浅谈动车组转向架

浅谈动车组转向架

胡容基,李志高,杨奎三

中车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东 青岛 266111

摘要:高速列车的牵引可以采用传统的机车牵引型式，也可采用动车组牵引型式。动车组牵引方式分为完全分散模式和相对分散模式。动力车下面为动力转向架，拖车下面为非动力转向架。将牵引动力分散到各个动力车上，克服了传统机车牵引功率受限制的缺点，可以提高牵引的总功率、实现高速运行。因此，目前世界上大部分高速列车采用动车组牵引型式。

关键词:高速列车 转向架 法国TGV 德国ICE 意大利ETR500

1.前言

20世纪50~60年代,在日本发展高速铁路的初期，人们对列车在高速运行条件下轮轨间的粘着系数的变化尚无经验，当时的认识是：粘着系数将随运行速的提高而下降。因此在研制高速列车的牵引动力装置时，对粘着系数的取值偏低，只好增加动力轴的数量，以保证高速运行时有足够的牵引力。

2.动车组转向架分类

动车组转向架分为动力转向架和非动力转向架两类，动力转向架又有单动力轴转向架和双动力轴转向架之分。

3.动力转向架与非动力转向架的结构特点

动力转向架和非动力转向架，其主要部分采用基本一致的结构型式，如：

（1）均为无摇枕转向架；

（2）轮对为空心车轴，整体轧制车轮、磨耗型车轮踏面；

（3）一系悬挂采用钢弹簧+液压式减振器+轴箱定位装置；

（4）二系悬挂主要采用空气弹簧;

（5）牵引装置主要采用拉杆方式。

动力转向架还要有：

（1）牵引电机，安装方式采用架悬或体悬或半架半体。其中体悬式可降低簧下质量。  

（2）驱动装置（齿轮减速装置和联轴节），齿轮减速装置通过轴承安装在车轴上，牵引电机与齿轮减速装置通过联轴节传递驱动力。

4.日本动车组转向架的结构特点和主要技术参数

4.1.DT202和WDT202型转向架

DT200型和DT201型转向架主要用于0系和200系动车组。DT202型和WDT202型转向架用于100系动力车和拖车。这些转向架的主要特点是：

（1）取消摇动台，利用空气弹簧的横向刚度。

（2）车体的支承方式为：车体一空气弹簧一摇枕一构架，摇枕与构架之间为旁承支重;纵向拉杆连结于车体与摇枕之间，其端部由两半球形橡胶组成。

（3）轴箱弹簧采用螺旋弹簧和橡胶垫、带液压减振器；轴箱定位采用IS式（单拉板式）装置，利用橡胶衬套使前后、左右有适当的弹性。

（4）构架为压型（U型）焊接结构，箱形断面，在构架和摇枕上焊有各种安装座，摇枕同时作为空气弹簧的附加空气室。

（5）对车轮直径差有严格的要求：一台转向架的直径差不超过0.5mm，一根轴的左右轮径差不超过0.2mm。

4.2.TDT203和 TTR7001型转向架

TDT203和TTR7001型转向架用于300系动车组的动力车和拖车。主要特点是：

    （1）车体悬挂为无摇枕，由牵引装置替代摇枕的功能。

    （2）采用膜式空气弹簧，能适应较大的横向变位、提高隔绝垂直振动的性能；采用板阀式可变节流孔，附加空气室布置在构架横梁内，提高了转向架的平稳性。

（3）轴箱定位采用螺旋弹簧和圆筒橡胶并用的方式，垂直动载荷由螺旋弹簧和圆筒橡胶并列承受，由圆筒橡胶实现轴箱的前后、左右弹性定位。

（4）为了增加衰减力，轴箱减振器做成双向的，以降低高频振动。

（5）为了减轻轴重和簧下质量，构架采用无端梁H形结构，提高材质强度、减薄板厚;采用空心车轴；车轮直径由 910mm 改为 860mm；轴箱体采用铝合金锻造，齿轮箱用铝合金铸造；轴承采用带突缘的圆柱滚子轴承，省略了球轴承，实现了小型化、轻量化。

4.3.WDT205型转向架

WDT205型转向架是500系全动车的动力转向架，为了达到500系多能工车组的设计目标：高速度（最高运行速度300km/h），安全平稳、乘坐舒适，保护环境，降低总成本。因此研制了WDT205型转向架。主要特点是:

（1）采用无摇枕空气弹簧支承方式。

（2）采用转臂式轴箱定位。

（3）采用空心车轴、铝制转臂、减小轮径（860/790）等措施降低转向架自重。

（4）中央挂系统采用主动控制悬挂系统以减轻振动等。

5.法国动车组转向架的结构特点和主要技术参数

5.1.第一代TOV-PSE用的转向架

TGv-PSE的动力转向架为Y230型、拖车转向架（铰摸式转向架）为Y231型，运营速度为270knmh。主要特点有:

（1）车体悬挂为无播，牵引装置为拉杆式，可使车体相对于构架在左右方向运动更加自由。

（2）二系悬挂为高柔度的钢圆簧，每台转向架配置两个垂直减振器、两个抗蛇行减振器和一个横向减探器。

（3）一系悬挂由一组钢圆簧与两组叠层橡胶弹簧组成，该两组叠层橡胶弹簧可保证轴箱与构架在横向和纵向的定位刚度。

（4）转向架轴距增加到3000mm。

5.2.第二代TGV-A用的转向架

TGV-A的动力转向架仍为Y230型，拖车转向架为Y237型，最高运行速度300km/h，最高试验速度为515.3km/h

。Y237转向架与Y231相比，在结构性能方面都有较大的改进。如:

（1）二系悬挂改用空气弹簧。由于Y231转向架采用高柔度的钢圆簧，在运行中暴露出向车体传递10Hz的高频振动，并与车体的弯曲振动相耦合，导致运行平稳性不良。为此采用垂向和横向都具有高柔性的SR10空气弹簧，使得车体在簧上的垂向和横向自振频率分别降低到0.7和0.75Hz，显著地改善了车辆的垂向和横向振动性能，提高了在直线和曲线上的运行平稳性。

（2）在二系悬挂中加装抗侧滚扭杆装置，这是采用高柔性的二系悬挂后所必需的。

（3）采用了转臂式轴箱定位结构。由于Y231中定位用的两组叠层橡胶弹簧参与承载（垂直载荷由轴箱钢圆篮承受60%，两组叠层橡胶弹簧承受40%，而使一系悬挂刚度过大，且小振幅时出现卡滞现象，导致振动性能不良。取消两组叠层橡胶的定位弹簧，由转臂关节中的橡胶元件实现纵、横向定位刚度；还增大了一系悬挂的柔度，在每一轴箱处装了小阻尼的垂向液压减振器，因此大大改善了转向架的动力性能。

（4）在Y237转向架的两相邻车端的四角，用四个纵向液压减振器相连，这一独特的减振器布置使相连的车辆组成一个整体的耦合振动系统，使得每一相邻车端由于点头、摇头所引起的上下、左右相对角振动受到了减振阻尼的抑制。此外，在相邻车端间的上部还装有一横向减振器以抑制侧滚振动。在采用上述减振系统后，取消了Y231转向架二系悬挂中的横向和垂向减振器，效果很好。

5.3.第三代TGV-2N用的转向架

TGV-2N为双层客车，能增加45%的载客量。为了仍保持17t轴重，采用铝合金车体，同时要求转向架进一步减重。TGV-2N的动车转向架为Y230，拖车转向架是Y237的改进型Y237-A。改进部分有：

（1）在Y237转向架上只安装一根扭杆，在Y237-A转向架上采用两根扭杆。

（2）尽可能的实现轻量化，以适应双层客车仍保持17t轴重的要求。

6.德国动车组转向架的结构特点和主要技术参数

6.1.ICE-1的MD530转向架

德国于1986年开始研制 ICE（或称ICE-1）高速动车组，采用 MDS30转向架，1991年正式投入运营，最多16辆编组（2M+14T)，最高运营速度 250km/h。

MD530转向架是在MD52基础上改进的，主要结构特点是：

（1）有摇动台。车体通过两侧的旁承作用在摇枕上，摇枕经二系弹簧组件落在弹簧承梁上，再经一个摆动吊杆和橡胶弹性支座悬吊于构架上。当吊杆发生断裂时，弹簧承梁落在紧固于构架的挡卡上。在构架纵向梁的外侧设有一特别宽的弹簧支座，使得吊杆、支座的监控和维护变得简单，并且弹簧支座的横向跨距大，因此不需要抗侧滚装置。

（2）轴箱定位装置为双拉板式，在轴箱与弹性拉板之间设有纵向弹性饺。

（3）装设机械回转稳定装置。“机械回转阻尼”是通过摇枕与车体之间的旁承摩擦力矩来实现的，而当运行速度超过160km/h时，为避免转向架运行失稳，装设机械回转稳定装置，目的是消除摇枕与构架之间微小的转动，抑制高速下的转向架蛇行运动。

6.2.ICE-2的SGP400转向架

SPG400转向架在三个方面有很大的改进：

（1）在转向架上设回转阻尼系统“DES”。电子控制回转阻尼系统“DES”，是带磁性阀门的抗蛇行减振器，根据实际运行速度接通或者断开，在速度相对不高的弯道区间该系统不起阻尼作用，只有当高速运行时才起阻尼作用，从而明显地减小轮轨导向力以及改善磨损情况，从而一方面保证在高速下的运行稳定性，另一方面又克服了转动阻尼系统的负面作用。

（2）二系悬挂横向主动控制系统AQS。通常，转向架二系悬挂柔软的横向弹性有利于保证较好的舒适度。在弯道行驶时，未被平衡的横向力使车体产生横向位移，经过一定行程后，由于弹性止挡的作用就要叠加一个渐增的刚度特性。采用横向弹性主动控制系统AQS，它可以使车体回到中心位置附近，避免横向挡的接触，以保持柔软的横向弹性特性,使通过弯道时与直道上运行时具有相同的舒适度。

（3）轮对定位系统RHC。车辆的曲线和直线运行性能在设计上是相互矛盾的。为使曲线运行性能好，即轮轨力和轮轨磨耗最小，那么轮对定位的纵向刚度应保持低值；为适应200km/h速度及以上的高速运行，轮对定位应具有较高的纵向刚度，以保持两个轮对的平行，满足稳定性的要求，但这将导致通过曲线时产生较大的轮轨力和轮轨磨损。鉴于这种矛盾，欧洲铁路研究所采用主动式气动控制的轮对定位装置，使轮对定位刚度随实际的运行速度改变。

6.3.SGP500转向架

SGP500 是ICE-3拟采用的转向架。最高运行速度为330km/h，为此每吨质量的功率要从ICE-1时的10kw/t增加到20kwht，同时要求最大轴重不超过17t，所以ICE-3采用了动力分散的方式，全列车中动力转向架和非动力转向架各占50%。SGP500转向架的结构特点有：

（1）和SGP400一样，为无播枕结构，二系悬挂为加有橡胶堆的空气弹赞

。

(2）装有抗侧滚扭杆和抗蛇行减振器。

（3）一系悬挂是钢圆簧+垂直减振器，采用单侧拉杆定位。

（4）动力转向架上装有轮式盘形制动，非动力转向架上每轴装2~3个轴式盘形制动。

7.结语

欧洲各国发展高速列车时，人们对高速运行条件下粘着的认识已有提高；随着电力技术的发展，新型防滑装置的研制成功，使动力车的设计可以取较大的粘着系数、用较少的动力轴即可满足牵引力的要求。法国TGV、德国ICE和意大利ETR500等高速列车的运用经验都表明，动力集中配置列车的粘着利用也完全可以满足高速列车运行的要求。

参考文献:

[1]铁道概论 / 龚娟主编. --北京：人民邮电出版社，2015.02

[2]车辆工程导论/赵怀瑞主编.中国铁道出版社，2015.09

[3]大国速度：中国高铁崛起之路.湖南科学技术出版社，2017.03

[4]车辆构造与检修（第二版）/袁清武、于值亲主编.中国铁道出版社，2016.01