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CRH1/CRH2/CRH3/CRH5型动车组转向架

2017-06-19  勒杜马
 
 
 
 
【南车戚所研制CRH3动车组齿轮箱通过评审】

      3月14日,由南车戚所自主开发的CRH3型动车组齿轮箱通过铁路总公司技术方案和产品试用评审。该产品是戚墅堰所自主完成开发的高速动车组齿轮箱,与目前CRH3C/CRH380B(L)动车组进口齿轮箱对等替代。据悉该产品尚需通过30万公里运营考核。【换CRH3转向架图】

http://www.jinbifun.com/forum.php?mod=viewthread&tid=2125309&extra=pageD1%3D&page=11

摘要:一种高速动车组的动车转向架,包括轮对、轴箱、螺旋弹簧组、构架、空气弹簧、抗侧滚扭杆、抗蛇行减振器、中央牵引、轮盘基础制动、摇枕,两个横梁钢管之间的纵向梁组成采用一体化设计,纵向梁的两端是电机悬挂安装座,中间是横向减振器座,横侧梁连接座采用锻件,变截面设计,一端与横梁钢管对接组焊,另一端与侧梁上盖板和下盖板组焊成箱形结构;螺旋弹簧组下方安装有低刚度橡胶弹簧,轴箱通过轴箱橡胶节点与构架连接,本实用新型各模块的合理布置与集成,使该动车转向架具有足够的疲劳强度、足够的承载能力;转向架在平直线路和曲线上具有良好的垂向舒适性和横向舒适性,高速运行时具有良好的稳定性,同时降低轨道作用力。

 

关键字:转向架,动车组,


1.1转向架构成及相关技术

转向架是动车组车辆最重要的组成部件之一,其结构是否合理直接影响车辆的运行品质、动力性能和行车安全。转向架居于偶承载、导向、缓冲、牵引和制动等功能。在设计制造高速转向架时,必须解决其高速转向架的研制设计从最初多式多样逐渐趋于类同,其主要特点是:无摇枕、二系空气弹簧悬挂、转臂式轴箱定位装置、具有回转阻尼、抗侧滚装置等。

下面简要介绍高速转向架的组成和相关技术。

1、  构架

构架是转向架的骨架,是各种转向架零部件的承载体,承受和传递车体与轮对之间的各种方向的力和扭矩等。如构架上有空气弹簧安装座、制动装置安装座、一二系减震器安装座、轴箱拉杆座等。告诉转向架构架目前主要采用H形焊接构架形式,衡量采用无缝钢管,侧梁采用U形结构,拖车取消端梁等,以减轻自重。有的构架上还设置有空气弹簧的附加空气室。

2、  轮对

轮对直接向轨道传递列车的静、动作用力,通过轮对的回转运动实现列车向前运动。高速列车轮对通常采用空心轴型式以减轻簧下重量,从而降低轮轨作用力。另外还采用小直径车轮,进一步减小簧下重量,如 型动车组车轮直径仅有860mm。

3、  一系悬挂装置

一系悬挂装置设在构架与轮对之间,直接缓解和衰减轨道给予轮对的振动冲击,主要结构是弹簧加减振器结构。

4、  轴箱定位装置

轴箱定位装置是连接构架和轮对的活动“关节”,传动轮对和构架之间的纵向力(牵引力、制动力等),传递轮对构架间横向力,限制构架和轮对之间相对过大的横向位移。有多种结构型式:如双拉杆式、单(双)拉板式、转臂式、橡胶堆弹簧等。现今高速转向架轴箱定位装置也渐渐趋于一致,主要采用单侧转臂式轴箱定位装置。对走向结构采用轻型高强度材料以进一步减轻簧下重量。

5、  二系悬挂装置

二系悬挂装置设在构架与车体之间,以提供较好的乘坐舒适度。早期二系悬挂多采用高圆弹簧和摇枕结构,随着空气弹簧的出现及其在三个方向的良好性能,减减取代了圆形弹簧和摇枕结构。通常在空气弹簧悬挂下设置有橡胶弹簧以保证一旦空气弹簧失效时列车仍然能以较高平稳性运行。

6、  牵引装置

牵引装置是用来传递车体与转向架之间纵向力保证车体与转向架之间的回转运动。目前发展起来的高速动车组牵引装置主要有:单牵引杆形式和Z 字形拉杆形式。

7、  抗侧滚装置

抗侧滚装置设置在转向架与车体之间,主要抑制曲线通过时车体向曲线外侧过大的倾摆,提高旅客乘坐舒适度。

8、  回转阻尼装置

回转阻尼装置主要设置在车体与转向架之间,用来抑制高速转向架的蛇形运动,主要采用抗蛇形减震器结构。

9、  基础制动装置

基础制动装置是将列车的动能消耗掉以阻止列车继续前进的装置。目前已经从最早的闸瓦踏面制动形式发展成轮盘制动和轴盘制动。  

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动车转向架


2 动车组转向架分类

关于转向架的分类,有很多种形式。由于车辆用途、运行条件、制造维修方法等具体因素不同,以及对转向架的性能、结构、参数和采用的材料工艺等要求的差别,出现了多种型式的转向架。有按轴数分类,有按轴箱定位方式分类,有按有无摇枕分类。各种转向架的主要区别在于:弹簧悬挂装置的结构与参数,垂向载荷的传递方式,轴箱定位方式,制动装置的类型与安装,构架的结构型式以及作用原理等方面。因此,转向架可按其作用原理及构架形式分类。但目前大多数高速动车组转向架的主要区别在轴箱定位上。轴箱定位装置的纵向刚度对高速列车的临界速度影响非常大,如过小容易出现蛇形失稳,过大曲线通过性较差。

 机车车辆走行部的零部件和装置组装而成的独立部件,起支承车体、转向和制动的作用,并保证机车车辆在轨道上安全平稳地运行。此外,机车转向架还起驱动作用。组成转向架的零部件有轮对、轴箱装置、弹簧悬挂装置(见机车车辆弹簧悬挂装置)、基础制动装置、构架或侧架、摇枕等;在机车和动车的转向架上还有驱动装置。
  1831年美国铁路首先在客车上采用二轴转向架,随后,在货车上,在蒸汽机车的导轮、从轮上和在煤水车上也陆续采用。转向架的出现和改善,为机车车辆增大荷载能力,提高运行速度和改善运行品质创造了条件。除二轴车和蒸汽机车的动轴外,各种机车车辆包括柴油机车、电力机车、燃气轮机车以及动车组的动车和附挂车都在底架的前后两端各装一台转向架。
  转向架有多种类型,按轴数可分为二轴转向架、三轴转向架和多轴转向架;按弹簧悬挂方式可分为一系弹簧悬挂转向架和两系弹簧悬挂转向架。转向架按用途可分为下列三类。
  3.1机车和动车转向架  

机车和动车转向架分驱动转向架和从动转向架两种。
  驱动转向架  安装有驱动装置的转向架,用于电力机车、柴油机车、燃气轮机车和动车。转向架有二轴式、三轴式和四轴式,装有两系弹簧悬挂装置(图1)。
二轴转向架多用于客运机车和动车,三轴转向架和四轴转向架多用于货运机车或调车机车。
  驱动转向架按驱动方式可分为两种。
  关于动车组转向架 - 向天笑 - 向天笑的博客① 液力驱动转向架:仅用于液力传动的柴油机车和燃气轮机车。转向架上的车轴齿轮箱将变扭器、万向轴和中间齿轮箱传递来的机车发动机功率变成扭矩,使轮对转动。
  ② 电力驱动转向架:广泛用于各种电力传动机车和动车,由装在转向架上的牵引电动机通过传动齿轮箱产生扭矩使轮对转动。转动的轮对通过轮轨间的粘着作用产生机车牵引力。机车牵引力经过轴箱导向装置传给转向架构架,再经牵引装置传给车体,而后再经车钩缓冲装置实现列车牵引。制动时由制动装置产生的制动力也是这样。牵引装置有承载式的心盘或中心支承非承载的中心销和各种拉杆式牵引装置等多种形式。为了提高粘着重量利用率,现代机车转向架多采取各种措施降低牵引点高度,以减小轴重转移。轴箱导向装置安装在转向架簧上和簧下部件之间,有导框、导柱和轴箱拉杆等多种形式,其结构参数对机车走行质量、能源消耗和零部件寿命有直接影响。
  根据牵引电动机悬挂方式,电力驱动转向架有轴悬式和架悬式两种。轴悬式转向架又称半悬挂式转向架或抱轴式转向架,其牵引电动机一端通过抱轴承支承在轮轴上,另一端弹性地悬挂在转向架构架上,这种半悬挂方式结构简单,检修方便,但簧下重量大,加剧了机车对线路的动荷作用,轨道不平顺引起的振动和冲击也会刚性地传给齿轮和牵引电动机,容易使之损坏。因此,半悬挂方式多用在构造速度低于120公里/小时的机车上。为改进这一缺点,在一些机车上采用了弹性齿轮或弹性驱动机构。采用弹性齿轮时,齿轮心和齿冠之间加装弹性元件;采用弹性驱动机构时,电动机的抱轴端支承在空心轴上,并通过弹性元件与轮对连接。架悬式驱动转向架又称全悬挂式转向架,其牵引电动机的全部重量都支承在转向架构架或车体的底架上。这种结构能保证驱动性能,又能使牵引电动机和轮对之间实现弹性连接,从而显著改善机车的走行性能。架悬式驱动转向架自50年代以来得到广泛采用。这种转向架又有电机空心轴和轮对空心轴等多种类型。
  从动转向架  不具备驱动功能的转向架。包括蒸汽机车的导轮转向架或从轮转向架、煤水车转向架,以及动车组的附挂车转向架,其结构基本上与车辆转向架相似。
3.2客车转向架  

客车转向架通常为二轴转向架,有两系弹簧悬挂装置,具备较完善的减振性能。常用的客车转向架有均衡梁式转向架和无导框转向架。
  均衡梁式转向架  采用心盘承载,中央悬挂装置用叠板弹簧分置摇枕两端,并坐落在摇动台托板上,托板通过吊杆支悬于转向架构架上。构架再经螺旋形轴箱弹簧支承在均衡梁上,由均衡梁将全部荷载均匀地分配于前后轮对。这种均衡梁式转向架的簧下重量大,均衡梁本身易损坏,它的走行质量不能适应提高旅客列车运行速度的要求,因此已在逐渐被淘汰。
  无导框转向架  结构中无均衡梁,以减轻簧下重量,轴箱弹簧坐落在与轴箱铸成一体的两侧翼板上,中央悬挂系统的叠板弹簧为螺旋弹簧和液压减振器所代替。这种转向架走行性能良好,结构简单,检修方便,能适应120公里/小时的速度运行,是中国铁路的主型客车转向架(图2)。

关于动车组转向架 - 向天笑 - 向天笑的博客客车转向架的改进  随着车辆运行速度的提高,转向架的蛇行运动导致客车的剧烈横向振动,影响车辆的运行平稳性和安全性。为此,在转向架一系弹簧悬挂装置中采用轴箱定位装置,或在转向架和车体间增加回转阻尼,如采用旁承支重结构或安装纵向减振器等,以控制转向架的蛇行运动。减小车轮的踏面锥度有助于控制蛇行,但大大增加轮缘磨耗,这种办法仅在一些国家的高速客车上采用。
  为改善客车的垂直振动性能,客车转向架弹簧悬挂装置的垂直刚度通常远小于机车和货车的,而中央悬挂装置的刚度又小于轴箱悬挂装置。为避免由此造成车体侧滚幅度过大,于是将转向架中央弹簧的横向间距尽量加大,或采用抗侧滚的扭杆弹簧。为了简化结构,有些客车转向架取消了摇动台,直接利用中央弹簧的横向弹性起减振作用。有些客车转向架采用橡胶空气弹簧作为中央弹簧,并加装高度调节阀,以保持地板面距轨面的高度基本不变。
  装有普通转向架的客车通过小半径曲线线路时,行车速度的提高受到限制,为此出现了一种可倾车体的客车结构,即在转向架和车体之间安装一个辅助装置,使车体在通过曲线线路时向内侧产生附加倾斜,以抵消部分向心加速度,从而改善行车舒适性。这种结构尚在研究改进。
  3.3货车转向架  

对货车的运行速度和走行质量的要求低于客车,因而货车转向架结构简单,零部件少,一般只有一系弹簧悬挂。货车转向架有下列几种。
  三大件式二轴转向架  最常见的货车转向架。它已有百余年历史。它用一个摇枕和两个侧架组成骨架把车体重量传给轮对。在摇枕和侧架之间设有弹簧悬挂装置。早期的摇枕为钢板焊接结构,侧架由拱板组成。这种转向架称为拱板式转向架,现已逐渐淘汰。后来摇枕和侧架铸造工艺有了改进,从而提高了使用寿命和承载能力。在弹簧悬挂装置中增设摩擦减振装置,又使货车的动力性能大为改善。三大件式转向架结构简单,检修方便,运用可靠,造价较低,多数国家的铁路货车至今仍在使用。中国铁路的货车转向架也属此类(图3)。

关于动车组转向架 - 向天笑 - 向天笑的博客近年来,各国仍在改进三大件式转向架,主要内容有:采用较柔软的弹簧和设置两级刚度,既增大重车、也增大空车的静挠度,以改善走行质量;改进摩擦减振器的结构和选用耐磨材料,以改善减振性能,降低维修费用;采用弹性旁承或中间旁承,以抑制蛇行运动和侧滚振动;采用滚动轴承和金属橡胶弹性承载鞍以改善轮对的走行性能;改进基础制度等。
  构架式二轴转向架  这种转向架构架由一根中央梁和两根侧梁焊接或铸造成一体,以支承车体,弹簧悬挂系统包括摩擦减振器置于侧梁和轴箱之间。和三大件式转向架相比较,构架式转向架整体结构较牢固,簧下重量较轻,动力性能较好,对线路有害作用较小,但结构较为复杂,造价较高。构架式转向架在欧洲各国制造的四轴货车中应用较为普遍。
  径向转向架  又称自导向式转向架。60年代以来,南非、英、美、加拿大等国先后在三大件式转向架的基础上改进而成的一种货车转向架。主要特点是:加大轴箱导框并在轴箱和侧架接触面间设置橡胶垫板,以容许轴箱和侧架的相对移动;在转向架前后轮对之间设置交叉连杆或导向臂等构件,使轮对通过曲线线路时处于径向位置。另一种方式是在车体和轮对间用一系列杆件相联结,使轮对保持径向位置。径向转向架在小半径曲线线路上运行时,能显著地减轻轮缘和钢轨侧面的磨耗,降低运行阻力,从而节约维修费用和牵引动力。但这种转向架因重量增大而使成本增高。
   多轴转向架  拥有4个或4个以上轮对的转向架,用于大型货车或长大货物车。例如,苏联铁路自20世纪60年代开始研制的八轴敞车和罐车,采用由两台二轴转向架组成的四轴转向架。在装运长、大、重型货物的特种货车上,也常采用多轴转向架或由若干转向架组成的转向架群。

 

参考文献:

1 唐阳 刘转华,《动车组技术》 西南交通大学出版社 【2010-6-1】

2王伯铭 《高速动车组总体及转向架》  西南交通大学出版社【2008-06-01】

3 董锡明 《现代高速列车技术》 北京:中国铁道出版社【2007】

4 铁立新 《世界高速铁路技术》 北京: 中国铁道出版社 【2003】

 
 
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