crh2型200kmh动车组转向架的适应性改进设计

crh2型200kmh动车组转向架的适应性改进设计

0km/h动车组转向架2004年，中国铁路走动车量场进行了200km-h铁路电车项目的国际招标。日本九州工程公司和中国南车四车股份有限公司联合向铁路动力行业提供了60公里至200km的铁路电车。200km/h动车组转向架是南车四方机车车辆股份有限公司(以下简称四方股份公司)通过技术引进、联合设计、消化吸收和再创新的产品。根据合同,交付的总计60列200km/h动车组(以下简称CRH2型动车组)中,除前9列(即第CRH2-001A~CRH2-009A列)装用的转向架为进口外,其他51列动车组转向架全部为四方股份公司国产化产品。1crh2动车组转向架CRH(1)基于具有良好运用业绩的原型车方案,采用成熟和可靠的技术;(2)有针对性地适应中国铁路运用环境,进行部分设计变更;(3)采用低成本设计手段,依靠完善的检修体系保证运用安全。CRH2动车组是在东日本铁道公司(JREast)E2-1000系产品的基础上进行改造设计的,其中转向架的技术方针可概括为:“降速+增载”。在满足200km/h运行要求的前提下,CRH2动车组与原型车E2-1000系比较,取消了部分高端配置,如车间阻尼和横向半主动、主动悬挂;为适应轴重增加的要求,对转向架主要承载结构(焊接构架和轮对装置等)进行了加强。鉴于中国的运用环境和检修水平,重点对转向架一系定位结构及轴承设计进行了变更,并采取了相应的环境对策。2转向结构CRH2.1主干道的主要技术CRH2.2主旋转结构参数CRH2.3梯子结构CRH2.3.1铁路运输车辆构架设计CRH(1)原材料选用SMA490BW耐候钢,保证20年的寿命;(2)薄壁大断面设计,在满足强度要求的前提下实现轻量化;(3)规范的焊接设计和严格的焊缝处理工艺;(4)取消铸造件,代之以焊接结构或锻造件,消除铸造质量缺陷隐患。转向架构架强度设计依据JISE4207《铁道车辆—转向架—构架设计通则》与JISE4208《铁道车辆—转向架—载荷试验方法》,以强调车辆轻量化目标为特征的新干线转向架设计,保证承载结构的强度。日本新干线高速铁路积累了近40年的成功应用经验,同时也制定并不断完善了其铁道车辆转向架构架强度设计标准体系。现有标准规范的建立来源于长期的、完整的实际线路运用一线的经验总结,已建立了完备的铁道车辆构架用材料疲劳强度评价方法,这些基础性研究工作贯穿于新干线铁道车辆的整个发展历程中,正是通过多年的基础材料试验研究的积累,建立起了一套通过静态应力水平评价疲劳强度的方法。按照合同,四方股份公司对国产化焊接构架按照JISE4208标准进行了静强度试验,同时按照“200km/h及以上速度级铁道车辆强度设计及试验鉴定暂行规定”(简称“暂规”)进行了静强度和疲劳强度试验,均通过了试验评定。2.3.2轴箱式轴箱cq的主要优点CRH(1)便于一系定位刚度的选择(要求的刚度值可以在垂向、纵向和横向各自独立地选择),可兼顾一系定位刚度在高速运行时的稳定性和曲线通过性能的要求,利于实现轻量化,适应高速要求;(2)零部件数量少,简化结构,方便分解或组装作业,无需选配(参见表3);(3)无磨耗,提高可靠性,实现免维护。尽管采用转臂式轮对轴箱定位结构已成为高速转向架的主型结构,但本身还有分体(指轴箱和转臂)和一体式的差异。CRH(1)简化结构,降低簧下自重和便于维护检修;(2)无需在轴箱上设置迷宫槽等复杂结构,加工简单;(3)消除了转臂与轴箱分体式结构的组装间隙,有利于提高车辆的运行稳定性。第一阶段进口轴箱弹簧采用了日本国内普通的SUP9(SUP11)系列弹簧钢,国产化替代材料选择了我国在货车转向架中已应用较为成熟的60Si国产化轴箱体采用了与日本普通的SC450型铸钢具有等同性能且具有运用业绩的25MnNiB低合金铸钢。为了应对中国铁路运用环境中的风沙和雨雪等侵袭,CRH2.3.3轮对内侧距、轴颈长度、车轴长度CRH(1)车轮轮辋宽度、踏面形状、辐板厚度;(2)车轴轴颈直径、轴颈长度、车轴长度;(3)轮对内侧距、轴承结构及润滑。轮对组成采用空心轴轮对结构,主要由以下零部件组成:直辐板辗钢车轮、局部淬火空心车轴、锻钢制动盘(轮盘和轴盘)、铝合金齿轮箱及自密封式双列圆锥滚子轴承单元。2.3.3.车轴的试验研究空心车轴在日本铁道车辆中的应用始于上世纪50年代,但由于制造方面的原因一度弃用,直到1975年空心车轴的可靠性才得以提高,真正大批量用于高速铁路是在1981年以后。目前的新干线车轴材料选用S38C碳素钢。为提高车轴高速条件下的疲劳强度,采用特殊的高频淬火工艺,使车轴表面形成马氏体并残留表面压应力。车轴的强度设计依据JISE4501(铁道车辆车轴强度设计方法),该标准颁布于1970年并在1995年进行了修订,根据线路条件的等级确定和运行速度呈线形函数关系的车轴附加动态载荷系数,其中SA级可适用于运行速度350km/h的设计,以基于疲劳裂纹不致于扩展为原则。车轴的安全性保证一是在设计时留有较高的安全系数,另一个保证是依靠车轴的定期检修来确保车轴的运用安全。按照CRH采用空心车轴,使频繁的车轴探伤检查得以实施。2.3.3.车轮材料及结构特点新干线转向架因装用轮盘制动,其车轮辐板须为直辐板,为了适应中国线路,车轮的轮辋厚度增加至135mm,踏面形状采用LMA型踏面,车轮为整体辗压车轮,材料选用SSW-Q3R碳素钢。鉴于CRH新干线车轮的技术特征主要体现在:(1)车轮直径小,新造直径860mm,到限直径790mm;(2)含碳量高,韧性好;(3)直辐板车轮。2.3.3.制动盘结构设计CRH轮盘为整体盘结构,分别安装在车轮辐板两侧,在制动盘摩擦面的背面设有径向散热筋,鉴于制动工程中的热负荷造成的变形,制动盘采取了预反向翘曲的结构设计。轴盘则为半体式,制动盘安装在盘座上。2.3.3.4轴承CRH轴承的寿命的计算根据JISB1518标准,在最大轴重14t时,满足运行5×102.3.3.5齿轮箱设备为降低簧下重量,CRH2.3.4空气弹簧的安装CRH为了应对中国铁路的沙尘环境,并提高产品的使用寿命,200km/h动车组转向架中的各减振器均采取了防尘设计,安装橡胶防尘罩,可阻止细小的沙尘颗粒进入。另一个值得借鉴的细节是所有减振器采用了纠错设计,即减振器两端的安装接口尺寸设计为非对称式,因此只有按照正确的方向才能够安装好。空气弹簧采用了与原型车相同工作高度的空气弹簧,由于轴重的增加相应提高了空气弹簧的有效直径,空气弹簧的附加空气室是构架的2个横梁和空气弹簧支承梁内腔,空气弹簧内设有节流孔,形成二系垂向阻尼,胶囊下串联橡胶堆,以便在故障条件下作为应急弹簧。空气弹簧设置在构架侧梁的外侧,使横向跨距达到2460mm,因此在采用低刚度空气弹簧的同时仍具有一定的抗侧滚刚度,而无须设置抗侧滚扭杆,这一点也是新干线转向架的传统。空气弹簧内的压缩空气采用上进气供风,因此当需要填加调整垫时,垫必须安装在空气弹簧与构架之间。空气弹簧的附属零部件包括高度调整阀和差压阀,为了保证在低温环境中高度调整阀的正常功能,将高度阀安装在一个密闭的保温箱内,当环境温度过低时开启其中的电热保证高度阀的正常工作。为传递车体与转向架之间的纵向载荷,牵引装置也是采用新干线转向架常用的单拉杆,可以简化车体与转向架的连接和拆卸作业。2.3.5制动缸结构CRH采用液压制动,可以简化单元制动缸结构,空间占用小,制动倍率调整灵活。每一个增压缸负责一个轮对的制动,因此每台转向架上安装两套。2.3.6清洁设备CRH(1)车轮发生空转;(2)车轮发生滑行;(3)30km/h以上施行制动。CRH2.3.7车轴超声波探伤工艺CRHLKJ2000型速度传感器的结构与AG系列存在差异,最主要的不足是不便于车轴的超声波探伤,在进行探伤过程中,必须依次分解速度传感器、轴箱前盖和轴端压盖等零部件,增加检修工作量。2.3.8防松垫片的纵向布置CRH转向架排障装置下的紧固螺栓采用防松垫片,在运用初期经常遭到道石打击发生折断,经分析,其防松垫片为横向布置,暴露的目标比较大,如果采用纵向布置,可以大大降低被打击的概率,使用表明后来的改进收到了良好的效果。排障装置安装于轴箱可以保证排障板距轨面高度不受车轮磨耗和悬挂结构动挠度的影响,但由于直接承受来自轨道的刚性冲击,承载环境较为恶劣。2.3.9转向架个数不能准确把握CRH与国内铁路客车的温度报警设计不同,无法实时检测轴箱或齿轮箱的温度和变化,而且是串联电路,一旦触发报警,只能判断出转向架位数,每个动车转向架上设有6个温度传感器,每个拖车转向架上设有4个温度传感器,无法断定具体的部位。温度报警的设定温度与地面红外检测系统检测值也存在较大差异。2.3.10连接轴的输入CRH2.4批量投入运营自2006年9月起,四方股份公司首列国产化动车组担任了为期数月的几大干线提速线路牵引试验任务并最先实现批量投入运营。自2007年2月起,CRH由于CRH转向架的结构设计,除了满足运行的安全、可靠和平稳的要求外,还与转向架的运用检修制度密切相关。现有的CRH自2007年10月起,四方股份公司在动车组检修基地尚未形成检修能力的条件下,又承担了CRH3车辆运行性能2007年,在构建的CRH300km/h速度级动车组转向架为了适应更高速度的运用条件,主要在进一步降低轮轨作用和改善车辆运行品质方面进行了改进。4开发品牌转向