CRH2動車組轉(zhuǎn)向架構(gòu)架畢業(yè)設(shè)計論文

1、目 錄第 1 章：緒論.11.1 課題研究背景及意義.1-41.2 國內(nèi)外高速轉(zhuǎn)向架的發(fā)展.4-61.3 研究思路及方法.6-7第 2 章：典型高速動車組轉(zhuǎn)向架設(shè)計.82.1 日本新干線高速動車組轉(zhuǎn)向架的設(shè)計 .9-112.2 法國高速動車組轉(zhuǎn)向架的設(shè)計 .11-142.3 德國高速動車組轉(zhuǎn)向架設(shè)計.14-17第 3 章：動車組轉(zhuǎn)向架的總體設(shè)計.183.1 動車組轉(zhuǎn)向架設(shè)計要求 .18-193.2 動車組轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)選型設(shè)計.19-223.3 構(gòu)架形式的選擇與基本結(jié)構(gòu)確定 .22-233.4 二系懸掛裝置的結(jié)構(gòu)確定與選型 .23-253.5 驅(qū)動裝置結(jié)構(gòu)確定與選型.253.6 基礎(chǔ)制動裝置結(jié)構(gòu)確

2、定與選型.25-26第 4 章：動車組動力轉(zhuǎn)向架構(gòu)架強(qiáng)度計算與分析.274.1 模型.274.2 計算載荷值及約束.27-284.3 構(gòu)架的靜強(qiáng)度分析.284.4 構(gòu)架的疲勞強(qiáng)度分析.28-304.5 本章小結(jié).30第 5 章：焊接轉(zhuǎn)向架構(gòu)架疲勞強(qiáng)度分析.315.1 CRH2 動車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架.31-345.2 應(yīng)力計算結(jié)果.34-465.3 應(yīng)力測試結(jié)果.36-375.4 疲勞強(qiáng)度評估.37-385.5 本站小結(jié).38第 6 章：轉(zhuǎn)向架載荷分析.396.1 構(gòu)架載荷系分解方式與載荷測試方法.39-406.2 載荷譜損傷一致性校準(zhǔn) .40-416.3 本章小結(jié).41結(jié)論.42致 謝.43參考文獻(xiàn)

3、.44CRH2 動車組轉(zhuǎn)向架構(gòu)架畢業(yè)設(shè)計論文1第一章第一章 緒論緒論1.11.1 課題研究背景及意義課題研究背景及意義1.1.1 課題研究背景 從 1998 年我國第一列商用動車組在南昌鐵路局運(yùn)營以來，目前已有幾十列動車組奔馳在全國萬里鐵道線上，成為鐵路運(yùn)輸一道亮麗的風(fēng)景。正如一位鐵路資深老專家所說，動車組的運(yùn)營，不僅為我國中短途客運(yùn)增加了一種新型的鐵路交通工具，更重要的 是它為鐵路運(yùn)輸帶來了新的活力。動車組雖然在我國真正投入商業(yè)運(yùn)營的時間并不長，但其良好的發(fā)展前景已被國內(nèi)外普遍看好。國外經(jīng)驗(yàn)表明，除了中長途運(yùn)輸外，在中短途運(yùn)輸、大城市近郊、大城市與衛(wèi)星城市之間，鐵路客運(yùn)的作用仍然不可忽視。隨

4、著我 國城市化進(jìn)程的持續(xù)發(fā)展和城市化水平的不斷提高，城市的數(shù)量不僅要增加，城市的規(guī)模也在不斷擴(kuò)大，未來城際間的客運(yùn)市場潛力巨大。在城市交通體系中，軌道交通以其 用地省、運(yùn)能大、速度快、節(jié)約能源、減少污染、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)、安全性好等優(yōu)點(diǎn)，越來越 受到人們的重視。 據(jù)專家預(yù)測，未來的城市軌道運(yùn)輸由“地鐵+輕軌+市郊動車組”的模式組成，構(gòu)成一個由內(nèi)向外、層層分流的立體交通網(wǎng)絡(luò)。即在市區(qū)采用地鐵運(yùn)輸，人口相對較少的地區(qū)采用輕軌，在城市周圍和市郊采用動車組。這種組合的優(yōu)點(diǎn)是：地鐵運(yùn)量大，可將密集地區(qū)的人流迅速分散出去；輕軌車運(yùn)行時間機(jī)動，可靈活應(yīng)對不確定的客流；市郊出行距離加大，更快速的動車組可大大縮短旅途時

5、間。高速鐵路是世界鐵路的一項(xiàng)重大技術(shù)成就，它集中反映了一個國家鐵路牽引動力、線路結(jié)構(gòu)、高速運(yùn)行控制、高速運(yùn)輸組織和經(jīng)營管理等方面的技術(shù)進(jìn)步，也體現(xiàn)一個國家科技和工業(yè)水平。高速列車在全世界各地的疾速奔馳，現(xiàn)代城軌車輛的飛速發(fā)展，無一不與轉(zhuǎn)向架技術(shù)的進(jìn)步發(fā)展息息相關(guān)。可以毫不夸張地說，轉(zhuǎn)向架技術(shù)是“靠輪軌接觸驅(qū)動運(yùn)行的現(xiàn)代機(jī)車車輛”得以生存發(fā)展的核心技術(shù)之一。動車組在研制伊始，就確定了“引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)、聯(lián)合設(shè)計生產(chǎn)、打造中國品牌”的總體思路。其核心是：堅持“以我為主”，利用并控制中國龐大的市場，掌握技術(shù)引進(jìn)、技術(shù)集成、組織研發(fā)的主導(dǎo)權(quán)，快速實(shí)現(xiàn)自我“造血”。其中最典型的例子就是中國南車股份公司成功引

6、進(jìn)消化吸收了國外時速 200 公里動車組先進(jìn)技術(shù)，迅速形成動車組的國產(chǎn)化批量生產(chǎn)能力。更重要的是，該公司迅速同步實(shí)現(xiàn)再創(chuàng)新，完全搭建起了國際先進(jìn)的高速動車組設(shè)計、制造技術(shù)平臺，于去年年底自主研制出CRH2 動車組轉(zhuǎn)向架構(gòu)架畢業(yè)設(shè)計論文2了中國首列時速 300 公里及以上動車組，在高速動車組領(lǐng)域形成了核心競爭優(yōu)勢。通過一次引進(jìn) 200 公里技術(shù)平臺而覆蓋更高速度等級產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)以較低成本獲得最大效益，這其中發(fā)揮決定性作用的正是“以我為主”。動車組模式成功的另一個關(guān)鍵因素是舉國家之力，集中國內(nèi)優(yōu)勢資源辦大事，形成了對外博弈的相對甚至絕對優(yōu)勢，形成一個聲音、一個渠道、一個拳頭，將動車組的總成、車體、轉(zhuǎn)

7、向架、牽引變流、牽引變壓、牽引電機(jī)、牽引控制、列車網(wǎng)絡(luò)和制動系統(tǒng)九大關(guān)鍵技術(shù)盡數(shù)“收入囊中”，并且構(gòu)建了產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合的持續(xù)研究開發(fā)格局。 現(xiàn)階段我國高速鐵路技術(shù)正處于飛速發(fā)展的階段，但是受我國鐵路技術(shù)起步晚、基礎(chǔ)研究薄弱、軌道交通學(xué)科發(fā)展落后這一基本現(xiàn)狀的制約，我國高速鐵路技術(shù)與德國、 法國、日本這些高鐵強(qiáng)國還有很大的差距。在經(jīng)濟(jì)全球化的背景下，引進(jìn)國外高速鐵路技術(shù)發(fā)展我國軌道交通系統(tǒng)并于此基礎(chǔ)上逐步實(shí)現(xiàn)“引進(jìn)、消化、吸收與再創(chuàng)新”就顯得尤為重要。高速動車組就是典型的高鐵技術(shù)代表之一，為實(shí)現(xiàn)高速鐵路的跨越式發(fā)展，解決我國運(yùn)輸瓶頸與科研的技術(shù)難題，2004 年我國開始從日本、德國、法國引進(jìn)了一批高

8、速動車組并與外方進(jìn)行聯(lián)合設(shè)計生產(chǎn)，現(xiàn)在我國正在不斷消化吸收高速動車組關(guān)鍵技術(shù)，并逐步形成我國自主的技術(shù)平臺。隨著列車開行速度的提高，對動車組轉(zhuǎn)向架安全性、舒適性與曲線通過能力也就提出了越來越高的要求。高速轉(zhuǎn)向架的研發(fā)設(shè)計也就成為高速鐵路技術(shù)里一項(xiàng)極其重要的子系統(tǒng)，考慮到高速轉(zhuǎn)向架技術(shù)以及相對應(yīng)的輪軌關(guān)系是消化吸收再創(chuàng)新的重點(diǎn)，本課題研究內(nèi)容就是電動車組動力轉(zhuǎn)向架的設(shè)計，希望通過本課題的研究加深對高速動車組技術(shù)的理解。本課題設(shè)計過程主要是通過研究各種典型高速轉(zhuǎn)向架的先進(jìn)技術(shù)，并深入高速動車組生產(chǎn)檢修工廠進(jìn)行實(shí)地調(diào)研與參觀，了解高速動車組轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)組成與裝配關(guān)系，收集轉(zhuǎn)向架相關(guān)設(shè)計資料，基于 s

9、olideworks 三維建模軟件初步完成對電動車組動力轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)外形設(shè)計。此外通過縱橫向?qū)Ρ雀鞣N典型高速轉(zhuǎn)向架技術(shù)，總結(jié)出不同的轉(zhuǎn)向架設(shè)計思想與設(shè)計理念。早在公元 1755 年的英國出現(xiàn)了最早的“火”車，只是當(dāng)時的火車的動力來源并非內(nèi)燃或者電力形式而是用馬匹來拉火車。公元 1803 年英國人查理-崔維斯克發(fā)明的在軌道上行駛的蒸汽機(jī)車，時速僅僅只有 4km/h 而已，但是動力來源已經(jīng)從畜力變?yōu)閮?nèi)燃產(chǎn)生的熱能驅(qū)動，而真正意義上的第一輛火車是由鐵路之父-史蒂芬森發(fā)明CRH2 動車組轉(zhuǎn)向架構(gòu)架畢業(yè)設(shè)計論文3的蒸汽火車，從此人類的交通歷史上又出現(xiàn)了一個新的名詞鐵路運(yùn)輸。在 19 世紀(jì) 30 年代的十

10、幾年時間里英國、法國、美國、荷蘭、德國、意大利等國家紛紛開始修建鐵路，而我國鐵路發(fā)展起步較晚，直至 19 世紀(jì) 70 年代才有了第一條鐵路。世界鐵路建設(shè)在 19 世紀(jì)末期達(dá)到了一個鼎盛時期，當(dāng)時世界鐵路里程已經(jīng)達(dá)到了65 萬公里，而在 20 世紀(jì) 20 年代該數(shù)據(jù)又翻了一番，達(dá)到 127 萬公里。但是在 20世紀(jì) 50 年代，由于汽車制造技術(shù)得到改進(jìn)、高速公路亦大量建成，加上民航的普及，使鐵路運(yùn)輸慢慢走向下坡甚至開始跌入低谷，當(dāng)時的鐵路發(fā)展已然處于瓶頸狀態(tài)，當(dāng)時就有鐵路行業(yè)必將會是“夕陽產(chǎn)業(yè)”的論斷，認(rèn)為在迅速崛起的公路與航空運(yùn)輸?shù)母偁幹需F路運(yùn)輸不可能占有一席之地，因?yàn)榱熊囁俣仁艿捷嗆壷g粘著

11、關(guān)系的影響，在 20 世紀(jì)初前期“最高速率”超過時速 200km/h 者寥寥無幾。著眼于傳統(tǒng)機(jī)車牽引模式下輪軌黏著關(guān)系對列車運(yùn)行速度的制約因素，日本利用動力分布式的列車牽引模式有效的解決了這一問題即動力分散式動車組技術(shù)。1964 年世界上第一條高速鐵路即東海道新干線正式開行，營運(yùn)速度為 210km/h，鐵路發(fā)展進(jìn)入高速時代。20 世紀(jì) 70 年代，受世界能源危機(jī)、環(huán)境惡化以及交通安全的影響，鐵路發(fā)展也 遇到了新的發(fā)展機(jī)遇，而且隨著高速鐵路與動車組技術(shù)的迅速發(fā)展，使得高速鐵路具有載客量高、輸送能力大、正點(diǎn)率高、速度快、安全性好、舒適方便、能源消耗低、環(huán)境 影響輕、經(jīng)濟(jì)效益好的諸多優(yōu)勢，高速鐵路運(yùn)

12、輸又一次進(jìn)入人們的視線，高速重載成為各國鐵路發(fā)展的目標(biāo)。20 世紀(jì) 80 年代到 20 世紀(jì) 90 年代初期，法國、德國、西班牙、意大利等國家也先后開始發(fā)展高速鐵路，而日本、法國、德國目前已經(jīng)成為高速鐵路技術(shù)的代表性技術(shù)。據(jù)國際鐵路聯(lián)盟（ UIC）的最新統(tǒng)計，截止到 2010 年 5 月，全世界運(yùn)營中的高速鐵路營業(yè)里程總長達(dá) 13414 公里，這些線路分布在 14 個國家和地區(qū)，由此可以看出發(fā)展高速鐵路已是當(dāng)今世界鐵路發(fā)展的共同趨勢。我國也于 1999 年開始建設(shè)我國第一條高速鐵路秦沈客運(yùn)專線，于 2003 年10 月 12 日通車運(yùn)行，設(shè)計時速為 200km/h，并于 2008 年開通京津城

13、際高速鐵路，最高時速可達(dá) 350km/h，我國也正式進(jìn)入高鐵時代。經(jīng)過 10 多年的高速鐵路建設(shè)和對既有鐵路的高速化改造，中國目前已經(jīng)擁有全世界最大規(guī)模以及最高運(yùn)營速度的高速鐵路網(wǎng)，中國大陸高鐵營業(yè)里程達(dá) 6894 千米，在建高鐵 1 萬多千米，已成為“世界上高鐵系統(tǒng)技術(shù)最全、集成能力最強(qiáng)、設(shè)計速度最高、運(yùn)營里程最長、在建規(guī)模最大的國家”，中國高速鐵路正在推動甚至引領(lǐng)世界高速鐵路技術(shù)的大發(fā)展。CRH2 動車組轉(zhuǎn)向架構(gòu)架畢業(yè)設(shè)計論文41.1.2 課題研究的意義 高速列車是高速鐵路的核心, 是集機(jī)械、材料、電氣、信息和計算機(jī)等學(xué)科的復(fù)雜系統(tǒng),高速列車的關(guān)鍵技術(shù)有動車組總成、車體、轉(zhuǎn)向架、牽引變壓器

14、、牽引變流器、牽引電機(jī)、牽引控制系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。從軌道交通的導(dǎo)向、支撐、牽引和制動的基礎(chǔ)特征看,從根本上制約列車速度提升的是轉(zhuǎn)向架技術(shù),因?yàn)檗D(zhuǎn)向架擔(dān)當(dāng)著導(dǎo)向、承載、減振的任務(wù),同時也是牽引和制動最終執(zhí)行者。轉(zhuǎn)向架決定了動車組的運(yùn)行品質(zhì)和安全可靠性,高速轉(zhuǎn)向架技術(shù)以及相對應(yīng)的輪軌關(guān)系是消化吸收再創(chuàng)新的重中之重。在各個國家高速動車組技術(shù)飛速發(fā)展的過程中，從最早的日本 0 系動車組創(chuàng)造的 210km/h 到 1988 年德國的 ICE 高速動車組創(chuàng)造的406km/h，再到 1990 年法國 TGV 高速動車組以 515.3km/h 刷新了世界紀(jì)錄并于 2007年又以 AGV 高速動

15、車組創(chuàng)造了 574.8km/h 的新世界紀(jì)錄，列車運(yùn)行的速度不斷地達(dá)到新的水平，但是在這個過程中，列車所需的牽引功率也在急劇增加，輪軌動力作用加劇，輪軌黏著關(guān)系變差，制動功率的需求也就隨之增加，從而對于高速動車組轉(zhuǎn)向架就有了更為嚴(yán)苛的要求，才能保證其安全性、適性與曲線通過能力。目前我國鐵路動車組的發(fā)展正處在“引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，聯(lián)合設(shè)計生產(chǎn)，打造中國品牌”的階段。我們要通過引進(jìn)國外成熟先進(jìn)的技術(shù)，逐步并盡快實(shí)現(xiàn)以跟蹤模仿為主向以自主創(chuàng)新為主的深刻轉(zhuǎn)變，但是在技術(shù)引進(jìn)、消化、吸收和在創(chuàng)新的過程中，日本、德國、法國的動車組技術(shù)是否適用于中國鐵路？我國交流電力機(jī)車技術(shù)基礎(chǔ)性研究時間尚短，從交流傳動的電力機(jī)

16、車到需要更精密控制的動車組，在技術(shù)創(chuàng)新中是否存在設(shè)計思維的斷層？此外橫向比較三大代表性高鐵技術(shù)，能否在自主創(chuàng)新中突破經(jīng)典，真正的打造出中國高速鐵路技術(shù)品牌？這些都是需要我們深入研究探求的問題。 綜上所述，高速轉(zhuǎn)向架的自主研發(fā)設(shè)計或者對已有高速轉(zhuǎn)向架的優(yōu)化設(shè)計對動車組技術(shù)的國產(chǎn)化有著極其重要的意義。 該課題著眼于電動車組動力轉(zhuǎn)向架的設(shè)計，借鑒國內(nèi)外的高速轉(zhuǎn)向架的研究成果，立足于我國裝備制造業(yè)的行業(yè)現(xiàn)狀，對動車組轉(zhuǎn)向架的自主研發(fā)及對引進(jìn)轉(zhuǎn)向架的國產(chǎn)化適應(yīng)性研究和優(yōu)化設(shè)計具有深遠(yuǎn)意義。1.21.2 國內(nèi)外高速轉(zhuǎn)向架的發(fā)展國內(nèi)外高速轉(zhuǎn)向架的發(fā)展1.2.1 國內(nèi)外轉(zhuǎn)向架的發(fā)展歷史簡述 在軌道交通業(yè)發(fā)展的

17、初期，轉(zhuǎn)向架主要以鑄鋼結(jié)構(gòu)或鋼板鉚焊結(jié)構(gòu)為主, 一系CRH2 動車組轉(zhuǎn)向架構(gòu)架畢業(yè)設(shè)計論文5懸掛主要采用導(dǎo)框式軸箱加板簧, 軸承采用滑動軸承，其中央懸掛采用板簧加搖枕結(jié)構(gòu), 縱向力通過心盤傳遞,基礎(chǔ)制動為閘瓦踏面制動。隨著制造業(yè)水平的不斷提高與轉(zhuǎn)向架輕量化的新要求下,歐洲國家的客車轉(zhuǎn)向架的構(gòu)架開始采用焊接結(jié)構(gòu)。為滿足更高的運(yùn)行速度和舒適性的要求,19 世紀(jì) 20 年代開始出現(xiàn)有搖動臺結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)向架，20 世紀(jì) 50 年代后,盤形制動、磁軌制動和防滑器等裝置也陸續(xù)在客運(yùn)列車上得到應(yīng)用, 為列車運(yùn)行速度的提高奠定了基礎(chǔ)。20 世紀(jì) 60 年代空氣彈簧開始運(yùn)用到客車轉(zhuǎn)向架的中央懸掛中，搖動臺結(jié)構(gòu)慢慢退

18、出人們的視線，空氣彈簧的使用使得列車的動力學(xué)性能得到了進(jìn)一步改善，也使轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)更加簡單，與此同時客車轉(zhuǎn)向架也開始采用中心銷來取代傳統(tǒng)的心盤結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)得到了進(jìn)一步的簡化。20 世紀(jì) 70年代以后,無搖動臺、無搖枕和無心盤的客車轉(zhuǎn)向架開始出現(xiàn),使客車轉(zhuǎn)向架朝著輕量化、模塊化、無磨耗、高舒適度的方向發(fā)展。我國鐵路迄今已經(jīng)有 100 多年的歷史了，自第一條營業(yè)鐵路即上海吳淞鐵路 1876 年通車算起，我國鐵路發(fā)展也已經(jīng)走過了 134 年的風(fēng)雨歷程。我國機(jī)車車輛裝備業(yè)也在建國以來的發(fā)展中，經(jīng)過幾十年的努力，從小規(guī)模發(fā)展到大規(guī)模，從引進(jìn)國外技術(shù)到自主研發(fā)設(shè)計，現(xiàn)在已經(jīng)成為機(jī)車車輛出口大國，但是高速轉(zhuǎn)向架

19、的設(shè)計研發(fā)仍舊起步較晚。20 世紀(jì) 90 年代以來，圍繞鐵路“高速、重載”的需要，我國提速及高速轉(zhuǎn)向架的研發(fā)設(shè)計才真正開始。1994 年，我國四方廠、長客廠、浦鎮(zhèn)廠相繼研制出了 206WP、206KP、CW-2、209HS 準(zhǔn)高速客車轉(zhuǎn)向架，在廣深線動力學(xué)試驗(yàn)中最高時速達(dá)到了 174km/h，而1998 年起各工廠也相繼推出了自己的高速轉(zhuǎn)向架，如 PW-200、CW-200 、SW-200、SW-220K 等。1.2.2 世界典型動車組轉(zhuǎn)向架發(fā)展概述 日本新干線轉(zhuǎn)向架技術(shù)發(fā)展可以概括的分為三個階段：第一階段設(shè)計重點(diǎn)在于防止 高速行駛的速度區(qū)間的蛇行運(yùn)動，而在此基礎(chǔ)上考慮其曲線通過性能，基于這一

20、設(shè)計思 想生產(chǎn)的轉(zhuǎn)向架輪對與鋼軌摩擦較為劇烈，曲線通過性能不太理想；第二階段設(shè)計重點(diǎn)不再偏向控制蛇行運(yùn)動或者優(yōu)化曲線通過性能，而是在重視蛇行運(yùn)動發(fā)生的同時也兼顧 到其曲線通過能力以及輪軌之間的作用力，在該階段采用無搖枕方式；第三階段開始采 用主動控制半有源懸掛系統(tǒng)，設(shè)計重點(diǎn)在于對轉(zhuǎn)向架振動的有效抑制。 日本新干線技術(shù)設(shè)計要求鮮明而嚴(yán)謹(jǐn)，要求不采用未經(jīng)過實(shí)際驗(yàn)證的新技術(shù)，只是對已成熟的技術(shù)進(jìn)行 有效的系統(tǒng)集成，這種嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計思想與態(tài)度值得借鑒與學(xué)習(xí)。法國高速動車組轉(zhuǎn)向架基本上是基于法國燃?xì)廨唲榆嚱M轉(zhuǎn)向架 Y226 型CRH2 動車組轉(zhuǎn)向架構(gòu)架畢業(yè)設(shè)計論文6的模式發(fā)展 而來的，TGV-PSE 動力

21、轉(zhuǎn)向架采用 Y230 轉(zhuǎn)向架，該轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)較為簡明，有利于制造裝配與拆卸維修。法國 TGV 系列動車組采用動力集中式動力分配方式，而最新設(shè)計研發(fā)的 AGV 系列動車組采用動力分散式的動力配置方式，總而言之采用動力分散式動 配置方式是高速動車組發(fā)展的趨勢。德國 ICE 系列動車組轉(zhuǎn)向架代表了德國輪軌技術(shù)發(fā)展水平，但其發(fā)展還是基于數(shù)幾十年德國客運(yùn)機(jī)車轉(zhuǎn)向架技術(shù)的發(fā)展成熟，ICE 動力轉(zhuǎn)向架技術(shù)與德國 E110 機(jī)車、E111 機(jī)車、BR120 機(jī)車和DE2500UmAn 內(nèi)燃機(jī)車轉(zhuǎn)向架以及 ICE/V 試驗(yàn)轉(zhuǎn)向架有著千絲萬縷的聯(lián)系，可以說ICE 系列動車組動力轉(zhuǎn)向架就是在上述這些轉(zhuǎn)向架的基礎(chǔ)上發(fā)展

22、起來的。由上述三類頗具代表性的高速動車組轉(zhuǎn)向架技術(shù)的發(fā)展來看，沒有任何一種高速轉(zhuǎn)向架的研發(fā)是從無到有的原始性創(chuàng)新設(shè)計，都是在原有的成熟、穩(wěn)定的機(jī)車轉(zhuǎn)向架技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，對傳統(tǒng)機(jī)車的技術(shù)有繼承也有優(yōu)化設(shè)計，總而言之動車組轉(zhuǎn)向架其本質(zhì)與傳統(tǒng)機(jī)車轉(zhuǎn)向架并無區(qū)別，只是由于在新的速度環(huán)境下，對安全性、舒適性以及曲線通過能力提出了更高的要求，從而需要針對這些要求對結(jié)構(gòu)外形或者設(shè)計參數(shù)加以優(yōu)化設(shè)計。1.31.3 研究思路及方法研究思路及方法1.3.1 課題研究思路 由上述典型轉(zhuǎn)向架的發(fā)展歷程中可以得出，動車組轉(zhuǎn)向架的設(shè)計基于現(xiàn)有成熟的轉(zhuǎn)向架技術(shù)，是對傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向架的穩(wěn)定技術(shù)的改進(jìn)與繼承，總體來說并沒有對

23、其固有機(jī)械結(jié) 構(gòu)做出深刻的變革或者創(chuàng)新，只是在一個轉(zhuǎn)向架設(shè)計體系中擇優(yōu)與選型的過程以及參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計。無論是日本的新干線技術(shù)、德國的 ICE 技術(shù)還是法國的 TGV/AGV 技術(shù)，在設(shè)計之初都可以作為藍(lán)本借鑒引用，但在借鑒中至關(guān)重要的一點(diǎn)就是設(shè)計思想與設(shè)計理念，縱然各典型轉(zhuǎn)向架技術(shù)的設(shè)計要求不盡相同，設(shè)計側(cè)重點(diǎn)也各有偏頗，然而設(shè)計思想是針對一個設(shè)計命題至關(guān)重要的靈魂，設(shè)計思想的不同將會直接影響一個設(shè)計產(chǎn)品是否符合經(jīng)濟(jì)性、科學(xué)性甚至安全性。例如在日本動車組的設(shè)計研發(fā)中，貫穿始終的一個設(shè)計思想就是整個動車組的輕量化，大到整個車體采用鋁合金從而降低其自重，小到齒輪箱或者電機(jī)的箱蓋的設(shè)計都無一不貫穿著

24、輕量化的設(shè)計思想，而這些設(shè)計思想就是在設(shè)計中值得借鑒學(xué)習(xí)的地方，而不是機(jī)械的照搬與模仿。此外，我國動車組的發(fā)展也已經(jīng)有了一定的積累，無論是從我國早期研發(fā)制造的“中華之星”還是后期國內(nèi)外車輛廠聯(lián)合開發(fā)的 CRH 系列動車組，CRH2 動車組轉(zhuǎn)向架構(gòu)架畢業(yè)設(shè)計論文7都是從原先的 100%整車引進(jìn)到后來的逐漸消化吸收再到再創(chuàng)新，株洲電力機(jī)車研究所有限責(zé)任公司設(shè)計研發(fā) CRH380A 與唐山軌道車輛股份有限責(zé)任公司設(shè)計研發(fā)的CRH380BL 都是國產(chǎn)化當(dāng)中的典型代表，在動車組轉(zhuǎn)向架的設(shè)計中具有很重要的借鑒意義。高速動車組轉(zhuǎn)向架的主體機(jī)械結(jié)構(gòu)已經(jīng)具備穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，例如 H 形焊接構(gòu)架，二系懸掛采用可變

25、阻尼的空氣彈簧等，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中難以實(shí)現(xiàn)原始性創(chuàng)新，因此在設(shè)計中需要基于具有良好運(yùn)用業(yè)績的原型車方案，采用成熟和可靠的技術(shù)有針對性地適應(yīng)中國鐵路運(yùn)用環(huán)境，進(jìn)行部分設(shè)計變更，并采用低成本設(shè)計手段，依靠完善的檢修體系保證運(yùn)用安全。1.3.2 課題研究方法 在該課題的研究中轉(zhuǎn)向架設(shè)計基于唐山軌道車輛股份有限公司與德國西門子公司聯(lián)合設(shè)計生產(chǎn)的 CRH3C 動車組，同時通過與 CRH 動車組系列的 CRH1、CRH2、CRH5原型車即日本 E2.1000、法國 TGV-PSE 與德國 ICE 的之間橫向?qū)Ρ确治觯梢钥偨Y(jié)得 出現(xiàn)階段動車組轉(zhuǎn)向架的主要技術(shù)特點(diǎn)?？紤]到文獻(xiàn)資料與網(wǎng)絡(luò)資源的局限性，加之該課題研

26、究是基于 CRH3C 型動車組轉(zhuǎn)向架，這就需要在設(shè)計過程準(zhǔn)備階段前往唐山軌道車輛股份有限公司入廠參觀考察，了解轉(zhuǎn)向架各零部件的加工工藝，熟悉各轉(zhuǎn)向架零部件之間的裝配關(guān)系，并收集該型動車組轉(zhuǎn)向架的相關(guān)設(shè)計資料與圖紙，作為后期設(shè)計的主要參考資料。在此基礎(chǔ)上采用類比設(shè)計方法，綜合利用各典型動車組轉(zhuǎn)向架設(shè)計資料與設(shè)計結(jié)論，研究我國引進(jìn)的 CRH 系列轉(zhuǎn)向架從原型車到國產(chǎn)化設(shè)計過程中的優(yōu)化設(shè)計結(jié)果，對轉(zhuǎn)向架的相關(guān)結(jié)構(gòu)或參數(shù)進(jìn)行類比設(shè)計。最后利用三維建模軟件 solideworks 完成動車組轉(zhuǎn)向架的三維設(shè)計，并在設(shè)計建模過程中盡量做到加工仿真過程的實(shí)現(xiàn)，從而達(dá)到簡要了解轉(zhuǎn)向架生產(chǎn)制造過程中的工藝特點(diǎn)的目

27、的。在滿足以上條件的基礎(chǔ)上應(yīng)最大程度的實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向架設(shè)計生產(chǎn)的模 塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，盡最大可能降低生產(chǎn)制造成本。 CRH2 動車組轉(zhuǎn)向架構(gòu)架畢業(yè)設(shè)計論文8第二章第二章 典型高速動車組轉(zhuǎn)向架設(shè)計典型高速動車組轉(zhuǎn)向架設(shè)計 轉(zhuǎn)向架是機(jī)車車輛極其重要的組成部件，其結(jié)構(gòu)是否合理直接影響機(jī)車車輛的運(yùn)行品質(zhì)、動力性能和行車安全。可以毫不夸張的說“轉(zhuǎn)向架技術(shù)是靠輪軌接觸關(guān)系驅(qū)動運(yùn)行的現(xiàn)代機(jī)車車輛得以生存發(fā)展的核心技術(shù)之一”。各個國家鐵路發(fā)展的歷史與技術(shù)平臺不同，致使各國研究開發(fā)的轉(zhuǎn)向架也不盡相同，然而基于安全性、舒適性及曲線通過性能的總設(shè)計原則的要求與鐵路技術(shù)發(fā)展的歷史經(jīng)驗(yàn)積累，也使得各個國家設(shè)計研發(fā)的轉(zhuǎn)向架

28、也有一些共同的發(fā)展趨勢。動車組動力轉(zhuǎn)向架的組成可以分為以下幾個部分：1. 輪對軸箱裝置：輪對沿著鋼軌滾動，除傳遞車輛重量外，還傳遞輪軌之間的各種作用力，其中包括牽引力和制動力。軸箱與軸承裝置是聯(lián)系構(gòu)架(或側(cè)架）和 輪對的活動關(guān)節(jié)，使輪對的滾動轉(zhuǎn)化為構(gòu)架（或側(cè)架） 、車體沿鋼軌的平動。2.彈性懸掛裝置： 為減少線路的不平順和輪對運(yùn)動對車體的各種動態(tài)影響 （如垂向振動、橫向振動等） ，轉(zhuǎn)向架在輪對與構(gòu)架（側(cè)架）之間或構(gòu)架（側(cè)架）與車體（搖 枕）之間，設(shè)有彈性懸掛裝置。前者稱為軸箱懸掛裝置（又稱一系懸掛） ，后者稱為搖 枕（中央）懸掛裝置（又稱二系懸掛） 。目前，大多數(shù)貨車轉(zhuǎn)向架只設(shè)有搖枕懸掛裝置

29、或軸箱懸掛裝置，而客車轉(zhuǎn)向架即設(shè)有搖枕懸掛裝置，又設(shè)有軸箱懸掛裝置。 彈性懸掛裝置包括彈簧裝置、減振裝置和定位裝置等。3.構(gòu)架或側(cè)架：構(gòu)架（側(cè)架）是轉(zhuǎn)向架的基礎(chǔ)，它把轉(zhuǎn)向架各零、部件組成一體。所以它不僅僅承受、傳遞各種作用力及載荷，而且它的結(jié)構(gòu)、形狀和尺寸都應(yīng)滿 足各零、部件的結(jié)構(gòu)、形狀及組裝的要求。4.基礎(chǔ)制動裝置：為使運(yùn)行中的車輛能在規(guī)定的距離范圍內(nèi)停車，必須安裝制動裝置，其作用是傳遞和放大制動缸的制動力，使閘瓦與輪對之間或閘片與制動盤之 間產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向架的內(nèi)摩擦力轉(zhuǎn)換為輪軌之間的外摩擦力（既制動力） ，從而使車輛承受 前進(jìn)方向的阻力，產(chǎn)生制動效果。5.轉(zhuǎn)向架支承車體的裝置：轉(zhuǎn)向架支承車體的

30、方式（又可稱為轉(zhuǎn)向架的承載方式）CRH2 動車組轉(zhuǎn)向架構(gòu)架畢業(yè)設(shè)計論文9不同，使得轉(zhuǎn)向架與車體相連接部分的結(jié)構(gòu)及形式也各有所異，但都滿足以下基本要求：安全可靠的支承車體，承載并傳遞各作用力（如垂向力、振動力等） ；為使車輛順利通過曲線，車體與轉(zhuǎn)向架之間應(yīng)能繞不變的旋轉(zhuǎn)中心相對轉(zhuǎn)動；為使車輛穩(wěn)定運(yùn)行，車體與轉(zhuǎn)向架之間應(yīng)具有一定的回轉(zhuǎn)阻力或阻力矩。2.12.1 日本新干線高速動車組轉(zhuǎn)向架的設(shè)計日本新干線高速動車組轉(zhuǎn)向架的設(shè)計 在緒論中的典型高速轉(zhuǎn)向架發(fā)展概述中，可以得知日本的新干線高速動車組自 1964 年投入運(yùn)營至今，其轉(zhuǎn)向架技術(shù)大致可分為三代，期間共開發(fā)了 30 多種高速轉(zhuǎn)向架，但始終要求不采

31、用未經(jīng)過實(shí)際驗(yàn)證的新技術(shù)，只是對已成熟的技術(shù)進(jìn)行有效的系統(tǒng)集成，這就為日本動車組運(yùn)行以來的非自然災(zāi)害的零傷亡率提供了有效的技術(shù)保障。2.1.1 新干線轉(zhuǎn)向架技術(shù)發(fā)展歷程 1946 年日本的高速動車組技術(shù)的研發(fā)設(shè)計便已經(jīng)開始，日本成立高速列車轉(zhuǎn)向架振動研究會，從此便確立了轉(zhuǎn)向架振動防止理論，這就標(biāo)志著日本高速列車技術(shù)的開端。1947 年，日本動力分散式動車組的先驅(qū)80 系湘南列車開通，實(shí)現(xiàn)了“長大編組運(yùn)行，動力分散方式列車長途運(yùn)行”，于此動力分散式牽引方式正式走進(jìn)軌道交通系統(tǒng)中。 而在 1958 年日本國鐵公司首次將美國的公共汽車中作為彈性減振裝置的空氣彈簧應(yīng)用到特快列車“回聲”號中，空氣彈簧在

32、軌道交通車輛中的應(yīng)用對于改善軌道交通車輛振動引起的舒適度問題起到了至關(guān)重要的作用?？傊?，日本新干線技術(shù)對高速動車組的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。日本第一代高速動車組是 20 世紀(jì) 60年代至 90 年代開發(fā)的 0 系、100 系和 200 動車組，這個期間轉(zhuǎn)向架均為有搖枕的轉(zhuǎn)向架，典型代表為 DT200 轉(zhuǎn)向架，是日本新干線高速動車組轉(zhuǎn)向架的鼻祖。該型轉(zhuǎn)向架軸箱定位方式采用德國最先采用的雙側(cè)拉板式定位即 IS 式，軸距為 2500mm,輪徑為 910mm，構(gòu)架采用 9mm 厚的鋼板焊接而成，側(cè)梁 采用“U”形結(jié)構(gòu)，踏面采用1/40 錐形踏面，二系懸掛仍然保持搖枕結(jié)構(gòu)，空氣彈簧跨距為 2500mm 并配置旁

33、承。由于第一代新干線動車組轉(zhuǎn)向架采用有搖枕的形式，因而轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)復(fù)雜而使得裝配檢修工藝繁瑣、不易操作，更為關(guān)鍵的一點(diǎn)就是過大的自重和簧下質(zhì)量使得輪軌動力作用加劇，線路維修保養(yǎng)的工作量加大，針對這一問題第二代新干線動車組轉(zhuǎn)向架作了相應(yīng)的設(shè)計改革。日本先后研發(fā)試制了 DT9010，DT9010A， DT9011， DT9012， DT9013 轉(zhuǎn)向架，其中 DT9012 轉(zhuǎn)向架首次采用空心車軸， DT9013 為了CRH2 動車組轉(zhuǎn)向架構(gòu)架畢業(yè)設(shè)計論文10實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向架的輕量化開 始采用鋁合金材質(zhì)的搖枕， 而在最終定型的 300 系轉(zhuǎn)向架 DT203 中，已經(jīng)取消了搖枕 結(jié)構(gòu)，而且為了避免轉(zhuǎn)向架高頻振

34、動對其懸掛參數(shù)也進(jìn)行了優(yōu)化，該轉(zhuǎn)向架采用了無搖枕的二系懸掛，降低了轉(zhuǎn)向架自重改善了輪軌作用關(guān)系，而車體則直接支撐于空氣彈簧，另外考慮到新干線動車組寬車體的原因優(yōu)勢，空氣彈簧橫向跨距調(diào)整為 2460mm,這樣就不再需要抗側(cè)滾扭桿從而簡化了二系懸掛裝置，軸箱定位方式采用圓錐層疊橡膠定位，構(gòu)架采用 8mm 厚的鋼板焊接，橫梁采用無縫鋼管并于構(gòu)架側(cè)梁組焊成為整體，為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)輕量化，車軸同樣也采用空心車軸，而這也有利于對車軸進(jìn)行超聲波探傷，簡化了檢修工藝，軸箱體材料也有原先的鑄鋼改為鍛造鋁合金，通過上述這些結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及輕量化措施，DT203 自重減重幅度顯著。500 系動車組采用 WDT205 型轉(zhuǎn)

35、向架，該轉(zhuǎn)向架開始采用半主動控制的橫向減振器，二系懸掛空氣彈簧橫向跨距為 2600mm,并且二系懸掛采用橫向變剛度空氣彈簧。另外 300X 試驗(yàn)高速動車組轉(zhuǎn)向架采用了傾擺機(jī)構(gòu)，用以補(bǔ)償曲線通過時外軌超高量的不足，從而抵消未平衡的離心加速度。第三代新干線電動車組主要指 N700 系、N800 系、E5 與 E6 系新干線電動車組系列，在這一設(shè)計階段設(shè)計目標(biāo)主要放在提高曲線通過速度，列車綜合性能優(yōu)化，節(jié)能降耗與環(huán)境友好，是在原有技術(shù)上的再次優(yōu)化與完善。N700 系列動車組轉(zhuǎn)向架 N700 與 N700-3000 系列軸箱定位方式采用疊層橡膠加螺旋彈簧定位，但 N700-7000 轉(zhuǎn)向架則采用轉(zhuǎn)壁式

36、軸箱定位方式。考慮到原先 500 系與 700 系在東海道新干線上曲線通過速度被限制在250km/h，因此在 N700 系采用擺式技術(shù)，在轉(zhuǎn)向架二系懸掛裝置上設(shè)置傾擺機(jī)構(gòu)，利用空氣彈簧高度閥進(jìn)行車體傾擺控制，使得其曲線通過速度提高 270km/h。為改善乘坐舒適度 N700 系繼續(xù)采用帶有半主動控制的橫向減振技術(shù)并對其進(jìn)行了優(yōu)化。E5 與 E6 新干線動車組是日本針對 360km/h 速度等級開發(fā)的電動車組，該階段試驗(yàn)列車型號為 E954 與 E955，基于模塊化的設(shè)計思想，當(dāng)時日本各為這兩種試驗(yàn)車型設(shè)計了 13 種不同類型的轉(zhuǎn)向架同時日本也開始借鑒并采用歐洲高速轉(zhuǎn)向架的技術(shù)并開展技術(shù)創(chuàng)新，例

37、如轉(zhuǎn)向架制動裝置采用歐洲新型制動盤和氣動式制動卡鉗， 但在日本對該技術(shù)進(jìn)行國產(chǎn)化的過程中，在 Fastech360 試驗(yàn)車上分別對裝用的由日本國產(chǎn)化的制動盤、制動卡鉗和閘片開展試驗(yàn)驗(yàn)證,對該技術(shù)的國產(chǎn)化提供有效的技術(shù)依據(jù)與支持。而 E954 試驗(yàn)車轉(zhuǎn)向架其設(shè)計速度為 405km/h，采用轉(zhuǎn)壁式軸箱定位方式，為了便于車體連接裝配，則將車體枕梁作為假搖枕支撐于空氣彈簧之上，空氣彈簧CRH2 動車組轉(zhuǎn)向架構(gòu)架畢業(yè)設(shè)計論文11的橫向跨距有所減小，橫梁不 再采用無縫鋼管而采用箱型梁結(jié)構(gòu)。 在提高速度的同時，日本一貫的竭盡所能實(shí)現(xiàn)輕量化的設(shè)計目標(biāo)，E5、E6 系動車組沒有明顯的增重。新干線 E5/E6 轉(zhuǎn)

38、向架在批量生產(chǎn)時最終選擇 DT9038/DT9042 系列轉(zhuǎn)向架，軸箱定位方式仍然選用傳統(tǒng)的拉板式，主要是出于技術(shù)成熟可靠，輕量化與實(shí)現(xiàn)通用互換的目的。新干線轉(zhuǎn)向架開發(fā)始終堅持應(yīng)用成熟技術(shù)的理念，對于安全性、可靠性未經(jīng)充分試驗(yàn)驗(yàn)證的技術(shù)或結(jié)構(gòu)絕不貿(mào)然采用，因此，定型車型轉(zhuǎn)向架具有鮮明的實(shí)用主義特色，保持合理的性價比水平。新干線近 50 年的發(fā)展歷史中所走過的彎路和教訓(xùn)，對當(dāng)下中國高速鐵路技術(shù)的持續(xù)健康發(fā)展無疑具有重要的啟示意義。2.1.2 新干線動車組轉(zhuǎn)向架技術(shù) 日本新干線動車組轉(zhuǎn)向架技術(shù)的設(shè)計原則為在滿足直線上高速走行穩(wěn)定性的前提下,通過曲線時輪對側(cè)向力應(yīng)盡可能小,并實(shí)現(xiàn)輕量化6。輕量化技術(shù)

39、是新干線動車組轉(zhuǎn)向架技術(shù)中首屈一指的代表性成果，取得了較好的成效。300 系轉(zhuǎn)向架只有 6.7t,比 0 系轉(zhuǎn)向架質(zhì)量減輕了 3.4t,比 100 系轉(zhuǎn)向架減輕了 3.2t。其轉(zhuǎn)向架輕量化措施主要有：采用無搖枕結(jié)構(gòu)的二系懸掛方式，直接由中央空氣彈簧支撐車體，由中心銷與拉桿起縱向牽引作用；轉(zhuǎn)向架構(gòu)架采用 H 型鋼板焊接結(jié)構(gòu)；輪對輕型化，空心軸內(nèi)徑尺寸為 60mm,車輪直徑為 860mm;采用鋁合金齒輪箱與軸箱。轉(zhuǎn)向架懸掛技術(shù)是轉(zhuǎn)向架設(shè)計中至關(guān)重要的一個方面，新干線轉(zhuǎn)向架 300 系、500 系、700 系一系懸掛均采用螺旋彈簧與圓柱橡膠彈簧配合的方式，在這種配置方式下，橡膠彈簧專門承受縱向、橫向

40、載荷而螺旋圓簧則僅僅承受全部垂向載荷。而二系空氣彈簧則在 100 系、200 系中要求橫向剛度大，水平方向變位小，而在后來取消了搖枕結(jié)構(gòu)之后要求空氣彈簧水平剛度小，用以衰減來自軌道的振動，同時要求良好的復(fù)原能力與隔離垂向振動的特點(diǎn)。此外，日本新干線 500 系與 700 系采用半有源懸掛裝置即轉(zhuǎn)向架橫向減振器采用半主動控制的可調(diào)減振器阻尼力的油壓減振器，這就使得減振器減震特性在一定范圍內(nèi)可以隨著外部激勵的改變而做出響應(yīng)，但是對振動的抑制作用仍然具有一定的局限性。而日本新型 E2.1000 系動車組則采用有源懸掛裝置，可以積極地抑制車輛的隨機(jī)振動。牽引電動機(jī)的懸掛方式也是在轉(zhuǎn)向架設(shè)計中的關(guān)鍵設(shè)計

41、環(huán)節(jié)，日本新干線動車組牽引電機(jī)的懸掛方式都是架懸式，這是由于日本新干線采用動力分散式動力配置方式，各動力轉(zhuǎn)向架的單軸功率與動力集中式動力轉(zhuǎn)向架相比功率較小，轉(zhuǎn)向架軸距也較小，空間位置的限制下架懸式更適合于動力分散式動車組轉(zhuǎn)向架。并且這種電機(jī)懸掛方式減輕了簧下質(zhì)量，懸掛裝置較為簡CRH2 動車組轉(zhuǎn)向架構(gòu)架畢業(yè)設(shè)計論文12單，但是由于牽引電機(jī)吊掛于轉(zhuǎn)向架構(gòu)架上，因此增加了構(gòu)架的質(zhì)量，同時輪對的振動將直接傳遞給牽引電動機(jī)。2.22.2 法國高速動車組轉(zhuǎn)向架的設(shè)計法國高速動車組轉(zhuǎn)向架的設(shè)計 法國鐵路于 1981 年開建第一條高鐵線即東南線，截止現(xiàn)在已經(jīng)經(jīng)過了 32 年的時間，而從法國高速鐵路技術(shù)的開發(fā)

42、研制至今卻已經(jīng)有了 42 年的時間跨度，積累了豐富的高速動車組轉(zhuǎn)向架設(shè)計經(jīng)驗(yàn)與成熟技術(shù)，值得學(xué)習(xí)與借鑒。2.2.1 法國動車組轉(zhuǎn)向架技術(shù)發(fā)展歷程 在二戰(zhàn)之前, 法國鐵路客車轉(zhuǎn)向架運(yùn)用的幾乎是美國 Pennsylvania 型轉(zhuǎn)向架，該轉(zhuǎn)向架構(gòu)架材料為鑄鋼，一系懸掛采取軸箱導(dǎo)框加均衡梁結(jié)構(gòu)，中央懸掛采取搖動臺、板 簧及搖枕的形式，承載方式為摩擦旁承加心盤的組合?；谠撔娃D(zhuǎn)向架，法國國鐵開發(fā)了 Y16、Y20、Y24 和 Y26 型轉(zhuǎn)向架，其中 Y26 型轉(zhuǎn)向架則在法國轉(zhuǎn)向架技術(shù)中首次應(yīng)用空氣彈簧，最高試驗(yàn)速度達(dá)到 180km/h。1967 年法國又研制了Y30、Y32 轉(zhuǎn)向架，其中 Y32 轉(zhuǎn)向

43、架設(shè)計速度為 200km/h，已經(jīng)達(dá)到了高速或者準(zhǔn)高速轉(zhuǎn)向架的水平。20 世紀(jì) 70 年代，法國開始了高速列車 TGV 的研發(fā)設(shè)計，TGV 列車動力配置方式為動力集中式，車體之間采用鉸接的連接方式，最初采用燃?xì)鉁u輪機(jī)作為驅(qū)動動力來源，采用該種驅(qū)動方式的 TGV-00 號試驗(yàn)速度達(dá)到了 320km/h。隨著能源危機(jī)的到來與鐵路電氣化的大勢所趨，法國放棄發(fā)展燃?xì)廨啓C(jī)作為驅(qū)動裝置的計劃，而開始了現(xiàn)在意義上的 TGV 高速列車的迅速發(fā)展。法國高速列車也有其自主的研發(fā)設(shè)計原則即：采用動力集中式動力配置方式；拖車之間的連掛方式采用鉸接式；軸重必須小于 17t。第一代法國動車組為東南線 TGV，第二代為大西

44、洋線 TGV即 TGV-A 以及后來發(fā)展的“歐洲之星”，第三代為雙層 TGV 即 TGV-2N，第四代為2007 年在東部線使用的 TGVPOS，而正在研發(fā)試制階段的第五代法國高速列車為AGV 系列，不再采用動力集中式的列車驅(qū)動方式而采用了動力分散式，并且全列車均采用鉸接式，但是軸重仍然保持在 17t 以下，同時電機(jī)也從交流異步電動機(jī)變?yōu)橛来攀酵诫姍C(jī)，節(jié)能效果顯著。從第一代法國高速動車組東南線 TGV 直至第五代高速動車組 AGV 系列，其設(shè)計原則始終貫穿于設(shè)計研發(fā)的每一個環(huán)節(jié)之中，只是在第五代 AGV 的動力配置方式中變革為動力分散方式，主要是考慮到采用動力分散式結(jié)構(gòu), 比相同長度的 TG

45、V 載客更多,并可根據(jù)用戶需要靈活編組。法國第一代 TGV-PSE 動車組動力轉(zhuǎn)向架 Y230 是法國動車組轉(zhuǎn)向架設(shè)計的經(jīng)典之作，該轉(zhuǎn)向架自重為CRH2 動車組轉(zhuǎn)向架構(gòu)架畢業(yè)設(shè)計論文137263kg,簧下質(zhì)量為 4.3t,軸重為 17t,電動機(jī)的懸掛方式采用體懸式，這也就使得其驅(qū)動傳遞方式需要采用萬向軸來傳遞動力，同時該轉(zhuǎn)向架采用無搖枕形式，由螺旋型圓彈簧直接支撐車體。構(gòu)架由箱型的魚腹形側(cè)梁和橫梁組成，采用“ H” 形焊接結(jié)構(gòu)，中心銷牽引裝置采用帶橡膠球鉸的“ T”形中心銷牽引。 此外與日本動車 組轉(zhuǎn)向架固定軸距 2000mm 不同，由于法國 TGV 動車組采用鉸接式的連掛方式這就使得軸距增大

46、，該轉(zhuǎn)向架軸距為 3000mm,軸頸尺寸為 150mm,新輪直徑為 920mm,踏面采用為 1/40 錐面形式。Y230 轉(zhuǎn)向架一系懸掛采用鋼螺旋圓簧，軸箱定位方式為圓柱形橡膠金屬疊層彈簧的復(fù)合結(jié)構(gòu)方式，二系懸掛采用高撓度的圓簧兩組并在兩端加橡膠墊。2.2.2 法國動車組轉(zhuǎn)向架技術(shù)特點(diǎn) 作為世界高速鐵路發(fā)展的典型技術(shù)之一，法國高速動車組技術(shù)特色鮮明，主要區(qū)別于 TGV 系列動車組的動力集中式的列車牽引方式以及車體之間采用鉸接式的連接方式。以動力集中式的牽引方式編組運(yùn)行，其優(yōu)勢在于制造及維護(hù)費(fèi)用降低，牽引電機(jī)與電氣數(shù)量大幅度減少，而這些電力器件所占的設(shè)計制造成本比率較高，從而可以顯著地減少列車設(shè)

47、計制造成本，而在另一方面電機(jī)數(shù)量減少就意味著單機(jī)功率的增加，也就使得電機(jī)的尺寸與重量也隨之增加，也就使得電動機(jī)需要采用體懸式的懸掛方式，而這也使得驅(qū)動裝置變得復(fù)雜。此外動力集中式布置將使得動車轉(zhuǎn)向架軸重增大，高速運(yùn)行時輪軌作用力顯著增加，從而增加了對線路的維護(hù)工作量，而且與動力分散式布置方式相比黏著利用率降低，容易發(fā)生空轉(zhuǎn)與滑行，對制動裝置性能要求更高。 圖 2.1 鉸接式轉(zhuǎn)向架 鉸接式轉(zhuǎn)向架（圖 2.1）最明顯的區(qū)別點(diǎn)在于其較大的軸距，這就導(dǎo)致其曲線通過性能不佳，同時在大軸重、高黏著與大軸距的綜合作用下，輪對的損傷頻率將CRH2 動車組轉(zhuǎn)向架構(gòu)架畢業(yè)設(shè)計論文14大幅增加，從而對輪對的強(qiáng)度要求

48、也就變得更高了。鉸接式轉(zhuǎn)向架雖然有上述缺點(diǎn)，但是其優(yōu)勢還是顯而易見的：首先就是其安全性，鉸接式結(jié)構(gòu)將全列車連接成一個柔性的整體,具有極高的安全性；其次是其高速運(yùn)行的穩(wěn)定性連接，兩個車體之間的4 個縱向油壓減振器同時起到了抑制車體各個方向振動的作用，而車體上部與活動框架之間的橫向油壓減振器則起到了抗側(cè)滾的作用， 再加上轉(zhuǎn)向架上的抗蛇行減振器、 橫向減振器和垂向減振器,這就使列車高速運(yùn)行的穩(wěn)定性大大提高； 再次鉸接式列車轉(zhuǎn)向架總體數(shù)量比相同長度的其他高速列車要少很多, 不僅出現(xiàn)故障的幾率減少, 而且運(yùn)行阻力和噪聲也會降低很多，另外由于轉(zhuǎn)向架安裝在車體兩端的通過臺處,這就可以使車廂地板面做得較低,從

49、而減小車體的高度、 降低車體重心,進(jìn)而減少運(yùn)行阻力， 增加了運(yùn)行穩(wěn)定性，而旅客乘坐區(qū)因?yàn)闆]有直接來自轉(zhuǎn)向架的振動,從而提高了旅客乘坐舒適度；最后，該種形式的轉(zhuǎn)向架對線路損壞小，雖然動力集中式導(dǎo)致軸重的增大而使輪軌作用加劇,但是軸數(shù)的多少對線路的影響同樣重要， 鉸接式列車能在滿足 17 t 軸重要求的情況下, 采用較少的軸數(shù), 對線路的損壞自然也減少很多。2.32.3 德國高速動車組轉(zhuǎn)向架設(shè)計德國高速動車組轉(zhuǎn)向架設(shè)計德國高速鐵路技術(shù)早在 20 世紀(jì) 70 年代初已經(jīng)開始了前期的研究工作與技術(shù)儲備，但真正意義上的試驗(yàn)研究起源于 1982 年的 ICE 試驗(yàn)型高速動車組的研制。ICE是 DB Fer

50、nverkehr 提供的最高運(yùn)營速度規(guī)格列車的簡稱，全稱為InterCityExpress，即城際快車。目前共有 259 列 ICE 系列動車組投入商業(yè)運(yùn)營，共分為五個子系列即 ICE1、ICE2、ICET、ICE3 與 ICE TD。經(jīng)過 30 多年的發(fā)展，德國 ICE 從動力集中式的 ICE1、ICE2 發(fā)展到動力分散式的 ICE3 系列以及 Velaro 技術(shù)平臺，速度等級也從最初 280km/h 發(fā)展到現(xiàn)在的 350km/h 運(yùn)行的 Velaro 系列。2.3.12.3.1 德國動車組轉(zhuǎn)向架技術(shù)發(fā)展歷程 ICE 轉(zhuǎn)向架技術(shù)達(dá)到較高技術(shù)水平，其發(fā)展不是一蹴而就的，而是建立在多年來德國客運(yùn)

51、機(jī)車轉(zhuǎn)向架不斷發(fā)展的基礎(chǔ)上，通過不斷完善而研制成功的，經(jīng)歷了漫長的研究、試驗(yàn)與運(yùn)用考驗(yàn)過程。ICE 動力轉(zhuǎn)向架的發(fā)展可以追溯到德國 E110 機(jī)車、E111 機(jī)車、BR120 機(jī)車和 DE2500UmAn 內(nèi)燃機(jī)車轉(zhuǎn)向架以及 ICE/V 試驗(yàn)轉(zhuǎn)向架，最后以 ICE/V 轉(zhuǎn)向架定型為 ICE 動力轉(zhuǎn)向架，前后歷經(jīng) 20 多年的發(fā)展過程。 1979 年 8 月德國聯(lián)邦技術(shù)部批準(zhǔn)研制 UmAn 轉(zhuǎn)向架，并用該轉(zhuǎn)向架改裝了一臺 CRH2 動車組轉(zhuǎn)向架構(gòu)架畢業(yè)設(shè)計論文15DE2500 內(nèi)燃機(jī)車進(jìn)行高速試驗(yàn)。DE2500UmAn 轉(zhuǎn)向架采用 BBC 輪對空心軸驅(qū)動、空心車軸技術(shù)、磨耗型踏面與二系采用高撓圓

52、簧加抗蛇行減振器匹配技術(shù)，驅(qū)動裝置與制 動裝置合為一體構(gòu)成驅(qū)動制動單元，電機(jī)懸掛方式為半體懸懸掛，牽引裝置采用推挽單牽引桿，軸箱定位方式采用單軸箱拉桿定位。德國在 DE2500UmAn 機(jī)車上進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究，對驅(qū)動質(zhì)量聯(lián)接方式、軸箱定位方式和回轉(zhuǎn)阻尼的多種方案進(jìn)行比較試驗(yàn)，加深了對高速動力轉(zhuǎn)向架的認(rèn)識。1982 年德國制造的試驗(yàn)型城間高速列車 ICE/V 動力轉(zhuǎn)向架基本上沿用了 DE2500 機(jī)車的 UmAn 轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)，這也為德國 ICE 高速動車組轉(zhuǎn)向架技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。ICE1 動車組配備有兩臺 ET401 動力轉(zhuǎn)向架，該轉(zhuǎn)向架就是在 ICE/V 轉(zhuǎn)向架基礎(chǔ)上加以改造的，但轉(zhuǎn)向架主體

53、結(jié)構(gòu)并未改動，ET401 轉(zhuǎn)向架軸重為 19.5t,自重為 14.3t,簧下質(zhì)量為 4.43t,固定軸距為 3000mm；轉(zhuǎn)向架仍然保留搖枕結(jié)構(gòu)，一系懸掛采用雙圓螺旋彈簧并并聯(lián)有垂向液壓減振器，軸箱定位方式為長拉桿式定位，具有較大的定位剛度但對輪對橫向運(yùn)動沒有限制，二系懸掛為高圓螺旋彈簧，車體與轉(zhuǎn)向架兩側(cè)加裝抗蛇行減振器，構(gòu)架中部也布置兩個橫向減振器； 電機(jī)懸掛方式為體懸式或者架懸式。考慮到該轉(zhuǎn)向架軸重較大，為了降低輪軌間的動力作用，該轉(zhuǎn)向架采用輪對雙空心軸，盡最大可能使得轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)輕量化，驅(qū)動制動單元采用體懸式一端懸掛于車體另一端采用擺桿吊掛于轉(zhuǎn)向架。ET401 轉(zhuǎn)向架采用框型無中間橫梁的焊

54、接構(gòu)架，結(jié)構(gòu)簡單易于維修、更換方便，側(cè)梁為中部下凹的魚腹形結(jié)構(gòu)。ICE2 型動車組動力轉(zhuǎn)向架 ET402 與 ICE1 動力轉(zhuǎn)向架 ET401 結(jié)構(gòu)參數(shù)基本相同，這就不在贅述。ICE3 型動車組（圖 2.3）動力轉(zhuǎn)向架采用 SGP500 型轉(zhuǎn)向架也稱 SF500 型轉(zhuǎn)向架，該轉(zhuǎn)向架基于 ICE2 拖車轉(zhuǎn)向架 SPF400發(fā)展而來，對于乘坐舒適度以及由于提速后引起的振動和噪聲的降低成為新的設(shè)計重點(diǎn)。該轉(zhuǎn)向架設(shè)計速度 330km/h，固定軸距減小為 2500mm，軸重小于 17t,轉(zhuǎn)向架自重為 9.2t,新輪直徑為 920mm,取消了搖枕結(jié)構(gòu)，一系懸掛采用雙層螺旋圓簧與圓筒橡膠彈簧組合的形式同樣并

55、聯(lián)有垂向液壓減振器，軸箱定位方式為單側(cè)拉桿定位，二系懸掛采用空氣彈簧加錐形橡膠堆的形式并裝有抗蛇行減振器，其空簧跨距為1900mm,電動機(jī)懸掛方式采用架懸式。該轉(zhuǎn)向架構(gòu)架采用雙“ H”形，由兩根較粗的下凹箱型縱梁與兩根橫梁鋼管組焊而成。本次課題采用 CRH3C 動車組轉(zhuǎn)向架作為設(shè)計母體，該車是中國唐山軌道車輛股份有限責(zé)任公司與德國西門子公司合作研發(fā)的高速動車組，ICE3 動車組采用的 SF500 轉(zhuǎn)向架（圖 2.4）則對本課題的研究具有非常重要的借鑒意義。ICE-T 動車組轉(zhuǎn)向架僅是在 SF500 基礎(chǔ)上加裝了傾擺機(jī)構(gòu)來提CRH2 動車組轉(zhuǎn)向架構(gòu)架畢業(yè)設(shè)計論文16高 車輛通過曲線時的運(yùn)行速度，

56、這里不再贅述。2.3.22.3.2 德國動車組轉(zhuǎn)向架設(shè)計思想與技術(shù)特點(diǎn) 德國 ICE 系列高速動車組采用的轉(zhuǎn)向架有 ET401/ET402、MD530 與 SGP 系列的 SGP300 (SF300)、SGP400(SF400)、SF500型等轉(zhuǎn)向架。從 ICE 系列動車組轉(zhuǎn)向架的發(fā)展變化過程中可以看到一個不斷嘗試與創(chuàng)新的過程。ICE 動車組轉(zhuǎn)向架采用經(jīng)過系統(tǒng)動力學(xué)仿真設(shè)計的、技術(shù)性能優(yōu)良的轉(zhuǎn)向架，ICE 轉(zhuǎn)向架在研究過程中進(jìn)行了大量的線路 圖 2.2 德國 ICE2 高速動車組列車 圖 2.4 SGP500 動力轉(zhuǎn)向架（ SF500）對比試驗(yàn)以驗(yàn)證設(shè)計思路,確定最佳結(jié)構(gòu)匹配方案，技術(shù)成熟可靠

57、的 SF500 是其典型代表；其次轉(zhuǎn)向架設(shè)計研發(fā)堅持突破與創(chuàng)新, 并充分利用先進(jìn)的現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)不斷CRH2 動車組轉(zhuǎn)向架構(gòu)架畢業(yè)設(shè)計論文17提高車車輛的技術(shù)等級， 其技術(shù)研發(fā)不是一個獨(dú)立的鐵路獨(dú)立領(lǐng)域，鐵路只是作為各個研究系統(tǒng)的子系統(tǒng)，凡是值得推廣應(yīng)用的技術(shù)就可以應(yīng)用到軌道交通系統(tǒng)之中為其所用，其制動裝置采用了非粘著的磁軌制動裝置與無磨耗的線性渦流制動裝置就是這一設(shè)計理念的集中體現(xiàn)，非粘著制動的使用降低了對輪對以及線路的維修工作量，并且復(fù)合制動符合列車高速化的發(fā)展需求。德國 ICE 系列動車組轉(zhuǎn)向架有如下技術(shù)特點(diǎn)9：(1)轉(zhuǎn)向架各運(yùn)動關(guān)節(jié)采用了無磨耗的橡膠元件,使轉(zhuǎn)向架無摩擦損耗；(2)車輪采

58、用磨耗形踏面,延長車輪使用壽命,減小車輪鏇修次數(shù),并改善了轉(zhuǎn)向架曲 線通過性能； (3)采用輪對空心軸驅(qū)動方式,驅(qū)動單元采用半體懸懸掛,有效的降低了轉(zhuǎn)向架簧下質(zhì)量。輪對雙空心軸所具有的較大扭轉(zhuǎn)剛度,可保證動輪驅(qū)動系統(tǒng)具有很高的粘滑振動穩(wěn)定性, 實(shí)現(xiàn)高粘著利用；(4)整體車輪和空心車軸可有效地降低簧下質(zhì)量,并提高轉(zhuǎn)向架高速運(yùn)行的可靠性；(5)牽引裝置采用可分式推挽單牽引桿,低位牽引,降低了軸重轉(zhuǎn)移,提高粘著利用率及減小輪緣磨耗；(6)二系采用較小橫向剛度的高撓度螺旋高圓彈簧，并加裝垂向、橫向和抗蛇行液壓減振器,以有效地改善動力車直線高速運(yùn)行的垂向和橫向動力學(xué)性能及曲線通過性能；(7)一系采用單拉

59、桿為軸箱縱向定位, 利用螺旋圓彈簧的橫向特性為軸箱橫向定位,使一系縱橫彈性參數(shù)相對獨(dú)立, 可準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)一系縱橫剛度參數(shù)匹配, 提高轉(zhuǎn)向架直線運(yùn)行穩(wěn)定性,改善曲線通過性能； (8)基礎(chǔ)制動采用盤形制動,大大地提高了制動能力,并消除了踏面制動對車輪踏面的損傷；(9)交流牽引電機(jī)可實(shí)現(xiàn)大功率的牽引,并可以有效地減輕質(zhì)量,減小結(jié)構(gòu)空間,減少電機(jī)維護(hù),延長使用壽命； (10)轉(zhuǎn)向架齒輪箱、托架、軸箱拉桿及驅(qū)動單元吊桿均采用高強(qiáng)度輕金屬材料,有效地減小了轉(zhuǎn)向架質(zhì)量。 CRH2 動車組轉(zhuǎn)向架構(gòu)架畢業(yè)設(shè)計論文18 第三章第三章 動車組轉(zhuǎn)向架的總體設(shè)計動車組轉(zhuǎn)向架的總體設(shè)計高速動車組動力轉(zhuǎn)向架是高速動車組的關(guān)鍵

60、部件,在進(jìn)行設(shè)計工作時,必須系統(tǒng)地考慮轉(zhuǎn)向架的總體結(jié)構(gòu)和參數(shù),使轉(zhuǎn)向架的性能滿足以下目標(biāo)：保證列車速度在305km/h 以下時具有高的穩(wěn)定性和低的輪軌作用力；保證列車具有盡可能高的粘著重量利用率和良好的驅(qū)動性能；保證轉(zhuǎn)向架具有高的安全性能和低維修工作量?？偟膩碚f，動車組轉(zhuǎn)向架的設(shè)計要符合動車組總體設(shè)計的要求，即滿足設(shè)計任務(wù)書的要求，在此基礎(chǔ)上以保證車輛安全性，舒適性與曲線通過性能為總體目標(biāo)，考慮國內(nèi)實(shí)際的裝備制造業(yè)生產(chǎn)實(shí)力與技術(shù)特點(diǎn)，盡可能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向架零部件及本身的通用化、系 列化、標(biāo)準(zhǔn)化，并結(jié)合國內(nèi)最新發(fā)展的新材料、新工藝、新技術(shù)，綜合地設(shè)計轉(zhuǎn)向架這一復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)。3.13.1 動車組轉(zhuǎn)向架