CRH5型动车转向架抗蛇行减振器安装座改进方案

CRH5型动车转向架抗蛇行减振器安装座改进方案摘要随着社会的进步和经济的发展，交通运输这个行业已经深刻的影响到了普通百姓的生活。铁路运输是我国交通运输的主力，作为铁路运输牵引动力之一的电力机车更是发展迅速。功率大、污染小是电力机车的最大优点，特别适合铁路运输的发展。保障机车安全运行的关键因素之一就是转向架，它对机车的安全性、舒适性、运行可靠性及降低对轨道的动作用力、减轻对环境的污染等有着极为重要的作用。它承受车体传来的各种动、静载荷，并传递牵引力、制动力，因此转向架必须有足够的强度，转向架要具有良好的平稳性、稳定性和曲线通过性能，高的粘利用率，可靠地牵引制动性能，并尽可能的满足标准化；简装化的要求。抗蛇形减震器是保持转向架稳定的重要组成之一，而安装座又是固定抗蛇行减震器的重要部件，但是在机车实际运用的过程中容易出现开裂、磨损甚至失效等问题，从而影响到机车的安全性和平稳性，引起本文将就抗蛇形减震器安装座的改进进行讨论。关键词:转向架；抗蛇形减震器；改进目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第1章绪论 1\o"CurrentDocument"研究背景 1\o"CurrentDocument"1.2研究思路 1提高乘坐的舒适性 1环境对策 2提高性能与适用性的对策 2\o"CurrentDocument"第2章转向架分类 4\o"CurrentDocument"2.1动力转向架 4\o"CurrentDocument"2.2非动力转向架 5\o"CurrentDocument"第3章CRH5型动车转向架结构及工作原理 7\o"CurrentDocument"3.1转向架结构 7\o"CurrentDocument"3.1.1基本结构： 7\o"CurrentDocument"3.1.2构架 83.2工作原理 9\o"CurrentDocument"3.3转向架的作用 9\o"CurrentDocument"3.4动车组对转向架的基本要求 10\o"CurrentDocument"第4章CRH5型动车转向架抗蛇行减震器及安装座的作用 11\o"CurrentDocument"4.1减震器 11\o"CurrentDocument"4.2抗蛇形减震器 11\o"CurrentDocument"4.3安装座的作用 12\o"CurrentDocument"第5章CRH5型动车转向架抗蛇行减震器安装座改进 13\o"CurrentDocument"5.1抗蛇形减震器安装座的工作原理 13\o"CurrentDocument"5.2改进方案 13\o"CurrentDocument"参考文献 15\o"CurrentDocument"致谢 16第1章绪论研究背景随着社会的进步和经济的发展，交通运输这个行业已经深刻的影响到了普通百姓的生活。铁路运输是我国交通运输的主力，作为铁路运输牵引动力之一的电力机车更是发展迅速。功率大、污染小是电力机车的最大优点，特别适合铁路运输的发展。保障机车安全运行的关键因素之一就是转向架，它对机车的安全性、舒适性、运行可靠性及降低对轨道的动作用力、减轻对环境的污染等有着极为重要的作用。它承受车体传来的各种动、静载荷，并传递牵引力、制动力，因此转向架必须有足够的强度，转向架要具有良好的平稳性、稳定性和曲线通过性能，高的粘利用率，可靠地牵引制动性能，并尽可能的满足标准化；简装化的要求。抗蛇形减震器是保持转向架稳定的重要组成之一，但是在机车实际运用的过程中容易出现泄漏、磨损甚至失效等问题，本文将就抗蛇形减震器的改进进行讨论。研究思路动车组转向架作为动车组的关键走行部，其设计的基本原则和理念与传统转向架相比有着质的区别，具体表现如下。采用满足高速运行条件下的设计准则，动车组转向架设计的首要任务就是要保证适应高速运行这一特定工况。因此，应遵循以下设计准则结构形式的选取、各种参数匹配的选择等均应以满足高速运行为前提采川可靠性高的技术、结构和部件，尤其应采用成熟的高速技术与结构为满足动车组在200km/h速度下平稳、舒适、安全、经济地运行、应对轴重、车轮路面形式等制定相应的限度I为适应将来300km/h的运行要求，转向架结构、零部件等尽量选用仅做最少设计变更即可改造的设计方案为使于维修、组装，应尽可能采用通用性强的零部件和结构。提高乘坐的舒适性动车组作为全新的铁路旅客列车.集高度信息化与智能化为一体，其对乘坐舒适性与乘坐环境的要求必然与传统旅客列车有着质的区别。舒适性的提高与转向架直接相关的系统是二系悬挂装置（包含连接牵引装置），动车和拖车转向架的二系悬挂装置既要确保列车的舒适性，又要确保在轮轨接触力和稳定性方面的性能要求。随着列车运行速度的提高、即使高速铁路的轨道不平顺度比一般铁路要小、但也可能引起车体和车内旅客承受很大的振动。因此在高速铁路发展初期，振动性能曾经是困扰高速转向架设计的问题之一。空气弹簧的应用，成功地解决了车体振动，特别是垂向振动及乘坐舒适性等问题。空气弹簧（或称二系悬挂弹簧）作为车体支承，安装在转向架构架和车体之间。空气弹簧本身也经历过不断改进发展，如从采用约束膜式发展到采用自由膜式.节流孔形式从初期的固定节流孔改进为可变节流孔等。空气弹簧的横向刚度，用在无摇枕转向架水平刚度低。水平容许变位可大于土100mm。车体和转向架之间的连接功能要求可满足转向架和车体之间传输纵向力和相对转动，不会产生高偏转扭矩，且不会对二系悬挂产生附加作用力。为将转向架纵向颠簸运动和车体运动分离，车体和转向架之间的连接高度尽可能靠近轮对面，即应符合“低牵引”原则。环境对策为了抑制速度提高后线路基础振动的加剧，尤其是由此引起的线路疲劳损伤和环境噪声问题、必须尽址减轻转向架的重量，特别是应减轻簧下质量。因此，应采用轻址化的无摇枕转向架、空心车轴、小直径车轮或薄辐板车轮，以及轴箱、齿轮箱采用铝合金结构等。提高性能与适用性的对策在动车组转向架设计中，要始终贯彻“先进与成熟的科学技术、经济与适用的性价比、可靠的高速运行安全性与稳定性、方便快捷的保养与维修”。这一设计理念。1）先进性与成熟性为实现保证动车组转向架能够安全、稳定地高速行驶这一目标，在设计的原则与理念上必须对原有的传统设计方法进行突破，采用先进的模块化结构设计与轻量化技术设计理念，采用新材料与先进加工工艺等最新成熟技术。采用轻量化的无摇枕转向架、先进的控制牵引方式等均是这一设计理念的体现。2）经济性与适用性动车组的经济性主要建立在车辆和各系统的轻址化设计，动车组各车辆的最大轴重控制在17t（动力轴）或14t（非动力轴），大大降低了牵引和制动时的能耗。列车采用再生制动方式，在节能、环保及减少机械部件的损耗方面具有独特的优越性。另外，通过适当的设计改进，调整动车、拖车的比例，可以灵活适应200〜300km八各速度等级的运行。通过两列短编组的自动联挂，可以方便地适合不同运址的需求。3） 可靠性各零部件应具有高可靠性并通过先进的监控系统监测，为列车在各种运行环境下的安全性提供可靠的保障。4） 保养与维修性设计应有利于保养与维护，各主要零部件尽可能等寿命设计，并按无维修、少维修的要求设计。现代高速转向架的发展，体现了机械学与力学的完美结合，车辆系统动力学迄今已成为一门内容丰富的学科，特别是铁路高速化以来，其理论水平及研究成果都提高到了一个崭新的阶段，以致于使转向架的设计由经验设计跨人到理论设计阶段。第2章转向架分类2004年ALSTOM公司向长客股份公司转让了时速200公里高速铁路动车组设计和制造技术，生产制造CRH5型动车组，该动车组采用CA250型转向架。通过技术引进和消化吸收，构建了200-250km/h转向架设计、制造技术平台。2005年ALSTOM公司在TV-S104转向架基础上研制了CA250转向架，应用在中国CRH5型动车组上。CA250转向架构架组成采用钢板焊接结构，一系悬挂装置采用成熟的双、拉杆轴箱定位方式；二系采用空气弹簧悬挂;传动装置由齿轮箱、万向轴、安全装置和体悬式电机组成；基础制动采用轴盘制动；辅助系统。动车组转向架分为动力转向架和非动力转向架。动力转向架的车轴可以是全动轴，也可以是部分动轴。转向架置于车体和轨道之间，用来牵引和引导车辆沿轨道行驶与承受和传递来自车体及线路的各种载荷，并缓和其动作用力。转向架是保证列车运行品质和安全的关键部件。转向架一般由轮对轴箱装置、构架、弹簧悬挂装置、车体支承装置和制动装置所组成。对于动力转向架还包括牵引电动机及传动装置。转向架的结构要求在该动的方向能够自由运动，在不该动的方向应受到限制。即，除了轮轴的转动不受约束外，转向架在其它方向的运动基本上都要受到限制。最成问题的是偏摆运动。在直线运行时不需要偏摆，而在弯道运行时需要。它与上下振动等根本的不同在于，上下振动只要把防振放在心上就行了，而它则必须得下工夫满足两个截然相反的条件。动力转向架CRH5动车组中的动车（第1，2，4，7，8号车），分别装用了AX30499、AX109567、AX30500三种M转向架，其中第1、8号车所装用的AX30499与AX109567转向架轴端布置有轴温传感器、ATP/LKJ2000速度传感器以及接地回流装置，另外AX30499转向架前端安装了轮缘润滑装置和扫石器，在2,4，7号车AX30500转向架安装有加速度传感器。动力转向架（见图1）主要由焊接构架组成、一系悬挂及轮对轴箱定位装置、二系悬挂及牵引装置、抗测滚扭杆装置、上枕梁、驱动装置（齿轮箱万向轴等）、停放储能制动装置、基础制动装置、轴温报警装置与接地回流装置，撒砂器和ATP信号接收系统与轮缘润滑系统（列车头尾部动力转向架）等组成。图1动力转向架非动力转向架CRH5动车组中的非动力（第3，5，6号车）分别装用了AX30513,AX30514两种T转向架，其中第3,6号车装用T车转向架AX30513,第5号车装用T车转向架AX30514。该转向架的结构如图2所示，主要由刚结构焊接组成、一系悬挂及轮对轴箱定位装置、二系悬挂及牵引装置、抗测滚扭杆装置、上枕梁、停放储能制动装置、基础制动装置、轴温报警装置与接地回流装置和速度传感器装置等组成。动力转向架与非动力转向架的主要区别是：（1） 动力转向架有1根动力轴和1根非动力轴，而非动力转向架有2根非动力轴，动力轴上装有两个制动轴盘和一组齿轮箱；（2） 非动力轴上装有三个制动轴盘；（3） 动力转向架构架比非动力转向架构架在横梁上多了一个齿轮箱拉杆座。

上枕梁抗测滚扭秆装宣构架轮对轴箱悬挂定位装宣空簧装豊制动盘减振器图上枕梁抗测滚扭秆装宣构架轮对轴箱悬挂定位装宣空簧装豊制动盘减振器图2非动力转向架第3章CRH5型动车转向架结构及工作原理转向架结构CRH5动车组每列8辆编组，采取“五动三拖”的编组构成，所用转向架包括动力转向架和非动力转向架两种形式。其中动力转向架两种形式，其中动力转向架有3种类型（简称M,其代号分别为AX30499、AX109567与AX30500）,非动力转向架有2种类型（简称T,代号分别为AX30513与AX30514）.CRH5转向架一系悬挂装置采用拉杆轴箱定位方式，二系悬挂系统由上枕梁、空气弹簧系统、抗侧滚扭杆、二系横向减振器、二系垂向减振器、抗蛇行减振器、防过充装置、横向档和引装置等组成；传动装置由齿轮箱、万向轴、安全装置和体悬式电机组成，转向架与车体间采用“Z”字形双牵引装置，传递牵引力和制动力。基础制动采用轴盘制动。基本结构：1、 构架构架是转向架的基础，它把转向架的各个零部件组成一个整体。它不仅承受、传递各种载荷及作用力，而且它的结构、形状和尺寸都应满足各零部件组装的要求（如基础制动装置、弹簧悬挂装置、牵引电机等）。2、 轮对轴箱装置轴箱装置是联系构架和轮对的活动关节。它使轮对的滚动转化为车体沿着轨道的平动。轮对在滚动时，除传递车辆的重量外，还传递轮轨之间的各种作用力。3、 弹簧悬挂装置为减少线路不平顺、轮对运动对车体的各种动态影响（如垂直振动，横向冲击等），转向架在轮对与构架、构架与车体之间设有弹簧悬挂装置。前者称为轴箱弹簧悬挂装置（又称为一系弹簧悬挂装置），后者称中央弹簧悬挂装置（又称为二系弹簧悬挂装置）。弹簧悬挂装置包括弹簧、减振器及定位装置等。4、 弹簧悬挂装置城市轨道车辆普遍采用了无摇枕结构的转向架。由于没有摇枕，车体直接坐落于空气弹簧上，必须靠转向架牵引装置来实现摇枕所具有的传递纵向力和转向功能。5、牵引电机与齿轮变速传动装置动力转向架和非动力转向架的区别在于动力转向架上设有牵引电机与齿轮变速传动装置。动力转向架通过齿轮变速传动装置使牵引电机的扭矩转化为车轮上的转矩，利用轮轨之间的粘着作用，驱动车辆沿着轨道运行。6、基础制动装置为了使运行着的车辆能迅速地减速或停车、为了防止车辆在下坡道上运行时由于重力作用导致车速增加、同时为避免停放的车辆因重力作用或风力吹动而溜走，都需要在转向架上安装基础制动装置。城市轨道车辆的基础制动装置目前主要有踏面制动和盘式制动两种类型，这部门内容将在“制动系统”一章予以详细介绍。构架构架是转向架各组成部分的安装基础，通过构架把转向架的组成部件组合成一个整体，构架也是转向架承载的主要部件，如图3所示，其结构有如下特征：图3转向架构架1、构架是由两根侧梁和一根横梁焊接成的“H”形结构。2、 侧梁为箱形结构，在中部高度降低以安装空气弹簧，侧梁上焊有一、二系弹簧座、减振器座、抗侧滚座和转臂定位座。横梁主要承载结构由两根无缝钢管组成，横梁上焊有电机、齿轮箱、基础制动装置等安装座。3、 构架焊接设计和制造符合标准焊接体系。4、构架上各主要部件安装面采用整体加工，保证转向架零部件组装时具有很高的定位精度。工作原理传统的机车（电力机车）转向架与车体的连接装置包括弹簧、橡胶垫、液压减震器。CRH5动车组转向架的二系悬挂采用气动二系悬挂系统，气动二系悬挂系统包括空气弹簧、自动高度调整阀、差压阀、辅助风缸，气弹簧系统由空气弹簧隔膜、上隔板、锥形橡胶弹簧、摩擦片组成。CRH5动车组转向架的中央悬挂装置高度不随载荷变化，具有较大的垂向当量挠度。空气弹簧系统及其主要部件都是通过减压阀来供风。压力阀提供平均的空气弹簧压力给制动控制系统，以便电子制动控制系统进行车重计算和紧急制压力限制。在载重发生变化时及时充排风，通过减压阀调整空气弹簧的高度，可确保列车维持在一个恒定高度。二系悬挂系统还设有机械式高度调整阀，使车体地板面与站台的高度基本保持一致。CRH5动车3组转向架的中央悬挂装置有较大径向变形能力，可以代替摇枕和摇动台，满足通过曲线的安全性和旅客横向舒适度的要求，并且简化结构。空气弹簧有较大径向变形能力，可以代替摇枕和摇动台。气囊和紧急弹簧顺序工作。在正常工况下（膨胀），紧急弹簧可帮助气囊应对转向架的旋转，这也是对气囊最大的损伤过程。紧急情况（放气操作）下，如果气囊或充气出现故障，车体会跌落在紧急弹簧上。该紧急弹簧将单独工作。但是由于现代的二系悬挂--空气弹簧比较软，横向跨距小，高度调整阀有不感应的地带，必须有一定的反应时间，所以安装有抗侧滚扭杆，控制车体的侧滚运动。当车速超过160km/h时，为了提供转向架和车体之间高速运行所需的摇头阻尼，提高车辆蛇形临界速度，对曲线通过性能影响较小，一般采用抗蛇形减振器。为了阻止车体和转向架出现过大的位移，安装有二系横向止挡，起保护作用。传统的机车采用牵引杆和侧挡传递车体和转向架之间的水平载荷，已很难适应机车车辆的进一步提速要求，为此人们采用上述新的结构提高动车组的径向变形能力。转向架的作用增加车辆的载重、长度和容积，提高列车运行速度，满足铁路运输发展的需求。保证车体可靠地坐落在转向架上，通过轴承装置使车轮沿钢轨的滚动转化为车体平动。支撑车体，承受并传递从车体至轮对之间或从钢轨至车体之间的各种载荷及作用力，并使轴重均匀分配。保证车辆安全运行，车体都能可靠的坐落在转向架上，通过轴承装置使车轮沿钢轨的滚动转化为车体沿线路运行的平动。转向架的结构要便于弹簧减震装置的安装，使之具有良好的减震特性，以缓和车辆和线路之间的相互作用，减少震动和冲击，减少动应力，提高车辆运行的平稳性和安全性。传递牵引力和制动力，保证在规定的距离内停车。与车体之间尽可能减少连接件，并要求结构简单装拆方便，以便于单独制造和检修。充分利用轮轨之间的黏着，传递牵引力和制动力，放大制动缸所产生的制动力，使车辆具有良好的制动效果，以保证在规定的距离之内停车。动车组对转向架的基本要求1.高速运行稳定性：当列车直线高速运行时、可能出现横向自激振动问题、通常被称为蛇行稳定性。它不但影响列车的平稳性，而且也会导至脱轨，危及运行安全。2.走行安全性:在列车通过曲线时，轮轨作用力不当会产生脱轨的可能性当列车在直线上出现蛇行失稳现象时，也会引起脱轨的危险。舒适性:即走行部振动平稳性对车辆内旅客的反应，它将反映在列车运行中所有线路和速度之中。圆曲线通过性能是指列车通过曲线时，对轨道和转向架产生不利的静态和动态作用力。第4章CRH5型动车转向架抗蛇行减震器及安装座的作用4.1减震器减震器是安装在车体与负重轮之间的一个阻尼元件，其作用是衰减车体的振动并阻止共振情况下车体振幅的无限增大，能减小车体振动的振幅和振动次数，因而能延长弹性元件的疲劳寿命和提高人乘车的舒适性主要用来抑制弹簧吸震后反弹时的震荡及来自路面的冲击。在经过不平路面时，虽然吸震弹簧可以过滤路面的震动，但弹簧自身还会有往复运动，而减震器就是用来抑制这种弹簧跳跃的。减震器太软，车身就会上下跳跃，减震器太硬就会带来太大的阻力，妨碍弹簧正常工作。在关于悬挂系统的改装过程中，硬的减震器要与硬的弹簧相搭配，而弹簧的硬度又与车重息息相关，因此较重的车一般采用较硬的减震器。与引震曲轴相接的装置，用来抗衡曲轴的扭转震动。为减小来自钢轨的振动，在轴箱体和构架间还加装了一系垂向减震器，一系垂向减震器必须满足质量手册中的等级要求，并且减震器的设计使用寿命至少为60万km。在整个使用寿命期间，减震器阻尼特性的偏差不应超过-30%根据车型的不同，一系减震器的伧俗相应调整，以便使车辆具有良好的平稳性。4・2抗蛇形减震器抗蛇行油压减振器是悬挂系统重要的组成部件，其主要作用是在转向架构架和车体之间产生回转阻尼力，消耗两者之间的振动能量，从而起到抑制蛇行振动的作用。而抗蛇行减振器安装在车体与转向架之间，提供杭蛇行运动的回转阻尼。抗蛇行减震器成纵向左右布置，因此也称为纵向减震器或抗摇头减振器。当转向架产生蛇行振动时，构架与车体将产生相对摇头运动，抗坨蛇形减振器即根据这两者之间的相对运动速度产生阻尼力。相对运动越高，阻尼力越大，直到达到恒定值，从而达到阻止蛇行振动的目的。理论计算和运行实践均证明，折损非常有效的重要措施之一。抗蛇行减震器每个转向架，抗蛇行减震器通过抗蛇行减震器安装座（上）与摇枕相连，通过抗蛇行减震器安装座（下）与构架相连，如图4所示。安装座的质量是保证抗蛇行减震器的前提，所以安装座的优化很重要。

图4抗蛇行减震器在转向架上的位置安装座的作用建立设备基础，用以架构抗蛇行减震器的支撑基础，并在此基础上安装轴类零件及轴上零件。利用它们的工艺结构起到其他重要零件的定位作用。用以连接抗蛇行减震器与构架之间的基础零件第5章CRH5型动车转向架抗蛇行减震器安装座改进抗蛇形减震器安装座的工作原理对于提速和高速列车，高运动稳定性是机车车辆动力学性能的首要要求。为此，提速和高速机车车辆普遍有抗蛇行减振器，利用车体对转向架施阻尼力矩遏止车辆在高速运行时的蛇行失稳。为避免高速运转及路况局部缺陷导致机车转向架产生横向、垂向和蛇行振动，影响整列车的运行安全，因而在车体底架上都会焊装减震器安装座，抗蛇行减震器安装座就是其重要部件之一。由于抗蛇行减振器通过减振器座安装在构架和车体上。减振器是否可以发挥抗蛇行的作用，不仅取决于减振器本身的性能，同时还要依赖于减振器的安装座。随着机车速度的提高，减震器安装座的运用缺陷慢慢的显示出来，主要表现在减震器安装座开裂。导致抗蛇行减振器不能正常工作而使车辆失稳。在一些动车组转向架及车体结构动应力测试中，也发现拖车转向架抗蛇行减振器安装座的应力水平偏高。分析这些结构设计，多数是设计本身不合理，或没有使结构得到优化。改进方案以在CRH5型动车组