《轨道交通车辆系统》课件-9.2高铁转向架技术

动车组转向架部件认知及工作原理目录转向架概论01部件认知及工作原理02转向架三级修介绍03Contents课程回顾04一、转向架概论1.转向架的定义和功能2.转向架的分类3.我国转向架的发展历程4.高速转向架的技术特点一、转向架的定义和功能什么是转向架？一、转向架的定义和功能转向架是一种独立的能相对车体回转的走行装置一、转向架的定义和功能转向架的六大功能载重驱动减震通曲支撑制动车辆上采用转向架是为增加车辆的载重、长度与容积、提高列车运行速度，以满足铁路运输发展的需要1.载重2.驱动3.支撑保证在正常运行条件下，车体都能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沿线路运行的平动承受并传递从车体至车轮之间或从轮轨至车体之间的各种载荷及作用力，并使轴重均匀分配。一、转向架的定义和功能转向架的六大功能载重驱动减震通曲支撑制动保证车辆安全运行，能灵活地沿直线线路运行及顺利地通过曲线4.通曲5.减震6.制动转向架的结构要便于弹簧减振装置的安装，使之具有良好的减振特性，以缓和车辆和线路之间的相互作用，减小振动和冲击，减小动应力，提高车辆运行平稳性和安全性充分利用轮轨之间的粘着，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二、转向架的分类摆式转向架非摆式转向架作用原理有无摇枕有摇枕转向架无摇枕转向架轴数与类型两轴三轴轴重:B、C、D、E多轴轴数与类型固定定位干摩擦导柱式导框式定位拉杆式定位转臂式定位层叠式橡胶弹簧定位弹性悬挂装置的形式中央悬挂的横向跨距载荷的传递方式一系弹簧悬挂二系弹簧悬挂内侧悬挂中心悬挂外侧悬挂心盘集中承载心盘局部承载非心盘承载转向架的分类方法思考CR400AF型动车组转向架按照分类，应该为何种转向架？二、转向架的分类摆式转向架作用原理有无摇枕有摇枕转向架轴数与类型三轴轴重:B、C、D、E多轴轴数与类型固定定位干摩擦导柱式导框式定位拉杆式定位层叠式橡胶弹簧定位弹性悬挂装置的形式中央悬挂的横向跨距载荷的传递方式一系弹簧悬挂内侧悬挂外侧悬挂心盘集中承载心盘局部承载思考CR400AF型动车组转向架按照分类，应该为何种转向架？非摆式转向架无摇枕转向架两轴转臂式定位二系弹簧悬挂中心悬挂非心盘承载转向架的分类方法三、我国转向架的发展历程20世纪50年代20世纪70年代各工厂相继推出了自己的高速转向架，例如浦镇厂的PW-200转向架，长客厂的CW-200转向架，四方厂的SW-200、SW-220K转向架等。长客厂生产了我国第一台CW-200型无摇枕转向架。其构架采用4块钢板拼焊，横梁采用无缝钢管，与侧梁连通作为附加空气室，中央悬挂采用无摇枕的空气弹簧悬挂，采用抗蛇行油压减振器，单拉杆牵引，设两个横向油压减振器和抗侧滚装置，其轴箱为转臂式无磨耗定位，并使用油压减振器，基础制动为每轴3个盘的轴盘式盘型制动装置。此后，长客厂又开发了CW-200KD、CW-300等型号的无摇枕转向架。1998年起四方厂研制了U型结构的206型转向架，浦镇厂研制了H型构架的209转向架。206型转向架采用侧部中梁下凹的U型构架，干摩擦导柱式轴箱定位装置，带横向拉杆的小摇动台式摇枕弹簧悬挂装置，双片吊环式单节长摇枕吊杆外侧悬挂以及吊挂式闸瓦基础制动装置等，结构可靠，运行平稳，磨损少，检修方便，1993年开始在中央悬挂部分加装横向油压减振器，加装两端具有弹性节点的纵向牵引拉杆，形成206G型转向架，后加装盘型制动装置，形成206P型转向架。我国首次自行设计了转向架，主要型号有101、102、103型，是21型客车使用的导框式转向架，构造速度是100km/h，其结构复杂，笨重，运行性能差，现已淘汰。四、高速转向架的技术特点无摇枕转向架0102高速稳定性和曲线通过性能03轻量化结构04全部轮对装备有机械制动盘05轴端安装速度传感器06全部车轮安装踏面清扫装置、电子防滑装置、实现了降低性质噪声和提高轮对粘着力二、部件认知及性能（CRH3）1.CRH3转向架介绍2.CRH3转向架结构特征3.CRH3转向架主要部件组成及性能一、CRH3转向架介绍CRH3型高速动车组转向架分动力转向架（简称M）和非动力转向架（简称T）两种类型。两种转向架不可互换，但其结构型式基本一致。转向架构架为H型箱型焊接结构，由两根中间为凹型的侧梁组成一系悬挂为螺旋钢弹簧加垂向减振器，转臂式定位方式二系悬挂采用带有应急橡胶堆的空气弹簧直接支撑车体，在车体和转向架之间装有双抗蛇行减振器、横向减振器、抗侧滚装置及Z型双拉杆牵引装置。动力转向架采用轮盘制动方式；非动力转向架采用轴盘制动方式。转向架轴箱采用自密封式圆锥滚动轴承。CRH3型高速动车组采取“四动四拖”的编组形式，由8节车辆组成。动车组以成熟的高速转向架结构型式为基础，针对CRH3项目宽车体的要求，对转向架各部件重量、重心及悬挂参数进行了调整，使其运行品质更加优良。一、CRH3转向架介绍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2根动力轴，动力轴上装有两个制动轮盘和一组齿轮箱；②非动力转向架有2根非动力轴，非动力轴上装有三个制动轴盘；③动力转向架比非动力转向架多一个电机吊架。由于构架、枕梁、扭杆、轴端安装和附属设备的不同，全列车的16个转向架共分10种。两种枕梁：端部转向架枕梁、中间转向架枕梁；三种构架：端部动车构架、中间动车构架、拖车构架；四种扭杆：端部转向架1种（长度），中间转向架3种（杆身直径）；五种轴箱盖、10种轴端安装和6种转向架轴端配置。一、CRH3转向架介绍CRH3型动车组转向架主要技术参数轨距/mm1435最高运行速度/（km/h）300最高试验速度/（km/h）330固定轴距/mm2500车轮直径新/旧/mm920/830920/860转向架重量，包括枕梁及其零部件/kg100007500一系悬挂螺旋钢弹簧+垂直减振器+转臂定位二系悬挂空气弹簧+扭杆+横向减振器+双抗蛇行减振器二系纵向力传递方式Z型双拉杆牵引装置转向架距轨面高度/mm1010持续轴功率（kW）约560/二、CRH3转向架结构特征——动力转向架序号名称数量1动力轮对22一系悬挂装置43轴箱定位装置44横向终点止动装置25二系悬挂装置16横向悬挂装置27抗蛇行减振器48空气弹簧连杆19抗侧滚扭杆装置110焊接构架组成111轮盘制动装置412牵引拉杆装置113牵引电机装置214牵引电动机通风装置215天线装置116感应接收器装置117轮缘润滑装置218撒砂装置和排障装置2二、CRH3转向架结构特征——非动力转向架序号名称数量1非动力轮对22一系悬挂装置43轴箱定位装置44横向终点止动装置25二系悬挂装置16横向悬挂装置27抗蛇行减振器48空气弹簧连杆19抗侧滚扭杆装置110焊接构架组成I11非动力转向架轴盘制动组成612牵引拉杆组成1三、CRH3转向架主要部件组成及性能三、转向架主要部件组成及性能——构架组成动力转向架构架由两个侧梁、两个横梁和两个纵梁组焊为“H”形箱形结构。侧梁由钢板焊接而成下凹的“U”形结构，钢板材质为S355J2G3C。侧梁上焊有转臂定位座、一系垂向减振器座、一系弹簧定位座、二系空气弹簧定位座、抗侧滚扭杆座、抗蛇行减振器座、转向架起吊吊座、制动横梁座等；横梁为无缝钢管，材质为S355J2H,横梁上焊有牵引拉杆座、齿轮箱吊座、牵引电机吊座等。三、转向架主要部件组成及性能——构架组成CRH3型转向架共有两种构架组成形式，即动力转向架构架组成和非动力转向架构架组成。为了实现模块化设计，两种构架组成的主体结构尽可能通用。与非动力转向架构架相比，动力转向架构架增加了齿轮箱吊座、牵引电机吊座等驱动和轮盘制动吊座。非动力转向架构架则有轴盘制动吊座。三、转向架主要部件组成及性能——轮对组成轮对组成包括动力轮对组成和非动力轮对组成。动力轮对组成安装在动力转向架上，包含两个动力轮对轴箱装置；非动力轮对组成安装在非动力转向架上，包括两个非动力轮对轴箱装置。动力轮对和非动力轮对的主要区别是：动力和非动力转向架的车轴主要在齿轮座和制动盘座处不同。动力转向架车轴有用于安装齿轮的座而没有安装制动盘的座，车轴上安装有一个齿轮箱组成和两个轮装制动盘，非动力转向架车轴有用于安装制动盘的座而无安装齿轮的座，车轴上安装有三个轴装制动盘，因此两个轴的设计是不同的。车轴的设计依据是UIC510—2，动力轮对和非动力轮对组成。三、转向架主要部件组成及性能——轮对组成动力、非动力轮对组成均由轮对（包括车轮和车轴）、轴箱体、定位转臂、夹紧箍及弹性定位套、油压减振器、轴承、轴箱弹簧、缓冲橡胶垫、上夹板、下夹板等零部件组成。车轴为空心车轴，中空直径为30mm,车轴按疲劳寿命20年设计，材质为A4T；车轮材料的选用依据300km/h的运行速度和350km/h的测试速度而定，即采用R8T（依据UIC—819标准）。三、转向架主要部件组成及性能——轴箱组成轴箱上设有弹簧安装座和垂向减振器座，轴箱由GGG铸铁制成，并使用圆锥滚子轴承，可不拆卸轴承更换轮对。车轴轴箱为分体设计，其下部可分离以便更换轮对，轴箱上安装有轴温传感器，部分轴端安装有速度传感器。组装时为了保护轴承，轴箱要与转向架构架电气绝缘，要遵照DINVDE0123的规定。三、转向架主要部件组成及性能——轴箱组成三、转向架主要部件组成及性能——一系悬挂轴箱定位装置一系悬挂：震动从车轮到构架发生第一次减震的系列部件组成：①轴箱钢弹簧②垂向减振器③垂向止挡④叠层弹簧轴箱钢弹簧垂向减振器垂向止挡叠层弹簧组成三、转向架主要部件组成及性能——一系悬挂轴箱定位装置轴箱弹簧为双卷螺旋钢弹簧，置于轴箱顶部，弹簧组上半部伸到构架侧梁的弹簧座里面，在弹簧下部与轴箱顶部弹簧座之间设有一块橡胶垫，用以吸收来自钢轨的冲击和高频振动。螺旋压缩弹簧装置，通过向弹簧装置支撑表面施加压力压缩在转向架中，这样可以减少列车行驶时产生的振动、冲击和其他运动。这种螺旋压缩弹簧装置和橡胶垫的安装方式可以保障悬挂性能最佳。三、转向架主要部件组成及性能——一系悬挂轴箱定位装置螺旋压缩弹簧装置通过上侧（转向架构架侧）的弹簧支架进行导向，橡胶垫同两个并联的钢制螺旋压缩弹簧一同工作。橡胶垫的主要用途是吸收来自钢轨的高频冲击振动、减少噪声。一系悬挂装有限制垂向运动的固定止挡，该止挡由导柱、轮对轴承和橡胶垫构成。为获得更好的调节弹簧间距，装配了不同厚度的隔离垫圈。为减小来自钢轨的振动，在轴箱和构架间还加装了一系垂向减振器（见图5-10）,它主要用来消耗振动能量。同时，一系垂向减振器还起一系抗提升的作用。三、转向架主要部件组成及性能——二系中央悬挂装置二系悬挂：震动从构架到车体发生第二次减震的系列部件二系中央悬挂装置主要由枕梁、空气弹簧系统、横向缓冲止挡、牵引套、牵引中心销、抗侧滚扭杆装置、牵引拉杆、横向油压减振器、高度控制阀、安全阀及供风管路等组成。三、转向架主要部件组成及性能——二系中央悬挂装置空气弹簧的性能是影响车辆运行品质的重要因素之一。空气弹簧能使车辆获得良好的垂向和横向性能。空气弹簧由胶囊与橡胶堆组成，胶囊与橡胶堆串联工作，通过对两个部件的优化，可以获得较高的乘坐舒适性。在正常工况下，橡胶堆有助于胶囊适应转向架的转动，如果胶囊失效，橡胶堆将独立工作，此时上盖下表面与橡胶堆顶部的磨耗板接触，磨耗板采用特殊制造工艺以确保获得较低的磨擦系数(0.08〜0.12)。该系统刚度小，可以使车辆获得较高的乘坐舒适性，悬挂系统仍然能够安全地进行工作，不会影响到车辆的运行安全性。三、转向架主要部件组成及性能——二系中央悬挂装置高度阀的主要作用及要求是维持车体在不同静载荷作用下均与轨面保持一定的高度；在直线上运行时，车辆在正常振动情况下不发生进、排气作用；在车辆通过曲线时，如果车体倾斜程度超过规定的数值后，转向架上的高度控制阀分别产生进、排气的不同作用，从而减少车辆的倾斜。高度阀组成主要包括高度阀座、高度阀、水平杆、螺纹杆、调节环和下座等部件。三、转向架主要部件组成及性能——二系中央悬挂装置抗蛇行减震器是为抑制高速车辆的蛇行运动，在车体与转向架之间设有抗蛇行运动回转阻尼装置。理论计算和运行实践均证明，这是非常有效的重要措施之一。每个转向架装4个抗蛇行减振器，抗蛇行减振器大端通过抗蛇行减振器支座（上）与枕梁相连，小端通过抗蛇行减振器支座（下）与构架相连。三、转向架主要部件组成及性能——二系中央悬挂装置二系横向减振器用于控制车体相对于转向架之间的横向运动。每个转向架有2个二系横向减振器，二系横向减振器通过支座（上）与枕梁相连，通过支座（下）与构架相连。三、转向架主要部件组成及性能——二系中央悬挂装置枕梁的功能是连接车体与转向架。枕梁由钢板焊接而成箱型结构，牵引力的传递依靠牵引中心销装置和枕梁与构架之间的牵引拉杆装置来完成，同时作为二系悬挂空气弹簧气动系统的附加空气室。空气弹簧与附加空气室之间设有可变阻尼的节流阀，节流阀阻尼的大小可随振动的大小而变化，从而能使衰减振动的效果更好。枕梁通过定位销与车体连接，通过空气弹簧、牵引装置与构架相连，抗侧滚扭杆、二系横向减振器、抗蛇行减振器等都通过相应的支座与枕梁和构架相连。三、转向架主要部件组成及性能——二系中央悬挂装置牵引拉杆是车体与转向架间采用双牵引拉杆的牵引装置，传递牵引力和制动力。牵引装置“Z”型连接，由一个均衡梁、两个带有弹性关节的牵引拉杆组成。转向架与车体枕梁通过中心销连接，铸钢制成的中心销通过螺栓与枕梁固定，硫化到铸铁套筒的橡胶与中心销底部相装配。三、转向架主要部件组成及性能——二系中央悬挂装置抗侧滚扭杆由扭杆、两个扭臂和两个连杆组成，连接在构架和枕梁间，主要作用是车辆通过曲线时减小车体的侧滚运动，每个转向架装有一套抗侧滚扭杆装置。扭杆安装在枕梁上的两个空心套内，轴承套是由枕梁（上轴套）和两个下轴套形成的。扭力杆的轴向间隙可以调节，是由垫圈和相应的定距垫圈限定的。轴承套利用轴承盖密封。扭杆与转向架之间是通过可调长度的连杆实现连接的。三、转向架主要部件组成及性能——二系中央悬挂装置转向架的两侧各有一根热装到扭杆上的扭臂，扭臂通过锥形接头和球形接头挠性连接到连杆上。连杆的另一端通过球形块连接到转向架构架上。通过这样的布置，车体的侧滚运动可转换为扭杆的扭转。因此，扭转刚度可抑制车体的滚转运动。动车组使用的扭杆长度和刚度需根据车体的长短进行适当调整。两端的头车因车体较短，采用较短的扭杆。三、转向架主要部件组成及性能——齿轮传动装置齿轮传动装置仅适用于动力转向架，由齿轮箱、联轴节、安全装置和牵引电机等组成。齿轮箱安装在动力轴上，通过联轴节与电机连接。CRH3型动车组的牵引电机通过具有横向弹性的电机吊架及圆销安装在构架的电机吊座上。CRH3型动车组使用的牵引电机，考虑到车轮最大直径差为3mm的情况，要求每台牵引电动机轮对上的最大功率为550kW（相当于562kW的电动机轴驱动）。三、转向架主要部件组成及性能——基础制动装置基础制动装置包括动力转向架的轮盘制动和非动力转向架的轴盘制动。动力转向架的每个轮上安装一套轮盘制动盘，制动盘直径为750mm。非动力转向架的每轴安装3个轴盘制动盘，制动盘直径为640mm。图5-21和图5-22分别示出了轮盘制动夹钳和轴盘制动夹钳。制动盘和车轮踏面不得涂抹防锈油，所有其他裸露金属表面都应涂抹防锈油。三、转向架主要部件组成及性能——安全检测装置＆接地装置转向架轴头均安装PT100温度传感器，每个轴头安装两个PT100温度传感器互为备份，传感器的温度信号分别传输给本车的两个信号采