哈彥梅

摘要：高速列車的快速發(fā)展，要求高速列車的轉向架必須滿足高速運行的要求，在列車運行中要保證穩(wěn)定性、良好的曲線通過能力、乘客乘坐的舒適性以及行車安全，因此就要在傳統(tǒng)轉向架的結構基礎上進行結構改良和優(yōu)化。本論文從高速轉向架的要求出發(fā)，提出了高速轉向架的在牽引電機及其懸掛、軸箱定位方式、輪對結構等方面的優(yōu)化方案。

關鍵詞：高速轉向架;牽引電機;軸箱定位;獨立旋轉車輪

中圖分類號：u238

文獻標識碼A

文章編號：1671-2064（2018）10-0096-02 1轉向架簡介

轉向架是“靠輪軌接觸驅動運行的現代機車車輛”的重要組成部分，位于列車車體下方，俗稱“走行部”。在列車運行中，發(fā)揮著承受載荷、牽引制動、緩沖減振、曲線導向等功能，其結構是否合理直接影響鐵路機車車輛的行車安全、舒適穩(wěn)定性和動力學性能等。

轉向架有動車轉向架和拖車轉向架之分，動車轉向架的基本結構組成有：構架、軸箱、輪對、基礎制動裝置、一系和二系減振裝置、車體與轉向架的連接裝置、牽引電機及其懸掛裝置、齒輪箱、輪緣潤滑裝置、接地裝置等;地鐵車輛的動力轉向架除此之外還包含盤形制動裝置（軸盤、輪盤）、抗側滾扭桿、空氣彈簧裝置、中心銷連接裝置等。2高速轉向架的要求

高速轉向架為了實現列車的高速運行，普遍采用高強度合金鋼輕量化構架、空心車軸、鋁合金齒輪箱、空氣彈簧、減振器等。在設計制造高速轉向架結構時，要充分考慮列車高速運行時的穩(wěn)定性、曲線通過能力等技術的要求，以保證列車運行的安全性以及減少維修的問題。

2.1輪對的蛇形運動

轉向架的輪對結構一般由車軸、車輪和傳動大齒輪組成。車輪的輪箍外形是一個帶凸緣的圓環(huán)，由輪緣和踏面組成，輪緣起導向和防止脫軌的作用。踏面是一個錐面，具有兩段斜度，當輪對在直線上運行時，會因為兩個車輪分別以不同的直徑在鋼軌上做圓周滾動，使輪對具有自動對中的功能，自動滑向軌道中心，從而形成輪對的蛇形運動（圖1）。這種蛇形運動在列車一定的運行范圍內是穩(wěn)定的，并且可以防止輪緣單靠造成的較大磨耗，可一旦超過蛇形臨界速度，蛇形運行則會加劇，導致列車左右振幅越來越大，可能會導致車輪輪緣碰撞鋼軌側邊，造成車輪和線路的嚴重損耗，車輛的運行性能惡化，旅客的舒適度下降，甚至可能引起車輛脫軌、傾覆等危及安全行車的事故，此時，列車的運行是不穩(wěn)定的。

國外高速轉向架的實驗研究證明，當車輛的運行速度超過200km/h時，就有可能出現不穩(wěn)定的蛇形運動，那么高速列車要保證安全、平穩(wěn)的品質，就要運行在蛇形臨界速度以下。所以要提高列車的運行速度，就勢必要提高列車的蛇形臨界速度。通過改變轉向架的結構、優(yōu)化相關參數，則可使列車具有較高的臨界速度，這也是研制高速轉向架的需要解決的關鍵技術問題，同時也是高速轉向架區(qū)別于普通轉向架的特點。

2.2平穩(wěn)性

平穩(wěn)性是列車在規(guī)定的線路條件下，在設計最高速度范圍內運行時，沒備能正常工作，乘客感到舒適的基本性能。車輛在運行中的垂向和橫向運行平穩(wěn)性隨速度的提高而下降，所以高速轉向架要解決運行中振動的問題，以保證運行平穩(wěn)性和乘客舒適度。

2.3曲線通過能力

列車通過曲線時，會產生離心力，對輪軌造成巨大的擠壓和磨耗，容易引起脫軌及傾覆事故，且會產生較大噪聲。列車運行速度越高，簧下重量越大，曲線通過能力則會下降，這也是高速列車轉向架要解決的問題。3高速轉向架的結構優(yōu)化方案

3.1減輕簧下重量，提升列車運行速度

低速機車的電機懸掛方式主要是抱軸半懸掛，結構簡單，電機的重量屬于簧下重量，機車速度提升受限，輪軌間的動作用力較大。列車要獲得高速度，那么就應將牽引電機及懸掛和驅動裝置的重量轉移為簧上重量，即電機采用架懸掛或體懸掛，減輕了簧下重量，也提高了蛇形臨界速度。

牽引電動機及其懸掛的重量轉移至二系彈簧以上后，對于牽引力的傳遞及車體和轉向架之間的各種運動補償，車軸一般采用萬向軸的傳動方式。萬向軸所連接的部件及萬向軸本身，其結構均相互獨立，維修方便，有利于提高整個牽引驅動機構的可靠性和使用壽命，但萬向軸的l生能要求較高，且結構復雜。從總體發(fā)展趨勢上看，萬向軸傳動方式利大于弊。

3.2優(yōu)化軸箱定位方式

轉向架軸箱定位裝置連接轉向架和輪對裝置，固定輪對位置、限制軸距，還發(fā)揮著傳遞牽引力的作用，要求縱向剛度較大，橫向剛度較小，其參數影響轉向架蛇形運動的振幅及列車平穩(wěn)性，具體應根據動力學性能計算進行優(yōu)化選擇。目前高速轉向架采用拉板定位或轉臂定位較為普遍，使得輪對和轉向架構架之間在橫向和縱向的連接剛度達到優(yōu)化，可以達到很高的臨界速度，并且在高速下轉向架動力學性能有顯著改善。

3.3采用獨立旋轉車輪技術

同一根車軸上左右兩個車輪可以相互獨立的各自繞車軸旋轉，這樣的輪對稱為獨立旋轉車輪，具有較高的臨界速度和較低的輪軌磨耗，其基本原理就是兩個車輪是通過軸承安裝在車軸上，使車輪相對于車軸可以轉動（圖2）。由于車軸可做成曲軸或采用無共用軸，其可實現城市軌道交通車輛的部分低地板或全低地板。

獨立旋轉車輪轉向架有三種驅動方式：輪轂電機、萬向軸驅動電機、縱向電機。輪轂電機是將牽引電機直接安裝在獨立車輪的輪轂部位，電機的轉子與輪轂外面的輪輻相連，使車輪轉動;萬向軸驅動是將牽引電機懸掛在車體上，通過萬向軸驅動齒輪箱，再與車輪相連，它是依靠單輪對的機構來轉向的，交流電機置于左右兩側座位下面，用萬向軸驅動錢、后轉向車輪;縱向電機是將牽引電機縱向布置在車輪外側，通過螺旋圓錐齒輪驅動與車輪固結的短車軸，使車輪轉動，這種驅動裝置的可接近性好，所有檢修工作不必在地溝中進行，使得拆卸和維修均很方便。

德國、瑞士等國家的獨立旋轉車輪技術在進行了大量的運行試驗后表明，轉向架具有良好的承載和走行性能，在技術上完全適應高速鐵路發(fā)展的要求。獨立輪技術是高速轉向架的一個重要研究方向，但世界各國大都都還處于研究階段，要真正普遍采用，還有有待解決大量的研究和驗證工作。

3.4構架結構及材料

高速轉向架構架多采用鋼板焊接結構，并巳在開發(fā)非金屬轉向架，德國嘗試采用玻璃纖維增強塑料轉向架構架，已按國際規(guī)定的客車轉向架試驗規(guī)范。另外轉向架構架和安裝在轉向架上的零部件應盡可能小型、輕型化。

高速轉向架的結構改進是一項長期且艱巨的研究任務，總結已取得的成功經驗，加大力度展開對關鍵技術的研究，認真分析試驗的結果，不斷改進和優(yōu)化，相信適合高速列車運行的高速轉向架就會普遍的奔馳在世界各國的鐵道線上。

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