l 转向架结构-高速列车转向架设计交更分析
哈彦梅
摘要：高速列车的快速发展，要求高速列车的转向架必须满足高速运行的要求，在列车运行中要保证稳定性、良好的曲线通过能力、乘客乘坐的舒适性以及行车安全，因此就要在传统转向架的结构基础上进行结构改良和优化。本论文从高速转向架的要求出发，提出了高速转向架的在牵引电机及其悬挂、轴箱定位方式、轮对结构等方面的优化方案。
关键词：高速转向架;牵引电机;轴箱定位;独立旋转车轮
中图分类号：u238
文献标识码A
文章编号：1671-2064（2018）10-0096-02 1转向架简介
转向架是“靠轮轨接触驱动运行的现代机车车辆”的重要组成部分，位于列车车体下方，俗称“走行部”。在列车运行中，发挥着承受载荷、牵引制动、缓冲减振、曲线导向等功能，其结构是否合理直接影响铁路机车车辆的行车安全、舒适稳定性和动力学性能等。
转向架有动车转向架和拖车转向架之分，动车转向架的基本结构组成有：构架、轴箱、轮对、基础制动装置、一系和二系减振装置、车体与转向架的连接装置、牵引电机及其悬挂装置、齿轮箱、轮缘润滑装置、接地装置等;地铁车辆的动力转向架除此之外还包含盘形制动装置（轴盘、轮盘）、抗侧滚扭杆、空气弹簧装置、中心销连接装置等。2高速转向架的要求
高速转向架为了实现列车的高速运行，普遍采用高强度合金钢轻量化构架、空心車轴、铝合金齿轮箱、空气弹簧、减振器等。在设计制造高速转向架结构时，要充分考虑列车高速运行时的稳定性、曲线通过能力等技术的要求，以保证列车运行的安全性以及减少维修的问题。
2.1轮对的蛇形运动
转向架的轮对结构一般由车轴、车轮和传动大齿轮组成。车轮的轮箍外形是一个带凸缘的圆环，由轮缘和踏面组成，轮缘起导向和防止脱轨的作用。踏面是一个锥面，具有两段斜度，当轮对在直线上运行时，会因为两个车轮分别以不同的直径在钢轨上做圆周滚动，使轮对具有自动对中的功能，自动滑向轨道中心，从而形成轮对的蛇形运动（图1）。这种蛇形运动在列车一定的运行范围内是稳定的，并且可以防止轮缘单靠造成的较大磨耗，可一旦超过蛇形临界速度，蛇形运行则会加剧，导致列车左右振幅越来越大，可能会导致车轮轮缘碰撞钢轨侧边，造成车轮和线路的严重损耗，车辆的运行性能恶化，旅客的舒适度下降，甚至可能引起车辆脱轨、倾覆等危及安全行车的事故，此时，列车的运行是不稳定的。
国外高速转向架的实验研究证明，当车辆的运行速度超过200km/h时，就有可能出现不稳定的蛇形运动，那么高速列车要保证安全、平稳的品质，就要运行在蛇形临界速度以下。所以要提高列车的运行速度，就势必要提高列车的蛇形临界速度。通过改变转向架的结构、优化相关参数，则可使列车具有较高的临界速度，这也是研制高速转向架的需要解决的关键技术问题，同时也是高速转向架区别于普通转向架的特点。
2.2平稳性
平稳性是列车在规定的线路条件下，在设计最高速度范围内运行时，没备能正常工作，乘客感到舒适的基本性能。车辆在运行中的垂向和横向运行平稳性随速度的提高而下降，所以高速转向架要解决运行中振动的问题，以保证运行平稳性和乘客舒适度。
2.3曲线通过能力
列车通过曲线时，会产生离心力，对轮轨造成巨大的挤压和磨耗，容易引起脱轨及倾覆事故，且会产生较大噪声。列车运行速度越高，簧下重量越大，曲线通过能力则会下降，这也是高速列车转向架要解决的问题。3高速转向架的结构优化方案
3.1减轻簧下重量，提升列车运行速度
低速机车的电机悬挂方式主要是抱轴半悬挂，结构简单，电机的重量属于簧下重量，机车速度提升受限，轮轨间的动作用力较大。列车要获得高速度，那么就应将牵引电机及悬挂和驱动装置的重量转移为簧上重量，即电机采用架悬挂或体悬挂，减轻了簧下重量，也提高了蛇形临界速度。
牵引电动机及其悬挂的重量转移至二系弹簧以上后，对于牵引力的传递及车体和转向架之间的各种运动补偿，车轴一般采用万向轴的传动方式。万向轴所连接的部件及万向轴本身，其结构均相互独立，维修方便，有利于提高整个牵引驱动机构的可靠性和使用寿命，但万向轴的l生能要求较高，且结构复杂。从总体发展趋势上看，万向轴传动方式利大于弊。
3.2优化轴箱定位方式
转向架轴箱定位装置连接转向架和轮对装置，固定轮对位置、限制轴距，还发挥着传递牵引力的作用，要求纵向刚度较大，横向刚度较小，其参数影响转向架蛇形运动的振幅及列车平稳性，具体应根据动力学性能计算进行优化选择。目前高速转向架采用拉板定位或转臂定位较为普遍，使得轮对和转向架构架之间在横向和纵向的连接刚度达到优化，可以达到很高的临界速度，并且在高速下转向架动力学性能有显著改善。
3.3采用独立旋转车轮技术
同一根车轴上左右两个车轮可以相互独立的各自绕车轴旋转，这样的轮对称为独立旋转车轮，具有较高的临界速度和较低的轮轨磨耗，其基本原理就是两个车轮是通过轴承安装在车轴上，使车轮相对于车轴可以转动（图2）。由于车轴可做成曲轴或采用无共用轴，其可实现城市轨道交通车辆的部分低地板或全低地板。
独立旋转车轮转向架有三种驱动方式：轮毂电机、万向轴驱动电机、纵向电机。轮毂电机是将牵引电机直接安装在独立车轮的轮毂部位，电机的转子与轮毂外面的轮辐相连，使车轮转动;万向轴驱动是将牵引电机悬挂在车体上，通过万向轴驱动齿轮箱，再与车轮相连，它是依靠单轮对的机构来转向的，交流电机置于左右两侧座位下面，用万向轴驱动钱、后转向车轮;纵向电机是将牵引电机纵向布置在车轮外侧，通过螺旋圆锥齿轮驱动与车轮固结的短车轴，使车轮转动，这种驱动装置的可接近性好，所有检修工作不必在地沟中进行，使得拆卸和维修均很方便。
德国、瑞士等国家的独立旋转车轮技术在进行了大量的运行试验后表明，转向架具有良好的承载和走行性能，在技术上完全适应高速铁路发展的要求。独立轮技术是高速转向架的一个重要研究方向，但世界各国大都都还处于研究阶段，要真正普遍采用，还有有待解决大量的研究和验证工作。
3.4构架结构及材料
高速转向架构架多采用钢板焊接结构，并巳在开发非金属转向架，德国尝试采用玻璃纤维增强塑料转向架构架，已按国际规定的客车转向架试验规范。另外转向架构架和安装在转向架上的零部件应尽可能小型、轻型化。
高速转向架的结构改进是一项长期且艰巨的研究任务，总结已取得的成功经验，加大力度展开对关键技术的研究，认真分析试验的结果，不断改进和优化，相信适合高速列车运行的高速转向架就会普遍的奔驰在世界各国的铁道线上。
参考文献
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