3典型转向架

第三章典型转向架的结构特点

第1节CRH2的转向架

CRH2的转向架是以Ｅ２系列新干线车辆用转向架的规格为基本、充分利用新干线车辆用转向架的设计基准和经验进行设计的。但同时考虑到CRH2的特定使用条件(乘客重量、车轮形状、线路条件等)、提高可靠性(采用有实际成绩的零件、构成零件数量的减少化、工装夹具作业的缩小化)以及容易国产化(以技术转让为前提的国内采购)等因素，采用了转臂式轴箱定位方式、无摇枕转向架。CRH2的转向架有动车转向架和拖车转向架两种，结构基本相同，主要技术参数见表1。

表3 - 1 CRH2的转向架主要技术参数

1．转向架基本结构特征

(1)无摇枕转向架方式；

(2)高速稳定性和曲线通过性能兼顾；

(3)轻量、小型、简洁的结构；

(4)采用小轮径的车轮以减少簧下重量；

(5)全部车轮装有机械制动盘（轮盘）；

(6)动车转向架上装用轻型交流异步牵引电机；

(7)拖车转向架车轴上装有机械制动盘（轴盘）；

(8)利用踏面清扫装置改善轮轨间运行噪声和粘着兼顾。

2．动车转向架结构

动车转向架主要由轮对、轴箱、一系悬挂、构架、二系悬挂、驱动装置和基础制动装置等七部分组成。

原型车E2的动力转向架CR200动力转向架

图3 - 1 动力转向架

3．拖车转向架结构

拖车转向架主要由轮对、轴箱、一系悬挂、构架、二系悬挂和基础制动装置等六部分组成

图3 - 2 拖车力转向架

4.构架

转向架构架的形状为H形，由两根侧梁和一个横梁组成，而横梁又由两个横梁支架和连接梁等组成；转向架构架分为动车转向架用和拖车转向架用两种；采用与转臂式轴箱定位方式相对应的结构形式，缩短了构架的整体长度；转向架构架能够承受得起所承载的载荷和行驶时的振动，并拥有充分的强度，设计寿命为20年；转向架构架在焊接组装后，进行退火处理；设计按照JISE4207（铁道车辆—转向架—转向架构架设计通则）进行，并按照JISE4208（铁道车辆—转向架—载荷试验方法）实施静载荷试验，确认强度。

图3 - 3 动车转向架构架图

4.1.侧梁

侧梁为封闭式箱形截面，由钢板焊接而成。侧梁断面相对于它们的中心对称。其两端有放置轴箱弹簧的弹簧盒（座），中央部分有安装空气弹簧的承台（座）。材质为耐气候性钢板：SMA490BW（JISG3114）。另外，转向架构架上使用的钢材，考虑到在超低温下的使用，要顾及材料的低温特性。

4.2.横梁

横梁主体由两根无缝钢管制造，内部作为空气弹簧的辅助空气室使用。动车转向架的横梁为两个连接梁、两个电动机托架、四个卡钳式制动器托架和两个齿轮箱吊架提供支撑。而拖车转向构架不配备电动机托架和齿轮箱吊架，但增加了用于安装在轮轴上的制动盘的四个制动卡钳座。材质与侧梁的钢板相同，为耐气候性钢板：SMA490BW（JISG3114）。

4.3.横梁支架

动车转向架的横梁支架由牵引电机底座、齿轮箱吊座、制动卡钳底座和牵引拉杆底座等构成，而拖车转向架的横梁支架仅由制动卡钳底座和牵引拉杆底座等构成。

它们全部都是钢板焊接而成。主要材质为耐气候性钢板：SMA490BW（JISG3114）及焊接结构用轧制钢材：SM400B（JISG3106）。

4.4.横梁连接梁

连接梁为钢板焊接而成。它是以提高转向架构架的强度和刚性为目的，在连接前后横梁的同时，还焊装有横向减振器支座、横向止档底座和增压气缸安装座等。主要材质为耐气候性钢板：SMA490BW（JISG3114）。

5.轮对

轮对分为动车转向架和拖车转向架用。动车转向架用轮对由车轴、车轮(带有制动盘—简称轮盘)、齿轮装置及轴承构成。拖车转向架用轮对由车轴（带有制动盘轴-简称轴盘）、车轮(也带有制动盘—简称轮盘)及轴承构成。

轮盘以外的车轮、大齿轮、轴盘及轴承等为确保安全性和可靠性采用冷压法压装到车轴上。

图3 - 4 动车轮对总成图

图3 - 5 拖车轮对总成图

5.1车轴

为了在保证强度的同时减轻质量，采用空心车轴（即在车轴中心部开一直径为φ60mm的通孔），当然这也使超声波探头可以直接穿过该通孔，使探伤容易化。由于车轴上加装部件的不同，车轴可分为动车转向架用和拖车转向架用两种。车轴材质为S38C，根据JISE4502（铁道车辆用车轴）制造。车轴表面实施高频淬火。

5.2车轮

从减轻重量和维修的容易化观点出发，车轮采用整体碾钢车轮，踏面形状根据车辆的使用条件和线路条件出发选定最佳的形状，初步选用磨耗型踏面。车轮直径新制时为860mm，最大磨耗时为790mm。车轮材质为SSW—Q3R，根据JISE5402（铁道车辆用碳素钢整体碾压车轮）制造。

6．制动盘

6.1轮盘（车轮制动盘）

安装在车轮上的制动盘为一体型锻钢制造。但分为Ｍ车(动力车)用、Ｔ车(拖车)用的两种，而Ｔ车用制动盘提高了磨耗余量而谋求长寿命化。另外，装于Ｔ车车轴的制动盘，考虑到更换时的可操作性,而采用了分割型。

为了减少T车的制动负担，从而减少制动盘和闸片的磨耗，在制动控制中，尽量使用２节Ｍ车的再生制动，而对1节Ｔ车的空气制动采取延迟控制。M车轮盘外径为725mm（有效外径720mm），组装时的厚度为133mm（=车轮厚度－2mm），磨耗余量为2mm。T车轮盘外径为725mm（有效外径720mm），组装时的厚度为133mm（=

车轮厚度－2mm），磨耗余量为5mm。制动盘采用能抑制因摩擦热而产生盘的“翘曲”的结构和耐热性特殊钢。具体结构为：在车轮的两侧面安装螺栓。

6.2．轴盘（车轴制动盘）

轴盘由压装在车轴上的轮毂和通过螺栓安装在轮毂的制动盘构成，仅安装在拖车转向架用的车轴上。T车轴盘外径为670mm，组装时的厚度为97mm，磨耗余量为

5mm。

7．齿轮装置

齿轮装置是传递驱动扭矩或制动扭矩的关键部件，仅动车转向架才有。它既属于动车轮对，又是驱动装置的重要组成部分。

8．轴箱

由于各种附属装置，例如脉冲发生器和／或接地装置被固定在轴箱端，所以转臂式轴箱作为一个组件被提供。轴箱组件包括六个主要部件，分别是轴箱主体、前盖、后盖、轴承组件、转臂衬套的密封环和盖。

图3 - 6 轴箱剖面图

图3 - 7 轴箱组成图

8.1.轴箱体（Axleboxbody）

轴箱主体采用铸钢（S45C）制成。此外，转臂橡胶套座也是采用相同材料制成的。而且轴箱主体和转臂橡胶套座是一对，一起进行机械加工并有对应的标记，应注意不要与其它混用。

8.2.前盖（Frontcover）

前盖采用铝铸件（AC4CH-T6）制成。前盖底部有一个孔，该孔用于排出检测轴裂缝用的油。拖车转向架用的前盖的孔用螺栓塞住，以防运行期间灰尘进入转速计和接地装置。

8.3.后盖（RearCover）

（与前盖）配对的后盖采用铸钢（S45C）制成并同时加以机加工。注意，建议不得更换后盖组件（1）和（2）的组合。

8.4.转臂橡胶套（Radiusarmrubber）

在轴箱的一端提供转臂定位橡胶套以便实现牵引力和制动力的传递、车轮和轨道的平滑接触和较少的维护。

8.5.轴承温度检测器（BearingTemperatureDetector）

该检测器由热敏开关构成。当轴箱主体的温度升高时，热敏开关使得发出报警的电路打开。开关的激活温度被设置在165+0/-10℃，温度梯度为5℃/min。

8.6.速度传感器

不同位置轴箱的端盖处安装有不同的速度传感器，有AG43、AG37和LKJ2000用的三种。

8.7．车轴轴承

为达到维修的容易化，车轴轴承采用润滑脂润滑、密封型圆锥滚子轴承(RCT，直径φ130mm)。该圆锥滚子轴承（RCT）由外圈、双列圆锥滚子、保持架、内圈、防止磨损的隔板、油封、油封圈和后盖等组成，属于预加润滑脂的全密封型单元轴承。其具体结构见下图。

图3 - 8 密封型圆锥滚子轴承(RCT）结构图

9.一系悬挂

一系悬挂(Primarysuspension)也称轴箱弹簧装置，主要包括轴箱弹簧、垂向液压减振器和转臂定位橡胶套等。轴箱弹簧装置被安装在轴箱和转向构架之间。轴箱弹簧装置在将车体重量分配给各车轮的同时缓冲车轮/轴箱的各种振动，该弹簧参数是经过优化选定的，主要是为了改善车体的乘坐舒适度。轴弹簧装置包括一个圆簧组（由内、外弹簧组成）、弹簧座（上、下）、橡胶座、绝缘座、转臂定位橡胶套和处于每个车轮位置处的垂向减震器。

图3 - 9 一系悬挂结构

9.1.圆簧组（Coil spring set）

圆簧组传递垂直方向的力，应通过调整垫片调整圆簧组以使每个车轮的载荷均匀。圆簧采用冷轧钢制成并经过喷丸处理以使韧性更强。轴箱弹簧组由内、外两圈圆弹簧组成，但内、外弹簧的旋向相反。轴箱弹簧组的参数见下表。

图3 - 10 圆簧组

9.2.弹簧座（Spring seats）

设置上下弹簧座（Upper and lower spring seats），使圆簧组（coil spring set）保

持在转向架构架和轴箱之间的正规位置上，但在下弹簧座上设置了M33mm的螺纹，以方便圆簧组的弹簧特性检查及转向架的组装/分解。

9.3.橡胶座（Rubber seat）

橡胶座配合圆簧以便吸收高频振动。橡胶座是在上下硫化粘结钢板的结构。

9.4.绝缘座（Insulation seat）

绝缘座用于从电气上将圆簧和转向架构架隔离开。

9.5.垂向减震器（Vertical damper）

第一系垂向减震器使用液压减震器以防转向架以较高的频率点头振动。垂向减震器在轴箱主体和转向架构架侧的连杆上有缓冲橡胶（橡胶套）。

9.6.转臂定位橡胶套

该定位橡胶套的各向定位参数对转向架的运行性能起决定性的作用。其具体参数为：径向（Y或X向）1400kgf/mm±10%；轴向（Z向）560kgf/mm±15%。另外，橡胶套与心轴和外套硫化在一起。

图3 - 11 转臂定位橡胶套结构图

10. 二系悬挂

二系悬挂装置主要包括空气弹簧系统、中心牵引销及牵引拉杆、横向弹性止档、横向和纵向液压减振器（即抗蛇行减振器）和高度调整装置等。

图3 - 12 二系悬挂系统布置总图

空气弹簧采用自由膜式气囊，它坐落在叠压在一起的四块橡胶堆上。该空气弹簧的特点：垂向变形由空气弹簧本体（即气囊）和其下面的层叠橡胶堆共同承担，确保垂向大变形量；在水平方向，一方面利用层叠橡胶堆进一步降低刚性，另一方面通过改变气囊形状，可以产生一定的阻尼，以改善乘坐的舒适性。每只转向架的两只气囊（即左右横梁）都通过差动阀相连。如果气囊突然破裂或毁坏，差动阀将运行使转向架的两只气囊压力保持平衡。这可防止客车由于一只气囊充气而另一只气囊没有充气而向一边严重倾斜。

图3 - 13 空气弹簧系统工作原理图空气弹簧结构图

图3 - 14 高度调整阀安装位置高度调整装置安装示意图

图3 - 15 载荷增加—进气过程载荷减少—排气过程图3 - 16 差动阀工作原

理

图3 - 17 抗蛇行减振器结构

图3 - 18 牵引中心销及拉杆组成牵引中心销、牵引拉杆和横向弹性侧档

11.驱动装置

驱动装置采用简单而实用的挠性浮动齿式联轴节式牵引电动机架悬式结构，即通过挠性浮动齿式联轴节将牵引电动机输出轴与车轴齿轮箱的输入轴（小齿轮轴）联结起来，在传递牵引扭矩的同时，允许两者间的相对运动。其特点是：

a.簧下死重量小（电机重量全部悬挂于构架横梁上成为簧上重量，但牵引齿轮和齿轮箱之重量的一半仍然属于簧下死重量），减小了轮轨间的动作用力；

b.同时大大改善了牵引电动机的工作条件；

c.但牵引齿轮的工作条件并未得到改善；

d.与刚性轴悬式驱动装置相比，结构稍复杂。但与其他架悬式和体悬式驱动装置相比，结构要简单得多（从日本新干线高速列车运行实践来看，完全能满足最高运行速度300km/h左右的要求）。

图3 - 19 结构示意图图3 - 20 具体结构及运动分析

图3 - 21 具体结构剖视图图3 - 22 WN联轴节在车上的具体布

置

图3 - 23 另一种——TD挠性板式联轴节结构

齿轮装置的作用是将主电动机的扭转力矩传递到车轴而使EMU加速。或者是将车轴的转矩传递给发电机化的主电动机而使EMU减速。它由齿轮箱、齿轮箱支撑轴承、接地装置、小齿轮(Pinion)轴和大齿轮等构成。

为了实现轻量化，齿轮箱使用了铝合金制造，而小齿轮采用轮轴一体型。为改善温度特性，在箱上部及下部设置了油槽。该油槽是在旋转时能够保证适当的油量的结构。另外，作为漏油对策，除了采用迷宫式密封圈(labyrinth)结构之外，还独立设置了水密封和油密封来防止漏油。齿轮箱的大齿轮被压装在车轴上，但有必要以将大齿轮配置在齿轮箱内的形式来实施。该齿轮箱的齿轮比为85/28=3.036。该齿轮箱的悬吊系统与传统牵引电机刚性轴悬式结构相似，即一端通过两个轴承支撑在车轴上，另一端吊鼻通过吊杆与转向架构架上的吊座相连。这里必须强调的是，吊杆的两端一定要加入防振橡胶，以缓和齿轮箱与构架间的冲击和振动。该悬吊装置的结构见图。

图3 - 24 齿轮箱的结构图3 - 25 齿轮箱悬吊装置

12.基础制动装置

基础制动方式是M车、T车均采用变换空压、油压的增压气缸和油压盘形制动装置。分轮盘和轴盘两种形式。轮盘安装在每个车轮上（无论是动轮还是拖轮均有），而轴盘仅安装在拖车车轴上，且每根拖车车轴上有两个轴盘。制动卡钳的夹紧动作是由液压油缸驱动的，而推动该液压油缸的高压油则是通过一套空—油变换装置将制动管内的压缩空气的压力放大若干倍（即制动倍率，约18倍）后而获得的。

从制动气缸管经过制动控制装置的压力空气，在经过PC1S压力控制阀进入气缸里面，推动活塞，随其活塞杆压进油缸里，此时在活塞杆设有的油孔刚通过垫圈的同时，油缸内的油液受压后逐渐移动，油压正到达平衡气缸内的气压(约18倍)为止。油缸内的油液推开止回阀输送到盘式制动器。此时，供给阀弹簧面承受油的压力，该阀仍呈出关闭状态。随着活塞的移动，行程表示杆也逐渐地突出，使能在外面方便读取活塞的行程尺寸。

制动力松弛，活塞转变后退行程，同时油缸内的活塞杆也退回到原位，油缸内的压力急剧地下降，反而盘式制动器的油压随其升压，压力大于弹簧力的同时，止回阀座带着止回阀一起脱离接触面，使油液由止回阀座的周围向油缸回流，将达到与弹簧的张力平衡状态为止。

在盘式制动装置内的油压与弹簧的张力相互平衡，就停止油液的回流，止回阀座又复座，在盘式制动器内可保持约49～98kPa(0.5～1.0kgf/c㎡)的残剩压力，以防止从装置的垫圈及接头等的间隙进入的气泡。如果发生盘式制动器的回油延迟，或因装置的调隙结构又动作，油缸活塞的0点迁移做因的缺油等现象，活塞杆后退行程上油缸内的油压低于储油器的油压时，供给阀立即放开且开始补油。制动作用完全松弛时，

穿通油缸内靠近气缸位置的两个甩油垫之间夹有的挡圈和活塞杆端部设有的眼孔及储油器。活塞退回到松弛位置，弹簧立即动作放松行程表示杆的压力，而使它退还到弹簧室内。

图3 - 26 增压缸结构

1—气缸主体2—活塞3—活塞杆4—180帽子形垫圈5—导环6—释放弹簧

12—油缸筒体14—储油器盖15—检油窗16—闸板18—带着止回阀的油缸盖19—供给阀20—垫圈21—垫圈压环23—填密片24—O形环26—止回阀

27—弹簧28—弹簧行程限制板29—档圈30—O形环

卡钳制动装置主要由主体、支持架、液压缸、闸瓦、闸瓦间隙调整装置和支持栓销。加压制动时，高压油注入液压缸，通过液压缸的作用，缸侧的闸瓦先碰上制动盘的表面，然后主体因反作用力而使支持栓销部分滑动，非缸侧闸瓦先也压上制动盘

的表面而生产制动力。

图3 - 27 轮盘制动卡钳结构

图3 - 28 轴盘制动卡钳结构闸瓦间隙自动调整

制动闸瓦磨耗以后，在可调活塞内的摩擦弹簧与杆之间因液压缸的作用而出现滑动，结构上保证了当液压缸卸压时闸瓦的返回量一定。

第2节德国ICE高速动车转向架简介

ICE是德国1982年底由联邦铁路负责领导设计制造的城间高速列车,代表了德国轮轨技术发展的最新阶段。ICE动力转向架达到较高技术水平,其发展不是一蹴而就的,而是建立在多年来德国客运机车转向架不断发展的基础上,通过不断完善而研制成功的,经历了漫长的研究、试验与运用考验过程。

ICE动力转向架的发展可以追溯到德国E110机车、E111机车、BR120机车和DE2500UmAn内燃机车转向架以及ICEV试验转向架,最后以ICEV转向架定型为ICE 动力转向架,前后历经20多年的发展过程。为了发展高速客运,1979年8月德国联邦技术部批准研制驱动质量可控转换的UmAn转向架,并用这种转向架改装了一台DE2500内燃机车进行高速试验。DE2500UmAn转向架继承了BR120转向架的交流传动、BBC 轮对空心轴驱动、空心车轴技术和磨耗形踏面与二系采用高挠圆簧加抗蛇行减振器匹配技术。驱动装置与制动装置合为一体构成驱动制动单元,半体悬悬挂;牵引装置采用推挽单牵引杆;轴箱采用单轴箱拉杆定位。

德国在DE2500UmAn机车上进行了大量的试验研究,对驱动质量联接方式、轴箱定位方式和回转阻尼的多种方案进行比较试验,加深了对高速动力转向架的认识。

1982年9月,德国确定制造试验型城间高速列车ICEV,目标速度为300kmh。ICEV动力转向架基本上沿用了DE2500机车的UmAn转向架结构。原UmAn转向架驱动制动单元的主动控制横向质量转换装置,改为被动联接的液压减振器;转向架上,除了每轴3个制动盘外,增添了线性涡流制动。

ICEV于1985年7月投入运行,同年达到317kmh的最高记录。1988年5月创造了406.9kmh的世界纪录。转向架运行良好,没有发现有失稳的势头。1985年12月,德国联邦铁路决定以ICEV为基础,批量生产ICE动力转向架,并对ICEV转向架加以改造,取消了线性涡流制动;每轴采用2个制动盘;轮径由1000mm增至1040mm;拉压牵引杆采用可分式拉压牵引杆;一、二系弹簧悬挂装置端部采用橡胶垫。ICE列车自1991年6月正式运营以来,现有60多列列车在德国高速线上运营。

1、动力转向架基本结构

转向架为轮对双空心轴传动和牵引电机半体悬的转向架。采用再生制动和盘形制动的复合制动方式。转向架主要由驱动制动单元、框型构架、一系和二系悬挂系统、轮对轴箱及单牵引杆的牵引装置等部件组成。ICE动力转向架的主要技术参数见表1。

图3 - 29 动力转向架

2轮对双空心轴传动和驱动制动单元

2.1轮对双空心轴驱动

ICE轮对双空心轴驱动机构由BBC轮对空心轴驱动装置发展而来。轮对双空心轴机构由内外空心轴及六连杆机构组成(见附图)。内空心轴一端与外空心轴一端由六连杆机构联接,内空心轴另一端与轮对一侧车轮的轮辐也由六连杆机构联接。外空心轴上安装有驱动齿轮和制动盘,用以传递驱动力矩和制动力矩。内空心轴做成锥形结构,以节省运动空间。六连杆机构由连杆和连接盘构成,在各连杆两端装有球形橡胶关节。由于球形橡胶关节有较大的径向刚度和较小的回转刚度,因而轮对双空心轴机构具有较大的驱动刚度。此外,橡胶元件同空心轴及连杆的联合作用,使轮对在小阻尼力情况下可自由地沉浮和单跳。轮对双空心轴的驱动电机半

体悬结构,可使转向架簧下质量减到最小,适应高速

运行的需要。由于具有较大的驱动刚度,也可适应大

功率、大牵引力的动力转向架需要。

为适应轮对相对驱动装置的各种运动,轮对双

空心轴的轴与轴间,比架承式转向架需更大的径向

间隙。为减小不平衡力对转向架的影响,空心轴机构

在内外空心轴轴线对中时,应保证一定精度的动不

平衡量。图3 - 30 附图驱动制动单元