03—高速列车概论(转向架)

1、中南大学信息院 2021-6-61 第三章第三章 高速列车转向架技术高速列车转向架技术 第一节 高速转向架应具备的性能 第二节 高速转向架技术 第三节 高速列车转向架 中南大学信息院 2021-6-62 第一节 高速转向架应具备的性能 一、高速运行的稳定性 二、高速运行的平稳性 三、高速通过曲线的性能 中南大学信息院 2021-6-63 在设计制造高速转向架时，必须解决其 高速运行时的稳定性、平稳性和良好的曲 线通过性能等关键技术问题，以保证高速 列车安全行驶、乘坐舒适、减少维修。 中南大学信息院 2021-6-64 一、高速运行的稳定性 l轮对的蛇行运动 中南大学信息院 2021-6-65

2、轮对蛇行运动曲线为： 车辆运行速度 轮对蛇行运动的角频率其中 sin 0 0 0 V V br tyy 中南大学信息院 2021-6-66 l 当铁道车辆在某一速度以下运行时，即使有一定的 线路扰动使车辆在横向偏离线路中心位置，但扰动 消失后，车辆的横向振动会逐渐衰弱，最后回到线 路中间位置，因此车辆运动是稳定的； l 而当车辆在某一速度以上运行时，蛇行运动的振幅 将会越来越大，直至车轮轮缘碰撞钢轨，损伤车辆 及线路，甚至造成车辆脱轨、倾覆等行车安全事故。 这时列车运行是不稳定的，这一速度称为蛇行稳定 性临界速度，简称临界速度。 中南大学信息院 2021-6-67 l 国外高速转向架的试验研究

3、证明，当车辆的运行 速度超过200km/h时，有可能出现这种不稳定的 蛇行运动。 l 高速列车必须保证在其临界速度以下运行，以使 其运行稳定、安全。 通过改变转向架结构、优化参数使其具有较高 的临界速度，是研制高速转向架需要解决的关键 技术问题，也是高速转向架有别于一般转向架的 主要特点。 中南大学信息院 2021-6-68 二、高速运行的平稳性 l 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，设备能平稳工作、乘客感到 舒适的基本性能。 l 乘客舒适度是反映乘客在旅途中疲劳程度的综合 性生理指标。影响舒适度的因素很多，如车内设 备、通风、照明、温度、湿度、噪声、瞭望和振 动等

4、等。不过，其中振动是车辆整个运行中始终 存在的、一直起作用的主要因素。 中南大学信息院 2021-6-69 l 理论分析和实践经验表明，车辆的垂向和横向运 行平稳性随速度提高而下降。 l 通常用平稳性指数W（Sperling方法的评价计算 值）来表示。它反映了力的变化率引起的冲动和 振动时的动能大小对舒适度的影响。 10 3 )(896.0fF f a W 中南大学信息院 2021-6-610 三、高速通过曲线的性能 l 高速客车通过曲线时，将产生过大的侧压力,会 造成轮、轨的剧烈磨损，还易引起脱轨、倾覆等 安全事故。 l 要合理地兼顾车辆的曲线通过性能与抗蛇行运动 稳定性要求。 l 此外，还

5、需要控制噪声，减少自重，尤其是减轻 簧下质量等。 中南大学信息院 2021-6-611 第二节 高速转向架技术 一、高速转向架发展概况 二、高速转向架技术 中南大学信息院 2021-6-612 一、高速转向架发展概况 l 20世纪5080年代，一些国家开始将列车速度 提高到140160200km/h。 l 日本东海道新干线列车所用的DT200型转向架， 最高运营速度为210km/h； l 法国于1973年正式生产Y32型转向架，其最高运 营速度为200km/h； l 德国于1974年开始生产MD52型转向架，最高运 营速度也是200km/h。 中南大学信息院 2021-6-613 二、高速转向

6、架技术 尽管高速转向架的形式多种多样，但随着列车 速度的进一步提高，高速转向架的结构形式逐步 趋于类同，它们的主要特点是：无摇枕、空气弹 簧悬挂，有回转阻尼、加装弹性定位等。 下面简要介绍高速转向架的组成和相关技术。 中南大学信息院 2021-6-614 1.构架。它是安装各种零部件的载体，承受和传递 垂向力、水平力和扭矩等。 2.轮对。轮对直接向钢轨传递列车重量的动作用力， 通过轮对的回转实现列车在钢轨上的运行。有些 转向架的制动力也通过轮对实现。 3.弹簧悬挂装置。它是用来保证一定的轴重分配、 缓和轮轨冲击作用，是保证车辆运行平稳性等动 力学性能的重要装置。 中南大学信息院 2021-6-

7、615 4.牵引装置。它是车体与转向架的连接装置，用以 传递车体与转向架之间的水平力等，同时保证车 体与转向架之间回转运动。 5.轴箱定位装置。它是联系构架和轮对的活动“关 节”，除了保证轮对能自由回转外，还能在构架 与轴箱之间产生相对运动时由它传递纵向力和横 向力，并实现弹性定位作用。目前，高速转向架 的轴箱定位装置有单（双）拉板式、拉杆式、转 臂式以及采用橡胶弹簧等多种结构形式。 中南大学信息院 2021-6-616 日本IS式（单拉板式）轴箱定位装置 中南大学信息院 2021-6-617 法国TGV转向架的轴箱定位装置 中南大学信息院 2021-6-618 6.回转阻尼装置。回转阻尼也是

8、抑制高速转向架蛇 行运动的一个有效措施，一般采用以下两种装置： 旁承支重结构和抗蛇行减振器。 l 全旁承支重结构由摇枕上的旁承装置承受全部载 荷，当转向架相对车体转动时，上下旁承之间由 摩擦力形成的摩擦力矩阻止转向架相对车体转动， 以提供足够的回转阻尼。旁承支重具有结构简单， 可减轻车体摇枕梁和摇枕重量等优点，但需选择 适当的摩擦副材质。 中南大学信息院 2021-6-619 l 车体与构架之间（或摇枕与构架之间）安装抗蛇 行减振器，也可提供足够的回转阻尼，有效地抑 制转向架的蛇行运动。例如，MD52型转向架在 采用磨耗形踏面的情况下，速度只能达到 160km/h，而装用抗蛇行减振器后，速度可

9、提高 到250km/h。因此，在日、法的200km/h以上转 向架上都安装有抗蛇行减振器。 中南大学信息院 2021-6-620 7.抗侧滚装置。为了使高速客车具有良好的垂直振 动性能，车体悬挂装置的总静挠度至少需要 200mm以上，其中80左右分配在中央弹簧上。 而在垂向悬挂比较柔软的情况下， 为防止通过曲线时车体的侧滚角过大，一般在 高速转向架上设置抗侧滚扭杆。 此外，加大中央弹簧的横向间距也可以起到同 样的作用，如MD52350型将中央弹簧的横向 间距加大到25002600mm，取消了抗侧滚扭杆 装置。 中南大学信息院 2021-6-621 8主动和半主动悬挂系统的开发、应用主动或半主

10、动控制方法来控制车辆系统的振动、车体倾斜、曲 线通过以及轮对位置等等，就可用更经济的手段实 现更高的速度，或达到更好的运行性能。这是新一 代转向架发展的主要特点之一。 如SGP400型在回转阻尼系统、中央悬挂的横向弹 性系统以及轮对导向系统等三方面，应用主动或半 主动控制系统。 中南大学信息院 2021-6-622 第三节 高速列车转向架 一、高速列车转向架的分类 二、动力转向架与非动力转向架的结构特点 三、日、法、德国高速列车转向架的结构特 点和主要技术参数 中南大学信息院 2021-6-623 一、高速列车转向架的分类 l动力转向架 单动力轴转向架 双动力轴转向架 l非动力转向架 中南大学

11、信息院 2021-6-624 二、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： （1）绝大多数均为无摇枕转向架； （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； 中南大学信息院 2021-6-625 （5）牵引装置主要采用拉杆方式。 动力转向架还要有： （6）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。 （7）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

12、递驱动力。 中南大学信息院 2021-6-626 此外，动力车和拖车均采用复合制动方式。 其中，动力车采用电阻制动（或再生制动）+盘 形制动，而拖车采用涡流盘制动（或磁轨制动） +盘形制动。 由于动力转向架有牵引电机和驱动装置，空间 位置比较紧张，因此需采用轮盘式（每轴2个）， 而非动力转向架采用轴盘式（每轴23个）。 中南大学信息院 2021-6-627 三、日、法、德国高速列车转向架的 结构特点和主要技术参数 中南大学信息院 2021-6-628 中南大学信息院 2021-6-629 中南大学信息院 2021-6-630 中南大学信息院 2021-6-631 中南大学信息院 2021-6-

13、632 中南大学信息院 2021-6-633 中南大学信息院 2021-6-634 国产高速列车技术简介 我国高速列车为200km/h速度级的动力分散交 流传动电高速列车。 该高速列车能适应在中国铁路既有线上运营， 并在中国铁路既有线指定区段及新建的客运专 线上以200km/h速度级正常运行。 将要生产的高速列车包括三种类型： 中南大学信息院 2021-6-635 l 长客高速列车。以SM3型高速列车为原型车，通 过全面引进设计制造技术，由长客股份公司在国 内制造生产。 l 四方高速列车。以E2-1000型高速列车为原型车， 通过全面引进设计制造技术，由四方股份公司在 国内制造生产。 l BS

14、P高速列车。以Regina型高速列车为原型车， 通过公司内部技术转移，由BSP公司在国内制造 生产。 中南大学信息院 2021-6-636 一、高速列车的基本结构 1编组结构 l 长客高速列车编组：由8辆车组成，其中5辆动车 3辆拖车；首尾车辆设有司机室，可双向驾驶。 中南大学信息院 2021-6-637 l 四方高速列车：高速列车由8辆车组成，其中4辆 动车4辆拖车；首尾车辆设有司机室，可双向驾 驶。 中南大学信息院 2021-6-638 l BSP高速列车：高速列车由8辆车组成，其中5辆 动车3辆拖车；首尾车辆设有司机室，可双向驾 驶。 中南大学信息院 2021-6-639 2车辆尺寸 4

15、.043.74.27车体高 3.3283.383.2车体宽度 213.5201.4211.5总长 26.62525中间车长度 26.9525.727.6头车长度 BSP高速列车四方高速列车长客高速列车 中南大学信息院 2021-6-640 3车顶设备 l 长客高速列车：每车车顶均设有空调机组，在每 个动车（1、2、4、7和8号车）的车顶还设有制 动变阻器，在3、6号车设受电弓及附属装置，受 电弓工作高度为53006500mm，高速列车正常 运行时，采用单弓受流，另一台备用，处于折叠 状态。 中南大学信息院 2021-6-641 l 四方高速列车：在4、6号车设受电弓及附属装置， 安装高度4m时

16、，受电弓工作高度最低4888mm, 最高6800mm，最大升弓高度7000mm。高速列 车正常运行时，采用单弓受流，另一台备用，处 于折叠状态。 l BSP高速列车：在2、7号车设受电弓及附属装置， 受电弓工作高度最低5300mm,最高6500mm。高 速列车正常运行时，采用单弓受流，另一台备用， 处于折叠状态。 中南大学信息院 2021-6-642 4车端设备 设密接式车钩缓冲装置、折棚风挡及空气、电 的连接设施等，包括：列车通信控制总线连接、 制动控制线连接、AC380V列车供电母线连接、 DC24V直流供电母线连接、列车制动管和总风 管、主电路电气设备的电缆连接、车顶高压电缆 连接。 中

17、南大学信息院 2021-6-643 5车下悬吊设备 l 长客高速列车：每辆车车下有净水箱、污物箱、 蓄电池、充电机、制动装置和空气弹簧辅助气室 等，在1、2、4、7和8号车下有牵引和辅助变流 器、牵引电机，在3号和6号车下有牵引变压器， 在6号车下还有酒吧车冷藏柜压缩机。 l 四方高速列车：每辆车下有空调机组、制动控制 装置。在2、3、6和7号车下有牵引变流器， 在2 号和6号车下有牵引变压器。在单号车下有污物 箱及水箱。 中南大学信息院 2021-6-644 l BSP高速列车：每辆车下有空调机组、制动控制 装置。在动车下有牵引变流器， 在拖车下有牵 引变压器。 6车内布置 l 长客高速列车

18、：全列车有1辆一等车和7辆二等车。 一等车内座椅2+2布置，二等车2+3布置。全列 车定员610人。 7471459090909060定员 87654321车辆顺位 中南大学信息院 2021-6-645 l 四方高速列车：全列车有2辆一等车和6辆二等车。 一等车内座椅2+2布置，二等车2+3布置。全列 车定员670人。 中南大学信息院 2021-6-646 l BSP高速列车：全列车有2辆一等车和6辆二等车。 一等车内座椅2+2布置，二等车2+3布置。全列 车定员670人。 中南大学信息院 2021-6-647 7车体结构 l 长客高速列车：车体采用铝合金结构，车门处地 板距轨面高度1270m

19、m，并设有翻板脚蹬装置， 可以适应3001200mm的站台高度。 l 四方动车U：车体采用铝合金结构，车门处地板 距轨面高度1300mm，适合11001200mm站台 l BSP高速列车：车体为不锈钢焊接结构，车门处 地板距轨面高度1270mm，并设有翻板脚蹬装置， 可以适应3001200mm的站台高度。 中南大学信息院 2021-6-648 二、主要部件、系统的组成及工作原理 1转向架 l 长客高速列车：动力转向架由构架、轮对轴箱、 牵引装置、基础制动装置、二系空气弹簧悬挂装 置、齿轮箱驱动装置组成，每台动力转向架有一 根动力轴，电机采用体悬式，另外一根轴同拖车 转向架相同。 拖车转向架与动

20、力转向架的结构基本一致，只 是没有齿轮箱驱动装置。 中南大学信息院 2021-6-649 长客高速列车动力转向架长客高速列车动力转向架 中南大学信息院 2021-6-650 l 四方高速列车动力转向架（电机采用架悬式） 中南大学信息院 2021-6-651 l BSP高速列车动力转向架（电机采用架悬式） 中南大学信息院 2021-6-652 2牵引系统 l 长客高速列车牵引系统：主要由受电弓、主断路 器、牵引变压器、牵引变流器及牵引电机组成。 高速列车有两个相对独立的主牵引系统： 三辆动车和一辆拖车组成一个动力单元 两辆动车和两辆拖车组成一个动力单元 正常情况下，两个牵引系统均工作，当一个牵

21、引系统发生故障时，可以自动切断故障源，继续 运行。 中南大学信息院 2021-6-653 长客高速列车牵引系统长客高速列车牵引系统 牵引电机牵引电机 中南大学信息院 2021-6-654 l 四方高速列车牵引系统：高速列车有两个相对独 立的主牵引系统，两辆高速列车成一个动力单元， 正常情况下，两个牵引系统均工作，当一个牵引 系统发生故障时，可以自动切断故障源，继续运 行。 牵引系统牵引系统牵引电机牵引电机 中南大学信息院 2021-6-655 l BSP高速列车有三个相对独立的主牵引系统，其 中两个单元由两辆动车和一辆拖车组成，另一个 单元由一辆动车和一辆拖车组成，正常情况下， 三个牵引系统均

22、工作，当一个牵引系统发生故障 时，可以自动切断故障源，继续运行。 中南大学信息院 2021-6-656 3制动系统 l 长客高速列车制动系统有两套： 一套是微机控制的直通式电空制动系统。可实 现空电联合制动，当列车速度较高时，实施电 制动，不足的部分由空气制动补充，在速度低 于10km/h时只实施空气制动。 另一套制动系统为备用空气制动系统，为自动 式空气制动系统，制动指令由列车管传递。 中南大学信息院 2021-6-657 长客高速列车制动系统工作原理示意图 中南大学信息院 2021-6-658 l 四方制动系统（与长客制动系统类似） l BSP制动系统（与长客制动系统类似） 中南大学信息院

23、 2021-6-659 4辅助供电系统 l 长客高速列车辅助供电系统由辅助变流器、蓄电 池、充电机等组成。配备在每辆车上。AC25KV 的高压电输入牵引变压器，经过降压输入辅助变 流器，从辅助变流器输出AC380V电源，为列车 的各设备供电。 中南大学信息院 2021-6-660 长客高速列车辅助供电系统工作原理示意图 中南大学信息院 2021-6-661 l 四方高速列车辅助供电系统：高速列车在1号、8 号车分别设置一套辅助电源装置；在2、4、6号 车上分别设有一个蓄电池箱。 AC25kV的高压电输入牵引变压器，经过降压 变成AC400V，再输入辅助电源装置，经过处理 后，从辅助电源装置输出5路电源，为列车的各 设备供电。 中南大学信息院 2021-6-662 四方高速列车辅助供电系统工作原理示意图 中南大学信息院 2021-6-663 l BSP高速列车辅助供电系统：在动车下分别设置 一套辅助电源装置。AC25kV的高压电输入牵引 变压器，再经过辅助逆变器输出三相AC380V和 DC110V两路电源，为列车的各设备供电。 中南大学信息院 2021-6-664 5车钩及缓冲装置 l 长客高速列车两端设有全自动车钩，车辆间由半 永久车钩联接。车钩均采用密接方式，全自动车 钩内有机械、空气、电气连接机构和通路，半永 久车钩只有机械连接。 缓冲器采用气液缓冲器和圆弹簧组合方式，