS32控制器，然后作为控制信号，由SIBAS32控制器依次传送给倾摆机构的主动控制器，控制横向悬挂装置和半主动控制的减振器单元。此外，SIBAS32控制器还负责整个系统的连续诊断。,*,西班牙高速动车组转向架AVES102型转向架和车体倾摆系统,*,*,Talgo倾摆系统,轮对与悬挂装置,西班牙高速动车组转向架AVES102,*,西班牙高速动车组转向架AVES102,减振器,*,西班牙高速动车组转向架AVES102,连接装置,*,西班牙高速动车组转向架AVES102,*,*,意大利Pendelino摆式高速动车组转向架第一代ETR401型,第一代ETR401型摆式列车编组共有4辆动力车，最高运行速度达250km/h。每辆车右2台转向架，每台转向架1根动轴。铝制车体又窄又低，宽度为2.74m，高度为3.26m。4辆空车质量仅有136t。,*,意大利Pendelino摆式高速动车组转向架第二代ETR450型,*,意大利Pendelino摆式高速动车组转向架第三代,第三代ETR460、ETR470、ETR480型摆式动车组转向架和车体倾摆机构ETR460型摆式动车组的转向架结构与ETR450型有很大差别