轨道客运车辆转向架技术发展历程

轨道客运车辆转向架技术发展历程

轨道客运车辆主要是指在道路上运输旅客的设备，通常分为铁路客车、客车、地铁车辆和特种客车。转向架是轨道客车的关键部件之一,具有支撑车体并能相对回转、使车辆沿轨道方向运行的部件。转向架的悬挂参数直接决定车辆稳定性和乘坐舒适性。我国从新中国成立初期到现在,客运车辆转向架种类较多,结构逐渐走向成熟,技术越来越先进。特别是近年来,随着技术引进以及新研制转向架的装车使用,使得广大乘客的旅行环境变得越来越好。1铁路列车的转向1.11型客车20世纪50年代,我国首次自行设计转向架,主要型号有101、102、103型,应用于21型客车上。转向架构造速度是100km/h,一系为导框式定位,二系为板弹簧减振,结构复杂,运行性能较差,现已淘汰。1.22转向架与装置1959年开始生产202型转向架,应用于22型客车上。转向架构造速度为120km/h,一系采用导柱式轴箱定位装置,二系为圆钢弹簧并安装垂向油压减振器,踏面制动方式。该型号转向架已于1986年停产。1.32基础制动条件20世纪60年代初开始生产206系列转向架,主要型号包括UD1、UD2、UD3、UD4、UD5、206W、206G、206P等。206系列转向架构架首次采用了钢板焊接结构的U形构架,同时也有铸钢结构形式;一系有摩擦导柱式和弹性定位2种形式;二系有采用大挠度圆钢弹簧或空气弹簧2种形式;基础制动可以根据速度的不同选择踏面制动或盘形制动。206系列转向架从1983年开始广泛用于国内的22型、25型客车上。206W型转向架是1984年在206型转向架基础上研制的无摇动台转向架。该转向架轮对轴箱装置为摩擦导柱式定位,经过了滚动台试验和线路动力学试验,1986年又进行了改进优化,1988年通过了铁道部技术审查。206G型转向架(图1)是1989年根据160km/h构造速度要求设计制造的转向架。该转向架是在206型转向架基础上改进而成的,采用了纵向牵引拉杆和二系横向减振器,从1994年开始,所有新造206系列转向架客车全部采用206G型转向架。206P型转向架(图2)是1998年根据铁道部列车提速的要求和技术条件,在206G型转向架基础上改进而成的转向架。针对列车提速后基础制动悬挂件问题,206P型转向架将双侧踏面制动改为盘形和单侧踏面复合单元制动(或是盘形制动加防滑器形式),一系定位为摩擦导柱弹性定位。1.42u30002005型转向架209系列转向架是1972年在铁道部组织下研制的,二系采用双圈螺旋弹簧超外侧悬挂并安装二系垂向减振器等,根据当时C、D轴通用的要求,将该转向架命名为208、209型转向架(C轴装用于208型,D轴装用于209型)。1975年进行了最高速度158km/h动力学试验,装用于23.6m客车上。209T型转向架(图3)是1978年按铁道部10年科研发展规划提出的实现25型客车运行速度160km/h的要求,对209型转向架进行改进设计的,一系轴箱定位装置进行了改进并加装了纵向牵引拉杆。转向架由构架装置、导柱式轮对轴箱定位装置、摇枕弹簧装置、基础制动装置组成,于1978年12月实现了165km/h的最高试验速度。该转向架装于25.5m客车上,于1980年6月投入批量生产。209PK型转向架(图4)是在209T型转向架基础上,采用盘形制动单元、空气弹簧、抗侧滚扭杆装置等技术进行改进设计的。209PK型转向架于1988年生产,应用于双层客车上。209P型转向架(图5)是1998年根据铁道部列车提速的要求和技术条件,在209T型转向架基础上改进而成的。针对列车提速后基础制动悬挂件问题,将双侧踏面制动改为盘形和单侧踏面复合单元制动,25B型车采用盘形制动及踏面清扫系统,25G型车采用盘形制动并加装电子防滑器。1.5sqp、400p转向架25K型提速客车也叫准高速客车,是1991年国家“八五”重点科技攻关项目《160km/h准高速空调旅客列车》,研制设计的转向架有209HS、206KP、206WP、CW—2/1等型号,这些转向架采用了旁承支重、空气弹簧装置、无磨耗弹性轴箱定位、盘形单元制动等技术,是国内首次正式立项研制开发的转向架。1992年该批转向架通过了各项性能试验,并于1994年年底正式投入线路运营。1997年,206KP、206WP转向架升级为SW—160型转向架。提速系列客车转向架为1997年、1998年、2000年、2001年4次铁路大提速的实施和促进铁路的发展起了关键性作用。1.5.1机械结构设计209HS型转向架(图6)是209系列转向架的一种,构造速度为160km/h;构架为H形焊接结构;一系采用橡胶堆定位,双侧圆钢弹簧减振,安装有一系垂向减振器;中央悬挂为有摇动台结构,旁承承载,二系为空气弹簧减振,安装有二系横向减振器、抗侧滚扭杆装置,设弹性中心销,外侧牵引;采用轴盘制动方式,设电子防滑器。1.5.2空气弹簧减振器转向架CW—2型转向架(图7)构造速度为160km/h;构架为H形焊接结构;一系采用转臂轴箱定位装置,圆钢弹簧外置,安装有一系垂向减振器;中央悬挂为有摇动台结构,旁承承载,二系为空气弹簧减振,安装有二系横向减振器、抗侧滚扭杆装置,设弹性中心销、横向拉杆,外侧牵引;采用轴盘制动方式,设电子防滑器;转向架两端安装横向控制杆。与CW—2型转向架同期生产的还有CW—1型转向架,主要区别是二系采用圆钢弹簧,装用于提速发电车上。1.5.3系空气弹簧减振装置SW—160型转向架(图8)构造速度为160km/h;构架为U形焊接结构;一系采用转臂轴箱定位装置,圆钢弹簧上置,安装有一系垂向减振器;中央悬挂为无摇动台结构,旁承承载,二系为空气弹簧减振,安装有二系横向减振器、抗侧滚扭杆装置(后拆除),设弹性中心销,外侧牵引;采用轴盘制动方式,设电子防滑器。1.62100公里和h速度等级的客车轨道1.6.1中央悬挂装置CW—200型转向架(图9)采用无摇枕结构,主要由构架组成、轴箱定位装置、中央悬挂装置和基础制动4部分组成。该转向架取消了摇动台结构,具有结构简单、无磨耗、便于维护、安全可靠的特点。1997年生产了3辆装于“大白鲨号”动车组上,其后又装用于“蓝箭号”、“神州号”等多种动车组上。1.6.2sqp型无摇固悬转向架SW—200型转向架(图10)是1998年为铁道部科技开发项目《200km/h无摇枕转向架研究》而设计的转向架。之后又优化了悬挂参数,形成SW—220型转向架。转向架轴颈中心距为2000mm,每轴3套盘形制动装置,装于“大白鲨号”动车组和“神州号”内燃动车组上。1.7新一代提速系列客车转向架经过多年提速列车的运用,从设计制造到使用维护方面思想观念发生了巨大的变化。为了适应铁路跨越式发展的需要,各单位在近年来提速客车的运用经验、动车组和高速列车的研制经验以及与国内外的相关技术交流的基础上,提出了新一代提速系列客车转向架,包括CW—200K、SW—220K等型号,这些转向架全部采用空气弹簧无摇枕结构、转臂式轴箱弹性定位装置。2003年开始陆续装用于提速客车上。1.7.1cw—CW—200K型转向架CW—200K型转向架(图11)构造速度为160km/h,是在CW—200型转向架基础上,为适应新一代提速客车需要改进而成的转向架。转向架每轴设有2个制动盘和2套制动单元。CW—200K型转向架应用于25T型客车上。1.7.2sq1h3转向架SW—220K型转向架(图12)构造速度为160km/h,是在SW—220型转向架基础上,为适应新一代提速客车需要改进而成的转向架。转向架每轴设有2个制动盘和2套制动单元。SW—220K型转向架应用于25T型客车上。2发动机布局2.1动车组项目构成1997年开始,铁道部组织研制了多个动车组项目,包括“蓝箭号”、“先锋号”、“中原之星”、“中华之星”等动车组,形成了各具特色的动车组系列转向架。2.1.1《车辆》专线平台—“大白鲨号”、“蓝箭号”动力集中动车组转向架及“先锋号”动力分散动车组转向架1997年,由铁道部科技司主持《200km/h动力集中电动车组》和《200km/h动力分散电动车组》国家级科研项目。动力集中电动车组俗称“大白鲨号”,拖车转向架包括CW—200、SW—200型,在广深线运用命名为“蓝箭号”动车组;动力分散动车组命名为“先锋号”,转向架为PW—250型(图13)。2.1.2“中华之星”动力集中动车组转向架2001年,铁道部组织《270km/h高速列车产业化》项目,设计制造1列“2动9拖”名为“中华之星”的动力集中高速动车组,拖车转向架主要包括CW—300、SW—300共2种型号转向架。2002年在试验台上实现了410km/h高速滚动试验,在秦沈客运专线上该转向架试验速度达到了321.5km/h。2.1.2.cw—1CW—300型转向架CW—300型转向架(图14)构造速度为300km/h,设计结构与CW—200系列转向架基本相同,悬挂参数根据运行速度要求进行了调整,每轴设有4个制动盘。2.1.2.弹性定位与减振器设计SW—300型转向架(图15)构造速度为300km/h,采用无摇枕结构,一系为单转臂式弹性定位,二系采用大曲囊空气弹簧,设置了二系垂向油压减振器,每轴设有4个制动盘。2.2日本制造动车组在铁道部的统一组织下,从2005年开始,我国分别与加拿大庞巴迪公司、日本川崎公司、德国西门子公司和法国阿尔斯通公司通过技术引进和转让,生产制造动车组。各型动车组转向架的组成主要包括构架、轮对、轴箱轴承、一系悬挂、二系悬挂、中央牵引装置、基础制动装置等,动车转向架还安装了驱动装置。2.2.1客车转向架的组成CRH1型动车组转向架(图16)由构架、轮对、轴箱、一系悬挂、二系悬挂、单牵引拉杆等组成,动车转向架基础制动为轮装式,安装牵引电机和齿轮箱,牵引电机采用架悬方式;拖车转向架基础制动采用轴装式。2.2.2空气弹簧驱动电机系统CRH2型动车组采用轻量化无摇枕转向架(图17),构架为H形焊接结构,采用空气弹簧直接支撑、空心车轴和铝合金齿轮箱结构。一系为转臂定位;二系安装空气弹簧,单拉杆牵引;驱动电机采用架悬方式;基础制动装置为轮盘制动和轴盘制动组合方式。2.2.3风通式变刚度调度车间图2CRH3C型动车组装用CW300(D)型转向架(图18),车体与转向架间有铝合金联系枕梁;构架为H形焊接结构;一系为转臂定位,车轴采用空心结构;二系安装空气弹簧,采用上置式抗侧滚扭杆装置及双抗蛇行减振器,Z形拉杆牵引;动车采用轮盘制动,拖车采用轴盘制动。动车转向架安装了驱动系统,电机悬挂为弹性结构。2.2.4系和传动装置CRH5A型动车组装用CW250(D)型转向架(图19)。转向架一系采用拉杆式定位;二系由联系枕梁、空气弹簧、抗侧滚扭杆装置、二系横向减振器、二系垂向减振器、抗蛇行减振器和Z形牵引装置等组成;传动装置由齿轮箱、万向轴、安全装置和体悬式电机组成;基础制动采用轴盘制动。动车转向架与拖车转向架的主要区别是动车转向架有1根动车轴,动车轴上装有2个制动轴盘和1组齿轮箱。2.3高速驾驶的新一代新一代高速动车组转向架是在引进技术的基础上,通过消化吸收再创新的产品。转向架的速度等级为350km/h。2.3.1crh2型转向架CRH380A/AL型高速动车组转向架(图20)在CRH2型转向架的基础上,优化了转向架悬挂参数,增加了抗侧滚扭杆装置,采用了双抗蛇行减振器。2.3.2型转向架CRH380B/BL/CL型高速动车组采用CW400(D)型转向架(图21)。该转向架在CW300(D)型转向架的基础上,优化了转向架悬挂参数,增加了二系垂向减振器,增大了转向架构架等结构强度,并修改了齿轮传动比。2.3.3钢板焊接联系睡眠梁CRH380D型高速动车组转向架(图22)安装了钢板焊接联系枕梁;构架为H形焊接结构;一系为转臂定位;二系安装空气弹簧,采用上置式抗侧滚扭杆装置及双抗蛇行减振器,单牵引拉杆。3定距、定距、车辆定距地铁车辆分为A、B、C型,主要差异是车体长度、车体宽度、车辆定距以及轴重、限界等。C型地铁车辆轴重轻、载客量少,不符合我国人口数量众多的特点,所以A、B型地铁在我国发展迅速。3.1a类地铁车辆转向3.1.1无摇力学转向架CW4000(D)型转向架(图23)最早应用于深圳地铁,速度等级为80km/h,轴重17t。转向架采用无摇枕结构;构架侧梁、横梁均为钢板焊接的箱形结构;一系悬挂定位采用圆锥叠层橡胶弹簧;二系由单拉杆牵引装置、空气弹簧以及抗侧滚扭杆装置等组成;基础制动装置采用单侧闸瓦制动;牵引电机为架悬结构。主要应用于深圳地铁、沙特地铁以及北京地铁14号线。3.1.2无摇力学转向架CW6000(D)型转向架(图24)最早应用于香港地铁,速度等级为80~140km/h,轴重17.5t。转向架采用无摇枕结构;构架侧梁为钢板焊接结构,横梁采用无缝钢管,侧梁、横梁的连接采用锻件连接座;一系悬挂定位为圆钢弹簧组、转臂式定位;二系由牵引装置、大柔度空气弹簧、抗侧滚扭杆装置等组成;基础制动装置采用轮盘制动方式;牵引电机为架悬结构。主要应用于香港地铁南港岛线、西港岛线。3.2b类地铁车辆配置3.2.1基础制动装置北京是我国最早使用地铁交通的城市,北京地铁1号线转向架(图25)采用无摇动台结构,心盘承载;构架为整体铸造结构;一系悬挂为水平设置的钢弹簧,转臂定位方式;二系由摇枕、牵引拉杆、空气弹簧组成;基础制动装置采用杠杆式单侧闸瓦制动;牵引电机为架悬结构。主要应用于北京地铁、天津地铁、朝鲜平壤地铁。3.2.2基础悬架系统第2代B型地铁车辆转向架(图26)也是从北京地铁发展起来的,速度等级为80~100km/h,轴重14t。转向架采用无摇枕结构;构架侧梁为钢板焊接结构,横梁采用无缝钢管;一系悬挂定位为橡胶弹簧;二系由牵引装置、空气弹簧组成;基础制动装置采用单侧闸瓦方式;牵引电机为架悬结构。主要应用于北京地铁2号线、5号线、9号线、10号线及伊朗地铁等。3.2.3第3代b型地铁车辆转向架随着各城市区域的延伸,地铁的线路越来越长,车站间距也由过去的1~2km扩展为3~4km,甚至更长。根据这些特点,设计研发了第3代B型地铁车辆转向架(图27),速度等级为100km/h,轴重14t。该转向架采用无摇枕结构;构架侧梁为钢板焊接结构,横梁采用无缝钢管,侧梁、横梁连接采用锻件连接座;一系悬挂定位为圆钢弹簧组、转臂式定位;二系由牵引装置、大柔度空气弹簧、抗侧滚扭杆装置等组成;基础制动装置采用轮盘制动方式;牵引电机为架悬结构。主要应用于北京地铁6号线、15号线以及房山线等。4特殊车辆转向4.1车辆结构组成低地板客车一般分为70%低地板轻轨车辆和100%低地板轻轨车辆,转向架分为动力转向架和非动力转向架,非动力转向架一般采用独立轮结构。转向架构架采用焊接结构;一系悬挂为圆锥叠层橡胶弹簧;采用弹性车轮;基础制动为液压盘形制动,动车转向架还装有磁轨制动。动力转向架采用有摇枕结构,心盘承载,驱动装置采用二级减速齿轮箱,安装轮缘润滑装置;非动力转向架设有弯轴纵向拉杆,二系悬挂由钢弹簧和叠层橡胶垫组合而成,车轮设有防滑器。图28、图29分别为70%、100%低地板轻轨车辆用转向架。目前,我国长春市已经开通70%低地板轻轨车辆;沈阳市正在建设70%和100%低地板轻轨。4.2系悬挂装置单轨客车转向架为跨座式结构,走行轮、导向轮、稳定轮采用充氮气橡胶轮胎;二系悬挂采用空气弹簧;中心销固定在车体枕梁上;齿轮箱采用两级减速传动;制动盘安装在齿轮箱一级减速轴上,卡钳和制动缸安装在齿轮箱上;安装有集电装置、接地装置、内压检测装置及隔声板装置等。4.3车辆的使用和原理直线电机转向架采用直线电机代替旋转电机,电机的电磁力直接作用于线路而产生牵引力,不受黏着条件的限制,车轮只起支撑和导向作用,属非黏着驱动,因此车辆的爬坡、加减速和曲线通过能力强,不存在打滑和空转现象,可有效减少轮轨磨耗和噪声,有利于环境保护,节约运行维护费用。线路最大坡度可达到80‰,线路选择的自由度大大提高。我国广州地铁4号线在2005年10月开始正式使用直线电机驱动的地铁车辆,北京机场线也采用了直线电机车辆。图30为几种形式的直线电机转向架。4.4飞机布局1999年铁道部科技