250Kmh动车组非动力转向架的设计机械工程及其自动化专业

1、二我国动车的发展历史我国高速转向架繁荣的过程分为下面几部分。（1）1950年左右，我国进行了自己设计制作被21型客车所使用的转向架，生产出的类型有101型转向架，102型转向架，103型转向架，但是它的行驶速度是100Km/h，并且构造非常的繁重，运行的机械性能又很差，又笨重，因此被放弃。二十世纪五十年代四方厂研究的202型转向架，速度达120Km/h，采用H型钢板，二系油压减震，导柱式定位。用与22型客车，曾是我国的主型客车转向架，与1986年停产。在20世纪70年代起， 209型转向架被浦镇厂设计出来并进行大规模生产，随后其陆续设计改良出209T型号转向架，209P型号转向架与209PK型

2、号转向架等。（2）二十世纪九十年代之后，三大厂争先恐后的开发了206WP型转向架，206KP型转向架与CW-2，209HS型转向架，经过实验，最高实验速度到达了174Km/h。之后四方厂在206WP，206KP的基础之上成功钻研出了SW-160型转向架，使车辆的抗侧滚能力得到很大提升。浦镇厂在209PK的程度上又研制出了209HS型转向架，其构架速度为160Km/h。长客厂汲取了和英国购买的BT10型转向架的技术之后，开发出了CW-1，CW-2型两个转向架。（3）1998年开始，各厂商又开始继续研发了时速达到200Km/h的转向架，如四方厂的SW-200型转向架，SW-200K转向架，SW-3

3、00型转向架；浦镇厂的PW-200型转向架；长客厂的CW-200型转向架和CW-300型转向架。分别优化了一系，二系悬挂系统，基础制动装置与构架。（4）21世纪以来，我国分别从加、日、法、德四大机车制造公司学习先进的技艺，共同开发了CRH系列高速动车组转向架，运行速度达200Km/h以上。2014年1月，名为和谐号的动车在青岛四方厂的轨道实验基地进行速度实验，这辆动车创造出每小时速度达到600多公里的记录。2017年我国自主研发复兴号高速动车组，在350Km/h的速度下复兴号与和谐号380相比，总体能耗下降了10%，但是复兴号从300K/h提高到350Km/h，能耗大概增加20%30%。第二章

4、 转向架总体一转向架类别本设计所参考的转向架较于其他系列有所差别，它的动力转向架拥有动力轴与非动力轴，而非动力转向架则全是非动力车轴。由于该动车组属于动力分散型，所以采取模块化的方法来研发转向架，为了达到这个目的，其主体结构和主要参数相同，它们的最关键的差别就是动力转向架会有驱动装置和齿轮箱，并且由于它拥有该设备会使得轴盘的装配位置被占用，所以动车的动力轴的制动装置通常使用轮盘制动，而动车非动力轴与拖车的制动就会选择使用轴盘制动。本课题设计的是250Km/h高速动车组非动力转向架，所以下面的内容将主要是围绕非动力转向架展开。二非动力转向架介绍本课题设计非动力转向架应为了达到其速度到250Km/

5、h，因此，需要其转向架拥有好的构造方法和拥有互换性的标准零部件。尽最大可能降低车轮与钢轨的磨耗，保持转向架运行的舒适，平稳和快速通过弯道的能力，并选择合理的构架方式，车轮尺寸，踏面形式等，结合我国现有的高速动车组生产的技术水平和经验，充分运用三维建模技术和结构强度分析，完善研究计划，改良出功能超群，可在我国量产的高速动车组拖车转向架。动力轴与非动力轴的结构不同点在于：（1）使用轴盘作为基础制动装置。（2）车轮使用整体轧制曲型腹板车轮。（3）使用Z型牵引拉杆。（4）通过动态计算确定轴箱装置的弹簧刚度，转臂节点的垂向和水平定位刚度，各向液压减震器的间隙，侧向止挡，刚度等参数。三转向架存在的问题与普

6、通的转向架相比，动车组转向架一定要搞定其在运行过程中的舒适，平稳和快速顺利通过弯道的能力，只有处理好这些重要问题，列车的行驶才能更加安全。因此，研究高速动车组转向架务必需要搞定接下来的几个难题：四主要技术参数表2.1 转向架主要技术参数编号名称数值1设计速度 250 Km/h2最高速度 300 Km/h3转向架重量 7.6 t4车轴的重量17 t5单轴簧下的重量 1.97 t6轮对内侧的距离 1353 mm7车轴距 2700 mm8轨道距1435 mm9单车通过时允许的最小曲线半径 160 m10车轴形式带制动盘座的空心车轴11车轮形式全加工轻型车轮12全新车轮的轮径 890 mm13磨耗到限

7、的车轮直径 810 mm14滚动轴承的内部直径 130 mm15抗蛇形减震器横间距2650 mm16轴箱弹簧中心线横间距 2000 mm17空气弹簧中心线横间距 2000 mm18转向架承台上平面自距离 1009 mm19轴颈中心线横间距2000 mm四构架的断面尺寸转向架的构架尺寸和壁厚主要基于转向架的负载形式和负载的大小，基于其强度和刚度条件以及参考相同类型构架的结构和在检查期间暴露的问题。本课题设计采用H型钢板焊接架，所以在焊接过程中应尽量避免焊缝集中和多处焊缝交叉，从而减少交叉口内部应力的发生。 转向架构架的设计是一个完全封闭的部分。 使用的上盖和下盖是笔直的边缘。这直接增加了侧面部件

8、的横截面积，从而增加了侧面部件的整体机械强度并使构架的外观更加简单美观，也更好地避免因水引起的外壳腐蚀。因此，根据车辆设计参考手册转向架的第185页，表37几种客车焊接构架的断面尺寸及壁厚，选取下面数据：构架侧梁 断面中部（高宽） 254*190（210） mm断面端部（高宽） 150*140（160） mm上下盖板厚度 12 mm腹板厚度 12 mm构架横梁 直径 168.3 mm壁厚 14.2 mm构架中部断面图如图3.2，构架端部断面图如图3.3，横梁断面如图3.4所示： 横向主要囊括影响于动车的风力和通过弯道时的离心力。计算时，车身和转向架的离心力通常是分开考虑的。各类车辆的重心设计在

9、轮对中心线上面1.6米的地方。 因此，外轨超高量h与运行曲线半径R其中的数学关系如下：h=11.8VP2R二车轴的设计高速动车组转向架的车轴作为其承载部件之一，动车组高速运行的负荷非常复杂。它不仅承受轴承压力，基本制动装置提供的制动力和线路不规则造成的冲击负载，还承受在通过弯道时的横向运动作用于转向架的各种负载。因此，在设计过程中应充分考虑其确保其具有足够的强度和刚度。作为转向架的重要组成，车轴的重量是轴箱悬挂以下质量，其重量在很大层面中引领了轮轨动态负载的数值。因此，在车轴制作行程中，应确定在符合强度要求的要求下，尽可能的减小车轴的重量，以减小车轮与导轨之间的动态负载，保证行驶的质量。 2.

10、5.2校核车轴强度轴颈的部位的疲劳许用应力经查书得：使用LZ钢时，取-1G=98.1 MPa；使用50钢时，取-1G=116.2 MPa无压力配合的部位的疲劳许用应力：使用LZ钢时，取-1G=137 MPa；使用50钢时取-1G=162 MPa轮座疲劳许用的应力：使用LZ钢时，取-1G=98.1 MPa；使用50钢时，取-1G=116.2 MPa车轴的截面强度安全系数按下面公式进行计算：n=-1G-11.0三轮对的组装工艺优化在轮对组装好之后。应该对轮对的内侧距和轮对差进行测量，并且检查压入力的大小和压力曲线图是否合格。对于检验成功的轮对，要求于压力曲线纸带的上面写下轮对的号码、装配的时间、装

11、配的工作人员等，用来为日后的检查做准备。最后，压装好的轮对还需要进行动平衡实验，合格的轮对应该满足动平衡需求，否则就会按照规定偏心旋削轮辋内侧调整。当然，除了车轮踏面和制动盘之外，其余的表面都应该涂上清油，在制动盘除两侧的摩擦面和安装面外，其余的部分应该涂红色油漆。车轴与制动盘组装合格的也应该涂打防松标记，这样就可以进行最后的检查验收，在所规定的车轴轴端部分的扇形面内刻打上检查、验收的钢印，并且打上组装的钢印，就可以进行交付使用。由上面可知：其轴承选取TBU 130230160型号的圆锥滚子轴承。通过文献资料结合自由膜式的空气弹簧进行垂向刚度的推导演算，我们得到了上面的三个公式，从这些公式中我

12、们可以得到一个结论，那就是各个参数对空气弹簧的垂向刚度都会有一定的影响。（1）内部压力的影响从第一个公式中，我们能够得出结论，它的内部的压力p0数值越高的时候，其垂向刚度就会越大。如果我们不思考其各种阀体和孔洞的互相影响，他的外负载越来越大的时候，内部的压力值就会越来越高，这就会使得空气弹簧的垂向刚度的数值变大。因此会在这个进程之中就要使得其自振频率保持相对数值不变化。通常情况下在转向架的载重是知道的时候，由于空气弹簧的刚度需要，其内部压力也跟着确定了。所以在动车组转向架运行的过程中，需要保证空气弹簧内部压力的气体压强数值时恒定的，也可以允许拥有一定的变化范围。但是如果其气体密封性能不好或者内

13、部压力值变来变去，这样就会导致在行使的过程中出现交通事故。（2）初始体积的影响初始体积V0是其橡胶囊部分与构架形成的附加空气室的和。通过上面的公式，我们可以分析出，总体积与空气弹簧的垂向刚度值K是呈现反比例的关系的，也就是说其总体积越大的时候，空气弹簧的垂向刚度就会变的更小。橡胶囊的体积通常是一个定值，所以只能够来加大构架的附加空气室的体积让其垂向刚度值产生一定的变化，但是因为存在车辆限界与构架结构的局限等多种因素。因此，构架附加的空气室不可能会过于大，所以可以在设计的过程中进行适当的增加附加空气室的体积的方法，但这并不是导致垂向刚度发生改变的主要方式。（3）有效面积的影响第一个公式中A0称为

14、空气弹簧的有效承压面积，它的数值与不同类型的空气弹簧的橡胶囊，不同的上下盖板的参数与形状都有着很大的关系。但是它的设计条件与附加空气室相比更为可以控制，所以大多采用更换上下盖板的外貌和数值的方法来得到完美的刚度曲线。（4）多变指数的影响在静压下，n=1，我们可以经由第一个公式计算出来的数值就是我们所说的垂向静刚度。我们可透过公式分析出多变指数n对其垂向刚度没有任何关系的影响，但是对垂向动刚度就不一样了。由于动车组高速运行的进程中，其多变指数的数值并不会是1，因此多变指数n就可以来控制其垂向动刚度的曲线程度。3.4.2计算横向刚度自由膜式空气弹簧其横向特性形状系数与材质所拥有的横向刚度对空气弹簧有着很大的影响。但是它们分别是通过参数设计与进行试验来得到的。所以，应该先计算出空气弹簧的横向特性形状系数。经过推导得到如下表达式：通过对自由膜式的空气弹簧的横向刚度进行公式的推导，我们得到了上面的两个公式。通过对公式的分析，我们可以很清晰的得出结论，那就是各个参数对其横向刚度都能够导致其状态的改变。因此，空气弹簧的横向刚度和横向特性形状系数b，有效面积A0和空气弹簧的囊内部压力p0是呈现正比的状态的。而空气囊本身的横向刚度就需要经由其他的试验来进行判定。二主要技术参数表7.1 基础制动装置主要参数序号项目参数1常用制动缸活塞面积 cm2323.62紧急制动工作压力 kPa6003最小理论