高速动车组概论3(共同体-转向架)

1、1 14141 第三章 动车组转向架技术 第一节第一节 高速转向架应具备的性能高速转向架应具备的性能 第二节第二节 高速转向架技术高速转向架技术 第三节第三节 动车组转向架动车组转向架 2 24141 第一节第一节 高速转向架应具备的性能高速转向架应具备的性能 一、高速运行的稳定性一、高速运行的稳定性 二、高速运行的平稳性二、高速运行的平稳性 三、高速通过曲线的性能三、高速通过曲线的性能 3 34141 第一节第一节 高速转向架应具备的性能高速转向架应具备的性能 在设计制造高速转向架时，必须解决在设计制造高速转向架时，必须解决 其高速运行时的其高速运行时的稳定性稳定性、平稳性平稳性和良好和良好

2、 的的曲线通过性能曲线通过性能等关键技术问题，以保等关键技术问题，以保 证高速列车安全行驶、乘坐舒适、减少证高速列车安全行驶、乘坐舒适、减少 维修。维修。 4 44141 一、高速运行的稳定性一、高速运行的稳定性 轮对的蛇行运动（假设）轮对的蛇行运动（假设） 轮对与转向架之间无任何刚性和弹性约束，轮对与转向架之间无任何刚性和弹性约束， 轮对单独在轨道上滚动轮对单独在轨道上滚动 钢轨顶部呈刀刃状而且是两根平行直线钢轨顶部呈刀刃状而且是两根平行直线 轮对是两个对称圆锥体，轮轨之间无相对滑轮对是两个对称圆锥体，轮轨之间无相对滑 动动 不计轮对上任何作用力和惯性力不计轮对上任何作用力和惯性力 5 54

3、141 自由轮对的蛇行运动自由轮对的蛇行运动 6 64141 自由轮对蛇行运动曲线为：自由轮对蛇行运动曲线为： 车辆运行速度车辆运行速度 轮对蛇行运动的角频率轮对蛇行运动的角频率其中其中 v v br tyy 0 0 0 sin 7 74141 0 0 br v 22 t 0 0 br 2vtl 自由轮对蛇行运动的周期为自由轮对蛇行运动的周期为: : 自由轮对蛇行运动的波长为自由轮对蛇行运动的波长为: : 可见可见,r,r0 0越大、越大、0 0越小，越小，l l 越长，蛇行运动 越长，蛇行运动 越平缓。越平缓。 8 84141 当铁道车辆在某一速度以下运行时，即使有一定当铁道车辆在某一速度以

4、下运行时，即使有一定 的线路扰动使车辆在横向偏离线路中心位置，但的线路扰动使车辆在横向偏离线路中心位置，但 扰动消失后，车辆的横向振动会逐渐衰弱，最后扰动消失后，车辆的横向振动会逐渐衰弱，最后 回到线路中间位置，因此车辆运动是稳定的；回到线路中间位置，因此车辆运动是稳定的； 而当车辆在某一速度以上运行时，蛇行运动的振而当车辆在某一速度以上运行时，蛇行运动的振 幅将会越来越大，直至车轮轮缘碰撞钢轨，损伤幅将会越来越大，直至车轮轮缘碰撞钢轨，损伤 车辆及线路，甚至造成车辆脱轨、倾覆等行车安车辆及线路，甚至造成车辆脱轨、倾覆等行车安 全事故。这时列车运行是不稳定的，这一速度称全事故。这时列车运行是不

5、稳定的，这一速度称 为为蛇行稳定性临界速度蛇行稳定性临界速度，简称，简称临界速度临界速度。 9 94141 试验研究证明，当列车的运行速度超过试验研究证明，当列车的运行速度超过 200km/h200km/h时，有可能出现这种不稳定的蛇行运时，有可能出现这种不稳定的蛇行运 动。动。 高速列车必须保证在其临界速度以下运行，以高速列车必须保证在其临界速度以下运行，以 使其运行稳定、安全。使其运行稳定、安全。 通过改变转向架结构、优化参数使其具有通过改变转向架结构、优化参数使其具有 较高的临界速度，是研制高速转向架需要解决较高的临界速度，是研制高速转向架需要解决 的关键技术问题，也是高速转向架有别于一

6、般的关键技术问题，也是高速转向架有别于一般 转向架的主要特点。转向架的主要特点。 10104141 二、高速运行的平稳性二、高速运行的平稳性 平稳性平稳性是列车在规定的线路条件下、在设计最是列车在规定的线路条件下、在设计最 高速度范围内运行时，设备能平稳工作、乘客高速度范围内运行时，设备能平稳工作、乘客 感到舒适的基本性能。感到舒适的基本性能。 乘客舒适度乘客舒适度是反映乘客在旅途中疲劳程度的综是反映乘客在旅途中疲劳程度的综 合性生理指标。影响舒适度的因素很多，如车合性生理指标。影响舒适度的因素很多，如车 内设备、通风、照明、温度、湿度、噪声、内设备、通风、照明、温度、湿度、噪声、瞭瞭 望和振

7、动等等。不过，其中振动是车辆整个运望和振动等等。不过，其中振动是车辆整个运 行中始终存在的、一直起作用的主要因素。行中始终存在的、一直起作用的主要因素。 11114141 理论分析和实践经验表明，理论分析和实践经验表明，车辆的垂向和横向车辆的垂向和横向 运行平稳性随速度提高而下降。运行平稳性随速度提高而下降。 通常用平稳性指数通常用平稳性指数w w（sperlingsperling方法的评价计方法的评价计 算值）来表示。它反映了力的变化率引起的冲算值）来表示。它反映了力的变化率引起的冲 动和振动时的动能大小对舒适度的影响。动和振动时的动能大小对舒适度的影响。 10 3 )(896.0ff f

8、a w 式中式中 f f-振动频率（振动频率（hzhz） f(f)f(f)-与振动频率有关的加权系数与振动频率有关的加权系数 12124141 我国铁路客货车平稳性等级标准我国铁路客货车平稳性等级标准 平稳性等级平稳性等级评评 语语 平稳性指标平稳性指标w w 客车客车货车货车 一级一级优优2.52.53.53.5 二级二级良好良好2.5-2.752.5-2.753.5-4.03.5-4.0 三级三级合格合格2.75-3.02.75-3.04.0-4.254.0-4.25 13134141 三、高速通过曲线的性能三、高速通过曲线的性能 高速客车通过曲线时，将产生过大的侧压力高速客车通过曲线时，

9、将产生过大的侧压力, , 会造成轮、轨的剧烈磨损，还易引起脱轨、倾会造成轮、轨的剧烈磨损，还易引起脱轨、倾 覆等安全事故。覆等安全事故。 要合理地兼顾车辆的曲线通过性能与抗蛇行运要合理地兼顾车辆的曲线通过性能与抗蛇行运 动稳定性要求。动稳定性要求。 此外，还需要控制噪声，减少自重，尤其是减此外，还需要控制噪声，减少自重，尤其是减 轻簧下质量等。轻簧下质量等。 14144141 第二节第二节 高速转向架技术高速转向架技术 一、高速转向架发展概况一、高速转向架发展概况 二、高速转向架组成及相关技术二、高速转向架组成及相关技术 15154141 一、高速转向架发展概况一、高速转向架发展概况 2020

10、世纪世纪50508080年代，一些国家开始将列车速度年代，一些国家开始将列车速度 提高到提高到140140160160200km/h200km/h。 日本东海道新干线列车所用的日本东海道新干线列车所用的dt200dt200型转向架，型转向架， 最高运营速度为最高运营速度为210km/h210km/h； 法国于法国于19731973年正式生产年正式生产y32y32型转向架，其最高型转向架，其最高 运营速度为运营速度为200km/h200km/h； 德国于德国于19741974年开始生产年开始生产md52md52型转向架，最高运型转向架，最高运 营速度也是营速度也是200km/h200km/h。

11、16164141 二、高速转向架组成及相关技术二、高速转向架组成及相关技术 尽管高速转向架的形式多种多样，但随着尽管高速转向架的形式多种多样，但随着 列车速度的进一步提高，高速转向架的结构形列车速度的进一步提高，高速转向架的结构形 式逐步趋于类同，它们的主要特点是：无摇枕、式逐步趋于类同，它们的主要特点是：无摇枕、 空气弹簧悬挂，有回转阻尼、加装弹性定位等。空气弹簧悬挂，有回转阻尼、加装弹性定位等。 下面简要介绍高速转向架的组成和相关技下面简要介绍高速转向架的组成和相关技 术。术。 17174141 1.1.构架。它是安装各种零部件的载体，承受和传构架。它是安装各种零部件的载体，承受和传 递垂

12、向力、水平力和扭矩等。递垂向力、水平力和扭矩等。 2.2.轮对。轮对直接向钢轨传递列车重量的动作用轮对。轮对直接向钢轨传递列车重量的动作用 力，通过轮对的回转实现列车在钢轨上的运行。力，通过轮对的回转实现列车在钢轨上的运行。 有些转向架的制动力也通过轮对实现。有些转向架的制动力也通过轮对实现。 18184141 3.3.弹簧悬挂装置。它是用来保证一定的轴重分配、弹簧悬挂装置。它是用来保证一定的轴重分配、 缓和轮轨冲击作用，是保证车辆运行平稳性等缓和轮轨冲击作用，是保证车辆运行平稳性等 动力学性能的重要装置。动力学性能的重要装置。 4.4.牵引装置。它是车体与转向架的连接装置，用牵引装置。它是车

13、体与转向架的连接装置，用 以传递车体与转向架之间的水平力等，同时保以传递车体与转向架之间的水平力等，同时保 证车体与转向架之间回转运动。证车体与转向架之间回转运动。 19194141 5.5.轴箱定位装置。它是联系构架和轮对的活动轴箱定位装置。它是联系构架和轮对的活动 “关节关节”，除了保证轮对能自由回转外，还能，除了保证轮对能自由回转外，还能 在构架与轴箱之间产生相对运动时由它传递纵在构架与轴箱之间产生相对运动时由它传递纵 向力和横向力，并实现弹性定位作用。目前，向力和横向力，并实现弹性定位作用。目前， 高速转向架的轴箱定位装置有单（双）拉板式、高速转向架的轴箱定位装置有单（双）拉板式、 拉

14、杆式、转臂式以及采用橡胶弹簧等多种结构拉杆式、转臂式以及采用橡胶弹簧等多种结构 形式。形式。 20204141 日本日本isis式（单拉板式）转向架式（单拉板式）转向架 法国法国tgvtgv转向架的轴箱定位装置转向架的轴箱定位装置 德国单拉板式转向架德国单拉板式转向架 21214141 6.6.回转阻尼装置。回转阻尼也是抑制高速转向架回转阻尼装置。回转阻尼也是抑制高速转向架 蛇行运动的一个有效措施，一般采用以下两种蛇行运动的一个有效措施，一般采用以下两种 装置：旁承支重结构和抗蛇行减振器。装置：旁承支重结构和抗蛇行减振器。 全旁承支重结构由摇枕上的旁承装置承受全部全旁承支重结构由摇枕上的旁承装

15、置承受全部 载荷，当转向架相对车体转动时，上下旁承之载荷，当转向架相对车体转动时，上下旁承之 间由摩擦力形成的摩擦力矩阻止转向架相对车间由摩擦力形成的摩擦力矩阻止转向架相对车 体转动，以提供足够的回转阻尼。旁承支重具体转动，以提供足够的回转阻尼。旁承支重具 有结构简单，可减轻车体摇枕梁和摇枕重量等有结构简单，可减轻车体摇枕梁和摇枕重量等 优点，但需选择适当的摩擦副材质。优点，但需选择适当的摩擦副材质。 22224141 车体与构架之间（或摇枕与构架之间）安装抗车体与构架之间（或摇枕与构架之间）安装抗 蛇行减振器，也可提供足够的回转阻尼，有效蛇行减振器，也可提供足够的回转阻尼，有效 地抑制转向架

16、的蛇行运动。例如，地抑制转向架的蛇行运动。例如，md52md52型转向型转向 架在采用磨耗形踏面的情况下，速度只能达到架在采用磨耗形踏面的情况下，速度只能达到 160km/h160km/h，而装用抗蛇行减振器后，速度可提，而装用抗蛇行减振器后，速度可提 高到高到250km/h250km/h。因此，在日、法的。因此，在日、法的200km/h200km/h以上以上 转向架上都安装有抗蛇行减振器。转向架上都安装有抗蛇行减振器。 23234141 7.7.抗侧滚装置。为了使高速客车具有良好的垂直振抗侧滚装置。为了使高速客车具有良好的垂直振 动性能，车体悬挂装置的总静挠度至少需要动性能，车体悬挂装置的总

17、静挠度至少需要200mm200mm 以上，其中以上，其中8080左右分配在中央弹簧上。而在垂左右分配在中央弹簧上。而在垂 向悬挂比较柔软的情况下，为防止通过曲线时车向悬挂比较柔软的情况下，为防止通过曲线时车 体的侧滚角过大，一般在高速转向架上设置抗侧体的侧滚角过大，一般在高速转向架上设置抗侧 滚扭杆。滚扭杆。 24244141 此外，加大中央弹簧的横向间距也可此外，加大中央弹簧的横向间距也可 以起到同样的作用，如以起到同样的作用，如md52md52350350型将中型将中 央弹簧的横向间距加大到央弹簧的横向间距加大到250025002600mm2600mm， 取消了抗侧滚扭杆装置。取消了抗侧滚

18、扭杆装置。 25254141 8 8主动和半主动悬挂系统的开发、应用主动或半主动和半主动悬挂系统的开发、应用主动或半 主动控制方法来控制车辆系统的振动、车体倾斜、主动控制方法来控制车辆系统的振动、车体倾斜、 曲线通过以及轮对位置等等，就可用更经济的手曲线通过以及轮对位置等等，就可用更经济的手 段实现更高的速度，或达到更好的运行性能。这段实现更高的速度，或达到更好的运行性能。这 是新一代转向架发展的主要特点之一。是新一代转向架发展的主要特点之一。 如如sgp400sgp400型在回转阻尼系统、中央悬挂的横型在回转阻尼系统、中央悬挂的横 向弹性系统以及轮对导向系统等三方面，应用主向弹性系统以及轮对

19、导向系统等三方面，应用主 动或半主动控制系统。动或半主动控制系统。 26264141 第三节第三节 动车组转向架动车组转向架 一、动车组转向架的分类一、动车组转向架的分类 二、动力转向架与非动力转向架的结构特点二、动力转向架与非动力转向架的结构特点 三、国外动车组转向架结构特点和主要技术参三、国外动车组转向架结构特点和主要技术参 数数 27274141 一、动车组转向架的分类一、动车组转向架的分类 动力转向架动力转向架 单动力轴转向架单动力轴转向架 双动力轴转向架双动力轴转向架 非动力转向架非动力转向架 28284141 二、动力转向架与非动力转向架的结构特点二、动力转向架与非动力转向架的结构

20、特点 动力转向架和非动力转向架，其主要部分动力转向架和非动力转向架，其主要部分 采用基本一致的结构型式：采用基本一致的结构型式： （1 1）绝大多数均为无摇枕转向架；）绝大多数均为无摇枕转向架； （2 2）轮对为空心车轴，整体轧制车轮、磨耗）轮对为空心车轴，整体轧制车轮、磨耗 型车轮踏面；型车轮踏面； （3 3）一系悬挂采用钢弹簧）一系悬挂采用钢弹簧+ +液压式减振器液压式减振器+ +轴轴 箱定位装置；箱定位装置； （4 4）二系悬挂主要采用空气弹簧；）二系悬挂主要采用空气弹簧； 29294141 （5 5）牵引装置主要采用拉杆方式。）牵引装置主要采用拉杆方式。 动力转向架还要有：动力转向架还

21、要有： （6 6）牵引电机，安装方式采用架悬或体悬）牵引电机，安装方式采用架悬或体悬 或半架半体。其中体悬式可降低簧下质量。或半架半体。其中体悬式可降低簧下质量。 （7 7）驱动装置（齿轮减速装置和联轴节），）驱动装置（齿轮减速装置和联轴节）， 齿轮减速装置通过轴承安装在车轴上，牵引电齿轮减速装置通过轴承安装在车轴上，牵引电 机与齿轮减速装置通过联轴节传递驱动力。机与齿轮减速装置通过联轴节传递驱动力。 30304141 此外，动力车和拖车均采用复合制动方式。此外，动力车和拖车均采用复合制动方式。 其中，动力车采用电阻制动（或再生制动）其中，动力车采用电阻制动（或再生制动）+ + 盘形制动，而拖

22、车采用涡流盘制动（或磁轨制盘形制动，而拖车采用涡流盘制动（或磁轨制 动）动）+ +盘形制动。盘形制动。 由于动力转向架有牵引电机和驱动装置，由于动力转向架有牵引电机和驱动装置， 空间位置比较紧张，因此需采用轮盘式（每轴空间位置比较紧张，因此需采用轮盘式（每轴 2 2个），而非动力转向架采用轴盘式（每轴个），而非动力转向架采用轴盘式（每轴2 2 3 3个）。个）。 表表3-1 3-1 日本高速动车组代表性转向架结构型式与参数日本高速动车组代表性转向架结构型式与参数 车车 型型100100系系300300系系500500系系 车车 种种12m4t12m4t10m6t10m6t16m16m 最高运行

23、速度最高运行速度/ km/h/ km/h230230270270300300 动动 车车 转转 向向 架架 转向架型号转向架型号dt202dt202tdt202tdt202wdt205wdt205 转向架质量转向架质量/t/t9.879.876.66.66.56.5 轴轴 式式b0b0b0b0b0b0b0b0b0b0b0b0 轴轴 型型实心实心中空中空中空中空 固定轴距固定轴距/mm/mm250025002500250025002500 车轮直径车轮直径/mm/mm910910860860860860 结结 构构 型型 式式 车体悬挂车体悬挂无摇动台无摇动台无摇枕无摇枕无摇枕无摇枕 轴箱定位方

24、式轴箱定位方式单拉板式单拉板式圆筒橡胶圆筒橡胶转臂式转臂式 牵引电机悬挂方式牵引电机悬挂方式架悬架悬架悬架悬架悬架悬 驱动方式驱动方式齿轮联轴节齿轮联轴节齿轮联轴节齿轮联轴节齿轮联轴节齿轮联轴节 变速装置变速装置单级单级单级单级 三、国外动车组转向架结构特点和主要技术参数三、国外动车组转向架结构特点和主要技术参数 车车 型型100100系系300300系系500500系系 车车 种种12m4t12m4t10m6t10m6t16m16m 拖拖 车车 转转 向向 架架 转向架型号转向架型号wdt202wdt202ttr7001ttr7001 转向架质量转向架质量/t/t6.86.8 结结 构构 型

25、型 式式 车体悬挂车体悬挂无摇动台无摇动台无摇枕无摇枕 牵引装置牵引装置纵向牵引拉杆纵向牵引拉杆单拉杆式单拉杆式 弹簧型式弹簧型式 轴箱轴箱钢圆簧钢圆簧钢圆簧钢圆簧 中央中央空气弹簧空气弹簧空气弹簧空气弹簧 减振器型式减振器型式 轴箱轴箱液压式液压式液压式液压式 中央中央 垂向：固定节垂向：固定节 流孔流孔 横向：液压式横向：液压式 可变节流孔可变节流孔 中央悬挂横向跨距中央悬挂横向跨距/mm/mm2500250024502450 回转阻尼形式回转阻尼形式旁承摩擦力矩旁承摩擦力矩抗蛇行减振器抗蛇行减振器 轴箱定位方式轴箱定位方式单拉板式单拉板式圆筒橡胶圆筒橡胶 抗侧滚装置形式抗侧滚装置形式无无

26、无无 表表3-1 3-1 日本高速动车组代表性转向架结构型式与参数日本高速动车组代表性转向架结构型式与参数( (续续) ) 表表3-2 3-2 法国法国tgvtgv动车组代表性转向架结构型式与参数动车组代表性转向架结构型式与参数 车车 型型tgvtgvpsepsetgvtgva atgvtgv2n2n 车车 种种2m8t2m8t2m10t2m10t2m8t2m8t 最高运行速度最高运行速度/ km/h/ km/h270270300300300300 动动 车车 转转 向向 架架 转向架型号转向架型号y230y230y230y230y230y230 转向架质量转向架质量/t/t7.267.267

27、.27.27.27.2 轴轴 式式b0b0b0b0b0b0b0b0b0b0b0b0 固定轴距固定轴距/mm/mm300030003000300030003000 车轮直径车轮直径/mm/mm920920920920920920 踏面型式踏面型式1/401/40锥形锥形1/401/40锥形锥形磨耗型磨耗型 结结 构构 型型 式式 车体悬挂车体悬挂无摇枕无摇枕无摇枕无摇枕无摇枕无摇枕 轴箱定位方式轴箱定位方式叠层橡胶叠层橡胶转臂式转臂式转臂式转臂式 牵引电机悬挂方式牵引电机悬挂方式体悬体悬体悬体悬体悬体悬 驱动方式驱动方式平行万向轴平行万向轴平行万向轴平行万向轴平行万向轴平行万向轴 变速装置变速装

28、置两级两级两级两级两级两级 34344141 y230 y230 动力转向架动力转向架( (叠层橡胶叠层橡胶) ) y230 y230 动力转向架动力转向架( (转臂式转臂式) ) 35354141 车车 型型tgvtgvpsepsetgvtgva atgvtgv2n2n 车车 种种2m8t2m8t2m10t2m10t2m8t2m8t 拖拖 车车 转转 向向 架架 转向架型号转向架型号y231y231y237y237y237y237a a 转向架质量转向架质量/t/t7.87.8约约7.07.0约约6.06.0 结结 构构 型型 式式 车体悬挂车体悬挂无摇枕无摇枕无摇枕无摇枕无摇枕无摇枕 牵引

29、装置牵引装置拉杆式拉杆式拉杆式拉杆式拉杆式拉杆式 弹簧型式弹簧型式 轴箱轴箱钢圆簧钢圆簧钢圆簧钢圆簧钢圆簧钢圆簧 中央中央钢高挠簧钢高挠簧空气弹簧空气弹簧sr10sr10空气弹簧空气弹簧sr10sr10 减振器型式减振器型式 轴箱轴箱液压式液压式液压式液压式液压式液压式 中央中央 垂向：液压式垂向：液压式 横向：液压式横向：液压式 * * （见表注）（见表注） * * （见表注）（见表注） 中央悬挂横向跨距中央悬挂横向跨距/mm/mm 回转阻尼形式回转阻尼形式抗蛇行减振器抗蛇行减振器抗蛇行减振器抗蛇行减振器抗蛇行减振器抗蛇行减振器 轴箱定位方式轴箱定位方式筒形叠层橡胶筒形叠层橡胶转臂式转臂式转

30、臂式转臂式 抗侧滚装置形式抗侧滚装置形式无无抗侧滚扭杆抗侧滚扭杆抗侧滚扭杆抗侧滚扭杆 表表3-2 3-2 法国法国tgvtgv动车组代表性转向架结构型式与参数动车组代表性转向架结构型式与参数( (续续) ) 36364141 y237 y237 拖车转向架拖车转向架( (转臂式转臂式) ) 表表3-3 3-3 德国德国iceice动车组代表性转向架结构型式与参数动车组代表性转向架结构型式与参数 车车 型型ice-1ice-1ice-2ice-2ice-3ice-3 车车 种种2m2m14t14tm m12t12tm mt t（各（各5050） 最高运行速度最高运行速度/km/h/km/h250250280280330330 动动 车车 转转 向向 架架 转向架型号转向架型号umanumanumanumansgp500sgp500 转向架质量转向架质量/t/t14.414.414.314.3 轴轴 式式b0b0b0b0b0b0b0b0b0b0b0b0 固定轴距固定轴距/mm/mm300030003000300025002500 车轮直径车轮直径/mm/mm1000100010001000920920 踏面型式踏面型式1/81/8磨耗型磨耗型1/81/8磨耗型磨耗型1/81/8磨耗型磨耗型 结结 构构 型型 式式 车体悬挂车体悬挂无摇枕无摇枕 轴箱定位