200kmh城際列車動力轉(zhuǎn)向架設計

1、200km/h城際列車動力轉(zhuǎn)向架設計DESIGN OF POWER BOGIE FOR 200km/h INTERCITY TRAIN摘要自從世界上第一條高速鐵路于1964年在日本東海道建成運行以來，盡管經(jīng)歷了曲折的發(fā)展過程，但由于高速鐵路本身具有不可替代的優(yōu)點，使其在世界許多國家得到了快速蓬勃的發(fā)展。為適應中國鐵路跨越式發(fā)展要求，鐵道部在2020年前規(guī)劃建設“四縱四橫”，總里程達12000多公里的高速鐵路客運專線和快速客運通道。為了適應高速鐵路的快速建設，高速列車的設計制造工作也是當務之急，而高速列車設計的核心則是轉(zhuǎn)向架的設計。本文從高速列車的轉(zhuǎn)向架設計出發(fā)，介紹了200km/h城際列車動力

2、轉(zhuǎn)向架的設計，該轉(zhuǎn)向架采用無搖枕結(jié)構(gòu)，軸距2500mm。一系懸掛采用轉(zhuǎn)臂式軸箱定位，設置雙卷彈簧和垂向減振器作為軸箱懸掛。車軸采用空心車軸，減小簧下質(zhì)量，車輪踏面為LMa磨耗型踏面。二系懸掛采用空氣彈簧，設置抗側(cè)滾扭桿和橫向止擋，還具有橫向減振器和抗蛇形減振器的設計。牽引方式采用單拉桿牽引。構(gòu)架采用U形焊接構(gòu)架，材料為Q345低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼。驅(qū)動裝置則是由兩個電機、聯(lián)軸節(jié)和齒輪箱斜對稱布置。制動方式采用輪盤式制動。焊接構(gòu)架是高速動力轉(zhuǎn)向架的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)之一，在車輛運行中承受牽引力、制動力、橫向力和垂向力并將這些力傳遞給其他零部件。因此，構(gòu)架的可靠性、安全性對列車運行有重要影響。本文利用大型通用

3、有限元分析軟件ANSYS進行了強度分析，首先建立焊接構(gòu)架有限元分析模型；根據(jù)TB/T 2368-2005動力轉(zhuǎn)向架構(gòu)架強度試驗方法標準確定焊接構(gòu)架計算載荷工況；然后對構(gòu)架進行加載和靜強度計算。計算結(jié)果表明該轉(zhuǎn)向架構(gòu)架滿足超常載荷和運營載荷工況下的強度要求。最后還對模型進行了模態(tài)分析，計算了轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的固有頻率，得到了轉(zhuǎn)向架在不同頻率下的振動圖，可以通過結(jié)果來有效地避免共振。關(guān)鍵詞：高速列車 動力轉(zhuǎn)向架 結(jié)構(gòu)設計 強度計算AbstractSince the worlds first high-speed railway in 1964 to run in Tokaido Japan, altho

4、ugh high-speed railway experienced a tortuous developing process, it was developing rapidly in many countries in the world because of its irreplaceable advantages. In order to meet the development requirements of China Railway by leaps and bounds, the Ministry of Railways plans to build four vertica

5、l and four horizontal railway network by 2020, by then 12,000 kilometers of high-speed passenger rail line and rapid passenger access will be constucted. In order to adapt to the rapid construction of high-speed railway, the work of designing and manufacturing high-speed train is imperative, and its

6、 core is the bogie designing.In this paper, based on high-speed train bogie design, the design of 200km/h intercity train power bogie was introduced. The Bogie adopts the bolsterless structure, and the wheelbase was set to 2500mm. The primary suspension was axle beam type, and two-volume spring and

7、Vertical damper as the axle box suspension. The hollow axles were used to reduce unsprung mass and the LMa wheel-tread wear were used; the secondary suspension is air spring type. The anti-rolling torsion bar and horizontal-only block were set, and lateral shock absorber and anti-snake shock absorbe

8、r also were used. The sigle bar is used to traction. The weld frame is U-shaped which material is the Q345 high-strength low-alloy structure steel. The drive device is composed of two sets of motors, couplings and gearboxes symmetrically oblique. The brake type adopts the disc brake on wheel.Weld fr

9、ame is one of the key components of high-speed power bogie, which bears traction, braking, horizontal and vertical edge forces and delivers them to the other parts. Therefore, the reliability, security of the frame has an important impact to the running of the Train. This paper uses the large-scale

10、finite element analysis software ANSYS to constructs the frame. Firstly establish the finite element analysis model of the weld frame ; count the load cases on the weld frame according to the leaflet TB/T 2368-2005 Motive power units-Bogies and running gear-Bogie frame structure strength tests; then

11、 carry the static strength on the frame and do strength calculation. The calculation result indicated that this bogie frame satisfies intensity request under the superior and operation load. Finally the modal analysis to the model was carried on, and the natural frequency of bogie frame was calculat

12、ed. The bogie vibro-record under the different frequency was obtained, and may be through the result to avoid resonating effectively.key words：high-speed train power bogie structure design Strength calculation目錄第1章 緒論11.1 選題背景11.2 國內(nèi)外高速客車轉(zhuǎn)向架發(fā)展概況21.2.1 法國31.2.2 德國41.2.3 日本61.2.4 其它國家71.2.5 中國81.3 本文主

13、要研究的內(nèi)容和方法12第2章 轉(zhuǎn)向架總體設計132.1 構(gòu)架132.2輪對軸箱裝置152.2.1 輪對152.2.2 軸箱懸掛162.3 二系懸掛裝置182.4 驅(qū)動裝置202.5 基礎(chǔ)制動裝置202.6 本章小結(jié)22第3章 構(gòu)架強度計算243.1 ANSYS軟件簡介243.2有限元處理問題的基本步驟253.3 有限元建模與網(wǎng)格劃分253.4 載荷工況與計算273.4.1超常載荷工況下的計算載荷273.4.2 正常運營載荷工況下的計算載荷283.5 邊界條件313.6 本章小結(jié)31第4章 ANSYS計算結(jié)果分析324.1 構(gòu)架材料的許用應力計算324.2 超常載荷工況強度計算324.3 正常載

14、荷工況強度計算354.3.1 工況1354.3.2工況2374.3.3 工況3394.3.4 工況4414.3.5 工況5434.3.6 工況6454.3.7 工況7474.3.8 工況8494.3.9 工況9514.3.10 工況10534.3.11 工況11554.3.12 工況12574.3.13 工況13594.4 模態(tài)分析614.5 結(jié)果分析644.6 本章小結(jié)65結(jié)論66致謝67參考文獻68附錄70第1章 緒論1.1 選題背景隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，環(huán)境保護與交通發(fā)展之間的矛盾日益突出，人們要求縮短乘坐時間，提高運輸質(zhì)量的要求也越來越高，提高列車運行速度成為

15、鐵路賴以生存和發(fā)展的唯一途徑。因此，各國紛紛發(fā)展高速鐵路，改善運輸能力與運輸需求之間的矛盾，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。而高速轉(zhuǎn)向架則是高速動車組的關(guān)鍵技術(shù)之一，其性能的好壞直接與列車運行的安全性、可靠性、舒適性密切相關(guān)。隨著我國高速鐵路的快速發(fā)展，350km/h及以上速度等級的京滬高速鐵路投入建設，一些發(fā)達國家相繼與中國簽署高速鐵路建設相關(guān)協(xié)議，使得我國高速鐵路的自身發(fā)展和走向世界進入了一個輝煌的時代。其實適合高速鐵路的生存環(huán)境只有2條基本原則：第一是人口稠密和城市密集，而且生活水準較高，能夠承受高速鐵路比較昂貴的票價和多點?？?；第二是較高的社會、經(jīng)濟和科技基礎(chǔ)，能夠保證高速鐵路的施工、運行與維修需要。

16、隨著城市化進程的加快和人民物質(zhì)文化生活水平的提高，人際間的交流將更加頻繁，這些預示著客運需求的潛力很大。而隨著社會節(jié)奏的加快，時間價值觀念越來越強，旅客運輸?shù)母咚倩俏覈?jīng)濟及社會發(fā)展的必然結(jié)果。2004年鐵道部根據(jù)國務院“引進先進技術(shù)，聯(lián)合設計生產(chǎn)，打造中國品牌”的指導方針，通過引進國外高速鐵路先進技術(shù)，立足國內(nèi)、自主創(chuàng)新，已取得了實質(zhì)性效果。2007年4月18日，采用引進動車組在既有線上實現(xiàn)了第6 次鐵路大提速，最高列車運行速度達到250km/h，這也是既有線上世界最高運營速度，這一階段為消化吸收階段；2008年8月1日，為了配合北京奧運會的召開，在京津城際高速線上開行350km/h的高速

17、列車，拉開了我國300km/h以上高速列車的發(fā)展序幕，其中把250km/h的動車組提升到了350km/h，這一階段為再創(chuàng)新階段；目前，全長1300多公里的京滬高速鐵路正在建設中，2012年也將投入使用，所采用的動車組是自主創(chuàng)新的高速列車，其設計速度380km/h，持續(xù)運行速度350km/h，試驗速度400km/h以上。京滬高速鐵路將成為世界上連續(xù)直達運行里程最長、運營速度最高的高速鐵路。 2004年1月，中國政府發(fā)布了中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃，明確了中國鐵路網(wǎng)長期建設目標，計劃到2020年，速度200km/h及以上的高速客運專線將達到1.2萬km以上，2008年經(jīng)國務院批準調(diào)整到1.8萬km。路網(wǎng)包括

18、“四縱四橫”客運專線以及3個城際客運系統(tǒng)。到2010年2月，已經(jīng)建成并投入運行的高速客運專線有10條，共計3968km；正在建設的客運專線有8條，共計3178 km； 計劃建設的客運專線有20條，共計11095 km。屆時，我國新建高速鐵路的里程總長1.8萬km，中國將成為名副其實的高速鐵路大國。隨著高速鐵路的飛速發(fā)展，高速動車組的發(fā)展也要與時俱進，而轉(zhuǎn)向架是機車車輛最重要的組成部件之一，其結(jié)構(gòu)是否合理直接影響機車車輛的運行品質(zhì)、動力性能和行車安全。所以說高速動車組的發(fā)展根本也就是轉(zhuǎn)向架技術(shù)的革新。高速列車在全世界各地的極速奔馳，現(xiàn)代城軌車輛的飛速發(fā)展，無一不與轉(zhuǎn)向架技術(shù)的進步發(fā)展息息相關(guān)?？?/p>

19、以毫不夸張地說，轉(zhuǎn)向架技術(shù)是“靠輪軌接觸驅(qū)動運行的現(xiàn)代機車車輛”得以生存發(fā)展的核心技術(shù)之一。由于各國鐵路發(fā)展歷史和背景的不同，以及技術(shù)條件上的差異，致使各國研制的高速轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)類型也相差較多。然而在設計原則上的共識和實踐經(jīng)驗卻導致高速轉(zhuǎn)向架形式上的眾多相同之處，如采用空氣彈簧懸掛系統(tǒng)、無磨耗軸箱彈性定位、盤形制動為主的復合制動系統(tǒng)，等等。根據(jù)國內(nèi)外經(jīng)驗，轉(zhuǎn)向架的設計有以下幾個基本原則：(1)采用高柔性的彈簧懸掛系統(tǒng)，以獲得良好的振動性能。這種高柔性空氣彈簧在速度300km/h以下能表現(xiàn)出其優(yōu)越性能。(2)采用高強度、輕量化的轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)，以降低輪軌間動力作用。(3)采用能有效的抑制轉(zhuǎn)向架蛇形運動

20、，提高轉(zhuǎn)向架蛇行運動臨界速度的各種措施。(4)驅(qū)動裝置采用簡單、實用、可靠、成熟的結(jié)構(gòu)，盡量減小簧下質(zhì)量和簧間質(zhì)量，以改善輪軌間的動作用力，提高高速運行穩(wěn)定性。(5)基礎(chǔ)制動裝置采用復合制動系統(tǒng)。隨著廣大人民日益增長的生活需求，城市之間的到達時間已不能很好的滿足人們的需要，為了改善人們的生活質(zhì)量，本文研究的課題也正是在此背景下延伸出來的。1.2 國內(nèi)外高速客車轉(zhuǎn)向架發(fā)展概況高速客車的關(guān)鍵技術(shù)之一就是轉(zhuǎn)向架，其歷史可以追溯到19世紀中期。轉(zhuǎn)向架的應用不僅提高了客車的運行速度，同時使車輛具有良好的曲線通過性能和舒適性。早期的客車轉(zhuǎn)向架主要以鑄鋼結(jié)構(gòu)或鋼板鉚焊結(jié)構(gòu)為主，一系懸掛采用導框式軸箱加板簧方

21、式，軸承為滑動軸承，其中央懸掛采用板簧加搖枕結(jié)構(gòu)，心盤用于承載和傳遞縱向力，基礎(chǔ)制動為踏面制動。隨著制造水平的提高，客車轉(zhuǎn)向架開始采用焊接構(gòu)架結(jié)構(gòu)。20世紀20年代開始出現(xiàn)了搖動臺結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)向架，有效地降低了二系橫向剛度，從而大幅度提高了車輛的橫向動力學性能。50年代后，盤形制動、磁軌制動及防滑器等新技術(shù)開始在客車上得到應用，為客車運行速度的提高奠定了基礎(chǔ)。在此之后，空氣彈簧的應用以及中心銷取代了傳統(tǒng)的心盤結(jié)構(gòu)，使客車的動力學性能得到了進一步改善。70年代后，無搖枕轉(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。進入90年代后，磁軌渦流制動開始應用，不僅消除了磨耗，降

22、低了噪聲，還大大提高了制動效率。1.2.1 法國二戰(zhàn)前，法國鐵路客車運用的幾乎全是美國Pennsylvania型轉(zhuǎn)向架，該轉(zhuǎn)向架采用傳統(tǒng)的鑄鋼構(gòu)架，一系懸掛為軸箱導框加均衡梁結(jié)構(gòu)，中央懸掛采用搖動臺、板簧及搖枕的模式，承載方式為摩擦旁承加心盤的組合。在此基礎(chǔ)上，法國國鐵(SNCF)設計出了最高速度為140km/h的Y16型轉(zhuǎn)向架，隨后又開發(fā)和研制出了 Y20、Y24和Y26型轉(zhuǎn)向架，其中，Y26型轉(zhuǎn)向架首次采用了空氣彈簧，最高試驗速度達到了180km/h，并于1968 年投入運用。在總結(jié)了上述轉(zhuǎn)向架經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，SNCF于1967年研制出了Y30型轉(zhuǎn)向架。該轉(zhuǎn)向架采用了全新的結(jié)構(gòu)：一系懸掛為人

23、字形橡膠堆定位，中央懸掛為高圓鋼簧加中心銷模式。與此同時，SNCF還開發(fā)出了最高試驗速度為230km/h的Y28和Y207型轉(zhuǎn)向架，并在此基礎(chǔ)上研制出新一代適合200km/h的Y32型轉(zhuǎn)向架。Y32型轉(zhuǎn)向架采用了H型焊接構(gòu)架，一系懸掛為橡膠節(jié)點轉(zhuǎn)臂定位，中央懸掛為高圓鋼簧、橫向液壓減振器、垂向液壓減振器、搖枕加抗側(cè)滾扭桿裝置，基礎(chǔ)制動裝置采用了盤形制動和磁軌制動。為減小轉(zhuǎn)向架點頭及橫向等運動對車體的影響，牽引裝置采用了鋼絲繩連接的方式。Y32型轉(zhuǎn)向架自1973年批量生產(chǎn)以來，一直是SNCF的主型轉(zhuǎn)向架，并批量出口到其他國家。20世紀70年代以后，法國開始研制TGV高速列車，并研制出了Y229型

24、轉(zhuǎn)向架。法國TGV采用動力集中的牽引模式，車體之間采用鉸接方式。為此，法國開發(fā)出了Y231型轉(zhuǎn)向架用在第1代TGV-PSE拖車上，并在此基礎(chǔ)上研制出了用在TGV-A 拖車上的Y237型轉(zhuǎn)向架。該轉(zhuǎn)向架采用了H型焊接構(gòu)架，一系懸掛為橡膠節(jié)點轉(zhuǎn)臂定位，中央懸掛為大容積高柔性空氣彈簧、橫向液壓減振器、垂向液壓減振器、抗蛇行液壓減振器、抗側(cè)滾扭桿及 Z字形拉桿牽引裝置，基礎(chǔ)制動裝置采用了盤形制動。Y237型轉(zhuǎn)向架由于采用了3m的大軸距及1:40的錐形踏面，故具有較高的抗蛇行穩(wěn)定性。法國TGV高速轉(zhuǎn)向架不斷完善鉸接式轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)，也趨向輕量化方向發(fā)展，但其軸重基本保持17t左右。圖1-1 TGV動車轉(zhuǎn)向架

25、1.2.2 德國德國的第1臺客車標準型轉(zhuǎn)向架于1890年研制成功，該轉(zhuǎn)向架采用鍛壓鉚接構(gòu)架，一系懸掛為軸箱導框加板簧，中央懸掛由中央板簧、搖枕、摩擦旁承和心盤組成。在此基礎(chǔ)上，20世紀30年代德國又開發(fā)出 Grlitz系列轉(zhuǎn)向架，最高運行速度為160km/h。為解決軸箱導框的磨耗問題，德國聯(lián)邦鐵路（DB）從1939年開始研制 Minden2Deutz 新型轉(zhuǎn)向架。該轉(zhuǎn)向架采用了H型焊接構(gòu)架，一系懸掛為雙圓簧和雙拉板式定位裝置，中央懸掛由搖動臺、鋼圓簧、搖枕、摩擦旁承和心盤組成，在搖枕和構(gòu)架的兩側(cè)設有牽引拉桿。該轉(zhuǎn)向架于1949 年完成試制并投入線路考核試驗，隨后定型為MD32標準型轉(zhuǎn)向架。此后

26、，又根據(jù)不同要求改型為M36等10多種MD系列轉(zhuǎn)向架，其中，約一半以上出口到其他國家。與此同時，Grlitz V 型轉(zhuǎn)向架也于1958年研制成功。其結(jié)構(gòu)同MD32基本相似，僅將一系懸掛的雙拉板式定位改為橡膠導柱定位。為確保德國在高速鐵路領(lǐng)域的地位，聯(lián)邦政府于1972年投資5億馬克進行高速列車前期性研究，其中包括研制世界上首臺滾動振動試驗臺和動力學仿真軟件MEDYNA。座落在慕尼黑的試驗臺在經(jīng)歷了近6年的設計及施工后于1980年完工。該試驗臺可對機車車輛進行整車在實際軌道激擾條件下的直線、曲線動態(tài)模擬以及模態(tài)分析，最高試驗速度為500 km/h，是世界上功能最完備的滾振試驗臺，為新型轉(zhuǎn)向架的開發(fā)

27、提供了有力的手段。 圖1-2 MD530型轉(zhuǎn)向架德國WAGGON UNION公司在1974年研制成功MD52型轉(zhuǎn)向架的基礎(chǔ)上于 80 年代初開發(fā)出MD52-350原型車轉(zhuǎn)向架，并經(jīng)改進后定型為MD530型，用于1991年開通的第1代ICE高速列車，其最高運行速度為280km/h。該轉(zhuǎn)向架一系懸掛采用了雙圓簧和單向雙層拉板定位，中央懸掛由搖動臺、搖枕、摩擦旁承和中心銷組成。為保證其可靠性，中央懸掛仍采用鋼圓簧，搖枕的縱向定位采用橡膠緩沖座，在構(gòu)架的兩側(cè)設有磨耗板，牽引力的傳遞采用中心銷模式。MD系列轉(zhuǎn)向架的旁承除承受車體的垂向載荷外，還提供回轉(zhuǎn)力矩，以取代常規(guī)的抗蛇行減振器。為保證搖枕與構(gòu)架間的

28、扭轉(zhuǎn)剛度和轉(zhuǎn)向架的縱向振動不向車體傳遞，搖枕通過扭桿和拉桿連接到轉(zhuǎn)向架的構(gòu)架上。為了進一步改善MD530型轉(zhuǎn)向架的動力學性能，MAN公司在90年代初研制成功帶輪對耦合副構(gòu)架的轉(zhuǎn)向架和采用碳纖維輕型構(gòu)架的獨立旋轉(zhuǎn)車輪轉(zhuǎn)向架，2臺高速轉(zhuǎn)向架均采用了空氣彈簧。1992年，由DB組織研制新一代采用空氣彈簧的ICE高速客車轉(zhuǎn)向架，通過線路動力學試驗比選確定生產(chǎn)廠家。除上述2種方案外，瑞士、奧地利和德國等國的公司共提出7種方案，并通過了德國聯(lián)邦鐵路組織的線路動力學試驗。經(jīng)比選后確定奧地利的SGP-400型轉(zhuǎn)向架為ICE-2的最終方案。1995年，DB和東日本鐵道株式會社達成協(xié)議，由德國TALBOT公司和日

29、本住友(SUMITOMO)公司在B-5003型轉(zhuǎn)向架的基礎(chǔ)上聯(lián)合研制新一代高速轉(zhuǎn)向架，定型為JR21。該轉(zhuǎn)向架采用內(nèi)支承模式，其整體重量僅4300kg，是目前世界上最輕的高速客車轉(zhuǎn)向架，其最高試驗速度為450km/h。德國ICE高速轉(zhuǎn)向架，隨著動力分散ICE3高速列車和擺式動力分散ICET等高速列車的發(fā)展，其一系懸掛和二系懸掛有向有源半主動和主動控制方向發(fā)展的趨勢。圖1-3 ICE3動車組SF500型轉(zhuǎn)向架1.2.3 日本日本對高速機車車輛的系統(tǒng)性研究和試驗工作始于二戰(zhàn)后，但其發(fā)展迅速。到目前為止，共研制出了10多種系列的高速列車和近40種轉(zhuǎn)向架。與歐洲國家不同，日本一直致力于發(fā)展動力分散模式

30、的高速列車。日本在高速轉(zhuǎn)向架方面的發(fā)展可分為3個階段：第1階段是在高速鐵路開通前的研究和試驗過程，開發(fā)出第1代DT200 高速轉(zhuǎn)向架，其最高運行速度為220km/h。該轉(zhuǎn)向架一系懸掛采用雙圓簧及雙側(cè)板簧式定位，中央懸掛由空氣彈簧、橫向液壓減振器、垂向液壓減振器、抗側(cè)滾扭桿及搖枕等組成。第2階段是1992年開發(fā)成功的300系DT203新干線高速轉(zhuǎn)向架，其最高運營速度為270km/h。該轉(zhuǎn)向架一系懸掛為雙圓簧加橡膠導柱定位，為減輕簧下質(zhì)量，采用了鋁合金軸箱和空心車軸。中央懸掛為無搖枕結(jié)構(gòu)，由空氣彈簧、橫向液壓減振器、垂向液壓減振器、低位單牽引拉桿及中心銷等組成。近年來，日本一直致力于開發(fā)第3代高速

31、轉(zhuǎn)向架，其目標運營速度為300km/h350km/h，還研制出了獨立旋轉(zhuǎn)車輪轉(zhuǎn)向架和帶主動懸掛的轉(zhuǎn)向架。西日本鐵路客運公司開發(fā)的山陽新干線500系“希望”號高速列車于1997年年初投入運用，該車采用了WDT系列轉(zhuǎn)向架，其最高運營速度為300km/h。與300系DT203高速轉(zhuǎn)向架相比，該轉(zhuǎn)向架的一系懸掛分別為轉(zhuǎn)臂式定位，雙圓簧加橡膠定位以及雙圓簧單拉板定位。值得一提的是，“希望”號高速列車的旅行速度和平均速度均超過了法國的TGV和德國的ICE。與此同時，日本鐵路東?？瓦\公司開發(fā)的300X高速車和東日本鐵路客運公司開發(fā)的STAR21投入運行，300X采用了DT205轉(zhuǎn)向架，其結(jié)構(gòu)與300系相似，

32、最高運營速度為350km/h。STAR21采用鉸接式車體，最高運行速度為350km/h。1997年年底投入運用的700系高速車則又在原基礎(chǔ)上進行了改進，其轉(zhuǎn)向架以500系為基礎(chǔ)，并加裝了變阻尼孔的非線性空氣彈簧。 圖1-4 500系列WDT250型轉(zhuǎn)向架縱觀日本在高速轉(zhuǎn)向架方面的研究，其開發(fā)出的轉(zhuǎn)向架品種數(shù)量和采用新技術(shù)的種類是其他任何國家無法比擬的，并保持著自己的固有特色。在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架方面，無論是其結(jié)構(gòu)還是制造工藝與歐洲都有所不同。日本是最早采用空氣彈簧的國家，并首創(chuàng)利用調(diào)節(jié)空氣彈簧中的阻尼孔的大小來替代二系垂向液壓減振器，同時也是最早采用無搖枕轉(zhuǎn)向架的國家之一。高速轉(zhuǎn)向架的輕量化一直是開發(fā)

33、新型轉(zhuǎn)向架所追求的目標，日本的高速轉(zhuǎn)向架及車體在減重方面自始至終處于世界領(lǐng)先地位。總體上來看，日本高速列車隨著運營速度的提高，其轉(zhuǎn)向架進一步鍵簡化結(jié)構(gòu)，向輕量化、降低軸重、減小簧下質(zhì)量、有源半主動或主動控制等方向發(fā)展。1.2.4 其它國家 同法國和德國相比，英國開始發(fā)展高速客車轉(zhuǎn)向架的時間雖然較早，但直到20世紀70年代才研制出BT10型轉(zhuǎn)向架，其最高運營速度為200km/h。該轉(zhuǎn)向架的一系懸掛為轉(zhuǎn)臂式定位加橫向控制拉桿，中央懸掛由傳統(tǒng)的鋼圓簧、搖動臺、搖枕、旁承和中心銷組成。由于BT10型轉(zhuǎn)向架性能的限制，英國后期的IC225型高速動車組選用了瑞士SIG公司的BT41型轉(zhuǎn)向架。意大利是一個山

34、區(qū)國家，故其采用擺式列車來提高列車的運行速度。ETR450擺式列車于1988年投入運用，最高運營速度為250km/h。ETR500于80年代初開始研制，1992年后投入運用，最高運營速度為275km/h。ETR500型轉(zhuǎn)向架的一系為單頂簧加雙拉桿定位，二系由高圓簧加搖枕、Z字形牽引拉桿及中心銷組成。在歐洲的機車車輛制造廠中，瑞士SIG公司是唯一的轉(zhuǎn)向架專業(yè)制造廠，其各種速度級的轉(zhuǎn)向架遍及歐洲。該轉(zhuǎn)向架的特點是一系懸掛為轉(zhuǎn)臂式定位，中央懸掛由空氣彈簧、橫向液壓減振器、垂向液壓減振器、抗側(cè)滾扭桿、Z字形牽引拉桿及搖枕等組成。1.2.5 中國為適應旅客列車提速的需要，1990年國內(nèi)幾家客車廠分別開始

35、研制時速160km 的準高速客車轉(zhuǎn)向架，并命名為209HS、206KP、CW-2型轉(zhuǎn)向架，主要用于25Z和25K型客車。從90年代中期開始，我國研制高速客車轉(zhuǎn)向架。所研制的CW-200型轉(zhuǎn)向架已投入運行，最高運行速度200km/h，并在此基礎(chǔ)上研制出CW-300型高速客車轉(zhuǎn)向架。同時，在引進日本技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)了運行速度為220km/h的SW-220型客車轉(zhuǎn)向架，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)出SW-300型高速客車轉(zhuǎn)向架。這2種轉(zhuǎn)向架在首列國產(chǎn)高速列車上進行了線路試驗，其最高速度均達到了321.5km/h。1.2.5.1 時速200km轉(zhuǎn)向架為滿足1997年開始研制的時速200km動力集中型電動旅客列和

36、時速200km動力分散型電動車組的需要，開始了時速200km客車轉(zhuǎn)向架的研制。CW-200、SW-200、PW-200型轉(zhuǎn)向架是為滿足時速200km電動旅客列車而研制的。為確保研制成功，鐵道部于1998年6月組織了鄭武線首次時速200km旅客列車正線綜合性能試驗，以考核原長春客車廠（以下簡稱長客廠）、四方客車廠（以下簡稱四方廠）和浦鎮(zhèn)客車廠（以下簡稱浦廠）研制的時速200km的CW-200、SW-200、PW-200型轉(zhuǎn)向架的可靠性及安全性。這次試驗最高運行速度達 240km/h，創(chuàng)造了中國當時鐵路第一速。CW-200型轉(zhuǎn)向架為無搖枕結(jié)構(gòu)的新型轉(zhuǎn)向架，車體直接座落于空氣彈簧上。SW -200型

37、轉(zhuǎn)向架為無搖動臺結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向架，車體通過搖枕坐落于空氣彈簧上。PW-200型轉(zhuǎn)向架為有搖動臺結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)式轉(zhuǎn)向架，二系懸掛由螺旋彈簧改用空氣彈簧。隨著時速200km/h動力分散型電動車組的研制，分別在1996年和1997年將用于該電動車組的時速200km的動力轉(zhuǎn)向架和非動力轉(zhuǎn)向架列入鐵路科技研究開發(fā)計劃，由鐵科院機車車輛研究所（以下簡稱機輛所）、長客廠、浦廠等單位聯(lián)合研制。用于時速200km的動力分散型電動車組的動力轉(zhuǎn)向架，除了一般客車轉(zhuǎn)向架所共有的支承載荷、運行導向和隔離各類振動等功能外，還承擔著傳動和發(fā)揮牽引力及制動力的作用。所以，動力轉(zhuǎn)向架除了一般客車轉(zhuǎn)向架所共有的結(jié)構(gòu)外，還具有牽引傳動裝置。

38、該轉(zhuǎn)向架的主要結(jié)構(gòu)和技術(shù)特點是采用無搖枕結(jié)構(gòu)和無端梁的H 型構(gòu)架、空心車軸及直輻板整體輾鋼車輪輪對、輪盤式鍛鋼制動盤基礎(chǔ)制動裝置等。1-系輪對軸箱彈簧懸掛裝置；2-構(gòu)架組成；3-二系空氣彈簧懸掛裝置；4-盤形制動裝置圖1-5 PW-200型轉(zhuǎn)向架1.2.5.2 時速270km及以上的高速客車轉(zhuǎn)向架時速270km高速客車轉(zhuǎn)向架裝于時速270km的“中華之星”號動力集中型交流傳動電動車組的9輛拖車上，其中，四方廠研制的SW-300型轉(zhuǎn)向架裝5輛(4 輛二等座車、1輛酒吧車)，長客廠研制的CW-300型轉(zhuǎn)向架裝4輛(2輛一等座車、2輛二等座車)。2002年11月，在秦沈客運專線上最高試驗速度達到32

39、1.5km/h，創(chuàng)造了中國鐵路最高試驗速度紀錄。SW-300型和CW-300型高速轉(zhuǎn)向架的總體結(jié)構(gòu)基本是一致的，均為無搖枕結(jié)構(gòu)，并采用H型焊接構(gòu)架、轉(zhuǎn)臂式軸箱定位裝置、大變位空氣彈簧、大功率盤形基礎(chǔ)制動裝置(每軸4個盤)等。它們的主要區(qū)別在于牽引裝置，前者為Z形牽引裝置，后者為單拉桿牽引裝置。SW-300型和CW-300型高速客車轉(zhuǎn)向架除了在秦沈客運專線獲得321.5km/h最高線路試驗速度外，還于2002年分別在滾振試驗臺上創(chuàng)造了 405km/h的最高臺架試驗紀錄和在滾動試驗臺上創(chuàng)造了414km/h (SW-300型轉(zhuǎn)向架為413.2km/ h)的最高臺架試驗紀錄。 圖1-6 CW-300型

40、轉(zhuǎn)向架1.2.5.3 高速動車組轉(zhuǎn)向架近年來，我國引進國外先進高速動車組技術(shù)，聯(lián)合開發(fā)了CRH1、CRH2、CRH3、CRH5高速動車組動力和非動力轉(zhuǎn)向架，以滿足我國高速動車組的運行。CRH1型動車組動力配置是五輛動車和三輛拖車，包括10個動力轉(zhuǎn)向架和6個非動力轉(zhuǎn)向架。其中動力轉(zhuǎn)向架構(gòu)架由鑄件和鋼板組焊成H型構(gòu)架，包括兩個箱形側(cè)梁、橫梁、縱向梁，用來支撐空氣彈簧連接抗蛇行減振器和橫向減振器、牽引拉桿、組裝一系轉(zhuǎn)臂座；軸箱懸掛裝置包括轉(zhuǎn)臂、螺旋彈簧、垂向液壓減振器等；中央懸掛裝置采用空氣彈簧，車體通過空氣彈簧落在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架側(cè)梁上，兩個空氣彈簧分別由各自的高度調(diào)整閥控制，其主要作用是保持地板面相對

41、與轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的高度；構(gòu)架和車體之間安裝垂向、橫向減振器、抗側(cè)滾扭桿裝置、構(gòu)架上安裝橫向止檔；驅(qū)動裝置包括兩臺牽引電機、齒輪箱及聯(lián)軸節(jié)；采用輪盤制動，吊掛在端部緩沖梁上，在前后兩個車頭端部轉(zhuǎn)向架上還安有軌道排障器。 圖1-7 CRH1動力轉(zhuǎn)向架CRH2型動車組轉(zhuǎn)向架主要由構(gòu)架、輪對軸箱、牽引裝置、基礎(chǔ)制動裝置、二系懸掛裝置、驅(qū)動裝置等部分組成。其中構(gòu)架采用H形焊接構(gòu)架，由側(cè)梁和橫梁、相關(guān)支座、連接梁等構(gòu)成。和CRH1不同的是橫梁采用無縫鋼管結(jié)構(gòu)，內(nèi)部可作為空氣彈簧的輔助空氣室使用。轉(zhuǎn)向架一系懸掛為轉(zhuǎn)臂式定位加油壓減振器，轉(zhuǎn)向架二系懸掛為空氣彈簧，轉(zhuǎn)向架軸重14t，轉(zhuǎn)向架輪徑860mm，轉(zhuǎn)向架固定

42、軸距2500mm，最高運營速度為250km/h。CRH2型動車組轉(zhuǎn)向架主要特點是采用了輕量化設計、焊接構(gòu)架、二系空氣彈簧、盤形制動、轉(zhuǎn)臂式軸箱定位、單拉桿牽引、電機采用架懸方式等。 圖1-8 CRH2動力轉(zhuǎn)向架1.3 本文主要研究的內(nèi)容和方法和普通客車轉(zhuǎn)向架比較，高速客車轉(zhuǎn)向架具有更高的安全性、舒適性和可靠性。總結(jié)國內(nèi)外已有轉(zhuǎn)向架特點，高速動力轉(zhuǎn)向架有以下共同點：結(jié)構(gòu)輕型化，質(zhì)量分布合理，采用了構(gòu)架柔性設計，輕型輪對，用鋁合金件代替一些鋼件等措施，以減小輪軌之間的沖擊作用；牽引裝置不約束轉(zhuǎn)向架相對于車體橫移、轉(zhuǎn)動及沉浮運動，且牽引點較低；有效地抑制轉(zhuǎn)向架的蛇行運動，保證高速運行的穩(wěn)定性；采用性

43、能良好的制動裝置，保證列車的行車安全；采用無磨耗或無有害磨損的零部件，以保證良好的運行性能和降低維修費用。本次設計的城際列車動力轉(zhuǎn)向架的運行速度是200km/h，軸重為14t。本篇論文的主要研究內(nèi)容包括：轉(zhuǎn)向架的方案設計，包括主要部件的選型，結(jié)構(gòu)分析比較，有構(gòu)架、軸箱定位裝置、中央懸掛裝置、驅(qū)動裝置、基礎(chǔ)制動裝置；對構(gòu)架各個支座、立板、隔板的位置、尺寸進行統(tǒng)籌設計，設計原則盡可能減小應力集中和減少應力敏感部位，并達到節(jié)約金屬材料和輕量化的目的；轉(zhuǎn)向架構(gòu)架結(jié)構(gòu)強度分析與校核，利用ANSYS的結(jié)構(gòu)分析功能對轉(zhuǎn)向架的構(gòu)架進行建模、網(wǎng)格劃分、計算在負載下的應力，來評估其結(jié)構(gòu)是否合理，并在此基礎(chǔ)上進行優(yōu)

44、化設計，以改善轉(zhuǎn)向架的動力學性能。第2章 轉(zhuǎn)向架總體設計 由于高速列車的運行速度快，在運行過程中需要有更好的安全性能，這樣在轉(zhuǎn)向架的設計過程中就需要有更高的要求。在高速動車轉(zhuǎn)向架設計的過程中，應完成以下任務：(1)承載。承受車架以上各部分的重量（包括車體、車架、動力裝置和輔助裝置等），并使軸重均勻分配。(2)牽引。保證必要的輪軌黏著，并把輪軌接觸產(chǎn)生的輪周牽引力傳遞給轉(zhuǎn)向架架、車鉤，牽引列車前進。(3)緩沖。緩和線路不平順對車輛的沖擊，保證車輛具有良好的運行平穩(wěn)性和穩(wěn)定性。(4)導向。保證車輛順利通過曲線。(5)制動。產(chǎn)生必要的制動力，以使車輛在規(guī)定的距離內(nèi)減速或停車。2.1 構(gòu)架構(gòu)架是轉(zhuǎn)向架

45、的重要部件之一，既要有足夠的強度和剛度，又要有適當?shù)膹椥?、良好的抗沖擊性能及耐疲勞性能。構(gòu)架應按照等強度的原則，進行優(yōu)化設計及有限元計算分析，使構(gòu)架設計達到結(jié)構(gòu)和應力均布合理，并達到節(jié)約金屬材料和輕量化的目的。對焊接構(gòu)架結(jié)構(gòu)，特別是有節(jié)點部位的結(jié)構(gòu)應不斷研究、改進；對焊接工藝和機加工工藝也要不斷改進，盡可能減小應力集中和減少應力敏感部位，確保焊接質(zhì)量和加工精度，使軸距、對角線、一系和二系懸掛裝置、基礎(chǔ)制動安裝部位等的幾何尺寸達到設計圖樣規(guī)定的精度要求，使構(gòu)架達到良好的受力狀態(tài)和盡可能長的使用壽命。對構(gòu)架的材料也要不斷地研究開發(fā)，以適應不斷發(fā)展的高速轉(zhuǎn)向架的要求。隨著運行速度的提高，構(gòu)架除了要有

46、良好的疲勞強度外，還需具有結(jié)構(gòu)簡單和重量輕等特點。目前，除北美國家外，客車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架基本上采用H型焊接構(gòu)架的模式。側(cè)梁一般采用箱形結(jié)構(gòu)，其目的一方面可增加強度，另一方面可增加空氣彈簧附加空氣室的容積。歐洲國家橫梁一般采用箱形結(jié)構(gòu)模式，而日本則采用雙無縫鋼管的方式。采用雙無縫鋼管橫梁的構(gòu)架具有重量輕、易實現(xiàn)盤形制動等特點，近年來得到廣泛應用，但缺點是抗彎剛度低。為降低輪重減載率和提高脫軌穩(wěn)定性，高速客車轉(zhuǎn)向架的構(gòu)架應盡可能地采用柔性構(gòu)架，如德國TALBOT的高速轉(zhuǎn)向架采用構(gòu)架側(cè)梁上蓋板開槽的方式，SIG和SGP的高速轉(zhuǎn)向架采用合理的橫梁結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)提高柔性的目的。從發(fā)展的觀點來看，高速客車宜采用輕

47、量化的焊接柔性構(gòu)架。國內(nèi)方面CRH1動力轉(zhuǎn)向架構(gòu)架由鑄件和鋼板組焊成H型構(gòu)架，包括兩個箱形側(cè)梁、橫梁、縱向梁，用來支撐空氣彈簧、連接抗蛇行減振器和橫向減振器、牽引拉桿、組裝一系轉(zhuǎn)臂座；CRH2動力轉(zhuǎn)向架和CRH1不同的是：構(gòu)架雖是H形焊接構(gòu)架，但橫梁采用的是無縫鋼管貫穿在箱形側(cè)梁上，無端梁；直的縱向輔助梁，上面焊接有二系橫向減振器座，而CRH1的橫向減振器座焊在側(cè)梁上，占用一些空間，所以縱向梁是彎曲的。轉(zhuǎn)向架構(gòu)架一般由左、右兩側(cè)梁和一個或幾個橫梁等組成。側(cè)梁的作用不僅是向輪對傳遞垂向力、橫向力和縱向力的主要構(gòu)件，還用來限定輪對的位置。橫梁的作用是保證構(gòu)架在水平面內(nèi)的剛度，保持各軸的平行及承托牽

48、引電機等部件。本文所設計的轉(zhuǎn)向架構(gòu)架由鋼板和鑄件組焊的U形構(gòu)架，包含箱形側(cè)梁、橫梁和縱向梁，另焊有轉(zhuǎn)臂座、一系和二系垂向減振器和抗蛇行減振器座，二系橫向減振器座、電機及齒輪箱吊座，基礎(chǔ)制動裝置吊座、牽引座和橫向止檔座。側(cè)梁為鋼板焊接箱型結(jié)構(gòu)，其U型設計是為了滿足以有效的空間將動車轉(zhuǎn)向架的輪盤制動單元安裝在車輪內(nèi)側(cè)，從而取消外部端梁，結(jié)構(gòu)緊湊并減輕了自重。 圖2-1 轉(zhuǎn)向架側(cè)梁構(gòu)架側(cè)梁中間部分下凹，以適應二系高撓度空氣彈簧的安裝。兩帽筒中心距2500mm，兩側(cè)梁中心間距2000mm，側(cè)梁中間部分橫斷面尺寸為280mm160mm，兩端的橫斷面尺寸為145mm160mm，并由小到大中間過渡，形成等強

49、度梁，主要承受彎曲和拉壓載荷。側(cè)梁上蓋板厚10mm（帽筒處上蓋板厚22mm），下蓋板厚12mm，腹板厚10mm；側(cè)梁內(nèi)布置有隔板，隔板與上蓋板留有10mm間隙，便于側(cè)梁內(nèi)空氣流通，增加側(cè)梁強度。側(cè)梁空氣彈簧座處上蓋板向外突出，便于側(cè)梁承載垂向載荷，上下蓋板間增加加強肋板，增強上下蓋板的承載能力。另外一系、二系垂向減振器座，及抗蛇行減振器座均布置在側(cè)梁上。橫梁和縱向梁均為箱形焊接結(jié)構(gòu)，橫梁主要承載部位橫斷面尺寸為150mm200mm，縱向梁斷面尺寸為180mm160mm。橫梁和縱向梁上蓋板厚10mm，下蓋板厚12mm，腹板厚10mm。橫向減振器座斜對稱布置在縱向梁上，橫向止擋對稱布置在縱向梁上。

50、電機吊座，齒輪箱吊座，牽引拉桿安裝座及制動夾鉗安裝座都布置在橫梁上。整個構(gòu)架除轉(zhuǎn)臂座及部分安裝座使用B級鋼制造外，其余材料均使用Q345低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼板，有較好的可焊性和強度。圖2-2 構(gòu)架俯視圖2.2輪對軸箱裝置2.2.1 輪對輪對的質(zhì)量屬于轉(zhuǎn)向架的簧下質(zhì)量，對于高速客車來說對其要求更加嚴格，以減少輪軌間的動作用力。因此，國外高速客車輪對一般都選擇輕型輪對，如采用空心車軸、輕型車輪、小輪徑車輪等，并選用鑄鋁合金軸箱，以盡可能減小簧下質(zhì)量。近10多年來，為研制時速200 km及以上速度轉(zhuǎn)向架，對空心車軸、輕型車輪、鑄鋁合金軸箱及鑄鋁合金齒輪箱等輕量化輪對的零部件進行了研制，為今后高速輪對軸

51、箱裝置的發(fā)展打下了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。為適應鐵路高速轉(zhuǎn)向架技術(shù)發(fā)展的需要，這期間還在 LM 磨耗型踏面基礎(chǔ)上，研制了試驗型的HLM型高速磨耗型踏面外形，并進一步研制成功了LMa型高速磨耗型踏面外形，用于CW-300型和SW-300 型轉(zhuǎn)向架上。而軸承一般都選用國外進口的滾動軸承，如SKF公司的自密封式圓錐滾子軸承等。所以，高速轉(zhuǎn)向架所采用的輪對軸箱裝置在既有的基礎(chǔ)上，經(jīng)過一段的運用考驗和改進完善，將進一步向輕量化方向發(fā)展。輪對一般由車軸、輪心和輪箍等組成。高速動車組車輛一般采用整體車輪，所以不再有輪心和輪箍之分。另外，高速動車組輪對還有動力輪對和非動力輪對的區(qū)別，其中動力輪對上通常裝有牽引齒輪箱。

52、輪對的作用主要有:(1)承受全部載荷及沖擊；(2)與鋼軌黏著產(chǎn)生牽引力或制動力；(3)輪對滾動使機車車輛前進。本次設計為了減輕簧下質(zhì)量，采用30CrMoA為材質(zhì)的空心車軸。軸頸直徑為130mm，內(nèi)孔直徑為60mm，需對內(nèi)孔超聲波探傷檢查和擠壓強化處理。由于動車轉(zhuǎn)向架采用了輪盤制動，其兩個鍛鋼制動盤片要對稱安裝在車輪輻板的兩側(cè)，需要重新研制出一種高速車用的直輻板車輪，對其熔煉成分、機械性能、探傷、踏面形狀、注油槽、殘余應力等提出專門的技術(shù)要求。動車車輪直輻板形狀經(jīng)優(yōu)化后為變截面的，其上均勻布置了12個直徑27mm孔用于連接兩側(cè)制動盤片，并保證摩擦面的完整性。本設計輪徑為860mm，磨耗到限為79

53、0mm，采用LMa磨耗型踏面。2.2.2 軸箱懸掛簧下質(zhì)量對車輛的動力學性能和輪軌作用力都有直接的影響，在高速情況下更是如此，故應盡可能選用重量輕的軸箱定位方式?？蛙囖D(zhuǎn)向架的垂向懸掛參數(shù)由于受車鉤高和限界的約束，其垂向撓度也受到相應的限制。高速客車轉(zhuǎn)向架均采用了不同形式的軸箱彈性懸掛，法國的TGV、瑞士的SIG及日本的軸箱定位基本上以轉(zhuǎn)臂定位為主，而德國一般則采用單頂簧加單拉板定位或?qū)ΨQ的雙簧加橡膠堆的定位方式。軸箱采用何種定位方式應根據(jù)國情、用途和線路條件而定。但在選擇定位方式時，應在保證其穩(wěn)定性的條件下，盡可能采用柔性定位，以減小輪軌間的磨耗。同時，還應盡可能地采用無磨耗及檢修方便的定位方

54、式。高速客車轉(zhuǎn)向架應盡量減小輪軌噪聲，而采用軸箱橡膠彈性懸掛或加橡膠墊則是減少噪聲的最有效措施。客車轉(zhuǎn)向架軸箱定位裝置結(jié)構(gòu)主要有以下幾種形式：干摩擦導柱式定位，油導筒式定位，拉板式定位，轉(zhuǎn)臂式定位和橡膠彈簧定位。根據(jù)近10多年來客車轉(zhuǎn)向架發(fā)展積累的經(jīng)驗，將選擇軸箱頂部雙卷單組圓彈簧 加單向垂向油壓減振器及轉(zhuǎn)臂式軸箱彈性定位為未來轉(zhuǎn)向架一系彈簧懸掛裝置及軸箱定位方式的優(yōu)先發(fā)展方向。一系彈簧懸掛靜撓度一般選取為60mm-80mm之間，甚至可達到100mm；單向垂向油壓減振器阻尼系數(shù)可在5kNs/m-15kNs/m之間選擇；對軸箱縱向、橫向定位剛度一般配比為2:1，即縱向定位剛度為橫向定位剛度的2倍

55、，既有利于直線上運行的穩(wěn)定性，又有利于曲線通過性能。對電動車組動、拖車轉(zhuǎn)向架來說，一系定位的幾何參數(shù)是臨界速度的關(guān)鍵參數(shù)。其中影響較大的是整體軸箱轉(zhuǎn)臂的長度、轉(zhuǎn)臂節(jié)點的高度和節(jié)點剛度的參數(shù)優(yōu)化。從表2-1可以看出，隨著轉(zhuǎn)臂長度的增加，轉(zhuǎn)向架的臨界速度逐漸降低，轉(zhuǎn)臂較短時可獲得較高的臨界速度，考慮到減小轉(zhuǎn)臂節(jié)點剛度對一系垂向剛度的影響，故轉(zhuǎn)臂節(jié)點中心到軸箱體中心的長度選取500mm。表2-1轉(zhuǎn)臂長度變化對臨界速度的影響轉(zhuǎn)臂長度/mm400450500550600臨界速度/kmh-1330325320310300轉(zhuǎn)臂節(jié)點高度高出或低于軸箱體中心時計算所得的臨界速度值?？梢钥闯鲭S著節(jié)點高出車軸中心線

56、越大，則臨界速度越高，但同時節(jié)點過高也易于對一系垂向增加附加剛度值，故一般選取在自重下高出車軸中心線8-12mm，可實現(xiàn)較高的臨界速度。表2-2轉(zhuǎn)臂節(jié)點高度對臨界速度的影響節(jié)點高度/ mm-15-10-505105臨界速度/kmh-1300305310320325330335轉(zhuǎn)臂式軸箱定位具有以下優(yōu)點：(1)軸箱與構(gòu)架間無自由間隙和滑動部件，無摩擦磨損；(2)構(gòu)成的零件很少，分解、組裝容易，且維修方便；(3)軸箱的上下、左右及前后定位剛度可以各自獨立設定，比較容易滿足轉(zhuǎn)向架懸掛系統(tǒng)的最佳設計要求，即在確保良好乘坐舒適度的情況下，能夠同時確保穩(wěn)定的高速行駛性能和良好的曲線通過性能。綜合上述分析，

57、本文所設計的轉(zhuǎn)向架擬采用轉(zhuǎn)臂式定位方式，包括轉(zhuǎn)臂、軸箱頂部雙卷單組圓彈簧、垂向油壓減振器和起吊裝置，垂向定位剛度為1MN/m。轉(zhuǎn)臂座為彈性連接，由錐形銷套上錐形套和橡膠套，橫向定位剛度為5.49MN/m，縱向定位剛度為10MN/m。 圖2-3 軸箱定位裝置2.3 二系懸掛裝置考慮到空重車工況下載荷變化、限界和車鉤高度的限制，客車轉(zhuǎn)向架垂向總撓度及空重車狀態(tài)下垂向撓度差有一定限制，故要改善客車的垂向和橫向平穩(wěn)性能只能依靠中央懸掛。目前，高速客車轉(zhuǎn)向架的中央懸掛基本上采用空氣彈簧和應急彈簧串聯(lián)的模式，應急彈簧一般為橡膠堆的形式?？諝鈴椈傻闹С蟹绞接址譃槎c支承、三點支承和四點支承。歐洲國家一般采用二點支承或三點支承的模式，但必須設置抗側(cè)滾扭桿，因歐洲鐵路聯(lián)盟UIC對抗側(cè)滾指數(shù)有嚴格要求。日本則采用四點支承的模式，在空氣彈簧跨距足夠大的條件下，可不加抗側(cè)滾扭桿。歐洲國家設有二系垂向液壓減振器，